تصفية حيوية
التصفية الحيوية أو الاستخلاص الحيوي (بالإنجليزية : Bioleaching ) هو عملية استخراج معادنمعينة من خاماتها باستخدام الكائنات الحية . وتعتبر هذه الطريقة أنظف بكثير من الاستخلاص التكتلي التقليدي باستخدام السيانيد . التصفية الحيوية هي إحدى التطبيقات العديدة ضمن معالجة المعادن بالمحاليل المائية الحيوية حيث تم استخدام عدة طرق لمعالجة النحاس Cu ، الزنك Zn ، الرصاص Pb ، الزرنيخ As ، الأنتيمون Sb ، النيكل Ni ،الموليبدنوم Mo ، الذهب Au ، و الكوبالت Co.
يمكن لعملية استخلاص الحديد أن تتضمن العديد من البكتريا المؤكسدة للكبريت وللحديد الثنائي بما في ذلك بكتيريا "أسيديثيوباسيلس فيروأوكسيدانز" (بالإنجليزية : "Acidithiobacillus ferrooxidans ") وبكتيريا "أسيديثيوباسيلس ثيوأوكسيدانز" (بالإنجليزية : "Thiobacillus thiooxidans") (المعروفة سابقاً باسم بكتريا ثيوباسيلس).على سبيل المثال , تقوم البكتيريا بتحفيز تكسير معن البايرايت (FeS) عن طريق أكسدة الكبريت والمعدن (وهو في هذه الحالة أيونات الحديد الثنائي Fe) باستخدام الأكسجين . ويمكن زيادة تنقية محاصيل المنتجات الذائبة وصقلها لإنتاج المعدن المطلوب .
في الخطوة الأولى ؛ يتأكسد داي كبريتيد تلقائياً إلى ثيوكبريتات بواسطة أيون الحديد الثلاثي ، والذي بدوره يُخفض عدد الأكسدة إلى أيون الحديد الثنائي
يتأكسد أيون الحديد الثنائي بواسطة البكتيريا باستخدام الأكسجين
يتأكسد الثيوكبريتات بواسطة البكتيريا ليعطي الكبريتات
يتأكسد أيون الحديد الثلاثي الناتج من التفاعل (2) بواسطة البكتيريا ليعطي الكبريتات
نواتج التفاعل الصافية عبارة عن كبريتات الحديدوز الذائبة وحمض الكبريتيك .
تحدث عملية الأكسدة الميكروبية في الغشاء الخلوي للبكتيريا . تنتقل الإلكترونات إلى الخلايا وتستخدم في العمليات الكيميائية الحيوية لإنتاج الطاقة للبكتيريا مع تقليل الأكسجين في الماء. وأكسدة كبريتيد الحديد إلى أيون الحديد الثلاثي هو التفاعل الحاسم . والدور الرئيسي للخطوة البكتيرية هو توليد المتفاعلات .
تحدث عملية النحاس بطريقة مشابهة جداً للحديد ، ولكن الكفاءة والحركية تعتمد على علم معدن النحاس . المعادن الأكثر فعالية هي معادن السبرجين (بالإنجليزية : supergene) مثل شالكوسايت (بالإنجليزية :chalcocite) ، كبريتيد النحاس الأحادي CuS ، وكوفيلايت (بالإنجليزية :Covellite)، كبريتيد النحاس الثنائي CuS . لا يتصفى المعدن الرئيس كالكوبايرايت النحاس (CuFeS) بكفاءة عالية ، وهذا هو السبب الذي جعل تقنية إنتاج النحاس لا تزال مهيمنة طفو يليها صهر وتكرير "تنقية" . تصفية CuFeS يتبعها مرحلتي حل "إذابة" ومن ثم تأكسد إضافي ، مع إبقاءأيونات النحاس الثنائية    formula_5     جانباً في المحلول.
تصفية الكالكوبايرايت (بالإنجليزية : Chalcopyrite)
صافي التفاعل :
عامة ، تتأكسد الكبريتيدات أولاً إلى عنصر الكبريت ، بينما تتأكسد داي كبريتيدات لينتج ثيوكبريتات ، والعمليات المذكورة أعلاه يمكن تطبيقها على خامات كبريتيدية أخرى . التصفية الحية من خامات غير كبريتيدية مثل بنتشيبليند (بالإنجليزية : pitchblende) كما يستخدم أيضاً أيون الحديد الثلاثي كمؤكسد (على سبيل المثال :  formula_10   ) . في هذه الحالة ، الغرض الوحيد للخطوة الجرثومية هو توليد أيونات الحديد الثلاثي . ويمكن إضافة خامات الحديد الكبريتيدية لتسريع هذه العملية وتوفير مصدر الحديد .
