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<title>Bioleaching</title>
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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Bioleaching</span></h1>
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<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p><b>Bioleaching</b> (<a href="Deutsche_Sprache" title="Deutsche Sprache">deutsch</a> wörtlich: <i>Biolaugung</i>, genauer: <i>mikrobielle Erzlaugung</i>, selten <b>Biomining</b>) bezeichnet die Gewinnung von <a href="Schwermetalle" title="Schwermetalle">Schwer-</a> und <a href="Edelmetalle" title="Edelmetalle">Edelmetallen</a> aus ihren <a href="Erz" title="Erz">Erzen</a> oder auch <a href="Recycling" title="Recycling">Reststoff</a>strömen durch chemische Umwandlung von unlöslichen <a href="Erzmineral" title="Erzmineral">Erzmineralen</a> zu wasserlöslichen <a href="Salze" title="Salze">Salzen</a> durch <a href="Mikroorganismus" title="Mikroorganismus">Mikroorganismen</a>. Dadurch können die Metalle aus dem Erz herausgelöst werden.
</p><p>Das <i>Bioleaching</i> bildet ein Teilgebiet der Biohydrometallurgie, der <a href="Metallurgie" title="Metallurgie">Metallgewinnung</a> durch biologisch-nasschemische Prozesse, bei der hauptsächlich <a href="Kupfer" title="Kupfer">Kupfer</a>, <a href="Zink" title="Zink">Zink</a>, <a href="Cobalt" title="Cobalt">Cobalt</a>, <a href="Nickel" title="Nickel">Nickel</a>, <a href="Gold" title="Gold">Gold</a> und <a href="Uran" title="Uran">Uran</a> gewonnen werden. Wichtigste Vertreter laugungsaktiver Mikroorganismen sind <a href="Bakterien" title="Bakterien">Bakterien</a> und <a href="Archaeen" title="Archaeen">Archaeen</a>, die <a href="Sulfide" title="Sulfide">Sulfide</a> und <a href="Chemisches_Element" title="Chemisches Element">elementaren</a> <a href="Schwefel" title="Schwefel">Schwefel</a> zu <a href="Sulfate" title="Sulfate">Sulfaten</a> und teilweise auch zweiwertiges zu dreiwertigem <a href="Eisen" title="Eisen">Eisen</a> <a href="Oxidation" title="Oxidation">oxidieren</a>. Unter den Bakterien sind das vor allem die <a href="Schwefeloxidierende_Bakterien" title="Schwefeloxidierende Bakterien">Schwefelbakterien</a> <i><a href="Acidithiobacillus" title="Acidithiobacillus">Acidithiobacillus ferrooxidans</a></i> (Sulfid-, Schwefel- und Eisen-oxidierend) und <i><a href="Acidithiobacillus" title="Acidithiobacillus">Acidithiobacillus thiooxidans</a></i> (Sulfid- und Schwefel-oxidierend).
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Geschichte">Geschichte</h2></div>
<p>Vermutlich wurde schon vor etwa 3000 Jahren im Mittelmeerraum Kupfer aus <a href="Grubenwasser" title="Grubenwasser">Grubenwässern</a> gewonnen. Historisch belegt ist die Kupfergewinnung der Spanier im 18. Jahrhundert am <a href="R%C3%ADo_Tinto" title="Río Tinto">Fluss Rio Tinto</a> durch mikrobielle Laugung sulfidischer Kupfererze. Seit der Entdeckung der Rolle der eisen- und schwefeloxidierenden Bakterien bei der Erzlaugung 1940 wurde die bakterielle Laugung näher untersucht und teilweise eingesetzt. In <a href="Kanada" title="Kanada">Kanada</a> wird Uran direkt aus Erzen bioextrahiert, in den <a href="Vereinigte_Staaten" title="Vereinigte Staaten">USA</a> und in <a href="Chile" title="Chile">Chile</a> wird Kupfer aus sulfidischen Armerzen und in <a href="S%C3%BCdafrika" title="Südafrika">Südafrika</a> seit 1980 Gold durch Bioleaching gewonnen.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Ablauf_der_Biolaugung">Ablauf der Biolaugung</h2></div>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Voraussetzungen">Voraussetzungen</h3></div>
