Energiatakarkos ipari technolgik mikrbk az rckinyersben kohszat gntechnolgia

Energiatakarékos ipari technológiák: - mikróbák az érckinyerésben (kohászat) - géntechnológia

Bevezetés • Napjainkban az energetika kiemelt jelentőségű a fenntartható fejlődésben. • Fontos a kimerülő energiaforrásaink (pl. ásványi tüzelőanyagok, nukleáris üzemanyagok) takarékos használata, beleértve más, új módszerekkel való helyettesítésüket. • A nehézipari technológiák általában nagyon jelentős energiaigényűek, és a pazarlás hosszabb távon megengedhetetlen. Ezért elengedhetetlen újabb és újabb energiatakarékos ipari technológiák kivitelezése. Ilyen például - a hagyományos kohászati eljárások helyettesítése (baktériumokkal az ércből a fém kinyerése), vagy - a vegyiparban a növényvédőszerek helyett alkalmazott géntechnológia.

Új vaskorszakban élünk (még mindig a „vas és acél országa” vagyunk) • • • Egyrészt a különböző acélfajták napjainkban rohamos fejlődési időszakaszukat élik, s az anyagszerkezeti ismeretek bővülése nyomán újabb és jobb tulajdonságú acélok születnek, másrészt a műszaki kerámiák és polimerek (műanyagok), továbbá a különféle összetett műszaki anyagok (kompozitok) tulajdonságai is fejlődnek, és ezek az anyagok egyre több felhasználási területet vesznek el az acéloktól. Kérdés: vége felé tart a vaskorszak, és "új anyagok" korszakának küszöbéhez érkeztünk? Válasz: még nem! A konstruktőrök és technológusok számára nyújtott választékból ugyanis az anyagkiválasztás műszaki, gazdasági és társadalmi (ökológiai) megfontolások összessége alapján történik, s ez ma még az esetek túlnyomó többségében az acéloknak kedvez. De az acél nem univerzális anyag, ezért vele szemben más anyagnak is esélye van felhasználási területeken versenyt nyerni! Az új anyagok fejlődése és térnyerése a világ vaskohászatát is a fejlődés gyorsítására késztette: az utóbbi két évtizedben ugrásszerű minőségi változásoknak, új progresszívebb acélok, új termelékenyebb technológiák, új szerkezetű vaskohászati üzemek megjelenésének lehetünk szemtanúi. A jobb tulajdonságú acélokból kevesebbet kell beépíteni gépbe, járműbe, szerkezetbe, tehát kevesebb acélt kell gyártani; az új technológiák kevesebb berendezést, kevesebb él őmunkát igényelnek, ezért vaskohászati üzemek százait zárják be, következésképpen munkahelyek milliói szűnnek meg. S noha mindezek szinte ugrásszerű műszaki fejlődés következményei, a világgazdaság hajlamos ezt a vaskohászat világméretű válságának tekinteni. Pedig ez nem a vaskohászat, nem a vas és acél válsága, ellenkezőleg: egy "újvaskorszak", az új acélok és új vaskohászati technológiák korszakának küszöbén állunk. Csak a hagyományos vaskohászat éli végnapjait.

Fontosabb ipari vasfajták • Vasszivacs: akkor keletkezik, ha az ércet szilárd állapotban redukálják; közbenső termék, az acélgyártás alapanyaga. A vasszivacsban a fémes vason kívül benne van az érc meddője is. Megolvasztásakor a vasolvadék és a meddő - salakjában válik el egymástól. • Nyersvas: 3 -4% C-tartalmú vas, a nagyolvasztó terméke. Rideg, képlékenyen nem alakítható. Közbenső termék, az acélgyártás és öntöttvasgyártás alapanyaga. • Öntöttvas: nyersvasból nyerik kéntelenítéssel és Si-mal vagy Mn-nal való ötvözéssel. Gyakori ötvözője még a Cr, Ni, Mo és Ti is. Képlékenyen nem alakítható szerkezeti anyag. • Acél: legfeljebb 2% karbont és több-kevesebb egyéb elemet is (pl. Si-ot, Mn-t, Crot, Ni-t, Mo-t, W-ot, V-ot, Nb-ot, Co-ot Al-ot és Ti-t) tartalmazhat. A nyersvasaktól és öntöttvasaktól elsősorban az különbözteti meg, hogy képlékeny, jól alakítható: izzó (forró) állapotban jobban, szobahőmérsékleten kevéssé. Az összes felhasznált fém (vasfém és nemesfém) közel 90%-a acél. • Az acél rendelkezik csaknem valamennyi fontos anyagtulajdonsággal, s a tulajdonságok (pl. a szilárdság, szívósság, képlékenység) mértéke viszonylag tág határok között szabályozható. Képes elviselni statikus és dinamikus igénybevételeket, ellenállni klimatikus, korróziós és koptató hatásoknak; alkalmazható alacsony és magas hőmérsékleten; forgácsolható, hegeszthető; felülete bevonható fémmel, műanyaggal, kerámiával.

