Kalkopirit, pirit ve pirotit minerallerinin Acidithiobacillus ferrooxidans ile biyoliçi

Abstract

Bu çalışmada, Ward's Scientific firmasından temin edilen pirit (FeS2, Huanzala, Peru), pirotit (Fe1-xS, x=0-0.2, Virginia, USA) ve kalkopirit (CuFeS2, Durango, Mexico) mineralleri üzerinde biyoliç ve kimyasal (kontrol) liç işlemleri uygulanmıştır. Biyoliç işlemlerinde, American Type Culture Collection (ATCC) koleksiyonundan temin edilen Acidithiobacillus ferrooxidans (ATCC 23270) bakteri kültürü kullanılmıştır. Minerallerin çözünme kinetiklerini araştırmak amacıyla, (biyo)liç çözeltilerine ait pH, bakteri yoğunluğu, Fe+2 ve Fe+3 iyon ölçümleri yapılmıştır. A. ferrooxidans bakteri kültürünün, mineral çözünme hızlarını kimyasal liçe oranla 6-13 kata kadar artırdığı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında pirit, pirotit ve kalkopirit minerallerinin A. ferrooxidans bakterisi ile çözünme kinetikleri incelenmiş ve tüm minerallerin çözünürlüklerinin kimyasal kontrollü prosesler olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen reaksiyon hızları (kc) ve korelasyon katsayıları (R2) sırasıyla kalkopirit için 1.6 x 10-3 gün-1, 0.914; pirit için 0.6 x 10-3 gün-1, 0.904; ve pirotit için 0.2 x 10-3 gün-1, 0.828 olarak belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre minerallerin çözünme hızları büyükten küçüğe doğru kalkopirit, pirit ve pirotit şeklinde gerçekleşmiştir. Aynı zamanda biyoliç sırasında minerallerin yüzeyine tutunan bakteri konsantrasyonları sırasıyla kalkopirit için 5.64 x 106 hücre/mL, pirit için 5.51 x 106 hücre/mL ve pirotit için 5.20 x 106 hücre/mL olarak tespit edilmiştir. Mineral yüzeylerine tutunan bakteri sayısı arttıkça minerallerin çözünme hızlarının arttığı sonucuna varılmıştır. Pirit mineralinin asitte çözünebilme özelliği, pirotit ve kalkopirit minerallerinin ise asitte çözünememe karakterlerinin minerallerin liç çözeltilerine ait pH değerlerini etkilediği gözlenmiştir.

This thesis aims to study the bioleaching and chemical leaching of pyrite (FeS2 Huanzala, Peru), pyrrhotite (Fe1-xS, x=0 - 0.2, Virginia, USA) and chalcopyrite (CuFeS2, Durango, Mexico). The bacterium culture was obtained from American Type Culture Collection (Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270). Dissolution kinetics of pyrite, pyrrhotite, and chalcopyrite were investigated by monitoring bacterial cell numbers, pH and Fe2+, Fe3+ ion concentrations in the (bio)leaching solutions.The dissolution rates of minerals with A. ferrooxidans were 6 to 13 times higher than the chemical dissolution rates. The results showed that the dissolution processes of pyrite, pyrrhotite and chalcopyrite dissolution by A. ferrooxidans were chemically controlled processes. The reaction rates (kc) and the correlation coefficients (R2) for each of the three minerals are as follows: 1.6 x 10-3 day-1 and 0.914 for chalcopyrite; 0.6 x 10-3 day-1 and 0.904 for pyrite; 0.2 x 10-3 day-1, 0.828 for pyrrhotite. These results indicate that the dissolution rates of minerals decrease in the order of chalcopyrite, pyrite and pyrrhotite. The attached cell numbers to mineral surfaces were 5.64 x 106 cells/mL for chalcopyrite; 5.51 x 106 cells/mL for pyrite; and 5.20 x 106 cells/mL for pyrrhotite. It can be concluded that as the attached cell numbers increase, the dissolution rates of minerals increase. Additionally, pH behavior of the leaching solutions, containing the three minerals, was affected by the acid-insoluble nature of pyrite, and the acid-soluble natures of pyrrhotite and chalcopyrite.