बायोलीचिंग

बायोलीचिंग जीवित जीवों के उपयोग के माध्यम से उनके अयस्कों से धातु का निष्कर्षण होता है। यह साइनाइड का उपयोग करके पारंपरिक संचय लीचिंग की अपेक्षा अधिक स्वच्छ होते है। बायोलीचिंग बायोहाइड्रोमेटलर्जी के अंदर अनेक अनुप्रयोगों में से होता है, और कॉपर, ज़िंक, लेड, आर्सेनिक, एंटीमनी, निकल, मोलिब्डेनम, सोना, चांदी और कोबाल्ट को पुनर्प्राप्त करने के लिए अनेक उपायों का उपयोग किया जाता है।

प्रक्रिया

बायोलीचिंग में अनेक लौह और सल्फर ऑक्सीकरण करने वाले बैक्टीरिया सम्मिलित हो सकते हैं, जिनमें एसिडिथियोबैसिलस फेरोक्सिडन्स (पूर्व थियोबैसिलस फेरोक्सिडन्स के रूप में जाना जाता था) और एसिडिथियोबैसिलस थियोऑक्सिडन्स (पूर्व थियोबैसिलस थियोऑक्सिडन्स के रूप में जाना जाता था) सम्मिलित हैं। सामान्य सिद्धांत के रूप में, Fe³⁺ अयस्क को ऑक्सीकरण करने के लिए आयनों का उपयोग किया जाता है। यह चरण रोगाणुओं से पूर्ण रूप से स्वतंत्र होते है। बैक्टीरिया की भूमिका अयस्क का आगे ऑक्सीकरण करना है, और Fe²⁺ से रासायनिक ऑक्सीडेंट Fe³⁺ का पुनर्जनन करना भी है I उदाहरण के लिए, बैक्टीरिया ऑक्सीजन का उपयोग करके सल्फर और गंधक इस विषय में फेरस आयरन (Fe²⁺) को ऑक्सीकरण करके खनिज पाइराइट (FeS₂) के विखंडन को उत्प्रेरित करते हैं I इससे घुलनशीलता उत्पाद (रसायन विज्ञान) प्राप्त होते हैं जिन्हें वांछित धातु प्राप्त करने के लिए और अधिक शुद्ध और परिष्कृत किया जा सकता है I

पाइराइट लीचिंग (FeS₂): पूर्व चरण में, डाइसल्फ़ाइड को फेरिक आयन (Fe³⁺) द्वारा स्वचालित रूप से थायोसल्फेट में ऑक्सीकृत किया जाता है, जो फेरस आयन (Fe²⁺) देने के लिए कम हो जाता है:-

(1) $\mathrm {FeS_{2}+6\ Fe^{\,3+}+3\ H_{2}O\longrightarrow 7\ Fe^{\,2+}+S_{2}O_{3}^{\,2-}+6\ H^{+}}$ स्वतःप्रवर्तित

फेरस आयन को फिर ऑक्सीजन का उपयोग करके बैक्टीरिया द्वारा ऑक्सीकृत किया जाता है:

(2) $\mathrm {4\ Fe^{\,2+}+\ O_{2}+4\ H^{+}\longrightarrow 4\ Fe^{\,3+}+2\ H_{2}O}$ (लौह ऑक्सीकारक)

थायोसल्फेट को बैक्टीरिया द्वारा ऑक्सीकृत करके सल्फेट भी प्रदान किया जाता है:

(3) $\mathrm {S_{2}O_{3}^{\,2-}+2\ O_{2}+H_{2}O\longrightarrow 2\ SO_{4}^{\,2-}+2\ H^{+}}$ (सल्फर ऑक्सीडाइज़र)

प्रतिक्रिया (2) में उत्पन्न फेरिक आयन ने प्रतिक्रिया (1) की जैसे अधिक सल्फाइड का ऑक्सीकरण किया है, जिससे चक्र का अंत हो गया और शुद्ध प्रतिक्रिया प्रदान की गई:

(4)$\mathrm {2\ FeS_{2}+7\ O_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ Fe^{\,2+}+4\ SO_{4}^{\,2-}+4\ H^{+}}$

प्रतिक्रिया के शुद्ध उत्पाद घुलनशील फेरस सल्फेट और सल्फ्यूरिक एसिड हैं।

माइक्रोबियल ऑक्सीकरण प्रक्रिया बैक्टीरिया की कोशिका झिल्ली पर होती है। इलेक्ट्रॉन कोशिका (जीव विज्ञान) में चले जाते हैं और पानी में ऑक्सीजन को कम करते हुए बैक्टीरिया के लिए ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं। महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया फेरिक आयरन द्वारा सल्फाइड का ऑक्सीकरण है। जीवाणु चरण की मुख्य भूमिका इस अभिकारक का पुनर्जनन है।

