علاقة التقنية الحيوية بالمعادن الثقيلة

قد تتخذ العلاقة أكثر من وجه وجانب، اما للتخلص من المعادن التي تصل تراكيزها مستويات سامة، او تستعمل في الحصول على المعادن. فالتطلعات المستقبلية والتطور يحتاج الى :

• ايجاد مصادر جديدة للمعادن بمساعدة تقنيات جديدة.
• تطوير عمليات التعدين الموجودة حاليا وهذا سيساعد في استخلاص المعادن من الخامات التي تعد غير ملائمة اقتصاديا.

وتعدين الخامات بطرق تعتمد على استعمال الاحياء المجهرية توفر الامكانيات للحصول على المعادن غير الملائمة لعمليات التعدين بالطرق التقليدية، اضافة الى امكانية استخلاص المعادن من الفضلات الصناعية والتي تعد مواد خام ثانوية. وبذا يتضح ان استعمال التقنيات الحيوية التي تتم بالأحياء المجهرية تكون مفيدة في أكثر من ناحية فهي لاستخلاص المعادن ومعالجة الفضلات.

وفي هذا المجال هناك أكثر من عملية ومصطلح سيتم التعامل معها.

التعدين الحيوي Biomining او Biorecovery او Bioextraction قد تكون هذه المصطلحات قريبة من بعضها والمعنى المقصود منها وهو تحريك واذابة العناصر من الخامات او المواد الصلبة بواسطة الاحياء مثل البكتريا او الفطريات على نطاق واسع لغرض استخلاص المعادن بشكل اقتصادي. وتتم باستعمال الاكسدة الحيوية او الغسل الحيوي.

اما حقل التعدين الحيوي المائي Biohydrometallurgy فهو يشمل التعدين الحيوي والغسل الحيوي Bioleaching ويكون معتمدا على عدد من العلوم التي تربط بين علوم الاحياء وعلوم الجيولوجي، اضافة الى العمليات الهندسية التي تدار بها المعاملات، وقد استعمل المصطلح عام 1987، وأساسه Hydrometallurgy الذي يعني معاملة المواد الحاوية على المعادن معاملة رطبة او استخلاص المعادن من الخامات باستعمال الطور المائي بشكل أساسي. وعمليات التعدين بدأت منذ القدم ولكن مشاركة الاحياء فيها لم تعرف الا في النصف الثاني من القرن المنصرم.

وقد استعمل التعدين الحيوي المائي في العمليات الخاصة بتعدين المعادن وكذلك في استخلاص النفط وإزالة الكبريت ومعالجة التآكل الحيوي Biocorrosion ، وتشمل العمليات بشكل أساسي :

• الامتزاز الحيوي Biosorption والذي يعتمد على الامتزاز الانتقائي لأيونات المعادن من قبل الاحياء المجهرية.
• تفاعلات الاكسدة والاختزال مثل استعمال الخلايا لبعض ايونات المعادن مثل أكسدة الكبريتيدات الى كبريتات وغيرها والحصول على الطاقة من هذه التفاعلات.

ونظرا لان الكبريتيدات (وهي الصورة التي توجد عليها أغلب المعادن) تكون غير ذائبة في الماء في حين ان الكبريتات تذوب في الماء, لذلك تعد طريقة التعدين الحيوي المائي ملائمة لتحرير المعادن من خامات الكبريتيدات، ويمكن ان تنتج حامض الكبريتيك الذي يساعد في إذابة مواد اخرى او اكسدة معادن اخرى وجعلها جاهزة لخطوات لاحقة.

الغسل الحيوي Bioleaching يعني اذابة المعادن من أملاحها بواسطة الاحياء المجهرية الطبيعية وتحويل العناصر الى هيئة يمكن استخلاصها من المواد الناتجة بواسطة الماء، مثل تحويل كبريتيد النحاس واكسدته الى الكبريتات الذائبة في الطور المائي ويتم التخلص من باقي المواد الموجودة في الخامات.

اما الاكسدة الحيوية Biooxidation فتعني الاكسدة التي تقوم بها الاحياء المجهرية للأملاح الحاوية على العنصر دون وجود طور مائي لذا يبقى العنصر المعني صلبا وبتراكيز عالية كما في تعدين الذهب.

الآليات المستعملة من قبل الاحياء المجهرية

تأثير الاحياء المجهرية على الخامات يمكن ان يكون ضمن التحليل الحامضي Acidolysis أو تحليل المعقدات Complexolysis او اجراء تفاعلات الاكسدة والاختزال Redoxylysis والتي يؤدي الى تفكيك الخامات، وعليه فان الاحياء يمكن ان تحرك المعادن بواسطة :

• تكوين حوامض عضوية ولا عضوية.
• تفاعلات أكسدة واختزال.
• افراز مواد لتكوين معقدات مع العناصر.

ومن المعروف ان أكثر المعادن توجد في الطبيعة على شكل مركبات للكبريت لذلك فان أكثر الاحياء التي تتعامل مع الخدمات تمتلك خاصية التعامل مع الكبريت ومركباته. واهم الحوامض المتكونة في مناطق التعدين هو حامض الكبريتيك الذي يتكون بواسطة الاحياء المؤكسدة للكبريت مثل عصيات الكبريت Thiobacilli . وهناك عددا اخر من الحوامض العضوية التي تشارك في التحلل الحامضي والتي تنتج من قبل البكتريا والفطريات وتكون المعقدات مثل الاوكزالات، المالونات، السترات وغيرها التي ترتبط بالمعادن.

المصادر

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