يتم إزالة أيونات النحاس الثنائية من المحلول عن طريق استخلاص المذيب بتبادل الليجند والذي يترك أيونات أخرى في المحلول . يزال النحاس بارتباطه بالليجند وهو عبارة عن جزئ كبير مكون من عدد من المجموعات الأصغر كلا يمتلك زوج وحيد. ويتم إذابة الليجند في مذيب عضوي مثل الكيروسين وبعد ذلك يتم رجه في المحلول منتجاً هذا التفاعل :
يعطي الليجند إلكترونات إلى النحاس منتجا مركب – وهو ذرة معدن مركزية (النحاس) مرتبطة بإثنين من جزيئات الليجند . ولأن هذا المركب لا يمتلك أي شحنة , فإنه لم يعد ينجذب إلى جزيئات الماء القطبية ويذوب في الكيروسين , والذي يمكن فصله فيما بعد بسهولة من المحلول . ولأن التفاعل الأولي هو تفاعل عكسي , إلا أنه يمكن تحديده بواسطة درجة الحموضة أو الأس الهيدروجيني . لذلك فإن إضافة حامض مركز يعمل على عكس المعادلة وتعود أيونات النحاس إلى المحلول المائي .
بعد ذلك , يتم تمرير النحاس خلال عملية حيازة كهربية لزيادة نقاوته : حيث يتم إمرار تيار كهربي خلال المحلول الناتج من أيونات النحاس . ولأن أيونات النحاس تحمل زوج من الشحنات الموجبة (+2) , فإنها تنجذب إلى الأقطاب السالبة وتتجمع هناك .
ويمكن أيضاً تركيز وفصل النحاس باستبداله بالحديد من حديد الخردة :
ويتم أخذ الإلكترونات المفقودة من الحديد بواسطة النحاس. حيث يمثل النحاس العامل المؤكسد (الذي يكتسب الإلكترونات) ويمثل الحديد العامل المختزل (الذي يفقد الإلكترونات) .
قد تُبقي نسب ضئيلة جداً من المعادن النفيسة مثل الذهب في المحلول الأصلي . ومعالجة الخليط بسيانيد الصوديوم في وجود الأكسجين الحر يعمل على إذابة الذهب . ويتم إزالة الذهب من المحلول عن طريق الامتزاز أو الإدمصاص (امتصاصه على السطح) على الفحم .
يمكن استخدام عدة أنواع من الفطريات في الاستخلاص الحيوي. ويمكن زراعة الفطريات على طبقات وفئات مختلفة كثيرة كما هو الحال في الخردة الإلكترونية ، المحولات التحفيزية ، و الرماد المتطاير من ترميد أو إحراق النفايات البلدية. وقد بينت التجارب أن إثنين من السلالات الفطرية وهما "أسبرجيلس نيجر" (بالإنجليزية : "Aspergillus niger") و "بنسليوم سيمبليسيزمم" (بالإنجليزية : "Penicillium simplicissimum") لديهم القدرة على تعبئة وحشد النحاس والقصدير بنسبة (65%) ، والألومنيوم ، النيكل ، الرصاص ، والزنك بنسبة تزيد عن (95%). كما أن فطر "أسبرجيلس نيجر" يستطيع إنتاج بعض الأحماض العضوية مثل حمض الستريك . هذا النوع من التصفية لا يعتمد على الأكسدة الميكروبية للمعدن ، ولكن يستخدم عوضاً عن الأيض الميكروبي كمصدر للأحماض التي تذيب المعادن في الحال .
تنحصر طرق الاستخراج التقليدية على كثير من الخطوات المكلفة مثل التحميص و الصهر , والتي تتطلب وجود تركيزات كافية من العناصر في المواد الخام كما أنها تعتبر غير صديقة للبيئة . في حين أن التركيزات المنخفضة لا تمثل مشكلة للبكتريا لأنها ببساطة تتجاهل النفايات التي تحيط المعدن , محققة عائدات استخراج أكثر من (90%) في بعض الحالات . هذه الكائنات الحية الدقيقة في الواقع تحصل على الطاقة عن طريق تكسير المعادن إلى عناصرها المكونة لها . وتقوم الشركة ببساطة بتجميع الأيونات من المحلول بعد انتهاء البكتريا من عملها .
بعض المزايا المرتبطة بالإستخلاص الحيوي تتمثل فيما يلي :
بعض العيوب المرتبطة بالإستخلاص الحيوي تتمثل فيما يلي :
في الوقت الحالي , يعتبر صهر خام النحاس أفضل اقتصادياً من استخدام التصفية الحيوية , وذلك لأن تركيز النحاس في خامه عامة عالي جداً . فالأرباح التي يتم الحصول عليها من سرعة وإنتاجية عملية الصهر تبرر تكلفتها . ولكن تركيز الذهب في خامه عامة منخفض للغاية. انخفاض تكلفة الاستخلاص البكتيري في هذه الحالة يتغلب أو يهون من طول الوقت الذي تستغرقه هذه العملية لاستخراج المعدن .