Fémek (vas) hagyományos előállítása A fémek a természetben vegyületeikben, elemi állapotukban fordulnak elő. Érc: olyan ásvány, amelyből a fém gazdaságosan kinyerhető. A fém kinyerésének lépései: Dúsítás: a meddő anyag eltávolítása - mozgó mágnesszalagon történő kiválasztás - mosás - flotáció (szulfidos érceknél): olajban és szappanos vízben mossák, átbuborékoltatják - kilúgozás: savban vagy lúgban oldják az ércet Redukció: a fémeket mindig redukcióval (pl. szénnel vagy szénmonoxiddal) állítják elő. Fe 2 O 3+3·C → 2·Fe+3·CO

Vasgyártás Kohóban (nagyolvasztóban) végzik nyers- és segédanyagok hozzáadásával. salaklecsapoló

A fémek kinyerésének alternatív technológiái • Az évezredek során a fémkinyerési technológiák folyamatosan fejlődtek, így egyre kisebb fémtartalmú ércet is gazdaságosan ki lehet termelni. • Többek között a közlekedés és az elektrotechnika rohamos fejlődésével továbbra is nagy az érdeklődés az egyes ércek iránt. • A klasszikus kitermelési módszerek: – – Mosás: Valamilyen oldószerrel átmossák az anyagot Flotálás: Habképzők segítségével vonják ki az anyagból az ércet Lúgos, savas feltárás Mágneses tulajdonságú fémek kinyerése az ércből elektromágnessel • Ugyanakkor a gazdaságosan kitermelhető telepek száma csökken, így mostanság fordul nagy figyelem a kis koncentrációban fémet tartalmazó ércek kitermelési lehetőségeire. • Az egyik (talán legígéretesebb és legéletképesebb) technológia a mikroorganizmusokkal történő érckinyerés.

A klasszikus kémiai technológiák veszélyei • Az elterjedt technológiák legtöbbször extrém savas, vagy lúgos közeget, esetleg környezetkárosító flotáló-, és flokkulálószereket alkalmaznak. • A legnagyobb probléma, hogy a feldolgozás után a kitermelt érc nagy része meddőhányó lesz (80 -90%), ami hordozza ezeket a környezetkárosító folyamatokat, ráadásul megteremti azt a lehetőséget, hogy az esővíz továbbra is kimossa ezeket a környezetre ilyen koncentrációban már veszélyes fémeket a környezetbe. • A 2000 -ben történt cianidos szennyezés a Tiszában megmutatta, hogy a jelenleg alkalmazott technológiák mennyire elavultak, veszélyesek, és mekkora pusztításra képesek. • Valamennyi meddőhányó környezeti problémája máig megoldatlan, nincs jó technológia a kármentesítésre. • A fent felsoroltak alapján új alternatív környezetkímélő technológiák ipari méretű alkalmazása égetően szükségessé válik.

