GeoBiotics GEOCOAT Teknolojisi

T.C.
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
Fen Bilimleri Enstitüsü
Biyoteknoloji Anabilim Dalı
GeoBiotics GEOCOAT Teknolojisi
HAZIRLAYAN
Soner TOP
DANIŞMAN
Prof. Dr. Oktay BAYAT
ADANA
GeoBiotics GEOCOAT Teknolojisi – Gelişimi ve Zorluklar
5.1. Tanıtım
Minerallerin biyooksidasyonu şimdilik cevher ve konsantrelerden baz metallerin liç ile
kazanılması ve refrakter sülfürlü altın cevher ve konsantrelerinin zenginleştirme öncesi önhazırlanmasında en uygun teknolojilerden biri olarak kabul edilmektedir. Tank liçi veya
biyooksidasyonu, yüksek metal kazanmada başarılıdır ancak sermaye ve işletme maliyetleri
oldukça yüksektir. Yığın biyooksidasyonu daha az maliyetlidir ancak, düşük metal kazanma
ve düşük nihai metal kazanımı bu yöntemin dezavantajlarıdır. Yine de düşük sermaye ve
işletme maliyetleri bu dezavantajları örtbas etmektedir. Yığın bazlı proseslerin düşük maliyeti
ile tank prosesinin yüksek kazanımını birleştiren GEOCOAT Biyooksidasyon ve Biyoliç
Teknolojisi GeoBiotics tarafından geliştirilmiş ve patentlenmiştir. Proses refrakter sülfürik
altın konsantrelerinin ön-hazırlanması için ticarileştirilmiştir. GeoBiotics bunun yanında
yığında altın ve baz metal cevherlerinin biyoliçi için GEOLEACH teknolojisini
geliştirmektedir. (Şekil 5.1.)
5.2. GEOCOAT ve GEOLEACH Teknolojisi
Yığın liçinin düşük sermaye ve işletme maliyetleri ile karıştırmalı tank
biyoreaktörlerinin yüksek kazanımını birleştiren GEOCOAT teknolojisi, bakteriyel mineral
hazırlama uygulamalarına benzersiz bir yaklaşım sunuyor (Harvey ve ark. 1998). Bu
teknolojilerin her ikisi de mineral endüstrisinde kabul görmüş ve her ikisinin de dünya
çapında ticari uygulamaları vardır (Brierley 1999). GEOCOAT prosesinde, kırılan ve
boyutlarına göre sıralanan, yararsız yantaş ile değerli sülfit veya oksitli mineraller flotasyon
veya gravite ayırmasından sonra tikinerde susuzlaştırılarak aşılanır. Aşılanan malzeme
biyooksidasyon için düz bir yüzeye serilir. Proses, polimetalik baz metal konsantrelerinde,
bakır, kobalt, nikel, çinkonun biyoliçinde ve refrakter sülfürlü altın konsantrelerinde
1
uygulanabilir.
Mezofilik ve termofilik mikroorganizmalar, sülfür oksidasyonu tepkimelerini katalize
eder. Yüksek sıcaklıkta kalkopirit konsantrelerini birleştiren termofilik mikroorganizmaların,
bakır liçinde artan hız ve kapsamı ile yararlı olduğu kanıtlanmıştır.
Refrakter altın sülfit konsantrelerinin hazırlanmasında GEOCOAT prosesi, yayınlanan
prosesler (Kavurma, Basınçlı oksidasyon, ajite tank biyooksidasyonu) içerisinde önemli
maliyet avantajları sunmaktadır. Baz metallere uygulamada süreç özellikle kirli konsantrenin
saflığının artırılması şeklindedir ve metallerin yerinde üretimine izin vererek nakliye
maliyetini azaltır. Proses kolay, sağlam ve uzak bölgelerde uygulanmak için idealdir.
