การใช้ไบโอลิชชิ่งในการสกัดสังกะสีออกจากสังกะสีซิลิเกต

The Biological Leaching of Zinc from Metal Silicate

Name: ไพทิพย์ ตันติเวชวุฒิกุล

Name: Paitip Tantiwachwutikul

keyword: การสกัดสังกะสี

Abstract: งานวิจัยนี้ได้ศึกษาการใช้ไบโอลิชชิ่งในการสกัดสังกะสีจากสังกะสีซิลเกต แร่ตัวอย่างที่ ใช้ในการสกัด เป็นแร่ที่มาจากอำเภอแม่สอด จังหวัดตาก ประกอบไปด้วยซิลิเกตร้อยละ 38 สังกะสี ร้อยละ 41 และไม่พบว่ามีชัลไฟด์เป็นองค์ประกอบ แบคทีเรียที่ใช้ในกระบวนการไบโอลิชชิ่ง คือ Thiobacillus ferrooxidans จากการศึกษาพบว่า สังกะสีถูกสกัดออกมาอยู่ในสารละลายได้เมื่อมีและไม่มีแบคทีเรีย อยู่ เมื่อมีแบคทีเรียและในสภาวะที่เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของ T. ferrooxidans คือที่ pH 2.8 อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส และมีเหล็กเฟอร์รับเป็นองค์ประกอบของสารอาหารเกิดการละลายของ สังกะสีได้มากกว่าเมื่อไม่มีแบคทีเรียอยู่ โดยในสภาวะแวดล้อมที่คล้ายคลึงกัน เมื่อมีแบคทีเรียสังกะ สีสามารถละลายออกมาได้หมดภายใน 14 วัน ในขณะที่ไม่มีแบคทีเรียสังกะสีละลายออกมาได้เพียง ร้อยละ 40 ของสังกะสีทั้งหมดที่มีอยู่ในตัวอย่างแร่ จากการที่สังกะสีละลายออกมาได้ทั้งมีและไม่มี แบคทีเรีย ปฎิกิริยาที่ทำให้เกิดการละลายของสังกะสีจึงมีทั้งปฎิกิริยาเคมีและปฎิกิริยาชีววิทยา ปัจจัยที่สำคัญที่มีผลต่อปฎิกิริยาเคมี และปฎิกิริยาชีววิทยา คือ pH และปริมาณเหล็ก เฟอร์รัส pH เริ่มต้นที่เป็นกรดประมาณ 2.8 ส่งเสริมอัตราการลิชชิ่งทั้งปฎิกิริยาเคมี และชีววิทยา ในปฎิกิริยาเคมี pH ที่เป็นกรดช่วยส่งเสริมอัตราการออกซิเดชั่นของเหล็กเฟอร์รัสไปเป็นเหล็กเฟอร์ ริก และปฎิกิริยาระหว่างเหล็กเฟอร์ริกกับสังกะสีเป็นสังกะสีซัลเฟต เมื่อปฎิกิริยาสิ้นสุด pH ในสาร ละลายประมาณ 3.43 เนื่องจาก pH ในปฎิกิริยานี้ไม่ต่ำพอที่ทำให้เกิดการละลายของซิลิเกต แร่ที่ ผ่านการลิชชิ่งโดยปฎิกิริยาเคมีจึงมีซิลิเกตเหลืออยู่ถึงร้อยละ 35 ในปฎิกิริยาชีววิทยา pH 2.8 ช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตของ T. ferrooxidans ทำให้ แบคทีเรียออกซิไดซ์เหล็กเฟอร์รัสไปเป็นเหล็กเฟอร์ริก และได้พลังงานที่แบคทีเรียนำไปใช้ในการ เจริญเติบโต เหล็กเฟอร์ริกทำปฎิกิริยากับสังกะสีเช่นเดียวกับที่เกิดในปฎิกิริยาเคมีแม้ว่าทั้งปฎิกิริยา เคมีและชีววิทยาต้องการเหล็กเฟอร์รัส แต่ในปฎิกิริยาเคมีต้องการในปริมาณที่สูงกว่าต่อน้ำหนักของ แร่ที่เท่ากัน เนื่องจากในปฎิกิริยาชีววิทยาแบคทีเรียสามารถทำให้เกิดการหมุนเวียนของเหล็กเฟอร์ ริกไปเป็นเหล็กเฟอร์รัสได้อีก ซึ่งต่างจากปฎิกิริยาเคมีที่เมื่อเหล็กเฟอร์รัสถูกออกซิไดซ์หมด ปฎิกิริ ยาจะหยุด จากการทดลองพบว่าการลิชชิ่งแร่สังกะสีซิลิเกต 1 กรัม ต้องการเหล็กเฟอร์รัส 2 กรัม และ 1 กรัม สำหรับปฎิกิริยาเคมี และชีววิทยา ตามลำดับ นอกจากอัตราการออกซิไดซ์เหล็กเฟอร์รัสไปเป็นเหล็กเฟอร์ริก โดยแบคทีเรียเกิดได้เร็ว กว่าในปฎิกิริยาเคมีแล้ว การเจริญเติบโตของแบคทีเรียยังทำให้เกิดกรดซัลฟูริก มีผลทำให้ pH ต่ำลง โดยพบว่า pH ในสารละลายเป็น 1.98 pH ที่ต่ำลงนี้เพิ่มการละลายของซิลิเกตให้มากขึ้น ตัวอย่างแร่ที่ผ่านกระบวนการลิชชิ่งโดยปฎิกิริยาชีววิทยา มีปริมาณซิลเกตเหลือเพียงร้อยละ 24 