A mikrobiális kitermelés • A biotechnológia és a mikrobiológia rohamos fejlődésével ismertté váltak olyan baktérium törzsek, melyek extrém környezeti körülmények közt is életképesek, s őt igazán ilyen feltételek között kell, hogy éljenek. • Ilyen extrém körülmények: – Extrém savas, vagy lúgos p. H – Extrém hőmérsékleti, nyomás viszonyok – Extrém magas fémkoncentráció • Az érc-, és acélfeldolgozás során előfordultak olyan esetek (legtöbbször vizes vagy olajos közegben), melyek során a feldolgozott érc elszínesedett, vagy felülete károsodott. • A kutatások azt mutatták, hogy ezeket a káros folyamatokat olyan extremofil baktériumok okozták, amelyek jelentősen megváltoztatták a folyadékközeg p. H, dielektromos tulajdonságait. Az ilyen típusú baktériumok az extrém fémtartalmat jól tűrik, sőt 7 -10%-os koncentrációban be is építik szervezetükbe. • Ezen baktériumtörzsek ipari fémkinyerésre alkalmasak.

A mikrobiális bányászat 1. • Biobányászat: fémek kivonása ásványokból mikroorganizmusok segítségével. • Savas közegben Fe III ionok katalizálásával a mikróbákkal az adott fém oldhatatlan szulfidját képzik (Cu. S, Zn. S, Ni. S, Co. S) majd a baktériumból való kinyerés után ezen szulfidok oldható szulfátját képzik a fém kinyerhető • A baktériumok szerepe a folyamatban: – Visszaoxidálni a katalizátor vasat, így regenerálják azt. – A szulfidok mikrobiális oxidációjával pedig kénsavat termelnek, ezzel előteremtve a fém kinyerését • • Közvetetten alkalmasak a mikrobiális technológiák az arany kinyerésére is. – A mikroorganizmusok oxidálják az aranyszemcsék körüli ásványokat, így kevesebb cianid ion kell a fémkinyeréshez. A mikrobiális folyamatok jelentős (vízben oldható) fémszulfát lerakódásokat idéztek elő, ezt már a rómaiak is ismerték, és ezeket a telepeket termelték ki.

A mikrobiális bányászat 2. • A mikrobiális bányászat előnyei: – A nagy fém koncentrációjú telepek fogyóban vannak, a klasszikus feltárási technológiák gazdaságtalanná váltak – E technológiával az igen kis koncentrációban jelenlevő fémek is gazdaságosan kitermelhetőek – A mikrobiális fémkinyerés intenzíven növekvő biotechnológiai iparág • Pl. : rézkinyerés gyenge minőségű ércekből és meddőhányókból – Környezetkímélőbb technika, mint a hagyományos fizikai-kémiai módszerek: • Kisebb az energia-felhasználás • Nem bocsát ki szennyező gázokat (pl. kén-dioxidot) • A biobányászatból visszamaradt salak kis aktivitású

A mikrobiális bányászat 3. • A mikrobiális bányászat mikroorganizmusai: – Legfontosabbak a vas és kén-oxidáló kemolitotrófok (CO 2 -ben működnek jól) – Acidofilek: a termelt kénsav csökkenti a környezetük p. H-ját – p. H: 1, 4 -1, 6 tartományban képesek a vasat kinyerni az ércből – Kis tápanyagigényűek – Kevés műtrágyával a nitrogén-, foszfor-, kálium-, mikroelem igény kielégíthető – Rezisztensek sokféle nehézfémmel szemben – Nem patogének – 20 -35 o. C tartományban (környezeti hőmérsékleten) működnek – A biooxidációs mikroorganizmus konzorciumok összetétele a hőmérséklettől függ, a hőmérséklettel nő az archaeák mennyisége

A mikrobiális bányászat 4. • Néhány fém kinyerésére alkalmas baktérium: – Acidithiobacillus thiooxidans – Acidithiobacillus caldus – Leptospirillum ferrooxidans – Leptospirillum ferriphilum – Sulfobacillus ssp. – Acidimicrobium fajok – Ferroplasma fajok – Sulfobacillus fajok – Sulfolobus fajok – Metallosphaera fajok – Acidianus fajok

