Przegląd nowych kierunków badań nad technologiami wykorzystującymi procesy bioługowania

Wajda, Ł.; Kamiński, P.; Herezy, Ł.

doi:10.15199/67.2015.2.5

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Przegląd nowych kierunków badań nad technologiami wykorzystującymi procesy bioługowania

Autorzy

Wajda Ł. , Kamiński P. , Herezy Ł.

Identyfikatory

DOI

10.15199/67.2015.2.5

Warianty tytułu

The review of new research directions on technologies using bioleaching processes

Języki publikacji

Abstrakty

Bioługowanie jest grupą procesów, które zachodzą w środowisku naturalnym, ale również znalazły zastosowanie w górnictwie i przemyśle metalurgicznym. Prowadzone prace badawcze dotyczą identyfikacji nowych gatunków i szczepów drobnoustrojów, które wykazują wysoką użyteczność w odzysku metali w związku z ich wysoką odpornością na znaczne stężenia toksycznych pierwiastków oraz syntezą enzymów biorących udział w tych procesach, jak np. archeony z rodziny Ferroplasmaceae. Ponadto, badania dotyczą również zastosowania grzybów pleśniowych oraz zmutowanych szczepów posiadających pożądane cechy, jak np. zwiększoną odporność na obecność znacznych ilości różnorodnych metali. Kolejnymi kierunkami badań mogłoby być rozszerzenie zastosowania tej grupy mikroorganizmów w technologiach, jak dotąd stosowanych oraz opracowaniem nowych, w tym uwzględniających odzysk pierwiastków promieniotwórczych i chalkopirytu. Interesującym rozwiązaniem mogłoby być stworzenie technologii w procesie ciągłym wykorzystującym odpady przemysłowe do produkcji biomasy drobnoustrojów oraz ich metabolitów, a następnie ich wykorzystanie do odzysku metali. Zagadnieniem również wartym uwagi jest aplikacja bioługowania do odzysku pierwiastków z odpadów metalurgicznych i elektronicznych.

Bioleaching is a group of processes that occur in natural environment but they are also applied in mining and metallurgy under (controlled) conditions. Current research focuses on the identification of new species and strains of microorganisms, which present high efficiency in metals recovery due to their resistance to toxic elements and the synthesis of enzymes which are involved in this phenomenon (i.e. archeons belonging to Ferroplasmaceae family). Also, the research is carried out on the potential application of mutated strains and moulds holding desired properties like enhanced resistance to high concentrations of various metals. Thus, other directions could be focused on the extension of their applicability in technologies which are already in use or developing new ones, considering bioleaching of radionuclides and chalcopyrite. It seems that interesting solution would be to establish a new technology based on continuous process involving production of microbial biomass and its metabolites on industrial wastes in the first stages and their further application for the metals recovery. It is also worth to pay attention to bioleaching of toxic elements from metallurgical and electronic wastes.

Słowa kluczowe

bioługowanie Ferroplasmaceae grzyby pleśniowe chalkopiryt

bioleaching Ferroplasmaceae moulds chalcopyrite

Wydawca

Wydawnictwo SIGMA-NOT

Czasopismo

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

Rocznik

2015

Tom

R. 60, nr 2

Strony

79--85

Opis fizyczny

Bibliogr. 47 poz., rys.

Twórcy

autor

Wajda Ł.

l.wajda@ur.krakow.pl

Uniwersytet Rolniczy, Wydział Technologii Żywności, Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej, Kraków

autor

Kamiński P.

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Herezy Ł.

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Górnictwa Podziemnego, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