<p>Um eine Biolaugung sinnvoll einsetzen zu können, müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein:
</p>
<ul><li><a href="Wasser" title="Wasser">Wasser</a> muss in größeren Mengen leicht verfügbar sein.</li>
<li>Die Erze müssen von Mikroorganismen oxidierbare Stoffe enthalten (<a href="Schwefel" title="Schwefel">Schwefel</a>, Sulfide, Eisen(II)-Verbindungen). Bei Gesteinen, die arm an Eisen- und Schwefelverbindungen oder elementarem Schwefel sind, können billiges <a href="Pyrit" title="Pyrit">Pyrit</a> (FeS<sub>2</sub>, <i>Schwefelkies</i> = <i>Eisen(II)-disulfid</i>), elementarer Schwefel, <a href="Eisen(II)-sulfat" title="Eisen(II)-sulfat">Eisen(II)-sulfat</a> (FeSO<sub>4</sub>) oder <a href="Eisen(III)-sulfat" title="Eisen(III)-sulfat">Eisen(III)-sulfat</a> (Fe<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>) zugegeben werden.</li>
<li>Da bei der Biolaugung Lösungen mit den zu gewinnenden Metallen in geringen Konzentrationen entstehen, muss dafür eine kostengünstige Möglichkeit zur Extraktion oder Fällung bestehen.</li>
<li>Wachstumssubstrate für die entsprechenden Mikroorganismen müssen vorhanden sein.</li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Bedeutung_der_Eisen-_und_Schwefelbakterien">Bedeutung der Eisen- und Schwefelbakterien</h3></div>
<p>Eisen- und Schwefel-oxidierende Bakterien und Archaeen tragen durch ihre oxidativen Energiestoffwechselprozesse entscheidend dazu bei, schwerlösliche Sulfide wie Kupfereisendisulfid (Kupferkies = <a href="Chalkopyrit" title="Chalkopyrit">Chalkopyrit</a>, CuFeS<sub>2</sub>) in wasserlösliche auslaugbare Sulfate (<a href="Kupfersulfat" title="Kupfersulfat">Kupfersulfat</a> und Eisen(II)sulfat) umzusetzen.
</p><p>Der erste und wichtigste Schritt zur Auflösung schwer wasserlöslicher Schwermetallsulfide ist die <a href="Abiotisch" title="Abiotisch">abiotische</a> Oxidation des Sulfidschwefels durch Eisen(III)-Ionen (Fe<sup>3+</sup>) zu elementarem Schwefel (S) oder <a href="Thiosulfate" title="Thiosulfate">Thiosulfat</a> (S<sub>2</sub>O<sub>3</sub><sup>2−</sup>), wodurch die Schwermetalle als Ionen frei werden und in der wässrigen Lösung gelöst sind. Die Eisen(III)-Ionen werden dabei zu Eisen(II)-Ionen (Fe<sup>2+</sup>) reduziert. Die Rolle der Eisen- und Schwefel-oxidierenden Bakterien und Archaeen besteht darin, (1) die Eisen(II)-Ionen wieder zu Eisen(III)-Ionen zu reoxidieren und damit für die abiotische Oxidation weiteren Schwermetallsulfids zur Verfügung zu stellen, und (2) den entstandenen elementaren Schwefel bzw. das entstandene Thiosulfat zu Schwefelsäure zu oxidieren, wodurch die wässrige Lösung angesäuert wird und die Auflösung der Schwermetallsulfide begünstigt wird. Durch die abiotische und biotische Oxidation des Sulfids werden also die Schwermetalle aus den Sulfidmineralen als gelöste Ionen frei. Eisen- und Schwefel-oxidierende Bakterien arbeiten auf diese Weise eng zusammen.