MIKRIOBIELLER BERGBAU
MICROBIAL MINING
KUPFERGEWINNUNG AUS ARMERZEN DURCH
BAKTERIELLE ERZLAUGUNG
Die Erzlaugung soll schon im Mittelalter von Georg Agricola in seinem in 1556 erschienenen Werk "De Re Metallica" als eine Methode zu Gewinnung von Kufersulfat, beschrieben worden sein (obwohl in der englischen Überseztzung von H. C. und L. H. Hoover (1912) ich die Stelle nicht gefunden habe).
Spätestens seit der Mitte des 18. Jh. wird aus den riesigen Pyritlagern am Rio Tinto in Südspanien durch Erzlaugung Kufper gewonnen (Siehe Taylor, J. H.; The Leaching of Cupreous Pyrites and the Precipitation of Copper at Rio Tinto, Spain; Trans. Inst. Min. Met. 52, 35 - 96, 1943).
Dieses Verfahren ermöglicht die rentable Metallgewinnung aus Armerzen und spielt mit zunehmender Erschöpfung von metallreichen Erzenlagen eine immer wichtigere Rolle. 
Heute werden ca. 5% der Weltkupferproduktion (etwas mehr als 400.000 t/a) auf diese Weise gewonnen.
 

ABBILDUNG: Eine schematische Darstellung der Halden-Erzlaugung an einem Hang:

Man läßt Wasser durch eine Halde aus gebrochenem, sulfidischen Erz zirkulieren (siehe Abbildung). Die Metallsulfide werden zu Schwefelsäure und Metallsulfaten oxidiert, die dann in Lösung gehen:
 
FeS2 + H2O + 3 O2   ------->   FeSO4 + H2SO4

MeS + 2O2                 ------->  MeSO4
 
Vorhandene Kupfer wird zu löslichem Kupfersulfat, das mit Hilfe metallischen Eisens aus der Laugflüßigkeit ausgefällt wird ("Zementation"):
 Cu2+ + Fe   ------->  Cu + Fe2+
Wann kam man auf die Idee, daß Mikroorganismen für die Erzlaugung verantwortlich sein könnten? 1947 machten Colmer & Hinkle in den USA für die Säurebildung im Sickerwasser von alten Kohlegruben und für die Oxidation von Fe(II) zu Fe(III) Thiobacillen verantwortlich. Zehn Jahre später wurde die Bedeutung der gleichen Organismen für die Erzlaugung erkannt. Für eine ausführlichere Behandlung des "mikrobiellen Bergbaus" sehen Sie die Beiträge von R. Näveke "Bacterial leaching of ores and other materials" und Corale L. Brierley "Microbial Mining". 

Das "Arbeitspferd" der mikrobiellen Erzlaugung heißt Thiobacillus ferrooxidans, charakerisiet in 1951 von  Temple & Colmer), welcher aber durch T. thiooxidans unterstützt wird. Die Bedeutung von anderen Mikroorganismen wird noch untersucht, wie z.B. Leptospirillum ferrooxidans, das nur in der Lage ist Fe(II) zu Fe(III) zu oxidieren, oder von heterotrophen Organismen, die etwa Stickstoff fixieren oder die organischen Ausscheidungsprodukte der Thiobacillen eliminieren, die sonst auf die gleichen hemmend wirken können.

Reaktionsmechanismen der sulfidischen Erzlaugung 
 

A) Durch Thiobacillen direkt bewirkte Reaktionen:
    1) FeS2 + H2O 3½O2                ------->     Fe2+ + 2SO42- + 2H+

    2) MeS + 2O2                            ------->     Me2+ + SO42-

    3) H2S + 2O2                             ------->     SO42- + 2H+

    4) 2Fe2+ + 2H+ + ½O2              ------->     Fe3+ + H2O

    5) S° + H2O + ½O2                   ------->     SO42- + 2H+
B) Durch Thiobacillen indirekt bewirkte Reaktionen:

6) Durch Säurewirkung
     MeS + 2H+    -------->    Me2+ + H2S
     FeS2 + 2H+    --------->   Fe2+ + H2S + S°

 7) Durch Säure- und O2-Einwirkung:
      MeS + 2H+ + O2   -------->  Me2+ + H2O + S°

8)  Fe3+ + 3H2O     -------->  Fe(OH)3 + 3H+  * 
9)  MeS + 2Fe3+     ----- -->   Me2+ + 2Fe2+ + S° ** 

* Säurebildung durch Ausfällung von Fe(III) als Fe(OH)3
** T. ferrooxidans (Reaktion A 4)  reoxidiertFe2+ zu Fe3+

Das durch die indirekten Reaktionen entstehende S° und H2S wird von den Thiobacillen zu H2SO4 oxidiert. Fe2+ wird durch T. ferrooxidans immer wieder zu Fe3+ zurückoxidiert. Diese katalytisch wirkende bakterielle Oxidation ist besonders wichtig, weil Fe3+ ein starkes Oxidationsmittel ist und wesentlich zur Wirksamkeit der Erzlaugung beiträgt. Sie ermöglicht auch die Laugung von manchen nicht-sulfidischen Erzen, wenn man diesen Pyrit (FeS) zusetzt, wie z.B. bei der Laugung von Uranerz: UO2 + Fe3+  -------->   (UO2)2+ + 2Fe2+

  .