Mikrobielle Laugung - Bioleaching

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1 Mikrobielle Laugung - Bioleaching Laufende Projekte 1. Mikrobiologische Laugung von Indium enthaltendem Sphalerit Gefördert durch die Dr.-Erich-Krüger Stiftung im Rahmen eines Graduiertenkollegs Partner: 13 Institute der TU BA Freiberg und zahlreiche Firmen innerhalb des Freiberger Biohydrometallurgischen Zentrums für Strategische Elemente (BHMZ). 05/ /2018 Ziel des Gesamtprojekts ist es, ein Gewinnungsverfahren für Indium und Germanium durch in-situ Biolaugung von sphaleritischen Erzen zur erarbeiten. In unserer Arbeitsgruppe erfolgt die Etablierung der mikrobiologischen Laugung von Sphalerit zur Gewinnung von Indium im Labor und insitu. Dabei soll der Einfluss von Indium auf die Laugung von Sphalerit untersucht und die Reaktionskinetik in Abhängigkeit verschiedener Indium-Gehalte bestimmt werden. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Charakterisierung der Biofilmbildung von Laugungsbakterien auf verschiedenen Sphaleriten im artifiziellen (Labor) und natürlichem System (in der Reichen Zeche). Link: 2. Laugung von und mikrobieller Abbau der Organik in Kupferschiefer Deutsch-französisch-polnisches ANR-BMBF Projekt Ecometals Partner u.a.: BGR, B.R.A.I.N GmbH, HZDR, B.R.G.M, KGHM GmbH Polen 02/14-01/17 Das Gesamtprojekt hat zum Ziel, ein effizientes Biolaugungsverfahren für Kupferkonzentrat zu entwickeln. Dabei steht vor allem die Erhöhung des zu laugenden Feststoffes auf 25% in einem Pilotanlage mit neuartigem Rührsystem im Fokus. Unsere Arbeitsgruppe untersucht den mikrobiellen

2 Abbau der organischen Kupferschiefermatrix. Hintergrund ist, dass der hohe Anteil an Organik die Flotation des Kupferschiefers erschwert. Ein vorgeschalteter Abbau der Organik verbessert den Flotationskoeffizienten. Dies erfolgt sowohl direkt mit Hilfe von Bakterien, die die Organik als C-Quelle benutzen können (z.b. Rhodococcus opacus) oder indirekt durch den Einsatz bakteriell produzierter Enzyme. Link: 3. Mineralselektive Laugung von Theisenschlamm BMBF-r 4 Verbundprojekt Theisenschlamm Partner UFZ, Adelphi GmbH, G.E.O.S, Nickelhütte Aue, HIF, B.R.A.I.N GmbH 02/15-01/18 Theisenschlamm ist ein deponierter Flugstaub aus der ehemaligen Kupferverhüttung, der aufgrund seiner Gehalte an (strategischen) Metallen als sekundäre Ressource angesehen werden kann. Im Projekt soll ein neuartiges, effizientes und anwendungsorientiertes Konzept zur Gewinnung und Verwertung der Zielmetalle Rhenium, Kobalt, Antimon, Vanadium und Nickel entwickelt werden. Die mikrobielle Laugung von Theisenschlamm wurde in unserer Arbeitsgruppe bereits etabliert. Darauf aufbauend soll durch das Einstellen des Redoxpotenzials in Bioreaktoren eine Selektivität der Laugung der oben genannte Zielelemente erreicht werden. Link: 4. Anaerobe Biolaugung von Fe(III) Mineralen FFG Verbundprojekt RECOMET 2.0 Partner: Universität Leoben, AVR GmbH, ferrodecont GmbH) ab 04/ In einem Vorgängerprojekt zur Aufreinigung von Wasser wurde dreiwertiges Eisen eingesetzt, um über die Adsorption an Eisen(oxy)hydroxide Schwermetalle zu präzipitieren. Die dabei entstehenden Schlämme enthalten neben Schwermetallen jedoch auch wertvolle Zielmetalle. Bei der anaeroben Biolaugung werden nach Zugaben eines Elektronendonors

