بررسی فاکتورهای موثر در اکسیداسیون زیستی آهن توسط اسیدی تیوباسیلوس فروکسیدانس

نوع مقاله : پژوهشی- فارسی

نویسندگان

1 گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران.

2 هیأت علمی/ پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران

3 پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم وفنون هسته‌ای، تهران، ایران.

چکیده

هم‌زمان با رشد فعالیت‌های صنعتی، نگرانی‌ها درباره کاهش تدریجی ذخایر فلزی با قابلیت فرآوری آسان و بهره‌برداری از این منابع افزایش یافته است. ازاین‌رو، توسعه فناوری‌های زیست‌سازگار که قادر به استخراج فلزات از منابع پیچیده و مقاوم هستند، اهمیت قابل توجهی پیدا کرده است. هیدرومتالورژی زیستی به‌عنوان یک فناوری سبز و پایدار شناخته می‌شود که برای تسهیل انحلال فلزات بر میکروارگانیسم‌های اکسیدکننده آهن متکی است. این میکروارگانیسم‌ها از طریق تولید یون‌های آهن فریک، که به‌عنوان یک عامل اکسیدکننده مؤثر و کم‌هزینه عمل می‌کنند، در فرایند فروشویی نقش دارند. در پژوهش حاضر، اثرات منفرد و برهم‌کنشی پارامترهای عملیاتی شامل پالپ دانسیته، زمان فرایند و میزان تلقیح اولیه باکتری بر تولید آهن فریک در فرایند فروشویی زیستی مس از کانسنگ کال‌کافی، توسط باکتری مقاوم به اورانیوم اسیدی تیوباسیلوس فروکسیدانس سویه THA3 مورد بررسی قرار گرفت. طراحی آزمایش‌ها با استفاده از روش طراحی مرکب مرکزی در چارچوب روش رویه پاسخ انجام شد. نتایج نشان داد که افزایش زمان از 2 تا 21 روز موجب کاهش غلظت آهن فریک از mg/l86/1695 بهmg/l 36/135 می‌شود. به‌طور مشابه، افزایش پالپ دانسیته از 5٪ به 15٪ باعث کاهش میزان تولید آهن فریک از mg/l 86/1590به mg/l34/838 گردید. از سوی دیگر، با افزایش میزان تلقیح اولیه باکتری از 5٪ به 7/14٪، مقدار تولید آهن فریک از mg/l89/520 بهmg/l 1269 افزایش یافت. مدل آماری پیشنهادی عملکرد پیش‌بینی‌کننده رضایت‌بخشی از خود نشان داد، بطوریکه مقدار 0022/0 P= و 93/0R2= به‌دست آمد. نوآوری اصلی این پژوهش در ترکیب به‌کارگیری سویه‌های باکتریایی کارآمد با روش طراحی مرکب مرکزی به‌منظور مدل‌سازی وتحلیل هم‌زمان اثر مهم‌ترین عوامل عملیاتی مؤثر بر تولید آهن فریک نهفته است. روش آماری کارآمد به‌کاررفته در این تحقیق، با کاهش قابل توجه وابستگی به آزمون ‌وخطا در بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی، زمینه را برای توسعه و پیشبرد فرایندهای فروشویی زیستی مبتنی بر سویه‌های بومی را در مقیاس‌های بزرگ‌تر فراهم کرده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of effective factors in the biooxidation of iron by Acidithiobacillus ferrooxidans

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Nazari 1
  • Parisa Mohammadi 1
  • parisa Tajer-Mohammad-Ghazvini 2
  • Hassan Zare-Tavakoli 3
1 Department of Microbiology, Faculty of Biological Sciences, Alzahra University, Tehran, Iran
2 Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran
3 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

Along with the growth in industrial activity, particularly due to the exploitation of easily processable metal resources, there comes a concern about a gradual decrease in these metal deposits. Consequently, the development of environmentally friendly technologies capable of extracting metals from complex and refractory sources has gained significant importance. Biohydrometallurgy is recognized as a green and sustainable technology that relies on iron-oxidizing microorganisms to facilitate metal dissolution. These microorganisms contribute to the leaching process through the production of ferric iron, which act as an effective and low-cost oxidizing agent. In this study, the individual and interactive effects of the operational parameters, pulp density, time, and bacterial inoculum, on ferric iron production in the copper bioleaching from the Kal-e-Kafi ore using uranium-resistant Acidithiobacillus ferrooxidans strain THA3 were investigated. The experiments were designed using a central composite design within the framework of response surface methodology. The results indicated that increasing the time from 2 to 21 days led to a decrease in ferric concentration from 1695.86mg/L to 135.36mg/L. Similarly, an increase in pulp density from 5% to 15% resulted in a reduction of ferric production from 1590.86mg/L to 838.34mg/L. On the other hand, when the bacterial inoculum was increased from 5% to 14.7%, there were increases in ferric production from 520.89mg/L to 1269mg/L. The proposed statistical model demonstrated satisfactory predictive performance, with a P-value=0.0022 and R²=0.93. The key innovation of this work is the combination of efficient bacterial strains with a central composite design to model and simultaneously analyze the influences of the most important operational factors for ferric iron production. The statistically efficient method of this work has been effective in reducing trial and error to a considerable extent for optimizing operational factors to move forward with innovations in the aspect of native bacterial strains for bioleaching on a larger scale.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bioleaching
  • Biooxidation
  • Chemolithotrophic bacteria
  • Experimental design
  • Iron