Введение к работе
Актуальность проблемы. К неметаллическим полезным ископаемым относится обширная группа минералов и горных пород, которые используются в промышленности и строительстве в естественном виде или после механической, термической, химической обработки, а также для извлечения из них химических элементов или их соединений. Область применения неметаллических полезных ископаемых чрезвычайно широка. Наибольшее значение для обеспечения жизнедеятельности человека имеют полезные ископаемые, являющиеся сырьем для производства минеральных удобрений: апатитовые и фосфоритовые руды, калийные соли.
В Северном экономическом районе России находится большая часть запасов апатитсодержащих руд. Основу сырьевой базы составляют разрабатываемые месторождения апатитов хибинской группы в Мурманской области, технология обогащения которых позволяет получать концентрат, пригодный для переработки на все виды фосфорных удобрений.
Имеются данные о наличии и характере распространения бактерий в сульфидных рудах, о существенной роли бактерий в разрушении сульфидных минералов и их участии в экзогенном минералообразовании. Практически не исследована роль бактерий в разрушении структур минералов-диэлектриков: силикатов, оксидов и др. Исследования по изменению и роли бактериальной составляющей в технологическом процессе переработки несульфидных руд ранее не проводились.
В основе данной работы лежит идея значимости микробиологических процессов при обогащении несульфидных руд с использованием оборотного водоснабжения. Подобная система была исследована на примере горно-обогатительного предприятия ОАО «Апатит», являющегося крупнейшим в России по переработке апатит-нефелиновых руд с получением апатитовых концентратов. Исходя из постулата одного из основоположников экологии микроорганизмов М. Бейеринка: "Все есть всюду, но среда отбирает", мы выдвинули гипотезу о наличии и значимости бактериального компонента на всех этапах переработки апатит-нефелиновых руд. Роль бактерий может быть двоякой -стимулирующей технологический процесс или ингибирующей его. Основные направления биологической деятельности микроорганизмов связаны с трансформацией металлов и органических веществ, в результате часть химических элементов переходит в растворимое состояние. В других случаях металлы взаимодействуют с метаболитами микроорганизмов, образуя нерастворимые комплексные соединения. Все эти процессы могут происходить на поверхности минералов, трансформируя её, делая труднодоступной для других сорбционных процессов.
Цель работы - исследовать влияние бактериальной составляющей оборотных вод на флотируемость неметаллических полезных ископаемых на примере апатит-нефелиновых
РУД-
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Определение численности и разнообразия бактерий в оборотных водах обогатительных фабрик АНОФ-2 и АНОФ-3.
Определение численности и разнообразия бактерий в процессе обогащения апатит-нефелиновых руд на фабриках АНОФ-2 и АНОФ-3.
Исследование сезонной динамики численности бактерий в оборотной воде и основных продуктах технологического процесса.
Идентификация доминирующих в оборотных водах бактерий.
Исследование влияния доминирующих видов бактерий на флотацию чистых разностей апатита и кальцита и флотацию апатита из руды.
Разработка способов устранения негативного влияния бактерий на флотационные свойства апатита при его флотации из руды.
Научная новизна. Обнаружено новое явление - воздействие бактерий на процесс обогащения апатит-нефелиновой руды. Показано, что бактерии ухудшают флотируемость апатита за счет взаимодействия с активными центрами кальциисодержащих минералов и интенсивной флокуляции, приводящей к снижению селективности процесса флотации.
Предложен метод снижения численности бактерий в процессе флотации, что позволяет улучшить качество апатитового концентрата и сократить расход собирателей.
Практическая значимость. Обосновано и развито новое направление совершенствования процесса флотации несульфидных руд с использованием оборотного водоснабжения, основанное на учете роли микробиологической составляющей на всех стадиях переработки руд.
В качестве реагентов-окислителей, регулирующих численность бактерий в процессе обогащения, предложено использовать микроконцентрации гипохлорита натрия, что позволит улучшить технологические показатели процесса флотации, снизить расходы собирателей и себестоимость получаемых концентратов. Экономическая эффективность этого способа по предварительным расчетам составляет ~ 5 млн. руб. в год.
Защищаемые положения
1. Результаты изучения микробиологической составляющей в процессе обогащения
несульфидных руд, включая:
определение численности и трофического разнообразия бактерий и микроскопических грибов в оборотных водах и основных продуктах технологического процесса обогащения апатит-нефелиновых руд на фабриках АНОФ-2 и АНОФ-3 ОАО «Апатит»;
- определение сезонной динамики численности бактерий в оборотной воде и
основных продуктах технологического процесса;
- идентификация доминирующих видов бактерий.
2. Данные, обосновывающие негативное воздействие доминирующих в оборотной
воде бактерий на процесс флотации чистых разностей минералов апатита и кальцита и
апатита из апатит-нефелиновой руды.
3. Способ и реагентный режим снижения численности бактерий в процессе
флотации, улучшающий технологические показатели.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены автором и получили положительную оценку:
- на Международных конференциях: "Направленное изменение физико-химических
свойств минералов в процессах обогащения полезных ископаемых" (Петрозаводск, 16-19
сентября 2003 г.); «Экологические проблемы северных регионов и пути их решения»
(Апатиты, 31 августа - 3 сентября 2004 г.); «Современные проблемы комплексной
переработки природного и техногенного минерального сырья» (Санкт-Петербург, 5-9
сентября 2005 г.); «Современные экологические проблемы Севера (к 100-летию со дня
рождения О.И.Семенова-Тян-Шанского)» (Апатиты, 9-13 октября 2006 г.).
на Всероссийских конференциях: «Экотоксикология - современные биоаналитические системы, методы и технологии» (Пущино, 28 октября - 3 ноября 2006 г.).
- на региональных конференциях: «Сбалансированное природопользование на
примере освоения минеральных ресурсов» (Апатиты, 3-5 декабря 2003 г.); «Естественно
научные проблемы арктического региона» (Мурманск, 20-21 апреля 2004 г.); «Состояние
и перспективы развития промышленного комплекса на Кольском Севере (экологические,
технологические и экономические аспекты)» (Апатиты, 21-24 ноября 2005 г.).
Работа выполнялась в рамках программы НИР «Микробиологические процессы в системе добычи и переработки апатит-нефелиновых руд и хранении производственных отходов», № гос. per.: 9-05-2711 при финансовой поддержке ОАО «Апатит» и Программы фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН №9 «Наночастицы в природных и техногенных системах» совместно с Горным институтом КНЦ РАН.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ. По материалам исследований подана заявка на патент.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы по теме исследования, экспериментальной части в четырех главах, включая описание объектов и методов исследования, выводов. Работа иллюстрирована 59 рисунками и 23 таблицами. Список литературы включает 211 источников, в том числе 25 - на иностранных языках.
Благодарности. Выражаю глубокую благодарность профессору Г.А. Евдокимовой за постоянную помощь, идеи и консультации по теме диссертации, профессору А.Ш. Гершенкопу за идеи и консультации по технологической части работы, сотрудникам фабрик АНОФ-2 и АНОФ-3 за помощь при отборе образцов для анализов, сотрудникам лаборатории экологии микроорганизмов Н.П. Мозговой, Т.А. Агеевой и М.В. Пуговкиной за постоянное содействие в аналитической работе.