GEOCOAT prosesi, refrakter altınlara olduğu gibi sülfürlerle kaplı veya sülfürlü
metallere de uygulanabilir. Ortamda artırılabilen yığın sıcaklığı olmaksızın sülfit liç kinetiği
aşırı yavaştır. Yüksek sıcaklıkların (70 oC üzeri) özellikle kalkopiritin başarılı biyoliçi için
önemli olduğu görünmektedir. (Scott ve ark. 2000) GEOLEACH teknolojisi, havalandırma ve
sulama oranlarının dikkatli kontrolü yoluyla ısı tasarrufunu maksimuma çıkarmak üzere
tasarlanmıştır. GEOLEACH, biyoliç uygulamalarının en iyi sektör bilgileri üzerine inşa
edilmiştir. Teknoloji geleneksel cevher asit yığın liçi yöntemlerine benzemektedir fakat ısı
tasarrufunu maksime etmesine ek olarak, ısı artırımı ve bakteri aktivitesini devam ettirmeye
yönelik avantajları vardır.
2
5.2.1. Tamamlayıcı GeoBiotics Teknolojileri
GEOCOAT ve GEOLEACH teknolojileri birlikte, geniş bir uzmanlık ve patent
yelpazesine ek olarak, yüksek sıcaklıkta biyoliç, toksinleri temizleme, HotHeap, BIOPRO ve
diğer tamamlayıcı proseslerle; ön-arıtma, havalandırma, istifleme ve enstrümantansyon
çevresinde odaklanan GeoBiotics Teknoloji paketini içerir. BIOPRO Newmont Altın Şirketi
lisanslı bakteriyel yığın liçi sistemleri için bir aşılama yöntemi iken HotHeap,
enstrümantasyon ve kontrol sistemiyle birlikte maksimum ısı tasarrufunun sağlandığı ve
böylece biyoliç kinetiğinin artırıldığı bir bakter,yel yığın liçi uygulama stratejisidir.
GeoBiotics, African Pioneer Madencilik’in (APM’s) Barberton, Mpumalanga, South
Africa yakınlarındaki Agnes Madeni’ndeki refrakter altın konsantrelerinin kazanımı için
GEOCOAT prosesini ticarileştirmiştir. Tesis 12000 ton altın konsantresi elde etmek için 2003
yılının haziran ayında devreye alınmıştır ve yaklaşık 25000 ons altın verimiyle çalışmaktadır.
(Harvey ve Bath, 2003)
Yeni bir proses olarak GEOCOAT teknolojisinin geliştirilmesi ve uygulanması öenmli
zaman ve çabaya mal oldu. Bu bölümde Agnes GEOCOAT Tesisi’nin bir tanıtımı yapılarak
bu yeni teknolojinin uygulanması sırasında karşılaşılan zorluklar tanımlanacaktır.
5.2.2. GEOCOAT Prosesi
GEOCOAT prosesi, oksidasyonu kolaylaştırmak için demir ve kükürt oksidan
mikroorganizmaların kullanıldığı ve sülfürlü minerallerin liç edildiği bir mühendislik
ürünüdür. Bu mikrorganizmalar Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans
ve Leptospirillum ferrooxidans Mezofilik (orta sıcaklık) bakterileri ile the archaea Sulfolobus
and Acidianus gibi Termofilik (yüksek sıcaklık) mikroorganizmalardır.
Çoğunlukla geleneksel proseslerden, flotasyon veya gravite ayırma ile konsantre
edildikten sonra, sülfit mineralleri yararsız (atık) kaya ya da düşük dereceli sülfit veya oksit
malzeme olabilecek bir destek kaya üzerine kalınlaşmış bir bulamaç olarak kaplanmıştır.
Yardımcı (destek) kayanın boyutu genellikle 6-25 mm çapında, bunun üzerine kaplanacak
olan konsantrenin boyutu ise 0.5 mm’den daha azdır. Destek kaya (yatak) ile altın
konsantreleri arasındaki oran 1:7 veya 1:10’dur. Boşaltma (kaplama) konveyörler ile
gerçekleşir. Bu yatak üzerinde üniform ve nispeten ince bir kaplama oluşumunu sağlar.