<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Die Schwefelbakterien <i>Acidithiobacillus ferrooxidans</i> (auch Eisen-oxidierend) und <i>Acidithiobacillus thiooxidans</i>, das Eisen-oxidierende Bakterium <i>Leptospirillum ferrooxidans</i> und die Schwefel- und Eisen-oxidierenden Archaeen <i>Acidianus brierleyi</i> und <i>Sulfolobus acidocaldarius</i> sind <a href="Acidophilie_(%C3%96kologie)" title="Acidophilie (Ökologie)"><i>acidophil</i></a> (Säure liebend), die Schwefel-Oxidierer erzeugen sogar selbst <a href="Schwefels%C3%A4ure" title="Schwefelsäure">Schwefelsäure</a> durch Sulfid-, Schwefel- und Thiosulfat-Oxidation. <i>Acidianus brierleyi</i> und <i>Sulfolobus acidocaldarius</i> sind zudem <a href="Thermophilie" title="Thermophilie">thermophil</a> (hohe Temperaturen liebend). Im Laugungsprozess <a href="Oxidation" title="Oxidation">oxidieren</a> <i>Acidithiobacillus ferrooxidans</i>, <i>Leptospirillum ferrooxidans</i>, <i>Acidianus brierleyi</i> und <i>Sulfolobus acidocaldarius</i> zweiwertiges zu dreiwertigem Eisen, <i>Acidithiobacillus ferrooxidans</i>, <i>Acidithiobacillus thiooxidans</i>, <i>Acidianus brierleyi</i> und <i>Sulfolobus acidocaldarius</i> oxidieren elementaren Schwefel zu Schwefelsäure.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Chemischer_Ablauf">Chemischer Ablauf</h3></div>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Schwermetallsulfid-Minerale">Schwermetallsulfid-Minerale</h4></div>
<p>Als erstes wird der Sulfidschwefel der Schwermetallsulfide abiotisch durch dreiwertige Eisenionen (Fe<sup>3+</sup>) oxidiert, wobei diese zu Eisen(II)-ionen (Fe<sup>2+</sup>) reduziert werden. Das Oxidationsprodukt ist bei Monosulfiden und Chalkopyrit (CuFeS<sub>2</sub>) elementarer Schwefel, bei Disulfiden ist Thiosulfat (S<sub>2</sub>O<sub>3</sub><sup>2−</sup>) das Oxidationsprodukt (siehe Gleichungen 1 und 5).<sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Eine Folge dieser Oxidation ist die Freisetzung der Schwermetalle als Kationen, die damit wasserlöslich sind und mit der Laugungsflüssigkeit transportiert werden. Die Schwermetallmobilisierung käme jedoch aus drei Gründen bald zum Erliegen, wenn sich nicht biotische Oxidationen anschließen würden: (1) Es käme zu einem Mangel an Fe<sup>3+</sup>, das als Oxidans für die abiotische Sulfidschwefeloxidation erforderlich ist, da bald alle Fe<sup>3+</sup>-Ionen zu Fe<sup>2+</sup>-Ionen reduziert worden wären. Dem wirkt die mikrobielle Oxidation von Fe<sup>2+</sup> zu Fe<sup>3+</sup> entgegen. (2) Der gebildete elementare Schwefel würde die Mineraloberflächen bedecken und den Angriff des Fe<sup>3+</sup> behindern. Dem wirkt die mikrobielle Oxidation des elementaren Schwefels zu Schwefelsäure entgegen. (3) Der pH-Wert des Milieus würde durch den Verbrauch von H<sup>+</sup>-Ionen bei der Eisenoxidation (siehe Gleichung 2) ansteigen. Schon bei mittleren pH-Werten bildet Fe<sup>3+</sup> mit Wasser schwerlösliche Verbindungen wie beispielsweise Fe(OH)<sub>3</sub> und FeOOH und es käme zu einer <a href="Ocker" title="Ocker">Verockerung</a> und die Fe<sup>3+</sup>-Konzentration würde noch weiter sinken. Dem wirkt die mikrobielle Oxidation von elementarem Schwefel und von Thiosulfat entgegen, bei denen H<sup>+</sup>-Ionen gebildet werden, der pH-Wert also gesenkt wird.
