1.5.1. Trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới công nghệ bioleaching đã đƣợc ứng dụng rất thành công trong nghành cơng nghiệp khai khống ở nhiều quốc gia nhƣ Chile, Mỹ, Canada, Mexico, Nam Phi, Brazil, Ghana, Peru…
Bảng 1.4. Sản lƣợng đồng của Chile và trên thế giới đƣợc khai thác bằng công nghệ tuyển
Sản lƣợng đồng chủ yếu đƣợc khai thác từ các quặng chứa sulfide đồng nhƣ chalcopyrite (CuFeS2), chalcocite (Cu2S), covellite (CuS), bornite (Cu3FeS3), enargite (Cu3AsS4), and tennantite (Cu3AsS3) (Gentina và Fernando, 2016). Không chỉ ứng dụng trong tuyển quặng đồng và uranium mà hiện tại nhiều quặng sulfide của các kim loại quý khác nhƣ kẽm, vàng, bạc, nikel…cũng đang đƣợc khai thác bằng công nghệ bioleaching.
Bên cạnh việc mở rộng ứng dụng của công nghệ bioleaching trong cơng nghiệp khai thác quặng thì nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm cải thiện và nâng cao hiệu suất của q trình hịa tách vẫn đang đƣợc các nhà khoa học trên thế giới thực hiện. Sự phát hiện vi khuẩn ƣa nhiệt Leptospirillum ferriphilum trong chi
Leptospirillum, khác biệt với L. ferrooxidans (đƣợc biết đến từ lâu) qua khả năng phát triển tốt ở điều kiện nhiệt độ 45ºC (Coram và Rawling, 2002) là cơ sở để phát triển cơng nghệ tuyển khống sinh học ở nhiệt độ cao, cho phép tăng hiệu suất hòa tách quặng lên mức đáng kể.
Bên cạnh đó, các loại quặng vàng và một số quặng của kim loại q khác thơng thƣờng có các lớp vỏ bao bọc bên ngồi là suldide kim loại. Do vậy, quá trình
tiền xử lý quặng để hịa tan lớp vỏ sulfide kim loại bên ngồi góp phần quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất khai thác (Groza và cs, 2008). Trên thế giới, có nhiều cơng ty sử dụng công nghệ bioleaching cho mục đích tiền xử lý quặng vàng nhƣ BIOX, Bactech, Eldorado (Bảng 1.5).
Bảng 1. 5. Ảnh hƣởng của bƣớc tiền xử lý quặng vàng bằng bioleachig tới hiệu suất khai
1.5.2. Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, kim loại quý chủ yếu vẫn đƣợc khai thác và tách chiết theo phƣơng pháp hóa học truyền thống. Ngoại trừ một số đơn vị khai thác có quy mơ lớn do Nhà nƣớc quản lý (nhƣ mỏ vàng Đăk Sa tại Quảng Nam) đƣợc trang bị đầy đủ về phƣơng tiện khai thác và có quy trình xử lý nƣớc thải phù hợp, phần lớn các đơn vị khai thác hoạt động rải rác (do quy mô của các mỏ thƣờng nhỏ) và không quan tâm đến quản lý và xử lý chất thải sau tách quặng. Trong những năm gần đây, vấn đề ô nhiễm do khai thác kim loại hiếm (vàng, đồng) bị cảnh báo ở mức báo động, do đó nhiều đơn vị hoạt động trong lĩnh vực khai thác khống sản lại đang có nhu cầu lớn trong ứng dụng vi sinh vật để tách quặng thay thế cho biện pháp hóa học.