โดยซิลเกตที่ละลายออกไปมีถึงร้อยละ 14 เมื่อเทียบกับร้อยละ 3 ในปฎิกิริยาเคมีโดยซิลิเกตที่ละ ลายออกไปได้มากขึ้น อาจเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ได้สังกะสีที่สกัดโดยกระบวนการชีววิทยาสูงกว่า กระบวนการทางเคมี เพราะทำให้สังกะสีที่มีอยู่ในตัวอย่างแร่มีโอกาสทำปฎิกิริยากับสารละลาย ลิชชิ่งได้มากขึ้น เมื่อ pH ของสารละลายตั้งต้นสูงกว่า 2.8 ปฎิกิริยาการสกัดสังกะสีที่เกิดขึ้นในระยะ แรกเป็นปฎิกิริยาเคมี ไม่ว่ามีแบคทีเรียหรือไม่มีแบคทีเรียก็ตาม เฟอร์ริกซัลเฟตที่เกิดขึ้นมีผลให้ pH ต่ำลง ในกรณีที่เลี้ยงแบคทีเรียใน pH ที่ต่ำลงทำให้เกิดการเจริญเติบโตของแบคทีเรียกล่าว ได้ว่า การละลายสังกะสีที่เกิดขึ้นในระยะหลังจึงเนื่องมาจากปฎิกิริยาชีววิทยา ซึ่งในกรณีดัง กล่าวปริมาณสังกะสีที่ได้เมื่อมีแบคทีเรียอยู่มากกว่าเมื่อไม่มีแบคทีเรีย ในระยะเวลาที่เท่ากัน pH สุดท้ายของสารละลายเป็น 1.98 และ 3.43 เมื่อมีและไม่มีแบคทีเรียอยู่ตามลำดับ เนื่องจากการเจริญเติบโตของ T. ferrooxidans ต้องการ pH ต่ำ ในที่มี pH สูงกว่า pH ที่ T. ferrooxidans เจริญได้ การเลี้ยง T. thiooxidans ร่วมกับ T.ferrooxidans โดยการเติม ซัลเฟอร์เป็นแหล่งพลังงานของ T. thiooxidans ทำให้ T. thiooxidans ผลิตกรดซัลฟูริก ทำให้ pH ต่ำลงเพิ่มการเจริญของ T. ferrooxidans ได้ดีกว่าเมื่อมี T. ferrooxidans อยู่ตามลำพัง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมีผลต่อปฎิกิริยาเคมีและชีววิทยาของกระบวนการลิชชิ่งต่างกัน ที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส T. ferrooxidans เจริญเติบโตได้ช้าลง ในขณะที่เพิ่มอัตราของปฎิ กิริยาเคมี อย่างไรก็ตามที่อุณหภูมิดังกล่าว เมื่อมีแบคทีเรียอยู่ปริมาณสังกะสีที่ละลายได้สูงกว่า เมื่อไม่มีแบคทีเรีย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มเป็น 45 องศาเซลเซียส อัตราที่สังกะสีถูกสกัดออกมาในสาร ละลายเป็นไปในอัตราเดียวกันทั้งเมื่อมีและไม่มีแบคทีเรีย และเป็นอัตราที่สูงที่สุดเมื่อเทียบกับ อุณหภูมิอื่นๆ ที่อุณหภูมิดังกล่าวแบคทีเรียเจริญเติบโตไม่ได้ การสกัดสังกะสีที่อุณหภูมินี้จึง เนื่องมาจากปฎิกิริยาเคมีทั้งสิ้นไม่ว่ามีหรือไม่มีแบคทีเรียก็ตาม จากการที่ปฎิกิริยาการสกัดสังกะสีทั้งทางเคมีและชีววิทยาต้องการเหล็กเฟอร์รัสจึง เป็นปฎิกิริยาทางอ้อม ซึ่งต้องการสัมผัสระหว่างสารละลายลิชชิ่งกับตัวอย่างแร่ การลดขนาด ของแร่เพิ่มปฎิกิริยาลิชชิงทั้งทางเคมีและชีววิทยา เมื่อเร่มีขนาดเล็กมากถึง 200 เมช การสกัด สังกะสีให้ออกมาจากตัวอย่างทั้งหมดไม่จำเป็นต้องมีแบคทีเรียช่วยในการสกัด ที่ตัวอย่างแร่ ขนาดเดียวกัน เมื่อเพิ่มปริมาณแร่ต่อปริมาตรสารละลาย (pulp density) อัตราและปริมาณสังกะสี ที่ถูกสกัดลดลง ในปฎิกิริยาเคมีการเพิ่ม pulp density ทำให้ปริมาณสังกะสีที่ละลายออกมาคิด เป็นร้อยละของสังกะสีที่มีอยู่ทั้งหมดในตัวอย่างแร่ลดลง เนื่องจากมีปริมาณเหล็กเฟอร์รัสไม่เพียง พอในปฎิกิริยาชีววิทยา pulp density ที่เพิ่มขึ้นทำให้อัตราการสกัดสังกะสีในระยะต้นต่ำกว่าที่ pulp density ต่ำ แต่เมื่อเวลาผ่านไปสังกะสีทั้งหมดสามารถถูกสกัดออกมาได้ ทั้งนี้เพราะแบค ทีเรียเพิ่มจำนวนได้มากขึ้นออกซิไดซ์เหล็กเฟอร์รัสได้มากขึ้น และมีการ recycle เหล็กเฟอร์ริก กลับเป็นเหล็กเฟอร์รัสอีก

