Disputation i ekologi: Nathan van Wyk

För att erhålla en inbjudan till den digitala disputationen vänligen kontakta fakultetshandläggare Linnéa Larsson: linnea.larsson@lnu.se

Abstrakt

Över 3 miljarder ton metall produceras varje år för att användas som konstruktionsmaterial, legeringar och beståndsdelar i elektronik, vilket påverkar alla aspekter av våra moderna liv.

I takt med att malmhalterna har försämrats har gruvtekniken förbättrats för att komma åt de gradvis knappare metallerna. De senaste 50 åren har inneburit en vändpunkt där sällsynta jordartsmetaller har hamnat i större fokus i takt med den "gröna" utvecklingen mot global elektrifiering. Sällsynta jordartsmetaller finns i mycket låga koncentrationer i malmen vilket resulterar i större volymer processavfall.

Gruvavfall omfattar anrikningssand, metallurgisk slagg, processrester och avfallsströmmar. Detta avfall är en miljöfara, men innebär också en möjlighet eftersom det ofta är (semi)selektivt anrikat med andra metaller än de som ursprungligen utvanns. I den här avhandlingen, undersöktes flera olika avfallstyper som en källa till kritiska råvaror och sällsynta jordartsmetaller genom att de löstes upp av organiska och mineraliska syror som produceras av bakterier.

De avfall som undersöktes var en bauxitrest från Grekland, flera magnesiumrika avfall från Spanien, avfall innehållande platinagruppsmetaller från Storbritannien och vanadinhaltig magnetit från Norge.

Bauxitresterna uppvisade maximal upplösning (71,22 %) med förbrukat odlingsmedium från en G. oxydans-kultur som innehöll glukonsyra med betydligt lägre normalitet än de andra syrorna som testades. Detta indikerar att även om tillgången på hydroniumjoner påverkar upplösningen är en syras konjugerade bas en lika viktig faktor. En kombination av organiska syror i dessa använda medier kan påverka lakningen. Även kontaktlakning av bauxitrester i en levande G. oxydans-kultur kan främja lakning av vissa metaller, medan andra metaller verkar minimalt lösliga och inte detekteras efter 3 dagars exponering.

Visades att det magnesiumrika avfallet snabbt löstes upp i en Fervidacidithiobacillus caldus-kultur, som producerar svavelsyra från elementärt svavel - i sig en avfallsprodukt. Upplösningen var upp till 74 % inom 5 minuters exponering och upp till 99 % efter 57 dagar. Dessutom var F. caldus syraproduktion vid exponering för malmen högre än vid exponering för enbart elementärt svavel och ackumulerade upp till 16 g/l magnesium i lösningen. Upplösning med svavelsyra verkade också vara selektivt mot magnesium jämfört med järn, kalcium och mangan.

Slutligen, när Shewanella loihica odlades med vanadinhaltig magnetit gav det inte upphov till någon betydande metallavgivning. Lakning med glukonsyra producerad av Gluconobacter oxydans resulterade i ett maximalt utbyte på 3,3 % av det tillgängliga vanadinet. Mikroorganismer som är endogena i mineralet kan också förklara de förhöjda halterna av vanadin i avloppsvattnet och kan eventuellt användas för biolakning av magnetit i framtiden.

Syraupplösning av gruvavfall är en lovande väg för att ta tillvara på värdefulla resurser i gruvavfall, men avfallets mineralogi är avgörande för utbytet och kräver ytterligare undersökningar.

Nyckelord: Magnesium, skandium, PGM, vanadin, elementärt svavel, biolakning, Gluconobacter oxydans, Fervidacidithiobacillus caldus