Yatağı oluşturan kayaların üniform boyuttan olması hava ve çözelti akımına çok az direnç
3
gösteren bir sistem oluşturur. Yatağın altında delikli borularla düşük basınçta hava üfleyen
fanlar bulunur. Hava debisi maksimum bakteri faaliyetini ve ısı kontrolünü sağlamak için
ayarlanabilir. Yatağı oluşturan taşlar arasındaki geniş çatlaklı alanlar, biyooksidasyon için
ideal koşulları oluşturur. Sülfürlü mineral taneleri ve eklenen bakteriler sürekli aşağıya doğru
akan çözelti ve anafor haldeki havaya maruz kalır. Bu oksijenin verimli transferi ve böylece
hızlı oksidasyon değerleri ile sonuçlanır. Genellikle oksidasyon 60-120 gün içinde
tamamlanır. Oysa tüm cevherin yığın biyooksidasyonu ile birkaç yüz gün sonra bile
oksidasyon tamamlanmayabilir. GEOCOAT prosesi ile yığının tüm bölgelerine eşit hava ve
çözelti dağılımı sağlanır.
Refrakter altın konsantreleri için GEOCOAT prosesinde, konsantre, esasen inert olan
taşlar üzerine (yatağı oluşturan) serilir (kaplanır). Biyooksidasyondan sonra okside olan
konsantre, yatağı oluşturan taşlardan yaş eleme ile ayrılır. Yıkanan inert taşlar yeni konsantre
ile kaplanmak üzere yeniden kullanılır. Etkili olabilecek bir seçenek de düşük tenörlü sülfürlü
materyalin üzerine sülfit konsantresinin serilmesidir. Aksi taktirde düşük tenörlü konsantre
stoklanacak veya atık olarak atılacaktır. Bu şekilde düşük tenörlü kısımlardan da kazanım
sağlanabilir.
Refrakter altın cevherlerinin işlenmesinde yığın biyooksidasyon uygulamasının
sonucunda altın katı artık içinde kalmakta ve yığın liçi sahasından siyanürleme işlemine
gönderilmektedir. Bakır ve diğer baz metal sülfürlerinin işlenmesinde ise, değerli metal
çözünmekte ve liç çözeltisinden kazanılırken, artık malzeme yığın liçi sahasında kalmaktadır.
Bu nedenle bakır ve diğer baz metal sülfürlerinin yığın biyooksidasyon uygulamasında liç
sahası zemini, üzerine yığılan malzeme için kalıcı olmakta ve özel dizayn edilen geçirimsiz
liç sahası zemini ihtiyaca göre genişletilmekte veya alternatif olarak bir önceki yığının üzerine
yeni kaplanmış malzeme yığılmaktadır. Refrakter altın cevherlerin işlenmesinde ise
oksitlenen sülfürlü mineraller liç zemininden uzaklaştırılırken, aynı zemine yeni kaplanmış
malzemeler serilmektedir.
4
Şekilden görüldüğü üzere yığın biyooksidasyonu uygulamasında, tüvenan sülfürlü
cevherden öncelikle flotasyon ile konsantre elde edilmektedir. Daha sonra altın içeren sülfürlü
konsantre kaplama malzemesi üzerine kaplanmakta ve yığın oluşturularak biyooksidasyona
maruz bırakılmaktadır. Altın içermeyen çözelti arıtma tesisine gönderilirken, yığın sahasında
kalan altın içeren katı için farklı seçenekler söz konusudur.
5
Eğer konsantre elde edildiği altın içeren sülfürlü cevher üzerine kaplanmış ise proses
şu şekillerde gelişebilir. Seçenek A: Biyooksitlenmiş cevher ve konsantre birlikte öğütülüp
CIL (liçte karbon) yöntemi ile siyanürleme işlemine tabi tutulabilir veya (Seçenek B ve C)
oksitlenmiş cevherden yıkama/eleme işlemi ile oksitlenmiş konsantre ayrılıp, cevherden altın
yığın liçi ile çözündürülüp karbon adsorpsiyon tesisine gönderilirken; yıkama/eleme işlemi ile
ayrılan oksitlenmiş konsantre koyulaştırıcıda koyulaştırılıp, pH derecesi ayarlandıktan sonra
CIL yöntemi ile siyanür liçi uygulanabilir.
