А.Ш. Гершенкоп, Г.А. Евдокимова ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО

«Инновационные процессы комплексной и глубокой
переработки минерального сырья»
А.Ш. Гершенкоп, Г.А. Евдокимова1
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Горный институт Кольского научного
центра РАН, г. Апатиты, Россия,
1
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем промышленной
экологии Севера Кольского научного центра РАН, г.Апатиты, Россия; [email protected]
ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА НА ФЛОТИРУЕМОСТЬ
КИАНИТА И ЕГО СОХРАННОСТЬ ВО ФЛОТАЦИОННЫХ ОТХОДАХ*
При флотации чистых разностей основных минералов фосфорсодержащих руд
было показано отрицательное влияние бактерий, присутствующих в оборотных водах,
на флотируемость апатита [1,2]. Данные, полученные при работе с апатитсодержащими рудами Хибинских месторождений, подтвердили обнаруженное явление при
использовании оборотных вод. Был сделан вывод о влиянии биологического фактора
на флотацию апатита из фосфорсодержащих руд и в целом на флотацию несульфидных руд. Этот вывод следовало подтвердить при флотации других видов несульфидных руд, что было сделано на примере кианитовых руд.
Одним из доминирующих видов бактерий, присутствующих в оборотных водах,
является Pseudomonas plecoglossicida. Поэтому при работе с кианитовыми рудами
прослежено влияние этих бактерий на флотацию алюминийсодержащих минералов.
Известны прямые и косвенные механизмы воздействия микроорганизмов на минералы. Непосредственное воздействие их осуществляется при прямом контакте микробных клеток с поверхностью минерала. В этом случае деструкция минерала осуществляется под действием ферментов и микробных полисахаридных слизей. Карбоксильные и фенольные группы, входящие в их состав, разрушают кристаллические решетки минералов. Наиболее эффективно биогенная деструкция происходит под воздействием продуктов жизнедеятельности бактерий, в результате которой выделяются в
среду химические реагенты. К ним относятся минеральные кислоты (азотная, серная),
продуцируемые автотрофными нитрифицирующими бактериями и серобактериями,
органические кислоты (лимонная, уксусная, щавелевая, янтарная, винная и др.), продуцируемых целым рядом гетеротрофных бактерий и микроскопических грибов.
Изучение биогенной деструкции минералов во многом связано с проблемой первичного почвообразования. Именно бактериям принадлежит важнейшая роль в деструкции минералов почвообразующих пород при отсутствии растительного покрова,
т.е. в «догумусовый период».
Влияние бактерий на изменение флотационных свойств минералов и сохранность их в хвостохранилищах не исследовались. Изменение поверхностных свойств
*
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН № 5. Проект: «Микробный компонент отходов
обогащения несульфидных руд и его воздействие на трансформацию минералов».
179
Международное совещание «Плаксинские чтения 2013»
16-19 сентября 2013, г. Томск Россия
минералов, входящих в состав складированных отходов в хвостохранилищах, рассматривалось как результат образования поверхностных окисных пленок на минералах. Считалось, что достаточно дезинтеграции, чтобы выйти на приемлемые показатели обогащения.
Однако за период хранения отходов происходит сегрегация материала. Верхние
слои представляют собой относительно крупный материал. Обогащался он легко изза доизмельчения исходного материала до требуемой флотационной крупности. Однако нижние слои представляют собой мелкий продукт, по крупности готовый к флотации, тем ни менее характеризовался он плохой флотируемостью. По нашему мнению, затруднения в его переработке вызваны изменениями, происходящими на поверхности минералов.
Исследования, проведенные на апатите и нефелине ИК-спектроскопией, рентгеноструктурными и оптическими методами, показали изменения поверхности апатита
и нефелина под воздействием продуктов жизнедеятельности бактерий Pseudomonas
plecoglossicida [3]. Более детальные исследования были проведены при работе с кианитом.