</p><p>Im Beispiel von <b><a href="Sphalerit" title="Sphalerit">Sphalerit</a></b> (Zinkblende, ZnS) bewirken folgende Oxidationsreaktionen die Mobilisierung von Zink:
</p>
<dl><dd>(1) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {ZnS+2\ Fe^{\,3+}\longrightarrow Zn^{\,2+}+2\ Fe^{\,2+}+S^{0}} }">
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<dd>(2) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {2\ Fe^{\,2+}+0,5\ O_{2}+2\ H^{+}\longrightarrow 2\ Fe^{\,3+}+H_{2}O} }">
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<dd>(3) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {S^{0}+1,5\ O_{2}+H_{2}O\longrightarrow SO_{4}^{\,2-}+2\ H^{+}} }">
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<dl><dd>(4) Summe: <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {ZnS+2\ O_{2}\longrightarrow Zn^{\,2+}+SO_{4}^{\,2-}} }">
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<p>Beispiel <b><a href="Pyrit" title="Pyrit">Pyrit</a></b> (Schwefelkies, FeS<sub>2</sub>):
</p>
<dl><dd>(5) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {FeS_{2}+6\ Fe^{\,3+}+3\ H_{2}O\longrightarrow 7\ Fe^{\,2+}+S_{2}O_{3}^{\,2-}+6\ H^{+}} }">
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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mathrm {FeS_{2}+6\ Fe^{\,3+}+3\ H_{2}O\longrightarrow 7\ Fe^{\,2+}+S_{2}O_{3}^{\,2-}+6\ H^{+}} }</annotation>
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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/f1b1e0f2c6d3346f7886a88767d04d846943f938.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:53.601ex; height:3.343ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {FeS_{2}+6\ Fe^{\,3+}+3\ H_{2}O\longrightarrow 7\ Fe^{\,2+}+S_{2}O_{3}^{\,2-}+6\ H^{+}} }" loading="lazy"></span> abiotisch</dd>
<dd>(6) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {6\ Fe^{\,2+}+1,5\ O_{2}+6\ H^{+}\longrightarrow 6\ Fe^{\,3+}+3\ H_{2}O} }">
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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/bdd4a5e8e0aab6124ccc9e4994a728d371a4aba4.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:45.791ex; height:3.009ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {6\ Fe^{\,2+}+1,5\ O_{2}+6\ H^{+}\longrightarrow 6\ Fe^{\,3+}+3\ H_{2}O} }" loading="lazy"></span> mikrobiell (Eisenoxidierer)</dd>
<dd>(7) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {S_{2}O_{3}^{\,2-}+2\ O_{2}+H_{2}O\longrightarrow 2\ SO_{4}^{\,2-}+2\ H^{+}} }">
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<dl><dd>(8) Summe: <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {FeS_{2}+3,5\ O_{2}+H_{2}O\longrightarrow Fe^{\,2+}+2\ SO_{4}^{\,2-}+2\ H^{+}} }">
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<p>Beispiel <b><a href="Chalkopyrit" title="Chalkopyrit">Chalkopyrit</a></b> (Kupferkies, CuFeS2):
</p>
<dl><dd>(9) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {CuFeS_{2}+4\ Fe^{\,3+}\longrightarrow Cu^{\,2+}+5\ Fe^{\,2+}+2\ S_{0}} }">
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<dd>(10) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {4\ Fe^{\,2+}+O_{2}+4\ H^{+}\longrightarrow 4\ Fe^{\,3+}+2\ H_{2}O} }">
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<dd>(11) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {2\ S^{0}+3\ O_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ SO_{4}^{\,2-}+4\ H^{+}} }">
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<dl><dd>(12) Summe: <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {CuFeS_{2}+4\ O_{2}\longrightarrow Cu^{\,2+}+Fe^{\,2+}+2\ SO_{4}^{\,2-}} }">
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<p>Der entscheidende primäre Angriff auf die praktisch wasserunlöslichen Schwermetallsulfide ist die abiotische Oxidation mit Fe<sup>3+</sup> als Oxidans. Dabei werden die Schwermetalle als wasserlösliche Ionen freigesetzt. Diese abiotische Oxidation verläuft umso effektiver, je größer das Verhältnis von Fe(III)- zu Fe(II)-Ionen ist. Die Umsetzung käme bald zum Erliegen, wenn sich nicht die mikrobielle Eisen- und Schwefeloxidation anschließen würde.
</p><p>Die Oxidation von elementarem Schwefel, Thiosulfat und Fe<sup>2+</sup>-Ionen dient den Mikroorganismen als Energiequelle.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Uraninit">Uraninit</h4></div>
<p>Uran kommt in der Natur hauptsächlich als das schwer wasserlösliche <a href="Uraninit" title="Uraninit">Uraninit</a> (Pechblende, UO<sub>2</sub>) vor. Durch abiotische Oxidation mit Fe<sup>3+</sup> wird das hierin vierwertige Uran zum sechswertigen Uran oxidiert, das wasserlösliche Uranyl-Ionen (UO<sub>2</sub>)<sup>2+</sup> bildet. Das dabei zu Fe<sup>2+</sup> reduzierte Fe<sup>3+</sup> wird durch Eisenoxidierer wieder regeneriert.