1. Bosecker K.: Bioleaching : metal solubilization by microorganisms. FEMS Microbiol Rev 1997, vol. 20, pp. 591-604.
2. Brierley C. L., Brierley J.: Progress in bioleaching: part B: applications of microbial processes by the minerals industries. Appl. Microbiol Biotechnol 2013, vol. 97, pp. 7543-7552.
3. Fernández-Remolar D. C.: Geological record of an acidic environment driven by iron hydrochemistry: The Tinto River system. J. Geophys Res 2003, vol. 108, pp. 50-80.
4. Watling H. R.: The bioleaching of nickel-copper sulfides. Hydrometallurgy 2008, vol. 91, pp. 70-88.
5. Watling H. R.: The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides — A review. Hydrometallurgy 2006, vol. 84, pp. 81-108.
6. Munoz J. A., Gonzalez F., Blazquez M. L., Ballester A.: A study of t he bioleaching of a Spanish uranium o re. 1 . A review o f the bacterial leaching in the treatment of uranium ores. Hydrometallurgy 1995, t. 38, s. 39-57.
7. Vera M, Schippers A, Sand W: Progress in bioleaching: fundamentals and mechanisms of bacterial metal sulfide oxidation — part A. Appl Microbiol Biotechnol 2013, vol. 97, pp. 7529-7541.
8. Baker B. J., Banfield J. F.: Microbial communities in acid mine drainage. FEMS Microbiol Ecol 2003, vol. 44, pp. 139-152.
9. Golyshina O. V., Timmis K. N.: Ferroplasma and relatives, recently discovered cell wall-lacking archaea making a living in extremely acid, heavy metal-rich environments. Environ Microbiol 2005, vol. 7, pp. 1277-1288.
10. Bini E.: Archaeal transformation of metals in the environment. FEMS Microbiol Ecol 2010, vol. 73, pp. 1-16.
11. Watling H. R., Perrot F. A., Shiers D. W.: Comparison of selected characteristics of Sulfobacillus species and review of their occurrence in acidic and bioleaching environments. Hydrometallurgy 2008, vol. 93, pp. 57-65.
12. Wang Y., Su L., Zeng W., Wan L., Chen Z., Zhang L., Qiu G., Chen X., Zhou H.: Effect of pulp density on planktonic and attached community dynamics during bioleaching of chalcopyrite by a moderately thermophilic microbial culture under uncontrolled conditions. Miner Eng 2014, vol. 61, pp. 66-72.
13. Xie X., Xiao S., He Z., Liu J., Qiu G.: Microbial populations in acid mineral bioleaching systems of Tong Shankou Copper Mine, China. J Appl Mcrobiology 2007, vol. 103, pp. 1227-1238.
14. Zammit C. M., Cook N., Brugger J., Ciobanu C. L., Reith F.: The future of biotechnology for gold exploration and processing. Miner Eng 2012, vol. 32, pp. 45-53.
15. Zhou H., Zhang R., Hu P., Zeng W., Xie Y., Wu C., Qiu G .: Isolation and characterization of Ferroplasma thermophilum sp. nov., a novel extremely acidophilic, moderately thermophilic archaeon and its role in bioleaching of chalcopyrite. J. Appl Microbiol 2008, vol. 105, pp. 591-601.
16. Hocheng H., Hong T., Jadhav U.: Microbial leaching of waste solder f or r ecovery o f m etal. Appl Biochem Biotechnol 2014, vol. 173, pp. 193-204.
17. Qu Y., Lian B.: Bioleaching of rare earth and radioactive elements from red mud using Penicillium tricolor RM-10. Bioresour Technol 2013, vol. 136, pp. 16-23.
18. Qu Y., Lian B., M o B . B., Liu C. Q.: Bioleaching of heavy metals from red mud using Aspergillus niger. Hydrometallurgy 2013, vol. 136, pp. 71-77.
19. Musial I., Cibis E., Rymowicz W.: Designing a process of kaolin bleaching in an oxalic acid enriched medium by Aspergillus niger cultivated on biodiesel-derived waste composed of glycerol and fatty acids. Appl. Clay Sci. 2011, vol. 52, pp. 277-284.
20. Yuan X., Xie X., Fan F., Zhu W., Liu N., Liu J.: Effects of mutation on a new strain Leptospirillum ferriphilum YXW and bioleaching of gold ore. Trans Nonferrous Met Soc China 2013, vol. 23, pp. 2751-2758.
21. Rewerski B., Mielnicki S., Bartosiewicz I., Polkowska-Mortenko H., Sklodowska A. l.: Uranium post-mining wastes as a potential reserve source of uranium. Physicochem Probl Miner Process 2013, vol. 49, pp. 5-11.
22. Zhao H., Wang J., Hu M., Qin W., Zhang Y., Qiu G.: Synergistic bioleaching of chalcopyrite and bornite in the presence of Acidithiobacillus ferrooxidans. Bioresour Technol 2013, vol. 149, pp. 71-76.
23. Zeng G., Luo S., Deng X., Li L., Au C.: Influence of silver ions on bioleaching of cobalt from spent lithium batteries. Miner Eng 2013, vol. 49, pp. 40-44.
24. Zhu W., Xia J., Peng A., Nie Z., Qiu G.: Characterization of apparent sulfur oxidation activity of thermophilic archaea in bioleaching of chalcopyrite. Trans Nonferrous Met Soc China 2013, vol. 23, pp. 2383-2388.