Trong vài thập kỷ trƣớc vấn đề tách kim loại trong quặng bằng phƣơng pháp sinh học đã đƣợc một số nhà khoa học ở Việt Nam quan tâm nghiên cứu (qua thông tin trao đổi trực tiếp với GS. Nguyễn Lân Dũng, Viện VSV & CSH). Tuy nhiên, do điều kiện nghiên cứu trong phịng thí nghiệm cịn hạn chế nên việc phân lập đƣợc chủng vi khuẩn oxy hóa sắt ƣa axit cịn chƣa đƣợc công bố. Nguyên nhân khách quan là do nhóm vi khuẩn này sinh trƣởng tự dƣỡng vơ cơ ở điều kiện cực trị là pH thấp, q trình phân lập địi hỏi thời gian cũng nhƣ kỹ năng trong phịng thí nghiệm. Những kết quả nghiên cứu mới về nhóm vi khuẩn oxy hóa sắt ƣa axit trong nƣớc vẫn còn rất hạn chế. Hiện nay, tại một số mỏ khai thác kim loại quý ở sát biên giới Việt Lào đang sử dụng công nghệ tách quặng sinh học do Trung Quốc thực hiện, ví dụ nhƣ mỏ vàng ở Vang Tát tại tỉnh Attapƣ của Lào (theo trao đổi trực tiếp với ông Nguyễn Quốc Thuần, giám đốc mỏ). Mặc dù có ƣu điểm là khơng sử dụng cyanua trong quy trình tách chiết, tuy nhiên công nghệ này vẫn dùng một lƣợng lớn hóa chất và khơng nêu rõ loại vi sinh vật đƣợc đƣa vào sử dụng.
Do vậy, việc nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi sinh vật bản địa để ứng dụng trong công nghệ bioleaching tại Việt Nam là rất cần thiết. Đây sẽ là một công nghệ hỗ trợ rất nhiều các phƣơng pháp khai khoáng truyền thống hiện nay, đồng thời đem lại một giá trị kinh tế lớn cho đất nƣớc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Kiều Hữu Ảnh (1999) Giáo trình vi sinh vật học cơng nghiệp. NXB KHKT Hà Nội. pp 202.
Tiếng Anh
2. Abhilash, Mehta KD, Kumar V, Pandey BD, Tamrakar PK (2011) Bioleaching - An alternate uranium ore processing technology for India. Energy Procedia 7: 158-162.
3. Alves1 L , Bernardelli C, Leão VA, Teixeira MC, Donati E (2009) Microbial diversity in a brazilian acid moderate drainage and experimental nickel bioleaching system
4. Baker BJ, Banfield JF (2003) Microbial communities in acid mine drainage.
FEMS Microbiol Ecol 44: 139-52.
5. Barron JL, Lueking D (1990) Growth and maintenance of Thiobacillus ferrooxidans cells. Appl Environ Microbiol 56: 2801-2806
6. Bennett JC, Tributsch H (1978) Bacterial leaching patterns on pyrite crystal surfaces. J Bacteriol 134: 310–317.
7. Bosecker K (1997) Bioleaching: metal solubilization by microorganisms.
Microbiol Rev 20: 591- 604.
8. Brierley JA (1978) Thermophilic iron-oxidizing bacteria found in copper leaching dumps. Appl Environ Microbiol 36: 523-525.
9. Cabrera G, Gómez JM, Cantero D (2005) Influence of heavy metals on growth and ferrous sulphate oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans in pure and
10. Cecal A, Humelnicu D, Popa K, Rudic V, Gulea A, Palmaru I, Nemtoi G (2000) Bioleaching of UO22+ ions from poor uranium ores by means of cyanobacteria. J Radioanalyt Nucl Chem 245: 427-429.
11. Colmer AR, Hinkle ME (1947) The role of microorganisms in acid mine drainage. Science 106: 253-256.
12. Coram NJ, Rawling DE (2002) Molecular relationship between two groups of the genus Leptospirillum and the finding that Leptospirillum ferriphilum sp.
nov. dominates South African commercial biooxidation tanks that operate at 40°C. Appl Environ Microbiol 68: 838-845.
13. Demergasso C, Galleguillos P, Escudero L, Zepeda V, Castillo D, Casamayor E (2005) Molecular characterization of microbial populations in a low-grade copper orebioleaching test heap. Hydrometallurgy 80: 241–253.
14. Eaton AD, Clesceri LS, Rice EW, Greenberg AW (2005) Standard Methods for
the Examination of Water and Wastewater. 21st Ed, APHA: Washington, D.C.
15. Edwards KJ, Bo Hu, Hamers RJ, Banfild JF (2001) A new look at microbial leaching patterns on sulfide minerals 34. pp 249-253.