A mikrobiális bányászat ipari megoldásai 1. • Alapvetően két kémiai (tioszulfát-, és poliszulfid) mechanizmust alkalmaznak a manapság használt technológiák. • Két kitermelési technológia uralkodik: 1. Kevertetett reaktoros technológia: • • Erőteljesen levegőztetett folyamatosan működő fermentorok sora • A kevertetett 20% érctartalmú szuszpenzió végighalad a p. H-, és hőmérsékletszabályzott levegőztetett reaktorokon • • Bioexoterm a folyamat, ezért a fermentorokat hűteni kell Az első tankba az őrölt érc kerül a szervetlen táranyagként szolgáló ammónia-, és foszfát műtrágyákkal Nem steril a rendszer Az ásványok néhány nap alatt lebomlanak A hőmérséklet 40 -50 o. C közötti Különböző ásványtípusok kezelhetőek egyszerre 6500 m 3 térfogatú fermentorokban 230 tonna érc dolgozható fel naponta Drága és költséges technológia

A mikrobiális bányászat ipari megoldásai 2. 2. Halomreaktoros technológia: – Az ércet impermeábilis alapra helyezik – Hatékony kioldó-folyadék szétoszlató és gyűjtő rendszert alakítanak ki – A recirkuláltatott kioldó folyadék savas – A levegőztetés lehet aktív vagy passzív – Nehezebben oldható meg a szellőztetés, mint az előző technológiánál – p. H grádiens alakul ki, ez csökkenti a fémek kioldásának hatékonyságát – Nehéz biztosítani a megfelelő tápanyag-ellátást – Viszonylag olcsó a kiépítése és az üzemeltetése – Lényegesen több érc kezelhető vele, mint a reaktoros technológiával (a nagy üzemek évi 100 -200 ezer tonna Cu-t termelnek) – Kis hatékonyságúak, a folyamat hetekig, hónapokig tart – Elsősorban a réz kinyerésére alkalmas – A hőmérséklet és a levegőztetés növelésével növelhető a kitermelt ércmennyiség

Gyakorlati alkalmazások környezetszennyező nehézfémek kivonására • Az USA Homestake színesfémbánya elfolyó bányavize Pb, Cu, Zn, Mn, Cd elemekkel erősen szennyezett. A kifolyócsatornákba ciannerbaktériumokat, algákat, magasabbrendű növényeket telepítettek, és meglepően magas, 99 %-os tisztítási hatásfokot értek el. • Más esetben a tengeri algákat kiszárították, formaldehiddel térhálósították. Ez a bioszorbens anyag tömegének 10 %-át elérő Cd mennyiséget kötött meg, felülmúlva a legjobb kereskedelmi ioncserélő gyanta teljesítményét. Az anyag regenerálásával (0. 1 -0. 5 mol sósavval kezelve) a teljes fémmennyiség leválasztható volt, és a fémmegkötő képesség még ötszöri deszorpció után sem csökkent. A megkötött Cd 1 %a már desztillált vízzel kimosható volt. Az utóbbi adat arra figyelmeztet, hogy a nehézfémek oldódása olyankor is végbemehet, amikor a kioldást egyáltalán nem feltételezzük. Mivel a szénbányák meddő- és pernyehányóiban kis mennyiségben általában megtalálhatók a mérgező fémek, ezek alapján hosszú időn át fennállhat a környezetszennyezés veszélye. A jelenség rejtve marad, éppen ezért "időzített bomba"-ként viselkedik.

Összegzés • A mikrobiális fémbányászat a jövőben ígéretes és gazdaságosan megvalósítható érckinyerési technológiának mutatkozik. • Lényegesen kevesebb a környezetet szennyező maradékanyagok mennyisége a technológiában. • A biotechnológia és a mikrobiológia fejlődésével rohamosan nő a különböző fémek kinyerésére alkalmas baktériumtörzsek száma. Emiatt sok fém kis mennyiségben is gazdaságosan kitermelhető lesz érceiből. • Az ipari technológia kialakulása kezdeti szakaszban van, így még költségesebb és kisebb hatékonyságú a jelenleg alkalmazott hagyományos technológiákhoz képest. • Ennek ellenére néhány év múlva a kiforrott mikrobiális fémkinyerési technológiák leválthatják a manapság alkalmazott sok évtizedes környezeti problémákat okozó fizikai-kémiai eljárásokat.

