Formeln: - Experimente in der Schule

Arbeitsunterlage 2
Chemische Umsetzungen
Im Wesentlichen sind zwei Bakterienarten beteiligt, die sich nur im Stoffwechsel
unterscheiden lassen:
Thiobacillus ferrooxidans Fe2+ -----> Fe3+
Thiobacillus thiooxidans: So ----> SO42Im Erzgang laufen folgende Reaktionen (vereinfacht) ab:
Direkte Laugung:
Elementarer Schwefel und Fe2+ -Ionen dienen als Energielieferanten für die
beteiligten Bakterien. Unlösliche Sulfide oder elementarer Schwefel werden dabei als
Schwefelsäure in Lösung gebracht:
2 S + 3 O2 + 2 H2O ----> 2 H2SO4
und 4 FeSO4 + O2 + H2SO4 ---- 2 Fe2(SO4)3 + H2O
Die Bildung der Schwefelsäure fördert das Wachstum der acidophilen Bakterien, die
ein Optimum bei pH 2 haben. Sauerstoff muss zugegen sein, dies macht in der
Praxis bei der Belüftung des Erzes Probleme (vgl. AB1).
Liegen gleichzeitig Eisen und Kupfer vor (z. B. als Kuperkies CuFeS2 oder als Cu2S)
laufen kompliziertere Reaktionen ab, unter anderen die folgende:
z.B. CuFeS2 + 17 O2 + H2SO4 -----> 4 Cu SO4 + 2 Fe2(SO4)3 + H2O
Indirekte Laugung:
Bei der direkten Laugung entstehen Fe3+ Ionen, die chemisch mit Metallsulfiden oder
auch Uranoxid reagieren:
z. B.: 2 MeS + Fe2 (SO4)3 -----> MeSO4 + 2 FeSO4 + S
Auch auf Uranoxid U02 wird in eine lösliche Form überführt und ausgelaugt.
z. B.: UO2 + Fe2 (SO4)3 ----> UO2SO4 + 2 FeSO4
Der entstehende Schwefel und die Fe3+-Ionen befördern wieder die direkte Laugung.
-- Wenn keine Fe2+Ionen oder keine oxidierbaren Schwefelverbindungen vorhanden
sind, müssen Schwefel oder Fe2+2(SO4) mit dem Sauerwasser in die Gesteinslücken
eingebracht werden.
Der hier geschilderte Versuch wurde mit Kupferkies (CuFeS2) durchgeführt, da die
Kupferionen farblich erkennbar sind und der Nachweis mit Kupferteststäbchen gut
funktioniert.
Versuchsergebnisse:
in ppm Cu (mit Kupfernachweisstäbchen)
Tage
Kolben 1
Kolben 2
Kolben 3
Erz und
Erz, Bakterien
Erz, Bakterien,
Sauerwasser
und Sauerwasser Thymol und
Sauerwasser
1
0
0
0
2
0
0-10
0
3
0
0-10
0
4
0
30-100
0
5
0
30-100
0
6
0
100-300
0
7
0
100-300
0
8
0-10
100-300
0-10
9
0-10
über 300
0-10