16. Ehrlich HL (1996) Geomicrobiology. 3rd ed. Marcel Dekker, New York.
17. Felsenstein J (1985) Confidence limits on phylogenies: an approach using the bootstrap. Evolutio. 39: 783-791.
18. Fowler TA, Crundwell FK (1999) Leaching of Zinc Sulfide by Thiobacillus ferrooxidans: Bacterial Oxidation of the Sulfur Product Layer Increases the Rate of Zinc Sulfide Dissolution at High Concentrations of Ferrous Ions. Appl.
Environ. Microbiol. 65: 5285-5292.
19. Gentina JA, Fernando (2016) Copper bioleaching in Chile. Minerals 6: 23.
20. Groza N, Olteanu AF, Panturu E, Radulescu R, Aurelian F (2008) Application of the BIOX process to the pretreatment of refractory sulphide gold ores and
concentrates in order to increase Au and Ag recovery rate in hydrometallurgical extraction process. Chem Bull Ponitehnica. Univ 53: 1-2.
21. Hedrich S, Johnson DB (2013) Acidithiobacillus ferridurans sp. nov., an
acidophilic iron-, sulfur- and hydrogen-metabolizing chemolithotrophic gammaproteobacterium. Int J Syst Evol Microbiol 63: 4018-4025.
22. Huber H, Stetter KO (1990) Thiobacillus cuprinus sp.nov., a novel facultatively
organotrophic metal-mobilizing bacterium. Appl Environ Microbiol 56: 315-322.
23. IAEA (2005) Environmental Impact Assessment for In Situ Leach Mining
Projects. IAEA-TECDOC-1428: 170.
24. Karkhaneh M, Mohseni S, Marzban MA, Sepehr MS, Hosseinkhani S (2011) Investigation of some heavy metals toxicity for indigenous Acidithiobacillus ferrooxidans isolated from Sarcheshmeh copper mine. Jundishapur J Microbiol
4: 159-166.
25. Kelly DP, Wood AP (2000) Reclassification of some species of Thiobacillus to the newly designated genera Acidithiobacillus gen. nov., Halothiobacillus gen.
nov. and Thermithiobacillus gen. nov. Int J Syst Evol Microbiol 50: 511–516. 26. Kim DJ, Pradhan D, Park KH, Ahn JG, Won S (2008) Effect of pH and
temperature on iron oxidation by mesophilic mixed iron oxidizing microflora.
Materials Transac 49: 2389-2393.
27. Kinnunen PH, Puhakka JA (2004) High-rate ferric sulfate generation by a
Leptospirillum ferriphilum-dominated biofilm and the role of jarosite in
biomass retention in a fluidized-bed reactor. Biotechnol Bioeng 85: 697-705. 28. Logan TC, Seal T, Brierley JA (2007) Whole-Ore Heap Biooxidation of Sulfidic
Gold-Bearing Ores. in Bioming. Berlin: 113-138.
29. Lopez IFR, Larrea L, Cocolin E, Orr T, Phister M, Marshall J, Gheynst V, Mills DA (2003) Design and evaluation of PCR primers for analysis of bacterial populations in wine by denaturing gradient gel electrophoresis. Appl Environ Microbiol 69: 6801–6807.
30. Macalady JL, Hamilton TL, Grettenberger CL, Jones DS, Tsao LE, Burgos WD (2013) Energy, ecology and the distribution of microbial life. Phil Trans R Soc
B: 368
31. Macgrego RA (1966) Recovery of U3O8 by underground leaching. Trans Can Inst Min Met 69: 162-16629.
32. Manz W, Amann R, Ludwig W, Wagner MK, Schleifer H (1992) Phylogenetic Oligodeoxynucleotide Probes for the Major Subclasses of Proteobacteria:
Problems and Solutions. Appl Microbiol 15: 593
33. Markosyan GE (1972) A new iron-oxidizing bacterium – Leptospirillum
ferrooxidans nov. gen. nov. sp. Biol J Armenia 25: 26–29.
