Metal biocrystallisation for water rehabilitation and protection

BioWrap introduceert reductieve biotechnologie als een nieuwe benadering voor milieuvriendelijke verwerking van afvalstromen in de mijnbouw en de metaalindustrie. In combinatie met conventionele oxidatieve biotechnologie komen geheel nieuwe stroomschema’s beschikbaar.

Technologie

In het BioWrap-concept worden goudhoudende mineralen zoals arsenopyriet en enargiet in de Mineral Oxidation Reactor in contact gebracht met ijzer(III). Gereduceerde zwavelverbindingen op het oppervlak van deze mineralen worden door het ijzer gedeeltelijk chemisch geoxideerd tot elementaire zwavel. In de biologische Iron(II) en Arsenite Oxidation Reactor wordt ijzer(II) opnieuw geoxideerd tot Fe(III).

Het gedeeltelijk geoxideerde mineraal wordt vervolgens in de biologische Mineral Reduction Bioreactor met daarin het elementaire zwavel, gereduceerd tot waterstofsulfide. De minerale matrix desintegreert, waardoor metalen (waaronder goud) vrijkomen en winbaar zijn. Door het terugvoeren van de minerale deeltjes naar de minerale oxidatiereactor wordt laag voor laag gedesintegreerd. Deze afwisselende oxidatie-reductie is een geheel nieuwe aanpak waarvan de proof-of-principle is aangetoond en die we in BioWrap verder gaan ontwikkelen. De waterstofsulfide uit de mineraalreducerende reactor wordt gestript uit deze hoogwaardige elementaire zwavel door het bekende THIOPAQ-proces.

Tijdens minerale oxidatie met ijzer wordt arseen uitgeloogd. Dit wordt teruggevoerd naar de biologische Iron Oxidation Reactor, waarin arseen en ijzer kristalliseren tot scorodiet (ferri arsenaat); een werkwijze die eerder door Wageningen University is ontwikkeld. Scorodiet is zeer stabiel en door deskundigen aangewezen als de beste opslagoplossing voor arseenafval. Een gedeelte van arseen (arseniet) moet worden geoxideerd voordat het kan kristalliseren tot scorodiet. Biologische arseniet oxidatie is bij de te verwachten omstandigheden (hoge temperatuur, lage pH) ook een geheel nieuw proces dat we zullen bestuderen.

Uitdaging

BioWrap wordt ontwikkeld in 4 deelprojecten:

Deelproject 1: Biologische arseniet en orpiment oxidatie voor bioscorodiet productie.
Doel: Het ontwikkelen van een nieuw biologisch proces om kristallijn bioscorodiet (FeAsO₄.2H₂O ) te produceren uit arseniet. Deze werkwijze leidt tot een veilige arseen immobilisatie, waardoor emissie aan het waterige milieu voorkomen wordt.

Deelproject 2: Bio-reductie van elementaire zwavel voor winning van zware en edele metalen.
Doel: Het ontwikkelen van biologische reductie van elementaire zwavel naar waterstofsulfide onder verschillende omstandigheden (pH, temperatuur). De gevormde sulfide wordt gebruikt voor het winnen van zware metalen uit water waarmee emissies naar de waterige omgeving worden voorkomen.

Deelproject 3: Biorecovery van goud uit arsenopyriet door gedeeltelijke oxidatie-reductie.
Doel: Ontwikkeling van een nieuw en milieuvriendelijker proces om maximaal goud te winnen uit arsenopyriet-erts. Het proces bestaat uit bio-oxidatie van Fe(II) en chemische oxidatie van sulfide-erts naar elementaire zwavel. Zwavel wordt vervolgens verwijderd door reductie met behulp van zwavelreducerende bacteriën. Dit proces maakt gebruik van veel minder energie en produceert veel minder chemisch afval en vervuild water dan de conventionele processen.

Deelproject 4: Biorecovery van goud uit enargiet door gedeeltelijke oxidatie-reductie.
Doel: Als deelproject 3 maar dan met enargiet.

Oplossing

BioWrap creëert nieuwe mogelijkheden om metalen terug te winnen met hoge rendementen, tegen een lage milieu-impact, zoals weergegeven in tabel 1.
Tabel 1. Milieu-impact Metal BioWrap