तांबे के लिए प्रक्रिया बहुत समान है, किन्तु दक्षता और गतिशीलता तांबे के खनिज विज्ञान पर निर्भर करती है। सबसे कुशल खनिज च्लोकोसाइट Cu₂S जैसे सुपरजीन खनिज हैं और कोवेलाइट, CuS. मुख्य तांबा खनिज च्लोकोपाइराइट (CuFeS₂) का निक्षालन अधिक कुशलता से नहीं किया जाता है, यही कारण है कि प्रमुख तांबा-उत्पादक तकनीक प्लवनशीलता बनी रहती है, जिसके पश्चात् गलाया और परिष्कृत किया जाता है। CuFeS₂ की लीचिंग, घुलने और फिर आगे ऑक्सीकृत होने के दो चरणों के पश्चात् होती है, जिसमें Cu²⁺ आयन घोल में त्याग दिए जाते हैं।

च्लोकोपीराइट लीचिंग:

(1) $\mathrm {CuFeS_{2}+4\ Fe^{\,3+}\longrightarrow Cu^{\,2+}+5\ Fe^{\,2+}+2\ S_{0}}$ स्वतःप्रवर्तित

(2) $\mathrm {4\ Fe^{\,2+}+O_{2}+4\ H^{+}\longrightarrow 4\ Fe^{\,3+}+2\ H_{2}O}$ (लौह ऑक्सीकारक)

(3) $\mathrm {2\ S^{0}+3\ O_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ SO_{4}^{\,2-}+4\ H^{+}}$ (सल्फर ऑक्सीडाइज़र)

शुद्ध प्रतिक्रिया:

(4)$\mathrm {CuFeS_{2}+4\ O_{2}\longrightarrow Cu^{\,2+}+Fe^{\,2+}+2\ SO_{4}^{\,2-}}$

सामान्यतः, सल्फाइड को पूर्व प्राथमिक सल्फर में ऑक्सीकृत किया जाता है, जबकि डाइसल्फ़ाइड को थायोसल्फेट प्रदान करने के लिए ऑक्सीकृत किया जाता है, और उपरोक्त प्रक्रियाओं को अन्य सल्फाइडिक अयस्कों पर प्रस्तावित किया जा सकता है। पिचब्लेंड जैसे अन्य-सल्फाइडिक अयस्कों की बायोलीचिंग में ऑक्सीडेंट के रूप में फेरिक आयरन का भी उपयोग किया जाता है (उदाहरण के लिए, UO₂ + 2 Fe³⁺ ==> UO₂²⁺ + 2 Fe²⁺) I इस विषय में, जीवाणु चरण का मात्र उद्देश्य Fe³⁺ का पुनर्जनन है, प्रक्रिया को तीव्र करने और लोहे का स्रोत प्रदान करने के लिए सल्फाइडिक लौह अयस्कों को जोड़ा जा सकता है। एसिडिथियोबैसिलस एसपीपी द्वारा उपनिवेशित अपशिष्ट सल्फाइड और प्राथमिक सल्फर की परत द्वारा अन्य-सल्फाइडिक अयस्कों की बायोलीचिंग पूर्ण की गई है, जो उन सामग्रियों की त्वरित लीचिंग के लिए रणनीति प्रदान करती है जिनमें सल्फाइड खनिज नहीं होते हैं।

आगे की प्रक्रिया

घुला हुआ तांबा (Cu²⁺) आयनों को लिगैंड एक्सचेंज विलायक निष्कर्षण द्वारा समाधान से विस्थापित कर दिया जाता है, जो समाधान में अन्य आयन त्याग देता है। तांबे को लिगैंड से जोड़कर विस्थापित कर दिया जाता है, जो बड़ा अणु है जिसमें अनेक छोटे कार्यात्मक समूह होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एकल इलेक्ट्रॉन युग्म होता है। लिगैंड-कॉपर कॉम्प्लेक्स को मिट्टी के तेल जैसे कार्बनिक यौगिक विलायक का उपयोग करके समाधान से निकाला जाता है:

Cu²⁺_(aq) + 2LH(organic) → CuL₂(organic) + 2H⁺_(aq)

लिगैंड तांबे को इलेक्ट्रॉन दान करता है, जिससे कॉम्प्लेक्स (रसायन विज्ञान) बनता है, और केंद्रीय धातु परमाणु (तांबा) जो लिगैंड से जुड़ा होता है। चूँकि इस कॉम्प्लेक्स में कोई विद्युत आवेश नहीं है, यह अब ध्रुवीय अणु पानी के अणुओं की ओर आकर्षित नहीं होता है और केरोसिन में घुल जाता है, जिसे पश्चात् घोल में सरलता से पृथक किया जा सकता है। चूँकि प्रारंभिक रासायनिक प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया है, यह pH द्वारा निर्धारित होती है। सांद्र अम्ल जोड़ने से समीकरण विपरीत हो जाता है, और तांबे के आयन पुनः जलीय घोल में चले जाते हैं।