34. Marmur J (1961) A procedure for the isolation of deoxyribonucleic acid from micro-organisms. J Mol Biol 3: 208-218.
35. Morenci, Collahausi (2015) Bioleaching: Making Mining Sustainable,
Massachusetts Institute of Technology.
36. Mudd G (1998) The case against uranium solution mining. An environmental critique of in situ leach mining. Victoria University of Technology: 154.
35. Mular AL, Halbe DN, Baratt DJ (2002) Mineral processing plant design, practice and control; Society for mining. Metallugry and Exploration Inc 2:
1631-1643.
37. Muyzer G, Stams AJM (2008) The ecology and biotechnology of sulphate- reducing bacteria. Nature 6: 441-454.
38. Natarajan KA (2008) Microbial aspects of acid mine drainage and its bioremediation. Trans Nonferrous Met Soc China 18: 1352-1360.
39. Neale J (2006) Bioleaching technology in minerals processing. Randburg, South Africa,
40. Norris PR, Parrott L (1986) High temperature, mineral concentrate dissolution
with Sulfolobus. In Lawrence RW, Branion RMR, Ebner HG. (Ed) Fundamental and Applied Biohydrometallurgy. pp. 355-365.
41. Ojumu TV, Petersen J (2011) The kinetics of ferrous ion oxidation by Leptospirillum ferriphilum in continuous culture: The effect of pH.
Hydrometallurgy 106: 5-11
42. Olson GJ, Brierley JA, Brierley CL (2003) Bioleaching review part B: progress in bioleaching: applications of microbial processes by the minerals industries.
Appl Microbiol Biotechnol 63: 249-57.
43. Osorio H, Martínez V, Nieto PA, Holmes DS,Quatrini R (2008) Microbial iron management mechanisms in extremely acidic environments: comparative genomics evidence for diversity and versatility. BMC Microbiol 8:203
44. Ortiz F (1985) El Movimiento Obrero en Chile 1891–1919: 27-34.
45. Peng H (2006) Research on the phenotypic and genetic diversity of Acidithiobacillus ferrooxidans strains, China.
46. Plumb JJ, Gibbs B, Stott MB, Robertson WJ, Gibson JAE, Nichols PD, Watling HR, Franzmann PD (2002) Enrichment and characterisation of thermophilic acidophiles for the bioleaching of mineral sulphides. Miner Eng 15: 787–794
47. Plumb JJ, Haddad CM, Gibson JAE, Franzmann PD (2007) Acidianus sulfidivorans sp. nov., an extremely acidophilic, thermophilic archaeon isolated
from a solfatara on Lihir Island, Papua New Guinea, and emendation of the genus description. Int J Syst Evol Microbiol 57: 1418-1423.
48. Pradhan N, Nathsarma KC, Rao KS, Sukla LB, Mishra BK (2008) Heap bioleaching of chalcopyrite: A review. Miner Engineer 21: 355-365.
49. Qin W, Zhen S, Yan Z., Campbell M, Wang J, Liu L, Zhang Y (2009), Heap bioleaching of a low-grade nickel-bearing sulfide ore containing high levels of magnesium as olivine, chlorite and antigorite. Hydrometallurgy 98: 58-65.
50. Rao DV, Shivannavar C, Gaddad SM (2002) Bioleaching of copper from chalcopyrite ore by fungi. Ind J Exp Biol 40: 319-324.
51. Rawlings DE (2005) Characteristics and adaptability of iron- and sulfur- oxidizing microorganisms used for the recovery of metals from minerals and their concentrates. Microb Cell Factor 4: 13.
52. Rawling DE, Johnson DB (2007) The microbiology of biomining: development and optimization of mineral-oxidizing microbial consortia. Microbiology 153:
315 – 324.
53. Reiji T, Naomi K, Kazuhito U, Tsutomu K, Masayuki S, Tatsuaki T (1992) Pure isolation of a new chemoautotrophic ammonia-oxidizing bacterium on gellan gum plate. J Ferment Bioeng 74: 52 – 54.
54. Rodriguez-Leiva M, Tributsch H (1988) Morphology of bacterial leaching patterns by Thiobacillus ferrooxidans on synthetic pyrite. Arch Microbiol 149: 401–405.