25. Wang J., Zhao H., Zhuang T., Qin W., Zhu S., Qiu G.: Bioleaching of Pb-Zn-Sn chalcopyrite concentrate in tank bioreactor and microbial community succession analysis. Trans Nonferrous Met Soc China 2013, vol. 23, pp. 3758-3762.
26. Feng S., Yang H., Zhan X., Wang W.: Novel integration strategy for enhancing chalcopyrite bioleaching by Acidithiobacillus sp. in a 7-L fermenter. Bioresour Technol 2014, vol. 161, pp. 371-378.
27. Neale J. W., Pinches A., Deeplaul V.: Mintek-BacTech’s bacterial- oxidation technology for refractory gold concentrates: Beaconsfield and beyond. J South African Inst Min Metall 2000, vol. 100, pp. 415-421.
28. Abhilash, Pandey B. D.: Microbially Assisted Leaching of Uranium - A Review. Miner Process Extr. Metall. Rev 2013, vol. 34, pp. 81-113.
29. Li S., Zhong H., Hu Y., Zhao J., He Z., Gu G.: Bioleaching of a low-grade nickel-copper sulfide by mixture of four thermophiles. Bioresour Technol 2014, vol. 153, pp. 300-306.
30. Zhao X., Wang R., Lu X., Lu J., Li C ., Li J .: Bioleaching of chalcopyrite by Acidithiobacillus ferrooxidans. Miner. Eng. 2013, vol. 53, pp. 184-192.
31. Xia L., Uribe P., Liu X., Yu C., Chai L., Lia J., Qui W., Qiu G.: Comparison of chalcopyrite bioleaching after different microbial enrichment in shake flasks. World J Microbiol Biotechnol 2013, vol. 29, pp. 275-280.
32. Rodriguez Y., Ballester A., Blazquez M. L., Gonzalez F., Munoz J. A.: Basic studies on bioleaching of chalcopyrite, sphalerite and pyrite. [W] Biohydrometall Fundam Technol Sustain Dev Part A. Ouro Preto: Elsevier B.V.; 2001, pp. 125-137.
33. Dorado A. D., S olé M ., Lao C., Alonso P., Gamisans X.: Effect o f p H and ferricions on chalcopyrite bioleaching by an adapted consortium from biogas sweetening. Miner Eng 2012, vol. 39, pp. 36-38.
34. Petersen J., D ixon D . G.: Thermophilic heap leaching of a chalcopyrite concentrate. Miner Eng 2002, vol. 15, pp. 777-785.
35. Yan-sheng Z., Wen-qing Q. I. N., Jun W., Shi-jie Z.: Bioleaching of chalcopyrite by pure and mixed culture. Trans Nonferrous Met Soc China 2008, vol. 18, pp. 1491-1496.
36. Sasaki K., Takatsugi K., Tuovinen O. H.: Spectroscopic analysis of the bioleaching of chalcopyrite by Acidithiobacillus caldus. Hydrometallurgy 2012, vol. 127-128, pp. 116-120.
37. D’Hugues P., Foucher S., Galle-Cavalloni P., Morin D .: Continuous bioleaching of chalcopyrite using a novel extremely thermophilic mixed culture. Int. J. Miner Process 2 002, vol. 66, pp. 107-119.
38. Romo E., Weinacker D. F., Zepeda A. B., Figueroa C. A., Chavez-Crooker P., Farias J. G.: Bacterial consortium for copper extraction from sulphide ore consisting mainly of chalcopyrite. Braz J. Microbiol 2013, vol. 44, pp. 523-528.
39. Zhu W., Xia J-L., Yang Y., Nie Z., Zheng L., Ma C., Zhang R., Peng A., Tang L., Qiu G .: Sulfur oxidation activities of pure and mixed thermophiles and sulfur speciation in bioleaching of chalcopyrite. Bioresour Technol 2011, vol. 102, pp. 3877-3882.
40. Johansson C., Shrader V., Suidda J., Adutwum K., Kohr W.: Use o f the G EOCOAT process f or t he recovery of copper from chalcopyrite. [W] IBS Biomin ’99. Madryt 1999, pp. 1-7.
41. Harvey T. J., Holder N., Stanek T.: Thermophilic bioleaching of chalcopyrite concentrates with G EOCOAT process. [ W] Nickel/ Cobalt 8 — Copper Perth 2002, pp. 1-19.
42. Niu Z., Zou Y., Xin B., Chen S., Liu C., Li Y.: Process controls for improving bioleaching performance of both Li and Co from spent lithium ion batteries at high pulp density and its thermodynamics and kinetics exploration. Chemosphere 2014, vol. 109, pp. 92-98.
43. Chen S-Y., Huang Q-Y.: Heavy metals recovery from printed circuit board industry wastewater sludge by thermophilic bioleaching process. J Chem Technol Biotechnol 2014, vol. 89, pp. 158-164.
44. Karwowska E., Andrzejewska-Morzuch D., Łebkowska M., Tabernacka A., Wojtkowska M., Telepko A., Konarzewska A.: Bioleaching of metals from printed circuit boards supported with surfactant-producing bacteria. J. Hazard Mater 2014, vol. 264, pp. 203-210.
45. Ilyas S., Lee J., Chi R.: Bioleaching of metals from electronic scrap and its potential for commercial exploitation. Hydrometallurgy 2013, vol. 131-132, pp. 138-143.
46. Krasnodebska-Ostrega B., Pałdyna J., Kowalska J., Jedynak Ł., Golimowski J.: Fractionation study in bioleached metallurgy wastes using six-step sequential extraction. J. Hazard Mater Mater 2009, vol. 167, pp. 128-135.
47. Mishra D., Rhee Y. H.: Microbial leaching of metals from solid industrial wastes. J. Microbiol 2014, vol. 52, pp. 1-7.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-028a8f34-039d-4e7a-bf27-61fa18ca926c