तांबे को उसकी शुद्धता अधिक करने के लिए इलेक्ट्रो-विनिंग प्रक्रिया से निकाला जाता है: तांबे के आयनों के परिणामी समाधान के माध्यम से विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है। क्योंकि तांबे के आयनों में 2+ आवेश होता है, वे नकारात्मक कैथोड की ओर आकर्षित होते हैं और वहां एकत्र होते हैं।

तांबे को सांद्रित किया जा सकता है और स्क्रैप आयरन से Fe के साथ तांबे को एकल विस्थापन प्रतिक्रिया द्वारा अलग किया जा सकता है:

Cu²⁺_(aq) + Fe_(s) → Cu_(s) + Fe²⁺_(aq)

लोहे द्वारा विलुप्त हुए इलेक्ट्रॉन तांबे द्वारा ग्रहण कर लिए जाते हैं। तांबा ऑक्सीकरण एजेंट है (यह इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है), और लोहा कम करने वाला एजेंट है (यह इलेक्ट्रॉनों को विलुप्त हुए देता है)।

मूल घोल में सोने जैसी मूल्यवान धातुओं के चिन्ह छोड़े जा सकते हैं। मुक्त ऑक्सीजन की उपस्थिति में मिश्रण को सोडियम साइनाइड से उपचारित करने से सोना घुल जाता है। सोने को घोल से सोखकर (सतह पर लाकर) लकड़ी का कोयला बना दिया जाता है।

कवक के साथ

कवक की अनेक प्रजातियों का उपयोग बायोलीचिंग के लिए किया जा सकता है। कवक को अनेक भिन्न-भिन्न सब्सट्रेट्स पर उगाया जा सकता है, जैसे ई-कचरा, उत्प्रेरक कन्वर्टर्स, और नगरपालिका अपशिष्ट भस्मीकरण से फ्लाई ऐश प्रयोगों से ज्ञात होता है कि दो कुकुरमुत्ता स्ट्रेन (जीव विज्ञान) (एस्परगिलस नाइगर, पेनिसिलियम सिम्पलिसिसिमम) Cu और Sn को 65% और Al, Ni, Pb और Zn को 95% से अधिक जुटाने में सक्षम थे। एस्परगिलस नाइजर कुछ कार्बनिक अम्ल जैसे साइट्रिक एसिड का उत्पादन कर सकता है। लीचिंग का यह रूप धातु के माइक्रोबियल ऑक्सीकरण पर निर्भर नहीं करता है किन्तु एसिड के स्रोत के रूप में माइक्रोबियल चयापचय का उपयोग करता है जो सीधे धातु को भंग कर देता है।

संभाव्यता

आर्थिक संभाव्यता

बायोलीचिंग सामान्यतः सरल है और इसलिए, पारंपरिक प्रक्रियाओं की तुलना में संचालन और रखरखाव करना सस्ता है, क्योंकि जटिल रासायनिक कारखाने को संचालित करने के लिए विशेषज्ञों की आवश्यकता होती है। कम सांद्रता बैक्टीरिया के लिए कोई समस्या नहीं है क्योंकि वे धातुओं को घेरने वाले कचरे को नहीं देखते हैं, कुछ विषयों में 90% से अधिक की निष्कर्षण उपज प्राप्त करते हैं। ये सूक्ष्मजीव वास्तव में खनिजों को उनके घटक तत्वों में तोड़कर ऊर्जा प्राप्त करते हैं। बैक्टीरिया ख़त्म होने के पश्चात् कंपनी केवल घोल से आयन एकत्र करती है।

बायोलीचिंग का उपयोग सोने जैसे कम सांद्रता वाले अयस्कों से धातु निकालने के लिए किया जा सकता है जो अन्य प्रौद्योगिकियों के लिए अनुपयुक्त हैं। इसका उपयोग व्यापक क्रशिंग और ग्राइंडिंग को आंशिक रूप से परिवर्तित करने के लिए किया जा सकता है जो पारंपरिक प्रक्रिया में निषेधात्मक मूल्य और ऊर्जा उपभोग का अनुवाद करता है। क्योंकि जीवाणु निक्षालन की कम मूल्य धातु निकालने में लगने वाले समय से अधिक होती है।