Konsantrenin değersiz yan kayaç üzerine kaplanması durumunda ise C Seçeneği
uygulanıp; oksitlenmiş konsantre yıkama/eleme işlemi ile değersiz yan kayaçtan ayrılmakta,
koyulaştırıldıktan sonra pH değeri ayarlanmakta ve CIL metodu ile siyanür liçi
uygulanmaktadır.
5.2.3. GEOCOAT Prosesi’nin Avantajları
GEOCOAT Prosesi’nin kavurma, basınçlı oksidasyon ve karıştırmalı tank
biyooksidasyonu gibi diğer refrater altın konsantresi kazanım proseslerine nazaran avantajları
vardır.
Birincil avantajı, sermaye ve işletme maliyetlerinin daha ucuz olmasıdır. Bu prosesin
kolaylığından, plastik gibi daha ucuz inşa malzemeleri kullanmaktan, birincil oksidan olarak
düşük basınçta hava kullanılmasından ve göreceli olarak çoğu sülfürlü metallerin
biyooksidasyonunun bu yöntemle daha kolay yapılmasından kaynaklanmaktadır.
Tablodan da görüldüğü üzere GEOCOAT işletmesinin maliyetleri önemli ölçüde
farklılık göstermektedir. Bunun temel nedeni; atık nötralizasyonundaki maliyetin GEOCOAT
teknolojisinde daha az olmasıdır.
6
Altın dışındaki metaller için uygulanabilecek GEOCOAT teknolojisi!
7
5.3. Agnes Madeni GEOCOAT Projesi
Güney Afrika’nın
Mpumalanga Eyaleti
Barberton yakınlarındaki Agnes Cevher
kütlesi, ilk olarak 1893 yılında işletildi. Şimdiki sahibi ve işletmecileri olan APM ise, 2002
yılında Cluff madencilik’ten satın aldı. Refrakter sülfit cevheri geleneksel öğütme ve
flatosyon yöntemiyle konsantre haline getirilmekteydi. 2000’de Cluff Madencilik GeoBiotics
ile GEOCOAT yığın biyooksidasyonu yöntemini konsantreye uygulamak üzere anlaştı. SGS
Gölü’ndeki test çalışmaları bu işlemin uyuglanabilirliğini doğruladı ve APM GEOCOAT
prosesinin kullanımına dayalı bir fizibilite çalışması hazırladı. 2003 yılının ilk çeyreğinde
başlayan çalışmaları dizayn ve inşaat izledi. Agnes Madeni GEOCOAT Prosesi için genel
tasarım kriterleri aşağıdaki tabloda görülmektedir.
Oksidasyonun gerçekleştirildiği zemine çift katmanlı jeomembran tabaka serilmiş ve
bu iki tabaka arasına sızıntı belirleme sistemi yerleştirilmiştir.
8
Bu zeminin üzerine kırılmış cevherlerden oluşan 1 m kalınlığında bir katman serilmiş
ve bunun içersine de yığına düzenli olarak hava verecek olan özel borular yerleştirilmiştir.
Yığma işlemi yapılırken konveyörün uç kısmına yerleştirilen bir sistem ile konsantre saatte
4.6 ton miktarında püskürtülmektedir. Yeterli miktarda yığın oluşturulduktan sonra, yığının
üst kısmına çözelti dağıtım boruları yerleştirilip yığının oksidasyonu başlatılır.
Liç sahasına serilen kaplanmış malzeme üzerine 10-20 lt/m2/saat miktarında özel
tasarlanmış yağmurlama sistemi ile çözelti verilir. Bu çözelti aynı zamanda bakteriler için
gerekli olan besinleri de içermektedir.