Abstract: The research approached on biological leaching of zinc from zinc silicate, using T. ferrooxidans (ATCC 19859). The ore samples were obtained from zinc mine of Amphoe Mae Sot, Tak province. The samples were zinc silicate with 38% silicate and 41% zinc. Sulfide was not present in all analyses. The study showed that solubilization of zinc occurred with or without bacteria. Therefore, the solubilization was greater in the presence of T. ferrooxidans at pH 2.8 and 30 ํC. At these conditions, one hundred percent of zinc was extracted by bacterial leaching compared with 40 percents without bacteria (chemical leaching). Bacterial and chemical leaching depended upon the pH and the initial concentration of ferrous ion. The initial pH of 2.8 enhanced the rate of chemical reaction in the oxidation of ferrous ion to ferric ion which then reacted with zinc to zinc sulfate which was soluble particularly in acid solution. The final pH was 3.43. The amount of acid was not enough to dissolve the silicate which partially responsible for the solubilization of zinc. After chemical leaching the sample still contained approximately 35 percents of silicate. Growth of T. ferrooxidans was initiated at pH 2.8. It was found that the bacteria oxidized ferrous ion to ferric ion at the rate faster than the chemical reaction. The oxidation of ferrous ion to ferric ion coupled with the growth of microorganism. After the oxidation of ferrous ions, the solubilization of zinc occurred as same as the chemical reaction. Therefore the growth of T. ferrooxidans brought the pH of the system to as low as 1.98 due to acid production. This may cause the solubilization of silicate that enhance the efficiency of bacterial leaching due to the exposure of zinc to leaching solution. It was found that silicate removal was as high as 14% in the bacterial leaching whereas 3% removal was obtained in the chemical leaching. The presence of ferrous ion was very important for chemical and bacterial leaching. The amount required for chemical leaching was higher than for bacterial leaching. The investigation revealed that 1 and 2 gram of ferrous ion was needed for bacterial and chemical leaching of 1 gram ore respectively. The reduction of ferric ion to ferrous ion can occur in bacterial leaching thus provide the continuous oxidation of ferrous ion by the bacteria itself. When the initial pH was higher than 2.8, zinc solubilization mainly came from the chemical leaching whether or not the bacteria were present in the system. Nevertheless, ferric sulfate reduced the pH as low as 3.43. At this stage, the solubilization of zinc increased if the system was inoculated with T. ferrooxidans followed by further dropped in pH to 1.98. Without bacteria, the pH remained at 3.43 and the concentration of zinc in the solution was less than in the bacterial leaching. Since T. ferrooxidans can grow at low pH, growth of T. thiooxidans will be beneficial to T. ferrooxidans if the environmental pH was higher than 2.8. The oxidation of sulfur by T. thiooxidans decreased the pH to the level that growth of T. ferrooxidans would be initiated when grown together, the final pH was a little bit lower than T. ferrooxidans alone. Chemical and bacterial leaching were affected by rising in temperature T. ferrooxidans grew slower at 37 ํC. However, bacterial leaching was still more active than chemical leaching at this temperature. Bacterial activity was stopped at 45 ํC thus the rate of zinc solubilization was the same with or without bacteria. It was concluded that chemical reaction was the only mechanism involving the zinc solubilization at 45 ํC. The rate was also highest at this temperature. The requirement of ferrous ion showed that the chemical and bacterial leaching of zinc silicate were the indirect leaching. The smaller the ore particle, the rate and the amount of zinc solubilization increased for both reaction. At the same particle size, increase in pulp density decreased the rate and the amount of zinc extracted (as the percentage of total zinc in the sample). Though the rate of zinc solubilization was slower at higher pulp density, a hundred percent of zinc was extracted through bacterial leaching. Growth of T. ferrooxidans increased the oxidation of ferrous ion and also the availability of ferrous ion from the recycle process at the high concentration of ore.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: มรกต ตันติเจริญ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2531

Modified: 2556-05-06

Issued: 2556-05-06

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: BIT96

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เทคโนโลยีชีวภาพ

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	BIT96.pdf	1.62 MB	6	2025-12-03 13:24:03
2	BIT96ab.pdf	94.73 KB	3	2018-05-23 01:14:00

ใช้เวลา

0.034893 วินาที