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 o C 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/m 2 /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 m 3 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