</p>
<dl><dd>(13) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {UO_{2}+2\ Fe^{\,3+}\longrightarrow (UO_{2})^{\,2+}+2\ Fe^{\,2+}} }">
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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mathrm {UO_{2}+2\ Fe^{\,3+}\longrightarrow (UO_{2})^{\,2+}+2\ Fe^{\,2+}} }</annotation>
</semantics>
</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c1be3c45ef314c3b9f7b16a96a07f3ddb82a2d3a.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:38.543ex; height:3.176ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {UO_{2}+2\ Fe^{\,3+}\longrightarrow (UO_{2})^{\,2+}+2\ Fe^{\,2+}} }" loading="lazy"></span> abiotisch</dd>
<dd>(14) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {2\ Fe^{\,2+}+0,5\ O_{2}+2\ H^{+}\longrightarrow 2\ Fe^{\,3+}+H_{2}O} }">
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<dl><dd>(15) Summe: <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {UO_{2}+0,5\ O_{2}+2\ H^{+}\longrightarrow (UO_{2})^{\,2+}+H_{2}O} }">
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<p>Da hierbei H<sup>+</sup>-Ionen verbraucht werden, steigt der pH-Wert an. Das hat zur Folge, dass Fe<sup>3+</sup>-Ionen zu schwer wasserlöslichen Fe(III)-Verbindungen umgesetzt werden und nicht mehr für die Oxidation von Uraninit zur Verfügung stehen. Es ist deshalb erforderlich, dass der pH-Wert niedrig gehalten wird, durch Zugabe von Säure oder – in der Praxis üblich – durch natürliches Vorhandensein oder Zugabe von Pyrit. Bei der Oxidation des Pyrits entsteht Schwefelsäure (siehe Gleichung 8).
</p>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Laugung_mit_heterotrophen_Mikroorganismen">Laugung mit heterotrophen Mikroorganismen</h4></div>
<p>Die Laugung mit <a href="Heterotrophie" title="Heterotrophie">kohlenstoffheterotrophen</a> Mikroorganismen nutzt deren Fähigkeit zur Bildung gesteinsauflösender Metabolite, vor allem organische Säuren wie <a href="Fetts%C3%A4uren" title="Fettsäuren">Fettsäuren</a> und <a href="Citronens%C3%A4ure" title="Citronensäure">Citronensäure</a>, zur Produktion von Metabolit-Chelat-<a href="Komplexchemie" title="Komplexchemie">Komplexen</a>. Nachteilig bei diesen Laugungsverfahren ist die Notwendigkeit, organische Stoffe als Kohlenstoff- und Energiequelle bereitzustellen.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Technischer_Ablauf">Technischer Ablauf</h3></div>
<p>Für die mikrobielle Laugung werden große Mengen von zerkleinertem Erz in Halden aufgeschichtet und von oben mit Wasser besprüht. Während das Wasser durchsickert, vermehren sich die Eisen- und Schwefel-oxidierenden Bakterien und Archaeen innerhalb des feuchten Gesteins. Sie haften an den Oberflächen der Minerale und werden größtenteils durch die Laugungsflüssigkeit nicht ausgetragen. Am Fuß der Halde sickert die metallhaltige Flüssigkeit heraus und wird in Sammelbecken aufgefangen. Deshalb sollte die Halde auf wasserundurchlässigem Untergrund (beispielsweise einer Tonschicht) aufgebaut sein. Die ausgetretene Laugungsflüssigkeit wird wieder auf die Oberfläche der Halde gegeben. Hat sie sich bei ständigem Kreislauf ausreichend mit den gewünschten Schwermetallen angereichert, können diese extrahiert bzw. gefällt werden. Die metallarme Laugungsflüssigkeit wird erneut auf der Halde verteilt.
</p><p>Die Prozesswärme wird, je nach Wärmeleitfähigkeit des Haldenmaterials, verzögert abgeleitet. Wenn die mikrobielle Oxidation bei günstigen Bedingungen schnell abläuft, erwärmt sich dadurch das Haldenmaterial stark, teilweise bis zu etwa 60 °C. Die Zusammensetzung der Mikroorganismengesellschaft ändert sich bei Erwärmung so, dass thermophile Eisen- und Schwefel-oxidierende Bakterien und Archaeen vorherrschen oder ausschließlich vorhanden sind, und der Laugungsprozess wird weiter beschleunigt.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Bedeutung_des_Prozesses">Bedeutung des Prozesses</h2></div>
<p>Heute liefern <a href="Mikroorganismus" title="Mikroorganismus">Mikroben</a> gezielt aus großen <a href="Armerz" title="Armerz">Armerzmengen</a> Metall. Der Anteil des in den <a href="Vereinigte_Staaten" title="Vereinigte Staaten">USA</a>, <a href="Kanada" title="Kanada">Kanada</a>, <a href="Chile" title="Chile">Chile</a>, <a href="Australien" title="Australien">Australien</a> und <a href="S%C3%BCdafrika" title="Südafrika">Südafrika</a> durch bakterielle Laugung erzeugten Kupfers an der Weltkupferproduktion beträgt ein Viertel. Mehr als 10 % des Goldes sowie 3 % des Kobalts und Nickels werden biotechnisch gewonnen.
