Mechanisms in biomining of magnesite and its scale up production

Abstract

Magnezyum karbonat minerali (MgCO3) olarak da adlandırılan manyezit, maden kaynakları yönünden zengin ülkeler arasında yer alan Türkiye'nin önemli cevherlerinden birisidir. Manyezit içerisinde magnezyum bulunduğu için, gerek saf halde gerekse çeşitli bileşikler halinde günümüz teknolojisi için oldukça kıymetli bir hammaddedir, bu materyalin elde edilmesi ve zenginleştirilmesi yönünde yapılacak yeni çalışmalar ülke ekonomisi açısından oldukça önemlidir. Ekonomik anlamda manyezitin satılabilmesi için cevherin SiO2 oranının %2'den ve CaCO3 oranının da %1'den daha az olması gerekmektedir. Bugüne kadar, manyezitin saflığını artırma amacıyla birçok farklı cevher zenginleştirme yöntemi geliştirilmiştir. Çalışmamızın amacı; Türkiye'nin farklı maden yataklarındaki manyezitin zenginleştirilmesi amacıyla karbonat bileşenlerinin çözülerek bir biyo-madencilik yöntemi geliştirmek, bu yöntemi büyük ölçekte denemek ve kalsiyumu çözen etkenleri tespit etmektir. Önceden ve yeni izole edilmiş bakteri soyları, Enterococcus spp. ve Lactococcus spp., Staphylococcus spp., ve Neurospora spp. fungusu kullanılmıştır. Tüm mikroorganizmalar için optimum çalışma parametreleri belirlenmiştir. Deney sonuçlarına göre mikroorganizmalar 30ºC sıcaklıkta, pH3-7 aralığında, karbon kaynağı olarak glikoz varlığında etkili bir çözücülük göstermektedir. Wistar sıçanları ile yapılan subkronik toksisite çalışmalarına göre Enterococcus spp. ve Lactococcus spp. suşları memeliler için patojen değillerdir. Lactococcus spp. ölçek büyütme çalışmalarında kullanılmış ve 3 L ve 30 L fermentör denemeleri başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Son olarak, manyezit biyomadenciliğinin moleküler mekanizmasını açıklamak için Enterococcus spp. ve Lactococcus spp. suşlarının genomik, transkriptomik ve proteomik analizleri yapılmıştır. Bu, Enterococcus spp. ve Lactococcus spp. suşlarının manyezit zenginleştirmede endüstriyel ölçekte kullanılabileceğini gösteren ilk çalışmadır. Gelecek çalışmalar için doğadan manyezit çözme potansiyeli olan başka mikroorganizmalar izole edilmesi ve bunların endüstriyel ölçekte formüle edilmesi gerekir.

Magnesite, that is called magnesium carbonate (MgCO3) mineral, is one of the important ores of Turkey among countries rich in terms of ore resources. Since magnesium found in magnesite is a valuable raw material at the pure state or various compound states for present-day technology, developing new approaches on obtaining and enrichment of this material are very beneficial on account of national economics. In order to trade magnesite economically, SiO2 and CaCO3 rates of raw material needs to be less than 2 percent and 1 percent, respectively. A number of different enrichment methods have been developed to increase purity of magnesite. The aim of the present study is to develop a biomining process which will be used for enrichment of magnesite from different ores in Turkey by dissolving carbonate compounds, to scale up this process and to determine Ca dissolving factors. Previously and newly isolated and identified bacterial strains, Enterococcus spp., Lactococcus spp. Staphylococcus spp., and fungi isolate Neurospora spp. were used. Optimum working parameters were identified for all microorganisms. Results indicated that, microorganisms show effective dissolving capacity at 30ºC, pH between 3 and 7, in the presence of glucose as carbon source. The subcronic toxicology tests performed with Wistar rats, showed that Enterococcus spp., and Lactococcus spp. strains are not pathogenic and toxic for mammalian. Lactococcus spp. was used at scale up studies and 3 L and 30 L fermenter processes were performed successfully. Consequently, genomic, transcriptomic and proteomic analysis of Enterococcus spp. and Lactococcus spp. strains were performed to illustrate the molecular mechanisms of magnesite biomining. This is the first study to demonstrate Enterococcus spp. and Lactococcus spp. strains can be used for enrichment of magnesite in industrial scale. A further study needs to be done to identify other microorganisms from nature that have potential to be used in magnesite biomining and formulation of them for industrial scale.