Khẩu hiệu “Tuyển khoáng vì lợi ích�?(Beneficiation for Benefit) xuất hiện trên các tạp chí m�?th�?giới cũng như trong các Hội ngh�?tuyển khoáng Quốc t�? đã nhắc nh�?mọi người cần có nhận thức đúng đắn hơn. “Tuyển khoáng�?không ch�?đơn thuần là làm giàu khoáng sản, “Lợi ích�?không ch�?là lợi nhuận cho doanh nghiệp m�? mà “Tuyển khoáng�?còn phải là quá trình đảm bảo lợi ích chung trong việc bảo v�?môi trường. Với nhận thức như vậy thì người làm công tác m�?cần phải cân nhắc k�?khi giải bài toán:

Khai thác + Tuyển khoáng = Lợi nhuận + Duy trì môi trường sinh thái

Đ�?đáp ứng được mục tiêu trên, nhiều nhà tuyển khoáng trên th�?giới đã n�?lực th�?hiện qua các phát triển trong nghiên cứu lý thuyết, ch�?tạo thiết b�? ứng dụng công ngh�?mới, ứng dụng tin học và đặc biệt là ứng dụng công ngh�?sinh học  vào trong ngành tuyển khoáng và khái niệm “Tuyển khoáng xanh�?Green Beneficiation) đã ra đời. “Tuyển khoáng xanh�?là cách gọi hình tượng của phương pháp tuyển s�?dụng vi khuẩn và thực vật đã được biết đến t�?năm 1947, khi chủng vi khuẩn đầu tiên (Thiobacillus ferroxidans) được nghiên cứu tại phòng thí nghiệm m�?than ARD. Tới nay, vi khuẩn này và nhiều loại vi sinh vật khác đã được ứng dụng vào tuyển khoáng. Theo thống kê của Mining Magazine (tháng 10/2002)[1] t�?l�?đóng góp của tuyển vi sinh vào tổng giá tr�?sản lượng tuyển khoáng toàn th�?giới cho Đồng, Uran và Vàng tương ứng là 15%, 13% và 25%. Tác gi�?của cuốn sách�?Công ngh�?tuyển vi sinh�?M�?- Xuất bản năm 2002 [2] khẳng định �?nbsp;Th�?k�?XXI là th�?k�?của công ngh�?sinh học. Các tiến b�?vượt bậc của ngành tuyển khoáng trong thời gian gần đây là nh�?dựa vào nguyên lý sinh học�?

2. Khái quát v�?phương pháp tuyển vi sinh

        Khi nghiên cứu mối quan h�?giữa vi sinh vật với các khoáng vật kim loại người ta nhận thấy s�?tương tác khá mạnh giữa tập hợp khoáng- vi sinh với thành phần hoá học của vật liệu khoáng thông qua các quá trình chuyển hoá vi sinh và kiến tạo phân t�? Các vi khuẩn có th�?tham gia trong các hoá thạch, thành tạo khoáng vật, chuyển hoá, lắng kết và dịch chuyển trong t�?nhiên tương t�?như quá trình hình thành đá trầm tích và lắng đọng trầm tích. Các t�?bào vi khuẩn tồn tại trong t�?nhiên có kh�?năng thực hiện một loạt các chức năng x�?lý trong mọi lĩnh vực của tuyển khoáng như: tích t�?các ion kim loại, hình thành và tổng hợp các chất cao phân t�?vi sinh (Bio- Polymers) và các chất xúc tác. Như những c�?máy nhạy cảm, d�?thích nghi với môi trường, có cấu trúc vô cùng nh�? vi sinh vật giống như các nhà máy tuyển hoá sinh hiện đại siêu nh�?(micro processor bio chemical factory). Kh�?năng di truyền các tính năng có th�?điều chỉnh của vi sinh vật đã cho phép chúng thực hiện các chức năng “Tuyển khoáng�?với tốc đ�?nhanh. Trong thực t�? vi khuẩn là các sinh vật s�?dụng năng lượng cực k�?có hiệu qu�? Chúng làm những gì đơn giản nhất đ�?có th�?b�?ra năng lượng tối thiểu đ�?đạt được s�?tồn tại đó trong môi trường. Các nguyên t�?quan trọng cần thiết đ�?vi sinh vật sống được như: cácbon, oxy, hydro, silic, magiê, photpho, canxi, sắt, mangan đều là thành phần ph�?biến của các khoáng- vi sinh. Trong đó, khoáng- vi sinh Canxi chiếm đa s�? Nhiều nguyên t�?khác như đồng, chì, kẽm thường lắng đọng trên b�?mặt  của các vi khuẩn như là các sunfua. Quá trình khoáng hoá- vi sinh s�?phát triển tốt �?môi trường không gian thuận lợi và tham gia vào xây dựng các h�?thống siêu phân t�?hữu cơ, các phân t�?rời rạc có kh�?năng t�?tập hợp. S�?liên kết, tập hợp các pha vô cơ và hữu cơ chính là đặc trưng th�?hiện quá trình khoáng hoá - vi sinh. Việc lợi dụng vi khuẩn đ�?tách các ion kim loại ra khỏi các tập hợp khoáng dựa trên 4 cơ ch�?ch�?yếu: hấp ph�?vi sinh, tích t�?vi sinh, kết tủa, bay hơi.