</p><p>Biolaugungsverfahren sind umweltschonender als andere Verhüttungsmethoden. Im Gegensatz zu üblichen Verhüttungsverfahren werden bei der Biolaugung bei richtiger Betriebsführung keine Schadstoffe freigesetzt, allerdings werden prozessbedingt große Mengen schwefelsäurehaltige Prozesswässer produziert, die neutralisiert und von enthaltenen Schwermetallen befreit werden müssen.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beispiele">Beispiele</h2></div>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Kupfergewinnung_durch_Bioleaching">Kupfergewinnung durch Bioleaching</h3></div>
<p>Kupfer wird überwiegend aus <a href="Chalkopyrit" title="Chalkopyrit">Chalkopyrithaltigen</a> <a href="Erz" title="Erz">Erzen</a>, die auch <a href="Pyrit" title="Pyrit">Pyrit</a> enthalten, gelaugt. Dabei entsteht Schwefelsäure und das leicht lösliche, blau gefärbte Kupfersulfat. Das Kupfer wird aus der Lösung durch <a href="Zementation" title="Zementation">Zementation</a> gewonnen<sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>: Die in der Lösung vorliegenden zweiwertigen Kupfer-Ionen (Cu<sup>2+</sup>) werden mit elementarem Eisen (Schrott) zu elementarem Kupfer reduziert, das ausfällt, Eisen geht dafür in Form zweiwertiger Ionen (Fe<sup>2+</sup>) in Lösung. Der gestiegene Bedarf und der gleichzeitig abnehmende Bestand an Kupfer führten in den letzten Jahren dazu, dass der Abbau in immer tiefere Zonen vorangetrieben werden musste. Energie und Erschließungskosten stiegen an, so dass das kostengünstigere Bioleaching angewandt wird.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Urangewinnung_durch_Bioleaching">Urangewinnung durch Bioleaching</h3></div>
<p>Bei der Laugung von Uran aus seinen Mineralen mit vierwertigem Uran, vor allem <a href="Uraninit" title="Uraninit">Uraninit</a> (UO<sub>2</sub>), wird ebenfalls durch Bakterien und Archaeen aus Pyrit (Schwefelkies, FeS<sub>2</sub>) oder gelöstem zweiwertigem Eisen (Fe<sup>2+</sup>) als <a href="Oxidationsmittel" title="Oxidationsmittel">Oxidans</a> wirkendes ("aggressives") gelöstes dreiwertiges Eisen (Fe<sup>3+</sup>) erzeugt. Dieses oxidiert Uran zu sechswertigem Uran, das in Uranyl-Ionen ((UO<sub>2</sub>)<sup>2+</sup>) vorliegt, die in verdünnter Schwefelsäure gut löslich sind. Auf diese Weise wird Uran in Kanada (Agnew Lake Mine und Denison Mines, Ontario) gewonnen.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Nützliche_Elemente_im_Weltall"><span id="N.C3.BCtzliche_Elemente_im_Weltall"></span>Nützliche Elemente im Weltall</h3></div>
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</style><div class="thumb tright vl-mehrere-bilder" style="width:372px;"><div class="thumbinner"><div class="vl-mehrere-bilder-horizontal" style="width:224px;"><div class="thumbimage"><span typeof="mw:File"></span></div><div class="thumbcaption">Das Gerät mit dem das Experiment durchgeführt wurde</div></div><div class="vl-mehrere-bilder-horizontal" style="width:134px;"><div class="thumbimage"><span typeof="mw:File"></span></div><div class="thumbcaption"><i>S. desiccabilis</i> etwa zeigte eine hohe Effektivität</div></div><div style="clear:both;"></div>
<div style="clear:both;"></div>
</div></div>
<p>Im Jahr 2020 zeigten Wissenschaftler mit einem Experiment mit unterschiedlichen Schwerkraftumgebungen auf der <a href="ISS" class="mw-redirect" title="ISS">ISS</a>, dass Mikroorganismen eingesetzt werden könnten, um mittels Bioleaching im Weltraum nützliche Elemente aus <a href="Basalt" title="Basalt">Basaltgestein</a> zu gewinnen.<sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Sonstiges">Sonstiges</h2></div>
<p>Forscher untersuchen, ob Biolaugung möglicherweise in Zukunft im <a href="Asteroidenbergbau" title="Asteroidenbergbau">Asteroidenbergbau</a> eingesetzt werden könnte.<sup id="cite_ref-7" class="reference"><a href="#cite_note-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Die Biolaugung hat ein hohes Potenzial zur Rückgewinnung von Metallen aus Ascherückständen von <a href="M%C3%BCllverbrennung" title="Müllverbrennung">Müllverbrennungsanlagen</a>.<sup id="cite_ref-8" class="reference"><a href="#cite_note-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>
