آليات الغسل لحيوي

عملية غسل المعدن Metal leaching عملية كيماوية تعمل فيها ايونات الحديديك والبروتونات كأساسيات لعمل تفاعلات الغسل والتصفية. ودور الاحياء المجهرية تزويد كيماويات الغسل وايجاد البيئة الملائمة لأجراء عمليات الاستخلاص.

تقوم الاحياء المجهرية بتكوين سكريات خارجية مكوثرة عند تلامس سطوح الاملاح وتكون الأغشية الحيوية والتراكيب الاخيرة لا تتكون عند نمو الاحياء بشكل عالق. وداخل الأغشية الحيوية تحدث عمليات الاكسدة الحيوية وتكون كفوءة جدا في هذا الحيز ولا تحدث في المحاليل المحيطة. ومعظم عمليات الاكسدة واذابة الاملاح لا تكون متشابه لجمع كبريتيدات المعادن ولكن تتم عبر تكيون مركبات وسطية مختلفة ومنها :

• مسار Thiosulfate وتتم أكسدة الكبريتيدات غير الذائبة مثل (FeS₂) Pyrite و (MoS₂) Molybdenite و Tungstenite وكذلك تستعمل للكبريتيدات المتعددة مثل (ZnS₂) Sphalerite و (CuFeS₂) Chalcopyrite و (PbS) Galena . وفي هذا المسار تتم اذابة الخامات من خلال مهاجمتها بأيون الحديديك لكبريتيدات المعادن غير الذائبة في الحامض، وتكون الثايوسلفات كمركب وسطي والكبريتات كمركب نهائي كما في المعادلات التالية باستعمال خام الحديد كمثال :

• طريقة تكوين عنصر الكبريت وتستعمل عادة مع الكبريتيدات المتعددة، فإذابة جزء من الخام في الحامض تتم بمهاجمة كل من أيون الحديديك والبروتونات، ويتكون عنصر الكبريت كمركب وسطي ويكون العنصر ثابتا نوعا ما ولكنه يؤكسد الى الكبريتات بواسطة الاحياء المؤكسدة مثل At. thiooxidans و At. caldus كما في التفاعلات الآتية :

MS كبريتيد المعدن المتعدد

n = 1-2

ويمكن ان تتجمع حبيبات الكبريتيد (الكبريت الغروي) او Polythionate في الفسحة المحيطة عند الحدود الخارجية للخلايا وتكون بمثابة خزين للطاقة.

اما ايونات الحديدوز الناتجة يمكن ان تعاد أكسدتها بواسطة الاحياء المجهرية المؤكسدة للحديد مثل At. Ferrooxidans أو أنواع تابعة للأجناس Leptospirillum , Sulfobacillus ومن هذا يتضح ان دور الاحياء المجهرية هو لإنتاج الكبريتيك والبروتونات للمهاجمة والابقاء على الحديد بشكله المؤكسد Fe³⁺ وتعمل الالية عند استعمال As₃S₄ , As₂S₃ , MnS₂ , ZnS , CuFeS₂ , PbS.

العوامل المؤثرة

تتأثر عملية التعدين بعدد من الظروف وللوصول الى أفضل استخلاص لابد من العناية بانتخاب الاحياء القائمة بالاستخلاص وذلك لان الاخلال بالعوامل يمكن ان يؤدي الى طغيان مجموعة على الاخرى ومن العوامل المؤثرة

• الحرارة : تجري عمليات التعدين او الاستخلاص الحيوي بشكل عام بدرجات حرارة معتدلة تصل الى 40م◦ وتكون الاحياء متشابهة بغض النظر عن الخامات الموجودة، ولكن بعض الاحياء تتم العملية بدرجات حرارية تصل الى 80 م◦ . وبذلك فان الاحياء المشاركة تعتمد على درجة الحرارة. ومن جهة ثانية فان عمليات التعدين منتجة للحرارة Exothermic لذلك وجب اجراء عملية التبريد لغرض استمرار العملية اذا كانت تجرى بأحياء محبة لحرارة متوسطة. وعند الدرجات الحرارية العالية مثل 75 – 80 م◦ فان عمليات الاذابة والاستخلاص تكون سريعة وتستعمل في استخلاص النحاس من الخام Chalcopyrite على النطاق التجاري.

وتحتاج البكتريا At. Ferrooxidans حرارة متوسطة للاستخلاص، في حين تستعمل Lp. Thermoferrooxidans بدرجات حرارية 45 م◦ .

• نوعية الخام المستعمل ويعد من العوامل المهمة والمؤثرة على الآلية التي تستخدمها الاحياء وبالتالي تؤثر على الكفاءة. وبعض الاحياء يمكن ان تثبط عند وجود خامات معينة فمثلا بعض سلالات At. Ferrooxidans تثبط بالخام الحاوي على الزرنيخ Arsenopyrite وتثبط الاركيا Sulfolobus acidocaldarius بخام الحديد Pyrite . كما ان وجود بعض المعادن يمكن ان يثبط عمليات استخلاص معادن اخرى مثل وجود معادن النحاس والنيكل واليورانيوم والثوريوم بتراكيز عالية يؤدي الى تقليل استخلاص المنغنيز ولكن بتراكيز قليلة 5 ملغم / لتر لا تكون مؤثرة.
• نوعية الاحياء المستعملة فذاتية التغذية تحتاج الى تزويدها بكميات كافية من الاوكسجين وثنائي اوكسيد الكاربون خاصة عند استعمال طريقة الأكوام، وقد تثبط هذه الاحياء بوجود المواد العضوية مثل خلاصة الخميرة. والتركيز الامثل لثنائي اوكسيد الكاربون بحدود 10 ملغم / لتر بالنسبة للبكتريا At. Ferrooxidans عند استعمال خامات الحديد الحاوية على الزرنيخ، والتركيز

الامثل في الحالات العامة 3-7 ملغم / لتر، ويمكن ان يدخل الغاز من خلال الهواء في المزارع المستمرة بنسبة 4% للحصول على أفضل اكسدة لعناصر الحديد والنحاس والزرنيخ.

• الحالة الفيزياوية للخام المستعمل تؤثر على عملية الاستخلاص ويمكن طحن الخامات لزيادة المساحة السطحية، كما ان الخامات في الاطوار السائلة يكون استخلاصها أفضل من استعمال تخمرات المواد الصلبة.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .