URANYUM FiLiZLERiNi BAKTERiLER YARDIMI iLE

URANYUM FiLiZLERiNi BAKTERiLER YARDIMI iLE
ZENGiNLE~TiRME METODU
Yusuf OZBAL
<;ekmece Niikleer Ara§tmna ve Egitim Merkezi, Radyobiyoloji Boltimii
Bu 9ah§ma, i9inde esas elementi az olan tabii maden yataklanndan elde edilen ham maddenin, bilhassa uranyum cevherlerinin zenginle§tirilmesinde kullamlan ozel mikroplarm izolasyonuna ait bir rapordur. Bakteriler metalurjinin 9ah§ma sahasma girmedikleri halde, bunlann baztlanmn ozel karakterlerinden istifade etmek suretiyle minerallerin zenginle§tirilmesinde veya metalin safla§tmlmasmda kullamlabilecekieri bir9ok ara§tinc1 tarafmdan tespit edilmi§tir. Bu ara§tlrmalara gore kolay bir biyolojik olay ile metalin daha ekonomik ve daha yiiksek
oranda elde edilmesi mi.imki.in olmaktadir. A§agida taksonomideki yerleri ve
karakteristikleri belirtilen baz1 bakteriler hayat devreleri esnasmda oksidasyon
olay1 sonucu sulfurik asit meydana getirirler. Bu sulfurik asit dti§tik tenorlti minerallerin ekstraksiyonunda kullamlir. Katalizor olarak vazife goren bu mikroplardan endtistride de yararlantltr. Ozelliklerinden istifade edilerek daha ekonomik
metodlar ortaya 91kanhr. Bakterilerden istifade edilerek demir, bakrr, uranyum
gibi metal cevherlerinin zenginle§tirme mekanizmas1 §oyledir:
FeS + H 2S04
Pyrrohotite
•...•.•.•..•••.•..•.•••..... . .•.•...•...•..•..•• --?
FeS04 + H2 S
2FeS04 + H2 S04 + 1 / 20 2 ............... Bakteri.. ....... ~ Fei(SOJ3 + H 2 0
FeS2 + 7Fei(S04) 3 + 8H2 0 ............................ ..... ~ 15FeS04 + 8H2 S04
Pyrite
2FeS2 +702 + 2H2 0 .......................................... ~ 2FeS04 + 2H2S04
Atm.
Fei(S04) 3 +6H20 ... ............................................. ~ 2Fe(OH)3 +3H2 S04
Fei(S04) 3 + U02 ............ . ................................... ~ U0 2S04 +2FeS04
sulfuru okside eden bakterilerle Cu2 +2Fei{S04 ) 3 ...... ~ 2CuS04 + 4FeS04 + ~
2S + 302 +2H20 ........................................ .. ... ~ 2H2 S04
Atm.
68
'
Demiri veya sulfuru okside ederek asit te§ekktiltinde rol oynayan bakteriJerin 15-40°C arasmda aktivite gostermesi ve 9ok asit ortamda (ornegin pH:
0.5) canh kalabilmeleri gayeye uygundur.
izole etmek istenilen ototrof, demir ve kilkiirt oksidasyon bakterilerin sistematikteki yeri :
Familya
Thi o bacteriaceae
Genus
Thiobacillus
Sderocapsaceae
Ferrobacillus
Tilr
Thiobacillus ferrooxidans
Thiobacillus thiooxidans
Ferrobacillus ferrooxidans
Her il9 tlir bakterinin ozellikleri a§ag1 yukan birbirine uymaktad1r. Maden sulannda tabii olarak bulunan bu bakteriler aeropdurJar, enerjilerini ki.ikilrt, demir
veya tbiosulfat1 okside ederek saglarlar. Oksidasyon ilrlinti olarak da sulfat meydana getirirler. CO/i karbona 9evirirler. <;ok asidik ortamda tiredikleri halde
glukozlu vasatta ve besleyici agar veya buyonda tiremezler. 0.4-0.8µ eninde ve
1.0-1.5µ boyunda ki.i9lik gram negatif basillerdir. Diger aymc1 ozellikleri ise;
Th. ferrooxidans daha 9ok yiiksek demir iyonu ihtiva eden asitli sularda bulunur
ve ortam pH's1 ikiden a§agt oldugu zaman faaliyeti durur. Daha ziyade kilktirtli.i
topraklarda bulunan Th. thiooxidans ise daha asit ortamda aktivitesine devam
eder. Th. ferrooxidans elemental sulfuru tam olarak kullanamaz ve thiosulfatl
9abukca oksidc eder. F. ferrooxidans ise demirli maddelerin hava ile oksidasyonu
esnasinda katalitik aktivite gosterdigi halde thiosulfatl okside etmez ve demirli
vasatta tiretilerek thiosulfatll ortama aktanlmca ortam1 bulandmr. F. ferrooxidans'1 tiretirken aynca C02'li ortam yaptlmasma liizum yoktur, 9tinkil atmosferin
karbon dioksidini karbon kaynagi olarak kullamr. Bu bakterilerin ozelliklerini
bir tablo ile ozetlemek mtimki.indlir.
Bakterinin ad1
pH
Is1
--
NKaynag1
28- Amonyum
30°C
iyonu
-28Tb. ferrooxidans 2.5 - 5.8
(NH4)N03
30°C
15F. ferrooxidans 2.2 - 4.6
20°c
Th. tbiooxidans
0.5 -
6.0
Oks i dasyon
Sulfur Thiosulfat Fe2 iyonu
+
+
-.+
9ok 9abuk
-
+
+
-
+
-
Yukardaki tablodan anla§tldtgma gore enerjilerini Th. thiooxidans thiosulfat1 ve
kilktirtil, Th. ferrooxidans inorganik Fe2' i ve thiosulfatt, F. ferrooxidans ise
demir iyonJanm ve ktiktirtti okside ederek saglamaktad1rlar.
Maden yataklan s1zmtdannda tabii olarak bulunan bu bakterileri izole etmek
i9in; Salibli'den gelen Ta§harman orijinli uranyum filizleri, ReaktOrtin etrafmda
69
rastge[e alman killi toprak, <;ekmece golti kenarmda koku~an bal91k, deniz mili,
okside olmu~ demir ve Ta~harman filizlerinin i~lenmi§ asitli SlVldan santrifuj edilerek temin edilen numuneler uzerinde yau§1ldt. Genellikle 9e§itli funguslar, sporlu
basiller, koklar, gram pozitif ve gram negatif basiller ilrediler. Aseptik ~artlarda
abnan numuneler yine aseptik olarak SiJverman'm 9K s1v1 (Vasatm terkibi: (NH4) 2
S04 3g/ 1, KCl 0.1 g/ l, K 2PH04 0.5g/ l , MgS04 .7H20 0.5g/ J, Ca(N03) 2 • 4H20
O.Olg/ l, FeS04 .7H20 44.2g/ 1 (14.74 %w/v), !ON H 2S04 lml/ 1, pH: 2.6, otoklavda I 5 dak. steril edildi. FeS04. 7H20 ayn olarak steril edilip temel vasata ilave
edildi) vasatma pasaj edildi. 250 ml lik erlenlerde 60 ml steri1 vasatlara kat1 numunelerden 2g kadar, s1v1 numunelerden 5 ml olmak suretiyle ekim yaptldi. 28-32°C
de iki~er hafta inkUbasyona tabi tutuldu ve hergiin ortamm pH'lan kontrol edildi.
Oreme gosteren ve pH'lan gittik9e asitle§en ktilttirlerden I ml almarak daha zengin
enerji kaynagi ihtiva eden vasatlara (9K vasatma MnS04 0.62g/ l, CoCl2 .6H2 0
0.81 g/1, Na2 S2 0 3 .5H2 0 0.44 g/l veya sulfur JOg/1 steril olarak ilave edildi) transfer edilerek 7-8 giin 30 derecelik etiive konuldu. inki.ibasyondan sonra bazrrlanan preperatlar gram boyas1 ile boyand1 ve gram negatif basil bulunan killti.i.rler
ilzerinde yah§1lmaya devam edildi. Ki.iltiirler, atmosferin C02 ile karbon ihtiya9lannt ve nitrojen kaynagi olarak vasatda bulunan (NH4) 2S04 ve Ca(N03) 3.4H2 0
maddelerden sagladtlar. Fakat bakterilerin daha iyi ilremeleri i9in C02'li ortam
yaratmak ve nitrojen kaynagm1 artirmak gayesiyle vasatlara pepton l.Og/ l, KN0 3
0.25 g/l, ilave etmek daha uygundur. Sulfur oksidasyonunu incelemek i9in,
100 ml lik erlenlerde 30 ml steril vasatlar (sulfur vasatmm terkibi: IOg/ l ki.iki.irt,
0.2g/ l (NHJ 2S04, 0.5g/ l MgS04 . 7H20 , 0.25g/ 1 CaC12 , 0.0lg/ 1 FeS047H2 0,
3g/l KH 2P04 ve1 lt. distile su, pH:4-4.5, buharda 3 giln otuzar dakika steril edildi)
kullamldt. Bakteriler ilretilerek iki degerli demirli vasatta oksidasyonun meydana
geldigini K 3Fe(CN)6 (potasium ferricyanide) solusyonundan birka9 damla I ml.
killttir ilzerine damlatmak suretiyle husule gelen mavi renkden anla~Ild1. Eger
demir okside olmu§sa (ferric) %5 lik potasyum thiocyanat solusyonu ile klrmiz1
renk meydana getirir. Sulfurik asit meydana gelmesiyle di.i§en pH neticesinde elemental sulfurun oksidasyonunu anlamak milmki.in olmu§tur. Deneylerde, ortamda amonyum sulfat miktanru artlfmak suretiyle demirin oksidasyonunun
daha \:Ok artt1gi mil§ahede edildi. Demiri okside eden 9K ki.ilttirlerinden ve 9K
s1v1 vasatta bulamkbk yapmayan sulfurlu ortamda bulamkhk yapan aynt zamanda
gram negatif basiller bulunan ki.iltilrlerden 0.1 ml ahnarak tbiosulfat agar vasatma (thiosulfath agar vasatmm terkibi: Na 2S:P3, 5H20 5g/ l, KH2P04, 3g/ 1,
(NH4) 2 S040.2g/ 1, MgS04 . 7H2 0 O.lg/ l, CaC12 0.2g/ l, agar 20g/ l, distile su I lt.
pH:4.7-5.0) pasaj1 yapllarak iki hafta oda derecesinde ve 28°C de tekrar fuetildi.
Elemental sulfuru ve demiri okside eden bakterilerden kat1 vasatta ilretilip
meydana gelen kolonilerden hazirlanan preperatlar mikroskopik muayene (mikroskopide gram negatif, sporsuz, tek tek duran veya bazen 9ift te§kil eden basillere dikkat edilmi~tir) neticesinde yukarda belirtilen ozelliklere uyan kolonilerin
70
saf killttirti haz1rlandl. Neticeler genellikle baz1 mtiellifJerin bulgularma paralellik
arzetmektedir. Fakat iyi bir seleksiyon yapmak i9in deneylerin tekrarlanmas1
icabettiginden uzun zamana ihtiya9 vardtr. Bu yah§may1 kesmek zorunda olu§wn
nedeniyle izole edilmek istenen bakteri ttirleri btiytik ihtimalle Ta~harman orjinli
uranyum filizlerinden ve koku§an bal91ktan alman numunelerde mevcut oldugundan sadece bu iki numuneden tiretilen bakterinin uzun sure canlt kalmaslill saglamak gayesiyle dik vasatlara ekim yap1llp agz1 parafinlenerek kaldmlm1§tJr.
B1BL1YOGRAFYA
J. BARBJC, F., KRAJJNCANJC, B. (1971) : Effect of mjcroorganisims on the structure of
uranium raw materials. Radiation and radioisotopes for industrial microorganisms :
Proceedings of a symposium - Vienna, IEAA, 24 (16), 279-281.
2. BECK, J. V. (1960): A Ferrous Iron-Oxidizing bacterium. I. Isolation and some general
Phy!.iological characteristics. - Journal of Bacteriology. 79: 502-509.