<ul><li>Douglas E. Rawlings, Barrie D. Johnson (Hrsg.): <i>Biomining</i>. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 2007, ISBN 978-3-540-34909-9.</li>
<li>Giovanni Rossi: <i>Biohydrometallurgy</i>. McGraw-Hill, Hamburg u. a. O. 1990, ISBN 3-89028-781-6.</li>
<li>Henry L. Ehrlich, Corale L. Brierley (Hrsg.): <i>Microbial Mineral Recovery</i>. McGraw-Hill, New York u. a. O. 1990, ISBN 0-07-007781-9.</li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>
<ul><li>NZZ: <i><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20160225084119/http://www.nzz.ch/bakterien-als-minenarbeiter-1.16902917">Bakterien als Minenarbeiter</a></i></li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>
<ol class="references">
<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">John Neale: <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r261891140">
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</style><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20070927030641/http://wiki.biomine.skelleftea.se/wiki/images/9/94/BioleachingTechnologyInMineralsProcessing2006.pdf"><i>Bioleaching technology in minerals processing</i></a> (<span class="webarchiv-memento"><a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a></span> des <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r250917974">
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</style><span class="dewiki-iconexternal"><a class="external text" href="https://redirecter.toolforge.org/?url=http%3A%2F%2Fwiki.biomine.skelleftea.se%2Fwiki%2Fimages%2F9%2F94%2FBioleachingTechnologyInMineralsProcessing2006.pdf">Originals</a></span> vom 27. September 2007 im <i><a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a></i>) <small class="archiv-bot"><span class="wp_boppel noviewer" aria-hidden="true" role="presentation"><span typeof="mw:File"><span title="i"></span></span></span> <b>Info:</b> Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.</small><span style="display:none"><a rel="nofollow" class="external text" href="http://IABotmemento.invalid/http://wiki.biomine.skelleftea.se/wiki/images/9/94/BioleachingTechnologyInMineralsProcessing2006.pdf">@1</a></span><span style="display:none"><a rel="nofollow" class="external text" href="http://wiki.biomine.skelleftea.se/wiki/images/9/94/BioleachingTechnologyInMineralsProcessing2006.pdf">@2</a></span><span style="display:none">Vorlage:Webachiv/IABot/wiki.biomine.skelleftea.se</span> (PDF; 573 kB), Mintek Biotechnology Division, <a href="S%C3%BCdafrika" title="Südafrika">Südafrika</a>, September 2006</span>
</li>
<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text">H. Brandl: <i>Microbial leaching of metals</i>. In: H. J. Rehm (Hrsg.) <i>Biotechnology</i>, Vol. 10. Wiley-VCH, Weinheim u. a. O. 2001, S. 191–224, ISBN 3-527-28328-5.</span>
</li>
<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text">Axel Schippers: <i>Untersuchungen zur Schwefelchemie der biologischen Laugung von Metallsulfiden</i>. (<i>Berichte aus der Metallurgie</i>). Shaker Verlag, Aachen 1998, ISBN 3-8265-4076-X.</span>
</li>
<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Mineralienportrait/Kupfer/Erzlaugung"><i>Mineralienatlas - Fossilienatlas.</i></a><span class="Abrufdatum"> Abgerufen am 4. März 2025</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3ABioleaching&rft.title=Mineralienatlas+-+Fossilienatlas&rft.description=Mineralienatlas+-+Fossilienatlas&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.mineralienatlas.de%2Flexikon%2Findex.php%2FMineralienportrait%2FKupfer%2FErzlaugung&rft.language=de"> </span></span>
</li>
<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text">Leah Crane: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.newscientist.com/article/2259373-asteroid-munching-microbes-could-mine-materials-from-space-rocks/"><cite>Asteroid-munching microbes could mine materials from space rocks</cite></a> In: <cite>New Scientist</cite>, 10. November 2020. Abgerufen am 26. Oktober 2025 (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rft.type=newspaperArticle&rft.subject=News&rft.au=Leah+Crane&rft.title=Asteroid-munching+microbes+could+mine+materials+from+space+rocks&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.newscientist.com%2Farticle%2F2259373-asteroid-munching-microbes-could-mine-materials-from-space-rocks%2F&rft.source=New+Scientist&rft.date=2020-11-10&rft.language=en"> </span></span>