3 (z.b. H 2 ) Eisenoxide unter Beteiligung von Bakterien bei sauren Bedingungen aufgelöst. Die Desorption der Wertmetalle ist dabei Ziel des Teilprojektes. Link: Team (Stand April ) Prof. Michael Schlömann Dr. rer. nat. Simone Schopf M.Sc. Fabian Giebner Dipl. Nat. Nadja Eisen M.Sc. Sebastian Eisen M.Sc. Marek Kaszuba M.Sc. Juliane Heim Felix Straube Laura Kaden Franziska Hartmann Karsten Gustav Arbeitsgruppenleiter Habilitandin (Mary-Hegeler Stipendium) Doktorand (Ecometals) Doktorandin (BHMZ) Doktorand (Theisenschlamm) Doktorand, DBU Stipendiat Technische Assistentin Masterstudent Masterstudentin Studentische Hilfskraft Studentische Hilfskraft Bisherige Abschlussarbeiten Blaesing, Luisa (BCh): Etablierung eines resistenzbasierten Testsystems für Acidithiobacillus ferrooxidans Helbra. / Establishment of a Test System for Acidithiobacillus ferrooxidans Helbra Based on Resistances. ( , Betreuer: Dr. Schopf) Roder, Marc (BGök): Einfluss verschiedener Additive auf die Atmungsrate von Acidithiobacillus ferrooxidans. / Influence of Various Additives on the Respiration Rate of Acidithiobacillus ferrooxidans. ( , Betreuer: Dr. Schopf, F. Giebner) Kaden, Laura (BNat): Mikrobielle Laugung von regionalen BiCoNi-Erzen. / Microbial Leaching of Regional BiCoNi Ores. ( , Betreuer: Dr. Schopf) Klink, Cindy (BGök): Mikrobielle Laugung zur Gewinnung strategischer Elemente aus Theisenschlamm als Sekundärrohstoff. / Microbial Leaching for the Winning of Strategic Elements from Theisenschlamm as Secondary Raw Material. ( , Betreuer: Dr. Schopf) Richter, Lysann (BCh): Untersuchungen der mikrobiellen Diversität von Bergbauwässern aus der Reichen Zeche. / Microbial Diversity Studies of Mine Waters from Reiche Zeche. ( , Betreuer: Dr. Schopf)

4 Giebner, Fabian (MNat): Untersuchung biologischer und chemischer Parameter der mikrobiellen ZnS-Laugung. / Investigation of Biological and Chemical Parameters of Microbial ZnS Leaching. ( , Prof. Dr. Heide, Inst. Mineralogie) Magoltz, Martin (BGök): Versuche zur Förderung der mikrobiellen Laugung carbonathaltiger Kupfererze durch elementaren Schwefel. / Experiments on Enhancement of Microbial Leaching of Carbonate-containg Copper Ores by Elementary Sulfur. ( ) Bittner, Lisa (BGök): Einfluss organischer Gesteinsbestandteile auf die Effizienz der mikrobiellen Laugung von Kupferschiefer. / Influence of organic compounds on the bioleaching efficiency of Kupferschiefer. ( , Betreuer: Dr. Kaschabek) Publications in journals with peer review Kutschke S, Guézennec AG, Hedrich S, Schippers A, Borg G, Kamradt A, Gouin J, Giebner F, Schopf S, Schlömann M, Pollman K, Dirlich S, Bodénan F Kupferschiefer blackshale bioleaching-an overview and perspectives. Min Eng. 75; Giebner F, Kaschabek S, Schopf S, Schlömann M Three adapted methods to quantify biomass and activity of microbial leaching cultures. Min. Eng. 79, Gelhaar N, Schopf S, Schlömann M Indium extraction from Reiche Zeche sphalerite and community analysis of acidic mine water. Adv. Mat. Res. 1130, Klink C, Heim J, Daus B, Eisen S, Schlömann M, Schopf S Bioreactor process optimization for bioleaching of fine-grained residues from copper smelting. Adv. Mat. Res. 1130, Giebner F, Eisen S, Schlömann M, Schopf S Optode-based oxygen measurements in bioleaching reactors. Adv. Mat. Res. 1130, Klink C, Heim J, Daus B, Eisen S, Schlömann M, Schopf S.. Investigation of Acidithiobacillus ferrooxidans in pure and mixed-species culture for bioleaching of Theisen sludge from former copper smelting. J. Applied Microbiol. Accepted Article, doi: /jam Giebner F, Eisen S, Schlömann M, Schopf S.. Optode-based oxygen measurements in bioleaching reactors. Invited for special issue in Hyrometallurgy. submitted. 3. Schopf S, Blaesing L, Schlömann M. Comparative genomics on Acidithiobacillus ferrooxidans. submitted. Poster presentations at national and international conferences 2013