Növényvédőszerek A növényvédőszerek a jótékony hatásuk mellett kártékonyak is. Használatuk mégis kikerülhetetlen. (Csak a rovarok kb. 33 millió t gabonát tesznek tönkre évente. ) - Omnicid (emberi szervezetre toxikus) hatásuk miatt a lakosság egész életen át tartó küszöbdózisú mérgezésével kell kalkulálnunk. - Energetikai szempontokat tekintve az előllításukra használt energiát és az előállításuk, felhasználásuk, tárolásuk során keletkező hulladékok kezelésére fordított energiát kell figyelembe vennünk. A dinamikusan fejlődő biotechnológiának köszönhetően azonban a vegyipari hulladékok problémáját megoldhatjuk. A növények génkezelésével olyan rezisztens tulajdonságot adhatunk a növényeknek, melyek a különböző inszekticidek használatát feleslegessé teszik. A különbőző fizikai (hőmérséklet), kémiai( p. H) behatásokkal szemben is ellenállóbbak lehetnek attól függően, hogyan módosítjuk génállományukat. A génállomány módosítás úgy történik, hogy a gazdasejt DNSébe megfelelően kiválasztott és konstruált génszakaszokat juttatunk be.

Néhány növényvédőszer • • • • AMINSÓ 450 SL 450 g/l 2, 4 -D (dimetilamin só) gyomirtó szer (folyékony), ACANTO 250 SC 250 g/l pikoxistrobin gombaölő szer (folyékony), ACENIT 50 EC 50 % acetoklór gyomirtó szer, ACENIT A 880 EC 800 g/l acetoklór + 80 g/l AD-67 antidótum gyomirtó szer (folyékony), ACORD 500 SC 500 g/l etofumezát gyomirtó szer, ACROBAT MZ 9 % dimetomorf + 60 % mankoceb (por alakú), gombaölő szer, ACTARA 25 WG 25 % tiametoxam rovarölő szer (vízoldható granulátum), ACTELLIC 50 EC 50 % pirimifosz-metil rovarölő szer (folyékony), ACTIROB B 100 % növényi olaj (repce) hatásfokozó adalékanyag, ADMIRAL 10 EC 100 g/l piriproxifen rovarölő szer (folyékony), AFALON DISPERSION 450 g/l linuron gyomirtó szer (folyékony), AFFINITY WG 0, 75 % karfentrazon + 50 % izoproturon gyomirtó szer (granulátum), AGIL 100 EC 100 g/l propaquizafop gyomirtó szer (folyékony), AGRILKÉN 7 % poliszulfidkén + 58 % vazelin olajlemosó (folyékony)

A biotechnológia • A biotechnológia kétségkívül az ezredforduló egyik legdinamikusabban fejlődő tudományága. A biotechnológia szerteágazó technikák sorát foglalja magába, ezért állásfoglalást csak az egyes módszerek alkalmazásával kapcsolatban lehet alkotni, függetlenül attól, hogy nemes, vagy haszonorientált céllal alkalmazzák-e azokat. • A biotechnológia élő szervezeteket alkalmaz fogyasztási termékek előállítására, módosítására, - illetve élőlények tulajdonságainak megváltoztatására irányul. • Napjainkra a molekuláris biológia a biotechnológia bázisává vált. A DNSrekombináció alkalmazása lehetővé tette az élőlények genetikai anyagának módosítását, sőt fajidegen gének bejuttatását is az élő szervezetekbe. Ezáltal genetikailag módosított, illetve transzgénikus szervezetek állíthatók elő. A biotechnológiának a génsebészettel, vagy ha úgy tetszik genetikai manipulációval foglalkozó ágát géntechnológiának nevezzük. • A génmanipulációval létrehozott génkonstrukciók valószínűleg az evolúció során sosem alakulnának ki. Ami esetleg spontán létrejönne, az sem "kísérletnyi" időtartam alatt, hanem évmilliók alatt szelektálódna ki, és adaptálódna környezetéhez. Ezért elsőként az a kérdés vetődik fel, hogy az embernek szabad-e a természetes evolúció kereteiből kitörni, annak irányát eltéríteni és szája íze szerint alakítani a természet teremtményeit.

Kezelt és kezeletlen becő