</li>
<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text">Charles S. Cockell, Rosa Santomartino, Kai Finster, Annemiek C. Waajen, Lorna J. Eades, Ralf Moeller, Petra Rettberg, Felix M. Fuchs, Rob Van Houdt, Natalie Leys, Ilse Coninx, Jason Hatton, Luca Parmitano, Jutta Krause, Andrea Koehler, Nicol Caplin, Lobke Zuijderduijn, Alessandro Mariani, Stefano S. Pellari, Fabrizio Carubia, Giacomo Luciani, Michele Balsamo, Valfredo Zolesi, Natasha Nicholson, Claire-Marie Loudon, Jeannine Doswald-Winkler, Magdalena Herová, Bernd Rattenbacher, Jennifer Wadsworth, R. Craig Everroad, René Demets: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Space station biomining experiment demonstrates rare earth element extraction in microgravity and Mars gravity</cite>. In: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Nature Communications</cite>. 11. Jahrgang, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>1</span>, 10. November 2020, <a href="Internationale_Standardnummer_f%C3%BCr_fortlaufende_Sammelwerke" title="Internationale Standardnummer für fortlaufende Sammelwerke">ISSN</a> <span style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://zdb-katalog.de/list.xhtml?t=iss%3D%222041-1723%22&key=cql">2041-1723</a></span>, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>5523</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1038/s41467-020-19276-w">10.1038/s41467-020-19276-w</a></span>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/33173035?dopt=Abstract">PMID 33173035</a>, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7656455/">PMC 7656455</a> (freier Volltext) – (englisch, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.nature.com/articles/s41467-020-19276-w">nature.com</a>).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Bioleaching&rft.atitle=Space+station+biomining+experiment+demonstrates+rare+earth+element+extraction+in+microgravity+and+Mars+gravity&rft.au=Charles+S.%26%2332%3BCockell%2C%26%2332%3BRosa%26%2332%3BSantomartino%2C%26%2332%3BKai%26%2332%3BFinster%2C+...&rft.date=2020-11-10&rft.doi=10.1038%2Fs41467-020-19276-w&rft.genre=journal&rft.issn=2041-1723&rft.issue=1&rft.jtitle=Nature+Communications&rft.pages=5523&rft.pmc=7656455&rft.pmid=33173035&rft.volume=11.+Jahrgang" style="display:none"> </span></span>
</li>
<li id="cite_note-7"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-7">↑</a></span> <span class="reference-text">
<a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/fellows/mar04/Ragozzine_Darin.pdf">Biomining for In-Situ Resource Utilization</a> pdf, niac.usra.edu; <a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.nbcnews.com/science/space/biomining-microbes-could-extract-minerals-asteroids-n297416">'Biomining' Microbes Could Extract Minerals From Asteroids</a> nbcnews.com, abgerufen am 3. Februar 2015</span>
</li>
<li id="cite_note-8"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-8">↑</a></span> <span class="reference-text">Kremser et al.: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Leachability of metals from waste incineration residues by iron- and sulfur-oxidizing bacteria</cite> (= <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Journal of Environmental Management</cite>. <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>280</span>). 2021 (englisch, <a rel="nofollow" class="external autonumber" href="https://www.k1-met.com/fileadmin/user_upload/Publications/Kremser_et_al._2021.pdf">[1]</a> [PDF; abgerufen am 8. November 2021]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Bioleaching&rft.au=Kremser+et+al.&rft.btitle=Leachability+of+metals+from+waste+incineration+residues+by+iron-+and+sulfur-oxidizing+bacteria&rft.date=2021&rft.genre=book&rft.series=Journal+of+Environmental+Management" style="display:none"> </span></span>
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