       + Hấp ph�?vi sinh là hiện tượng hấp ph�?ch�?yếu xảy ra nh�?lực hút tĩnh điện của cation kim loại với b�?mặt t�?bào vi khuẩn mang điện âm. Thành phần hoá học của v�?t�?bào vi khuẩn cũng đóng vai trò quan trọng trong hấp ph�?vi sinh nh�?liên kết giữa kim loại với các chất polysaccarit, các protein và các nhóm chức khác.

        + Tích t�?vi sinh là quá trình thu hút kim loại bởi các vi sinh vật sống, ph�?thuộc vào s�?trao đổi năng lượng chuyển hoá, đ�?thực hiện quá trình này các vi khuẩn cần phải có những h�?thống trao đổi đặc biệt, ph�?thuộc vào s�?thích ứng với các kim loại khác nhau. Kh�?năng tích t�?kim loại trong và ngoài t�?bào vi khuẩn đều có th�?xuất hiện. Trong quá trình này, các vi khuẩn chuyển hoá các chất hữu cơ thành các dạng không độc hại, hoặc chuyển chúng thành đioxit cacbon và nước. Các vi khuẩn cũng có th�?phân hu�?các chất hữu cơ thành các vi sinh vật k�?khí.

         Một s�?các công trình nghiên cứu gần đây cho thấy đ�?phát triển việc s�?dụng vi sinh với mục đích làm giàu khoáng sản có th�?kết hợp một s�?thuyết với nhau như: thuyết nguồn gốc sinh vật- khoáng hoá vi sinh, x�?lý vật liệu vi sinh- sinh trắc học, tuyển khoáng- vi sinh học, hoà tách- vi sinh học, ăn mòn vi sinh- lên men vi sinh - phân hu�?vi sinh, điều chỉnh môi trường bằng vi sinh.

       Trong năm 2002, nhiều thành tựu nổi bật đã xác nhận thêm kh�?năng ứng dụng: phân giải Protein (Proteomics), thông tin- vi sinh (Bio- Informatic), và đặc biệt là giải mã gien kết hợp với di truyền học (Genomics- Genetic) đ�?tạo ra những chủng vi sinh mới đáp ứng cho các mục tiêu tuyển khoáng khác nhau[3,4,5].