5 1. Schopf S, Gelhaar N, Behm T, Klingl A, Schlömann M Bioleaching of sphalerite approaches for the winning of stratecic elements. Mine Water Symposium, Freiberg. 2. Lindemann K, Schopf S, Heim J, Pollmann K, Gutzmer J, Schlömann M Bioleaching of coppershale at acidic condtions. UVR-FIA Aufbereitungstagung, Freiberg Richter L, Gelhaar N, Erler B, Schlömann M, Schopf S Microbial diversity of mine waters from Reiche Zeche. VAAM Conference, Dresden. 2. Giebner F, Kaschabek S, Schopf S, Schlömann M New approaches for cell enumeration and activity quantification of Acidithiobacillus ferrooxidans. VAAM Conference, Dresden. 3. Gelhaar N, Schlömann M, Schopf S Microbial leaching of indium-containing sphalerite. 2 nd Transnational Workshop GETGEOWEB, Freiberg Giebner F, Roder M, Kaschabek S, Schlömann M, Schopf S Respirometric measurements of toxic effects on Acidithiobacillus ferrooxidans DSM Goldschmidt Conference, Prag. 2. Gelhaar N, Schopf S, Schlömann M Indium extraction from Reiche Zeche sphalerite and community analysis of acidic mine water. International Biohydrometallurgy Symposium, Bali. 1. Schopf S, Bläsing L, Schlömann M.. Comparative Genomics on Acidithiobacillus. VAAM Conference, Jena. 2. Gieber F, Schopf S, Schlömann M.. Evaluation of microbial degradation of organic matter in Kupferschiefer. VAAM Conference, Jena. 3. Giebner F, Schlömann M, Schopf S.. Toxicity of leaching additives on respiration activity Acidithiobacillus ferrooxidans. Biohydromet Conference, Falmouth. Book chapters Schlömann M, Schopf S, Tischler D, Mühling M. Biohydrometallurgie ein für Freiberg neues Arbeitsgebiet mit Bedeutung für Metallgewinnung und für die Reinigung von Bergbauwässern. In Glanzlichter der Forschung. Hrsg. Prof. Ulrich Groß. Erscheint voraussichtlich im Frühjahr. Talks at national and international conferences Gelhaar N, Schopf S, Schlömann M The effect of media-composition on bioleaching of sphalerite. Biohydromet Conference, Falmouth. 2. Giebner F, Kaschabek S, Simone S, Schlömann M Three new methods to quantify biomass and activity of microbial leaching cultures. Biohydromet Conference, Falmouth. 3. Gelhaar N, Schlömann M, Schopf S Analysis of different leaching parameters as preliminaries for in-situ leaching. VAAM Conference, Dresden.

6 4. Schlömann M, Gelhaar N, Mosler S, Giebner F, Tischler J, Kaschabek S, Mühling M, Schopf S, Poehlein A Bioleaching of indium-containing sphalerite and biological mine-water treatment: two steps towards greener mining. Conference of Society for Industrial Microbiology and Biotechnology, St. Louis. 5. Klink C, Heim J, Daus B, Tesch S, Lerchner J, Schlömann M, Schopf S Bioleaching of fine-grained residues from copper smelting. International Conference in Emerging Trends in Biotechnology, Neu Dehli Schopf S, Gelhaar N, Alex Echeverría, Levican G, Schlömann M Bioleaching of primary and secondary resource. Congreso Sociedad de Microbiología de Chile, La Serena. 2. Schlömann M, Gelhaar N, Klink C, Schopf S, Eisen S, Heim J, Daus B Bioleaching of strategic elements. FEMS Microbial Congress, Maastricht. 3. Klink C, Heim J, Daus B, Eisen S, Schlömann M, Schopf S Bioreactor process optimization for bioleaching of fine-grained residues from copper smelting. International Biohydrometallurgy Symposium, Bali. 4. Giebner F, Eisen S, Schlömann M, Schopf S Optode-based oxygen measurements in bioleaching reactors. International Biohydrometallurgy Symposium, Bali. 1. Schopf S, Bläsing L, Schlömann M.. Comparative genomics on Acidithiobacillus recently isolated from Theisen sludge. Biohydromet Conference, Falmouth. In preparation 2. Eisen N, Schopf S, Schlömann M.. Adhesion studies of microorganisms on ore material who are the keyplayers in bioleaching of sulfidic mineral surfaces? Biohydromet Conference, Falmouth. In preparation 3. Eisen S, Schlömann M, Schopf S.. Preliminary studies of mineral-specific bioleaching of Theisen sludge. Biohydromet Conference, Falmouth. V 4. Marek Kaszuba, Schopf S, Schlömann M.. Bioleaching of metal sulphides by Ferrimicrobium acidiphilum in the presence of chloride. Biohydromet Conference, Falmouth. In preparation