3. BERGEY'S Manual of Determinative Bacteriology. 83-88 : 227-228.
4. COLMER, A.R., TEMPLE, K. L. and HINKLE, M. E. (1950): An Iron-Oxidizing bacterium from the acid drainage of some bituminous coal mines. - Journal of Bacteriology,
59: 317-328.
5. CRUICKSHANK, (1968): Medical Microbiology. 741-764.
6. FISHER, J.V. : Bacterial leaching of Elliot Lake uranium ore. CIM Bulletin. 59 (649):
588-592.
7. FLETCHER, A.W. (1970): Metal winning from low - grade ore by bacterial leaching.
- Inst. Mining Met., Trans., Sect. dee. 79: 247-252.
8. HARRISON, V.F., GOW, W. A., and IV ARSON, K.C. (1966) : Leaching of Uranium
from Elliot Lake ore in the presence of Bacteria. - Canadian Mining Jour. 87 (5): 64-67.
9. KINSEL, N. A. (1960): New Sulfur oxidizing iron .bacterium: F. sulfooxidans sp. n.
- Journal of Bacteriology. 80: 628-632.
10. KURIHARA, K. (1970) : Recovery of Uranium by Bacterial Leaching. - Genshiryoku
Kogyo 16 (12): 23-27.
11. LEATHEN, W.W., McINTYRE, L.D. and BRALEY, S. (1951): A Medium for the
Study of the Bacterial Oxidation of Ferrous Iron. - Science 114: 280-281.
12. LUNDGREN, D. G., ANDERSEN, K.J., REMSEN, C.C., and MAHONEY, R.P.(1964):
Culture, Structure and Physiology of the Chemoautotroph ferrooxidans. - American
Inst. Biological Sciences. 6(27) : 250-259.
13. Mc CREEDY, H.B. HARRISON, V. and GOW, A. (1969): Proposed method, using bacteria, for the continuous leaching of a uranium ore. - CIM (Can. Inst. Minfog
Met.) Bulletin, feb. 62 (628) : 135-140.
14. Mc GREGAR, R.A. (1969): Bacterial Leaching of Uranium. - Nucl. App. 1 : 68-72.
15. PINGS, W. B. (1968): Bacterial Leaching - Mineral Industries Bull. (Research Foundation, Inc. Colorado School of mines), 11(3): 1-19.
16. RAZZELL, W. E., and TRUSSELL, P. C. (1963) : Isolation and properties of an Iron oxidizing Thiobacillus. Journal of Bacteriology, 85: 595-603.
71
17. SCHNAITMAN, C., and LUNDGREN, D.G. (1965): Organic compounds in the spent
medium of Ferrobacillus ferrooxidans. - Canadian Journal of Microbiology. 11: 23-27.
18. STVAJI RAO, G., and BERGER, L. R. (1971): The requirement of low pH for growth of
Thiobacillus thiooxidans. - Mikrobiologie 79(4): 338.
19. SILVERMAN, M. P. and LUNDGREN, D.G. (1959): Studies on the Chemqautotrophic
Iron Bacterium Ferrobacillus ferrooxidans. J. An improved medium and a harvesting
procedure for securing high cell yields. - Journal of Bacteriology. 77: 642-647.
20. STARKEY, R. L. (1935): Isolation of some bacteria which oxidize tbiosulfate. - Soil
Science. 39: 197-205.
21. SUTTON, J. A. and Corrick, J. D. (1961) : Bacteria in mining and metallurgy: Leaching
selected ores and minerals; experiments with Thiobacillus Thiooxidans. - U.S.Bur.
Mies. Rept. Inv. 5839: 16.
22. TEMPLE, K.L. and COLMER, A.R. (1951) : The autotrophic oxidation of iron by a new
bacterium: ThiobacilJus ferrooxidans. - Journal of Bacteriology. 62: 605-611.
23. UNZ, R.F., and LUNDGREN (1961) : A comparative nutritional study of three cbemoautotrophic bacteria: F. ferrooxidans, Th. ferrooxidans and Th. thiooxidans. - Soil
Science 92(5): 302-313.
24. ZAJIC, J. E. and Ng, K.S. (1969): Biochemical Uranium Leaching. Develop. Ind. Microbiol 11: 413-419.
72