3. Một s�?kết qu�?trong việc nâng cao chất lượng quặng nghèo bằng tuyển vi sinh

      - Cưỡng bức vi khuẩn tuyển than: tháng 1/2002 tại phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven (M�? các nhà khoa học đã s�?dụng k�?thuật nuôi cấy vi khuẩn trong những điều kiện cực k�?khắc nghiệt nhằm biến đổi kh�?năng hấp ph�?thức ăn của chúng, buộc chúng tr�?thành công c�?tuyển than. Ban đầu, vi khuẩn thuộc các loài Lepstospirilium ferroxidan và Thiobacillus ferroxidan được cấy vào trong dung dịch có chứa ít dầu thô kèm theo một lượng chất dinh dưỡng thông thường, những vi khuẩn sống sót trong điều kiện này được đưa vào cấy trong môi trường nhiều dầu thô và ít chất dinh dưỡng hơn. Quá trình này lặp đi lặp lại vài lần cho tới khi vi khuẩn ch�?ăn dầu thô. Quá trình được tiếp tục bằng cách thay một chút dầu thô bằng than, rồi tăng dần lượng than lên cho tới khi tạo ra được loại vi khuẩn ch�?ăn than. Bước tiếp theo, các vi khuẩn ăn than được nuôi cấy trong các điều kiện tăng dần v�?nhiệt đ�? tính axit, áp suất đ�?tạo ra vi khuẩn ăn than có th�?sống được tại nhiệt đ�?850c, áp lực 2500Pound/inch2, đ�?nbsp; pH và đ�?mặn cao, trong môi trường kim loại độc. Khi đưa loại vi khuẩn mới này vào dung dịch than, chúng s�?phân hu�? phá v�?phân t�?phức tạp của than thành các phân t�?đơn giản, đồng thời tách sunfua và các kim loại nặng tạo ra sản phẩm than sạch. Khi đốt cháy hoặc chuyển hoá than thành nhiên liệu lỏng s�?thu được hiệu qu�?cao hơn so với than thông thường và tạo ra ít sản phẩm ph�?có hại cho môi trường.

       - Nghiên cứu quan h�?tương tác “Vi khuẩn- khoáng vật�? Đầu năm 2002 các nhà khoa học thuộc phòng thí nghiệm Ineel (M�? s�?dụng quang ph�?k�?đa chức năng Fourier ghi ảnh Lazer đã mô phỏng chính xác các tinh th�?khoáng vật và quá trình phát triển của vi khuẩn trên b�?mặt hạt khoáng theo không gian 2 chiều và không gian 3 chiều nh�?k�?thuật chồng các lớp ảnh. éây là một công c�?dùng đ�?nghiên cứu cơ bản quá trình tuyển vi sinh. Nh�?nó các nhà khoa học có th�?thu thập được các thông tin v�?chủng vi khuẩn đang tồn tại, điều kiện môi trường phù hợp, quá trình tương tác với khoáng vật, cơ ch�?trao đổi năng lượng và toàn b�?quá trình chuyển hoá. Hiện nay các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu sâu quá trình thay đổi b�?mặt khoáng vật theo thời gian dưới tác động của vi khuẩn.

       - Dùng tảo đơn bào tách kim loại nặng: Tháng 5/2002 các nhà khoa học thuộc trường Đại học quốc gia Ohio đã thành công trong việc tìm ra phương pháp s�?dụng tảo đơn bào Chlamydomonas reinhardtii đ�?tách các kim loại nặng như thu�?ngân, cadimi, kẽm ra khỏi nước thải công nghiệp. Bằng phương pháp biến đổi gien di truyền, các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp gắn thêm metallothionen một loại protein chứa kim loại nặng vào v�?ngoài của t�?bào tảo làm cho loại tảo này co th�?tăng kh�?năng hấp ph�?kim loại lên gấp 5 lần so với tảo thông thường và có th�?tăng trưởng nhanh gấp 3 lần trong môi trường có hàm lượng kim loại nặng cao. Phương pháp này có th�?tách được các kim loại nặng tại hàm lượng rất nh�?với giá thành rất r�?

       - Dùng c�?linh lăng tuyển vàng: Tháng 8/2002 nhóm nghiên cứu Quốc t�?của trường Đại học Texas- El Paso(M�? và Mêxico đã thành công trong việc s�?dụng c�?linh lăng đ�?tuyển vàng. Trong quá trình nghiên cứu cây c�?linh lăng t�?nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra cây linh lăng có nhu cầu tách các kim loại ra khỏi môi trường trồng chúng đ�?phát triển. Tại khu vực m�?vàng, cây linh lăng phát triển khá tốt, trong lá của chúng có chứa các vi hạt vàng với kích thước nh�?hơn 10-9 met. Phát hiện của h�?đã tạo ra công ngh�?tuyển vi mô cho phép s�?dụng cây c�?linh lăng như những nhà máy tuyển psieeu nh�?thu hoạch liên tục các hạt vàng siêu mịn với chi phí rất thấp, áp dụng cho các m�?nghèo.

