Hidrometallurgia / Biohidrometallurgia

Ez a címszó Végh Balázs közreműködésével készült.

A vizes közegű (vizes oldatos) fémkinyerési műveleteket és folyamatokat összefoglalóan hidrometallurgiának nevezzük, mely különböző nedves kémiai elválasztási technikákat ölel fel (pl. precipitáció, szelektív oldás, elektrolízis, ioncserés és oldószeres extrakció, membrán-szeparációs módszerek).

Kísérleti hidrometallurgiai üzem

A tűzi kohászati eljárásokkal szemben több előnye is van:

- szobahőmérséklet közelében lehet dolgozni
- a folyamatok szabályozása és optimalizálása egyszerűbb
- kémiai és fizikai összefüggések, törvényszerűségek általában kellő mélységig ismertek
- a keletkező hulladékok lerakása könnyebben kivitelezhető
- biztonságosabb munkakörülmények.

A hidrometallurgia eredetileg az ércek fémtartalmának kinyerését jelentette nedves kémiai úton, ennek ellenére az elmúlt évtizedekben egyre inkább "nem hagyományos", új területeken kapott szerepet.

Néhány felhasználási terület:
- fémek érceikből való kinyerése (rézkohászat, nikkelércek kobalttartalmának elválasztása) - a primer fémeknek azonban csak elenyésző hányadát állítják elő ilyen módon
- hulladékok feldolgozása, újrahasznosítása, pl. ónozott bádoghulladékok óntartalmának, illetve elektroacélgyártásból származó por cinktartalmának visszanyerése (a magas cinktartalom általában a horganyzott gépjármű-karosszériák miatt jellemző), elektronikai hulladékok fémtartalmának visszanyerése
- alapanyagok/új anyagok előállítása (pl. prekurzorok kerámiaipar és a porkohászat számára, mikroelektronikai alkatrészek alapanyagai)
- bevonatképzés (galvanizálás, elektroforetikus festés, anódos oxidáció, elektroformázás).

Biohidrometallurgia

A biohidrometallurgia azt a jelenséget használja fel, hogy bizonyos hidrometallurgiai folyamatoknál egyes mikroorganizmusok katalizátorként funkcionálhatnak.
A mikrobiológia tudatos alkalmazása a kohászatban nagyjából az 1950-es évekre tehető, ekkoriban fedezték fel ércbányák vizében a Thiobacillus nemzetségbe tartozó baktériumtörzset.
Ebbe a törzsbe tartozik a Thiobacillus Thiooxidans és Thiobacillus Ferrooxidans baktérium (a képen "munka közben") is, elsősorban a réz- és uránbányászatban kezdték el hasznosítani őket. Mindkettő autotróf baktérium (anyagcsere szükségletüket szervetlen vegyületekből biztosítják), ezen kívül aerobok, és acidofilek, tehát a savas kémhatású közeget kedvelik.

Például a Th. Ferrooxidans levegő jelenlétében oxidálja az enyhén savas kémhatású bányavízben jelenlévő vas(II)-szulfátot vas(III)-szulfáttá, ami a kalkopirittel reakcióba lépve réz-szulfátot eredményez, a réz-szulfátból pedig elektrolízissel vagy extrakcióval nyerik ki a tiszta fémet:

CuFeS2 + 2 Fe₂(SO₄)_{3 ->} CuSO₄ + 5 FeSO₄ + 2 S

CuSO₄ ------------------------------- > Cu
................ elektrolízis/extrakció

A megmaradt vas(II)-szulfátot a Th. Ferrooxidans újra vas(III)-szulfáttá oxidálja, a ként a Th. Thiooxidans pedig kénsavvá alakítja át, körfolyamatot alkotva ez által.

Az urán esetében a Th. Ferrooxidans az előbbihez hasonlóan vas(III)-szulfát segítségével az urán-dioxidot uranil-szulfáttá oxidálja:

UO₂ + Fe₂(SO₄)₃ -> UO₂SO₄ + 2 FeSO₄

Ezt követően a vízben oldódó uranil-szulfát urántartalmát extrahálják, majd kicsapatják.

Később a cianidos aranykioldás (McArthur-Forest eljárás) terén is alkalmazni kezdték a Thiobacillus nemzetségbe tartozó baktériumokat, de laboratóriumi körülmények között is kitenyészettek más, arany kioldását elősegítő mikroorganizmusokat (a képen).

(Érdekesség: Mikroorganizmusok hatására fémek felületén degradációs folyamatok is végbemehetnek.
Például csapágyak köszörüléses megmunkáláskor alkalmazott - szulfidtartalmú - hűtő- és kenőfolyadékok eredménye az ún. "fekete foltosodás", amelyet a kenőanyag vizes fázisában tenyésző, anyagcseréjükben ként felhasználó baktériumok életműködése idéz elő).

Réz esetében olyan érceknél is alkalmazhatóak biokohászati technikák, amik a hagyományos pirometallurgiai eljárásoknál már meddőnek számítanak (néhány tizedszázalék fémtartalom).
Ugyanakkor hátránya az előbb felsorolt módszereknek, hogy karbonátos kísérőkőzeteknél kevésbé működőképesek.

A Thiobacillus-on kívül több hasonló tulajdonsággal bíró baktériumot is felfedeztek. Új alternatívát jelenthetnek például a magasabb hőmérsékletet kedvelő, ún. termofil baktériumtörzsek (Thermotrix) a folyamatok meggyorsítása érdekében.

Felhasznált irodalom