9
Çözelti 10-30 lt/m2/saat miktarında tatbik edilmektedir. 60 gün olan biyooksidasyon
zamanından sonra, oksitlenmiş konsantrelerin üzerine bağlı olduğu malzeme yığın sahasından
alınarak tromel elekte yıkanmakta ve konsantreler ayrılmaktadır. Tromel elek altı ürün
tikinere pompalanmakta, tikiner alt ürünü de pH ayarlama tankına gönderilmektedir.
Konsantre pülpü 6 adet 20 m3 kapasiteli CIL tesisinde siyanür liçine maruz bırakılmaktadır.
Yığından süzülen çözelti liç sahası zeminine, buradan da çözelti kanallarına akmakta ve bir
seri karıştırmalı tank içeren nötralizasyon ünitesine gönderilmektedir. Bu ünitede karbonat
mineralleri
içeren
flotasyon
tesisi
artığı
kullanılarak,
çözelti
ucuz
bir
şekilde
nötürleştirilmekte ve demir çökeltilerek atık barajına pompalanmaktadır.
Ancak biyooksidasyondan önce siyanür liçi ile altın kazanmanın ekonomik yararının
nispeten %60-70 daha yüksek olduğu görülmüştür. Orijinal akım şemasının başarılı bir
şekilde uygulanmasına rağmen; yer altı üretiminde karşılaşılan güçlüklerin de sonucunda
akım şeması modifiye edilerek biyooksidasyondan önce de siyanür liçi işlemi akım şemasına
eklenmiştir. Buna bağlı olarak birtakım değişiklikler de akım şemasında vuku bulmuştur. Bu
süreçte GEOCOAT Prosesi’nin sorunlarını ortaya çıkarma çalışmalarından dolayı nakit
akışının kötüleşmesi de buna neden olmuştur.
10
Karşılaşılan ana problemler; konsantre ve yatağı oluşturan kayaçlardaki beklenmedik
derecede yüksek olan karbonatların seviyesiydi. Bu ortam ph’ını etkilemekteydi. Yatağı
oluşturan kayalardaki bu sorun; ilk dizayn çalışmalarında, farklı kayaçların yatak kayaçları
olarak kullanılmasından kaynaklandı.
Konsantrelerdeki karbonat içeriğini gidermek amacıyla flotasyondan önce bir asitle
ön-hazırlama aşamasının eklenmesiyle bu sorun aşıldı. Ancak yatağı oluşturan kayalardaki
sorun daha vahimdi. Kayaçlar taşınamazdı. Bu sorun da; eklenen asit deposuyla giderildi.
Yığına çözeltinin beslendiği ve beslenen çözeltinin geri alındığı havuzun, eklenen asit deposu
ile Ph’ının yeterince düşürülmesi sağlandı.
Sorunlar giderildikten sonra elde edilen (modifiye edilmiş) tesis prosesinin akım
şeması aşağıdadır:
11
12
5.4. Teknolojilerin Gelişimi
GeoBiotics mineral endüstrisi için yeni biyoteknolojik çalışmalarına devam
etmektedir. Kısa liç devreleri ile görülmemiş bakır kazanımının gerçekleşmesinin
beklendiği,kalkopirit cevherinin tamamına uygulanabilen GEOLEACH teknolojisinin bakır
endüstrisinde devrim yaratacağı tahmin edilmektedir. Geleneksel yöntemlerde çok uzun
zamanlarda ve düşük bakır kazanımıyla liç işlemi gerçekleşmektedir. Bu teknoloji, bu şekilde
devam eden üretimi değiştirmeyi vaat etmektedir. GeoBiotics, Nevada’daki Carlin mevkisi ve
Gana’daki Ashanti yönünde yaygın olarak bulunan refrakter altın cevherleri üzerindeki
araştırmalardan gelen ümit verici bilgiler ile refrakter altın cevherleri üzerinde çalışmaya
devam etmektedir. Geobiotics, 2006’nın sonunda Şili’de bir bakır madeni ölçeğinde
GEOLEACH teknolojisini test etmeyi ummaktadır.
13