        - Vi khuẩn kh�?arsen: Tháng 9/2002 Pháp đã công b�?kết qu�?tìm thấy một loại vi khuẩn mới sống tại m�?vàng cũ Cheni, được đặt tên là Cheni arsenic oxydante 1 (CASO1). Đây là chủng vi khuẩn thuộc h�?Thiomonas, nó có kh�?năng oxy hoá t�?nhiên arsen hoá tr�?III, vốn rất độc, thành arsen hoá tr�?V không có độc tính. Kết qu�?này có th�?áp dụng đ�?cảI tạo môI trường của các m�?sunfua cũ rất tốt.

      - Dùng vi khuẩn đ�?tách kim loại độc hại trên cơ s�?giải mã gien: Tháng 10/2002 các nhà khoa học tại Viện Genomic Research đã giải được mã gien của vi khuẩn Shewanella oneidensis, m�?ra một triển vọng lớn cho việc dùng vi khuẩn tách các kim loại như crôm, uran, và các kim loại độc hại khác. Vi khuẩn Shewanella oneidensis là loài vi khuẩn hình roi có th�?tìm thấy tại lớp các trầm tích sông, h�?�?nhiều nơi trên th�?giới. Tuy là loài vi khuẩn khá ph�?biến nhưng chúng lại có thuộc tính rất đặc biệt. Chúng có th�?sống được trong môi trường yếm khí hoặc không có không khí. Nh�?trong cơ th�?có một h�?thống vận chuyển điện t�?phức tạp, chúng có kh�?năng chuyển đổi s�?hô hấp thông qua việc làm giảm bớt các ion kim loại như crôm, uran�?đã hoà tan trong nước. Đ�?tăng mức đ�?tách các kim loại nặng của loài vi khuẩn này tới mức tối đa, các nhà khoa học đã làm các thí nghiệm biến đổi gien. H�?đã phát hiện ra một th�?thực khuẩn hình ch�?lamda có triển vọng lớn trong việc ứng dụng di truyền học đ�?tạo ra nhiều chủng vi khuẩn mới với nhiều mục đích s�?dụng khác nhau.

     - Tuyển Niken bằng cây lưu niên: Tháng 11/2002 các nhà khoa học thuộc Houston- based Virdian Resources LLC đã được nhận bằng sáng ch�?do s�?dụng cây lưu niên đ�?tuyển tách Niken. H�?đã lựa chọn t�?hơn 300 loại cây lưu niên mọc tại nhiều m�?Niken trên th�?giới (là những cây có hàm lượng Niken trong lá cao), tiến hành nhân giống đ�?tạo ra loại cây mới có đặc tính nổi trội, cho phép tuyển quặng Niken với hiệu qu�?cao, áp dụng tại các m�?nghèo có hàm lượng niken tối thiểu khoảng 0,05%. Loại cây này khi đã trưởng thành s�?chứa khoảng 1,75- 2,9% Niken trong lá. Công ngh�?mới này được gọi là “Khai thác thực vật�? bao gồm các quá trình: uơm hạt, trồng cây trên đất phù hợp, thu hoạch lá, sấy khô, ép lá thành bánh rồi đốt thành tro, t�?tro s�?thu hồi Niken theo các phương pháp truyền thống. Nếu cây được trồng trên đất giàu Niken thì t�?1ha đất trồng có tth�?thu hoạch 20 tấn lá chứa Niken có hàm lượng tới 30-40%, tương đương 350Kg niken/ha. Ngoài ra, nếu các cây này được dùng làm nhiên liệu cho nhà máy phát điện thì t�?1ha đất trồng có th�?tạo ra 20 MWh điện cho mỗi v�?thu hoạch.