उच्च सांद्रता वाले अयस्क, जैसे तांबा, गलाने की तुलना में जीवाणु निक्षालन प्रक्रिया की धीमी गति के कारण बायोलीच के अतिरिक्त गलाने में अधिक लाभदायी होते हैं। बायोलीचिंग की धीमी गति नई खदानों के लिए कैश फ्लो में महत्वपूर्ण विलंबता लाती है। विश्व की सबसे बड़ी तांबे की खदान, चिली के एस्कोन्डिडा में यह प्रक्रिया अनुकूल प्रतीत होती है।

आर्थिक रूप से भी यह बहुत बहुमूल्य है और अनेक कंपनियां प्रारम्भ होने के पश्चात् मांग को पूर्ण नहीं कर पाती हैं और ऋण में डूब जाती हैं।

अंतरिक्ष में

प्रयोग की प्रायोगिक इकाई

S. डेसिकबिलिस एक सूक्ष्मजीव है जिसने उच्च प्रभावकारिता दिखाई है

2020 में वैज्ञानिकों ने आईएसएस पर विभिन्न गुरुत्वाकर्षण वातावरण के साथ प्रयोग से प्रदर्शित किया कि अंतरिक्ष में बायोलीचिंग के माध्यम से बेसाल्टिक चट्टानों से उपयोगी तत्वों का बायोमाइनिंग किया जाता है।

पर्यावरणीय प्रभाव

यह प्रक्रिया पारंपरिक निष्कर्षण विधियों की अपेक्षा अधिक पर्यावरण अनुकूल है। कंपनी के लिए यह लाभ में परिवर्तित हो सकता है, क्योंकि गलाने के समय सल्फर डाइऑक्साइड वायु प्रदूषण को आवश्यक रूप से सीमित करना मूल्यवान है। परिदृश्य को कम हानि होती है, क्योंकि इसमें सम्मिलित बैक्टीरिया प्राकृतिक रूप से बढ़ते हैं, और खदान और निकट के क्षेत्र को अपेक्षाकृत त्यागा जा सकता है। चूंकि खदान की स्थितियों में बैक्टीरिया जैविक प्रजनन करते हैं, इसलिए उनकी खेती और पुनर्चक्रण सरलता से किया जाता है।

इस प्रक्रिया में कभी-कभी विषैले रसायन उत्पन्न होते हैं। सल्फ्यूरिक एसिड और H⁺ आयन बने हैं वे भूजल और सतही जल में रिसाव कर उसे अम्लीय बना सकते हैं, जिससे पर्यावरणीय क्षति हो सकती है। एसिड खदान जल निकासी के समय लोहा, जस्ता और आर्सेनिक जैसे भारी आयनों का रिसाव होता है। जब इस घोल का पीएच बढ़ जाता है, तो पानी द्वारा सांद्रता के परिणामस्वरूप, ये आयन अवक्षेपण (रसायन विज्ञान) करते हैं, जिससे एसिड माइन ड्रेनेज प्रदूषण बनता है I इन कारणों से, बायोलीचिंग की स्थापना की सावधानीपूर्वक योजना बनाई जानी चाहिए, क्योंकि इस प्रक्रिया से जैव सुरक्षा विफलता हो सकती है। अन्य उपायों के विपरीत, होने के पश्चात्, बायोहीप लीचिंग को तीव्रता से बाधित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि लीचिंग अभी भी वर्षा जल और प्राकृतिक बैक्टीरिया के साथ प्रस्तावित रहती है। फ़िनिश तल्विवारा जैसी परियोजनाएँ पर्यावरण और आर्थिक रूप से विनाशकारी सिद्ध हुई है।

यह भी देखें

• फाइटोमाइनिंग

अग्रिम पठन

• T. A. Fowler and F. K. Crundwell – "Leaching of zinc sulfide with Thiobacillus ferrooxidans"
• Brandl H. (2001) "Microbial leaching of metals". In: Rehm H. J. (ed.) Biotechnology, Vol. 10. Wiley-VCH, Weinheim, pp. 191–224
• Watling, H. R. (2006). "The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides — A review". Hydrometallurgy. 84 (1–2): 81. doi:10.1016/j.hydromet.2006.05.001.
• Olson, G. J.; Brierley, J. A.; Brierley, C. L. (2003). "Bioleaching review part B". Applied Microbiology and Biotechnology. 63 (3): 249–57. doi:10.1007/s00253-003-1404-6. PMID 14566430. S2CID 24078490.
• Rohwerder, T.; Gehrke, T.; Kinzler, K.; Sand, W. (2003). "Bioleaching review part A". Applied Microbiology and Biotechnology. 63 (3): 239–248. doi:10.1007/s00253-003-1448-7. PMID 14566432. S2CID 25547087.