55. Rossi G (1990) Biohydrometallurgy. McGraw-Hill. pp 609.
56. Rowerder T, Gehrke T, Kinzler K, Sand W (2003) Bioleaching review. Appl
Microbiol Biotechnol 63: 239−248 .
57. Saitou N, Nei M (1987) The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol Biol Evol 4: 406-425.
58. Sand W, Gehrke T, Jozsa PG, Schippers A (2001) Bio chemistry of bacterial leaching - direct vs. indirect bioleaching. Hydrometallurgy 59: 159-175.
59. Segener A, Neuner A (1986) Acidianus infernus gen. nov.? sp. nov. and Acidianus
brierleyi comb. nov. facultatively aerobic, extremely acidophilic thermophilic
sulfur-metabolizing archaebacteria. Int J Syst Bacteriol 36: 559-564.
60. Silverman MP, Ehrlich HL (1964) Microbial formation and degradation of minerals. Appl Microbiol 6:153-206.
61. Timmins MG (2001) Leaching of chalcopyrite concentrate using extreme
thermophilic bacteria, Master science, Department of metals and Materials
62. Torma AE, Gabra GG, Guay R, Silver M (1976) Effects of surface active agents on the oxidation of chalcopyrite by Thiobacillus ferrooxidans. Hydrometallurgy 1: 301-309.
63. Torma AE, Walden CC, Branion RMR (1972) The effect of carbon dioxide and particle area on the microbiological leaching of zinc sulfide concentrate.
Biotechnol Bioeng 14: 777-786.
64. Tuffin M, Hector SB, Deane SM, Rawlings DE (2006) Resistance determinants of a highly arsenic-resistant strain of Leptospirillum ferriphilum isolated from a commercial biooxidation tank. Appl Environ Microbiol 72: 2247-2253.
65. Wakeman KD, Honkavirta P, Puhakka JA (2011) Bioleaching of flotation by- products of talc production permits the separation of nickel and cobalt from iron and arsenic. Process Biochem 46: 1589-1598.
66. Watling HR (2006) The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides — A review. Hydrometallurgy 84: 81-108.
67. Weisburg WG, Barns SM, Pelletier DA, Lane DJ (1991) 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. J Bacteriol 173: 697-703.
68. Wheaton G, Counts J, Mukherjee A, Kruh J, Kelly R (2015) The coinfluence of heavy metal biooxidation and heavy metal resistance: implications for bioleaching by extreme thermoacidophiles. Minerals 5: 397-451.
69. Willner J, Kaducova J, Fornalczyk A, Saternus A (2015) Biohydrometallurgical method for metals recovery from waste minerals. Metabk 54: 255-259
70. Xie XY, Sun PD, Lou JQ, Guo MX, Ma WG (2013) Effect of simulated heavy metal leaching solution of electroplating sludge on the bioactivity of
Acidithiobacillus ferrooxidans. Chinese J Environ Sci 34: 209-216.
71. Xiong XX, Gu GH, Ban JR, Li SK (2015) Bioleaching and electrochemical property of marmatite by Sulfobacillus thermosulfidooxidans. Trans Nonferrous
72. Yang Yu, Qian L, Shi W, Peng H, Qiu G (2008) Isolation and characterization of acidophilic bacterium from Gaofeng Mine in China. Science Press 18: 1253-1257.
73. Yin HQ (2007) Development and application of the microarray technology during the research on the structure and function of microbial communities for acid mine drainages from the copper mines. J Microbiol Meth 70: 165–178
74. Zhang l, Wua j, Wang Y, Wana L, Mao F, Zhang W, Zhou XCH (2014) Influence of bioaugmentation with Ferroplasma thermophilumon chalcopyrite
bioleaching and microbial community structure. Hydrometallurgy 146: 15-23.
75. Zhang YF (2006) Isolation and bioleaching characterization of autotrophic and
heterotrophic bacterium. Master thesis. Central South University, China.
76. Zhou J, Bruns MA, Tiedje JM (1996) DNA recovery from soils of diverse composition. Appl Environ Microbiol 62: 316-322.