     - Thuốc tuyển nổi vi sinh: T�?đầu những năm 1990 đã có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất thuốc tuyển nổi vi sinh như: Thuốc tuyển nổi vi sinh lipit ch�?t�?cây đ�?quyên hang (1994), sản xuất thuốc kết bông nh�?quá trình lên men nấm cúc (1997), s�?dụng men bia và vi khuẩn đ�?làm thuốc đè chìm pirit (1999), dùng dong tiểu câu lên men đ�?kh�?ion sắt III và ion CrômVI (2000)[6] Tháng 6/2002 nhà khoa học H.Salehizadeh thuộc trường đại học Tarbiat Modarres (Irắc)[7] đã công b�?việc ứng dụng một loại thuốc tuyển nổi mới sản xuất t�?nbsp; vi khuẩn hình que Bacillus firmus MS- 102 đ�?tuyển caolin.

Vi khuẩn MS- 102 được lựa chọn t�?298 chủng vi khuẩn có trong đất, nuôi cấy  tại nhiệt đ�?350c, đ�?pH=7, đặt trong ống nghiệm lắc đều trong 3 ngày với tốc đ�?150 vòng/phút. Thí nghiệm được tiến hành song song với một s�?loại vi khuẩn khác như vi khuẩn hình que DP-152, AS-101,PY- 90, Noc-1…Kết qu�?so sánh cho thấy thuốc tuyển sản xuất t�?MS- 102 có hiệu qu�?kích động rất tốt cho các ion Ca2+, Mg2+, Zn2+, và Pb2+. Thuốc có tác dụng kết bông tốt nhất tại hàm lượng 4ml-1 với s�?có mặt của 6,8mM CaCl2 trong bùn quặng Caolin.

      �?Việt Nam mặc dù phương pháp tuyển vi sinh đã được đ�?cập trong giáo trình tuyển khoáng, nhưng vì nhiều lý do mà lĩnh vực tuyển này còn ít được nghiên cứu. Hai đ�?tài nghiên cứu kh�?năng dùng vi khuẩn đ�?tuyển Đồng và Vàng tại Việt Nam đều chưa có điều kiện đ�?hoàn thành. Với cơ ch�?th�?trường hiện nay các cơ s�?nghiên cứu của Việt Nam khó có th�?nghiên cứu cơ bản do thiếu điều kiện cơ s�?vật chất, thiếu nguồn tài trợ�?Tuy nhiên lĩnh vực tuyển này có th�?áp dụng cho các m�?nghèo cho hiệu qu�?kinh t�?cao đồng thời giải quyết được tốt vấn đ�?môi trường.  Do vậy, theo ý kiến của tác gi�?thì việc nghiên cứu kh�?năng ứng dụng các thành tựu khoa học mà th�?giới đã đạt được trong tuyển vi sinh cho tuyển than, vàng, đồng, niken, pirit, x�?lý arsen…ở Việt Nam là việc nên làm và cần có được s�?quan tâm và đầu tư đúng mực, đ�?công ngh�?tuyển vi sinh được đưa vào thực t�?sản xuất, nâng cao hiệu qu�?khai thác, ch�?biến, góp phần phát triển ngành công nghiệp m�?của đất nước.

Tài liệu tham khảo

       [1] “Mineral biotechnology-An emerging technology for biobeneficiation, bioleaching and bioremediation�?Mining Magazine, tháng 10/ 2002.

       [2] S.K.Kawatra và K.A.Natarajan- Hiệp hội thăm dò- khai thác- Tuyển khoáng(M�?�?Công ngh�?tuyển vi sinh�? Nhà xuất bản k�?thuật M�? 2002.

       [3] “Mineral Engineering International Online- Biotechnology Lates News- Biology Reseach News”No1-11/ 2002.

       [4] Tuyển tập Báo cáo Hội ngh�?Quốc t�?“Bio- Hydrometallurgy 02�? Cape Town, Nam Phi, tháng 3/ 2002.

       [6] Tuyển tập Báo cáo Hội ngh�?Quốc t�?“Solid- liquid Separation 02�?Falmou, Anh, tháng 6/ 2002.

       [7] Một s�?sáng ch�?trong lĩnh vực ch�?tạo thuốc tuyển nổi vi sinh 1992- 2002. “Mineral Engineering International Online, Flotation Patents-1992-2002�?/p>

       [8] H.Salehizadeh và S.A.Shojasoadati. Trường đại học Tarbiat Modarres, Irăc”A novel bioflocculant produced by Bacillus firmus MS- 102�? tháng 6/ 2002