Biosolubilizarea Deșeurilor Poluante cu Conținut de Cupru

Cuprul a fost cunoscut tradiţional ca metalul roşu, după culoarea sa naturală (Raboca 1997).

Cuprul este de asemenea cunoscut şi ca metal verde pentru patina (strat oxidic subţire pe suprafaţa unui metal) verde, care este dobândită datorită alterării (Raboca 1997). Cuprul patinizat este punctul focal arhitectural al multor clădiri moderne pentru aspectul său natural. Dincolo de aceasta însă, cuprul poate fi citat cu adevărat ca metalul verde pentru rolul său în protecţia mediului natural, prin folosirea sa în aplicaţiile cu economisire de energie şi pentru realizările care au condus la producţia de metale într-o manieră sănătoasă pentru mediul înconjurător.

Cuprul şi aliajele de cupru au fost reciclate de sute de ani. Economic, întreaga industrie a cuprului şi aliajelor sale este dependentă de reciclarea oricăruia dintre aceste produse. Se apreciază că 35% din consumul total de cupru al S.U.A. provine din cupru reciclat.

Se apreciază că niciodată cuprul nu se pierde. Ajuns în sol, cuprul este uşor leşiat, extras prin dizolvare şi deplasat spre râurile care duc spre mare, de unde, după perioade de timp geologice, el poate fi extras (din precipitate termale, noduli marini, etc.).

Convenţional, cuprul este recuperat printr-un proces metalurgic, cunoscut ca topire. În acest proces minereul de cupru este extras, sfărâmat, concentrat, topit şi rafinat.

Începând cu mijlocul anului 1980 s-a impus o nouă tehnologie, cunoscută în mod obişnuit ca proces de extracţie electrolitică a metalelor cu solvent de leşiere, prescurtat SX/EW Process, care a fost adoptat pretutindeni. Noua tehnologie a cuprului utilizează acid de topire pentru a produce cupru din minereuri oxidate sau deşeuri miniere. Astăzi, pe plan mondial, aproximativ 20% din cuprul total produs se realizează prin acest procedeu. Un avantaj al procesului este reprezentat de costul scăzut al capitalului de investiţie prin comparaţie cu procesul de topire, precum şi de capacitatea sa de a fi avantajos din punct de vedere economic şi la scară mică. În China, de exemplu, unde depozitele de cupru sunt puţine şi destul de limitate, există 40-50 instalaţii prin sistemul SX/EW.

O altă tehnologie care a ajutat la obţinerea de cupru fără efecte negative asupra mediului este reprezentată de solubilizarea bacteriană sau biosolubilizarea.

2. Evoluţia istorică

În zilele noastre, biosolubilizarea ocupă un loc din ce în ce mai important printre tehnologiile disponibile. Această situaţie nu este accidentală, ci o consecinţă a faptului că resursele minerale sunt amplasate îndeosebi în ţări în curs de dezvoltare, pentru care mineritul constituie una din principalele surse de venit. Pentru aceste ţări biosolubilizarea este o tehnică potrivită, prin simplitatea procedeului şi costurilor scăzute de capital, de investiţie şi exploatare.

Biosolubilizarea a luat un avânt deosebit la scară industrială în aceste ţări, îndeosebi pentru mineritul cuprului şi aurului.

Biosolubilizarea are utilizări cu mult mai vechi, chiar dacă nu se cunoşteau cauzele ce conduceau la biosolubilizarea metalului. Astfel, una din primele utilizări ale procesului de biosolubilizare a cuprului este cea din insula Cipru. În anul 166 e.n., Gallen, un naturalist şi fizician, a prezentat operaţia de biosolubilizare a cuprului in situ. Apa de suprafaţă a putut percola prin roca permeabilă şi a putut fi colectată în amfore. În timpul procesului de percolare prin rocă, minereurile de cupru s-au dizolvat, astfel încât s-a înregistrat o creştere a concentraţiei CuSO4 în soluţie. Soluţia s-a evaporat apoi, până când CuSO4 s-a cristalizat.

Pliniu ce Bătrân (23-79 e.n.) a prezentat faptul că o practică similară pentru extracţia CuSO4 era utilizată în Spania.

Înainte de inventarea electrolizei singura practică de a recupera cuprul din CuSO4 era prin cementare, un procedeu care-şi trage denumirea de la cuvântul spaniol cementarion, care înseamnă precipitare.

Se presupune că cementarea cuprului era cunoscută în timpul lui Pliniu, dar nu s-a găsit nici o înregistrare scrisă a acestei aplicaţii comerciale.

Cementarea cuprului era cunoscută şi de către chinezi, după documentele împăratului chinez Lui-An (177-122 î.e.n.). Totuşi, chinezii au influenţat producerea comercială a cuprului, folosind procesul de cementare în secolul al X-lea. Uzina de cementare Tchiaugshan şi-a început lucrările în 1096, cu o producţie anuală de 190 t Cu.

În evul mediu, alchimistul Paracelsus (1493-1541) a prezentat cementarea cuprului ca o transmutare a lui Marte (fier) în Venus (cupru).

Leşierea în vrac a sulfurilor cuprifere la scară industrială a fost realizată la mina Rio Tinto, în Spania, în jurul anului 1752. Minereul a fost mărunţit şi aşezat pe un pat uşor înclinat, straturile de minereu alternând cu straturi de lemn. Odată ce s-a realizat construirea vracului, lemnul a fost aprins, rezultând prăjirea cuprului şi sulfurilor de fier, după care s-a vărsat apă în partea superioară a vracului. În timp ce apa percola prin vrac, cuprul şi fierul s-au dizolvat formând sulfat de cupru şi sulfat de fier. În 1888 această metodă de extracţie a fost interzisă prin lege, din cauza impactului negativ asupra mediului, cauzat de norii de SO2 formaţi.

Procesul de leşiere în vrac fără prăjire a continuat la Rio Tinto cu succes, până în anii ’70. Motivele succesului erau necunoscute, dar se credea că acesta se datora unei calităţi obscure a minereului de la Rio Tinto şi climatului spaniol. Astăzi este bine ştiut că microorganismele de tipul Thiobacillus ferrooxidans au jucat un rol important în succesul operaţiilor de la Rio Tinto.

Datorită interdicţiei, la vremea respectivă s-au multiplicat eforturile de perfecţionare a biosolubilizării, când s-a stabilit şi contribuţia bacteriilor la solubilizarea metalului, fapt confirmat atunci când Thiobacillus ferrooxidans a fost identificată în leşii. Tot atunci au început să fie stabiliţi şi factorii care afectează biosolubilizarea, cum ar fi: înălţimea grămezilor, mărimea particulelor, controlul temperaturii, spălarea iniţială cu acid sulfuric sau rezerva de apă necesară solubilizării. Deşi încă din 1880 a fost demonstrat faptul că solubilizarea metalului din resurse minerale se bazează pe oxidarea componentelor de sulf şi formarea H2SO4, numai în 1947 Thiobacillus ferrooxidans a fost identificată ca parte din comunitatea microbiană găsită în apele de mină (Le Roux 1970, Brierly 1982, Temple & Colmer 1951, Ivănuş 2005), iar din 1958 datează primul brevet care descrie un proces ciclic în care o soluţie de H2SO4 este folosită pentru extragerea metalului, regenerată prin aerare şi refolosită în următoarea etapă de solubilizare (Brierly 1982).