Опыты по флотируемости кианита на оборотной воде выявили уменьшение выхода пенного продукта на 15-25% при увеличении численности бактерий с 103 до 108
кл/мл. Ухудшение флотируемости кианита вызвано с изменением поверхности минерала, его растворимостью под влиянием метаболитов бактерий. Изменение растворимости под воздействием этого фактора прослежено во временном интервале (табл.)
Таблица
Содержание окисей кремния и алюминия в растворах при контакте
с Pseudomonas plecoglossicida в опыте с кианитом
Компоненты, мг/л
Время контакта, сутки
SiO2
Al2O3
контроль
опыт
контроль
опыт
12
20,4
152,2
18,4
293,0
40
21,8
226,7
20,1
468,2
Как известно, бактерии Pseudomonas plecoglossicida являются активными кислотообразователями. В течение первых 12 сут они снизили рН среды с 6,6 до 3,6. Количество
Al2O3 в растворах после 12 сут контакта с бактериями увеличилось в 16 раз по сравнению
с контрольным вариантом без бактерий, количество SiO2 – в 7 раз. Через 40 сут содержание этих компонентов возросло до 23 и 10 раз соответственно. Следует отметить, что в
хвостохранилище время контакта минералов будет значительно выше и может исчисляться десятилетиями.
Однако не только увеличивается растворимость минералов под воздействием бактерий, но и изменяются их поверхностные свойства в результате образования труднорас-
180
«Инновационные процессы комплексной и глубокой
переработки минерального сырья»
творимых комплексных соединений между органическими кислотами, продуцируемыми
ими, и катионами кристаллической решетки. Как показали снятые ИК-спектры обработанного бактериями кианита, наиболее значимые изменения по сравнению с исходным
спектром произошли в присутствии рассматриваемого вида бактерий. Они свидетельствуют об образовании на поверхности кианита оксалатов алюминия, что было подтверждено оптическими методами и рентгеноструктурным анализом. Исходя из полученных
результатов, можно сделать вывод, что в хвостохранилище кианит под воздействием
бактерий будет подвержен поверхностным изменениям, которые снизят его флотоактивность.
Для подтверждения этого вывода были поставлены следующие опыты. Кианит
крупностью 30 - <100 мкм подвергался воздействию бактерий Pseudomonas
plecoglossicida в течение 14 суток. Затем сушился на воздухе. После этого он флотировался сочетанием собирателей мыла сырого талового масла и полиалкилбензолсульфонатом. Для сравнения аналогичные опыты проводились с кианитом без предварительного воздействия на него бактерий. Результаты опытов свидетельствуют о значительном
ухудшении флотируемости обработанного бактериями кианита. Падение флотируемости
составляло от 15 до 40% в зависимости от концентрации собирателей (рис).
Рис. Выход кианита в процессе
флотации на водопроводной воде
(%)%
2
1 –кианит, не обработанный бактериями; 2 –кианит, обработанный бактериями в течение 14 сут.
Следовательно, хранение отходов будет отрицательно влиять на последующую
их переработку. На данной стадии исследований можно рекомендовать единственный
путь их последующей переработки – обновление поверхности минералов, которое
можно достигнуть доизмельчением хвостов, независимо от их крупности. Параллельно требуется искать альтернативное решение, заключающееся в ингибировании жизнедеятельности бактерий в оборотных флотационных водах.
Список использованных источников
1. Гершенкоп А.Ш., Евдокимова Г.А., Воронина Н.В., Креймер Л.Л. Влияние бактериального компонента оборотных вод на флотацию несульфидных руд на примере ОАО «Апатит»
//Инженерная экология. 2005. №3. С.51-56.
2. Евдокимова Г.А, Гершенкоп А.Ш., Воронина Н.В. Микробиологические процессы в системе добычи и переработки апатит-нефелиновых руд с использованием оборотного водоснабжения. Изд.
«Наука». 2008. 102 с.
3. Евдокимова Г.А., Гершенкоп А.Ш., Мозгова Н.П., Фокина Н.В. Биогенная деструкция алюминийсодержащих минералов, на примере нефелина и кианита //Цветные металлы. 2011. № 11. С.
13-16.
181