SUPERVISOR
Seyed mohamad raouf Hosseini,Ebrahim Azimi
سیدمحمدرئوف حسینی (استاد راهنما) ابراهیم عظیمی (استاد راهنما)
STUDENT
Rasool Abedi ashkavandi
رسول عابدی اشکاوندی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Evaluation of the bio-flotation and bio-flocculation potential for barite separation
In recent decade use of microorganisms and their metabolites for selective separation of minerals, especially in bio-flotation and bio-flocculation methods, has received increasing attention by researchers. Compared to the conventional chemical agents, bio-reagents with environmental friendliness nature, non-toxic and bio-degradable, non-destructiveness influence on physical and chemical structure of the minerals and lower costs, have been able to provide promising results in mineral separation. Therefore, in this study, the application of cell and produced metabolite of the Bacillus licheniformis bacteria, as a bio-collector in the flotation, and bio-flocculant in the sedimentation of barite and silica minerals, with the aim of proper selective separation of these two minerals were investigated. Flotation and settling experiments were carried out to obtain the optimum separation conditions through evaluation of the effect of, bio-surfactant type, culture medium and suspension pH, bacteria cells and minerals contact time, bacteria cells concentration and process time. The zero point of charge for barite, silica and bacterial loads were determined to occur at pH of 6.3, 2.8 and 2, respectively. Measurements showed that, the cell adsorption decreases by increasing solution pH, and the highest adsorption concentration for the barite is achievable at pH = 3, and was about 1.33 ×1010 cfu/g. Based on the conducted floatation experiments assisted by various bio-surfactants in a modified Hallimond tube, and under the optimum conditions, the maximum recovery of the barite and silica to the float section was determined to be about 87% and 15% under the solution pH of 3, flotation time of 3 minutes and after pre cell-mineral interaction (each mineral separately). The flotation quality of minerals in interaction with pure medium and medium containing bacterial metabolites were not satisfactory and the results were very similar to the control tests. After investigating the effect of various parameters and optimizing each of them by single mineral experiments, and to evaluate the feasibility of the bio-flotation method for selective separation of barite from silica, flotation experiments were performed using a sample of 1:1 mixture of barite and silica under the determined optimum conditions for solo minerals. The results showed that the best separation of barite from silica is obtainable after the interaction of the mixed sample with the suspension of 6.55×103 cfu/ml bacteria cells at pH=3. After 3 min of flotation, 76% and 4% of the barite and silica, respectively, were collected as the floating particles. Increase of flotation time (up to 7 minutes) had no significant improving effect on selective separation of the minerals. Further experiments were carried out to investigate the selective separation of barite and silica through settling method. After investigating the effect of various factors on the particles deposition in the suspension, the maximum amount of separation under optimum conditions, under interaction of both minerals with bacteria cells at pH of 3 and 11, and 3 min settling time, were achieved to be 92% and 98% for barite, respectively, and 66% and 98% for silica.
در چند دهه اخیر استفاده از میکروارگانیسم ها و متابولیت آن ها برای جداسازی کانی ها، به ویژه به کمک روش های بیوفلوتاسیون و بیوفلوکولاسیون بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. عوامل زیستی در مقایسه با مواد شیمیایی با داشتن خواص دوستدار محیط زیست، غیر سمی و قابل تجزیه بودن، عدم تخریب ساختار فیزیکی و شیمیایی کانی ها و همچنین هزینه های پایین، توانسته اند نتایج امیدوار کننده ای را در جدایش کانی ها ارائه دهند. لذا در این پژوهش، عملکرد سلول ها و متابولیت باکتری باسیلوس لیچنیفورمیس به عنوان کلکتور زیستی در فرآیند شناوری، و بیوفلوکولانت در فرآیند ته نشینی کانی های باریت و سیلیس به منظور دست یابی به جدایشی مطلوب مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش های شناوری و ته نشینی برای دست یابی به شرایط بهینه جدایش، با بررسی تأثیر نوع بیوسورفکتانت، pH محیط کشت و سوسپانسیون، زمان تعامل کانی ها و سلول های باکتری، غلظت سلول های باکتری و زمان فرآیند، انجام شد. در مطالعات پتانسیل زتا نقطه بار صفر باریت، سیلیس و باکتری به ترتیب pH های 6.3، 2.8 و2 تعیین شد بطوریکه که با افزایش pH، جذب سلول های باکتری در سطح هر دو کانی کاهش یافته و بالاترین میزان جذب در سطح باریت در 3= pH و در حدود cells/g 1.33× 10 10 به دست آمد. در آزمایش های شناوری در حضور بیوسورفکتانت های مختلف و تحت شرایط بهینه بدست آمده، میزان شناوری باریت و سیلیس تعامل یافته با سلول های باکتری (بطور مجزا) در تیوب هالیموند اصلاح شده در 3= pH و پس از 3 دقیقه شناورسازی، به ترتیب در حدود %87 و %12 به دست آمد. میزان شناوری کانی ها در تعامل با محیط کشت خالص و محیط کشت حاوی متابولیت باکتری چندان مطلوب نبود و نتایج آزمایش ها شبیه به حالت شاهد بود. پس از بررسی تاثیر عوامل گوناگون و تعیین بهینه هر یک از پارامتر ها به کمک آزمایش های تک کانی و به منظور بررسی قابلیت روش بیو فلوتاسیون برای جدایش انتخابی باریت از سیلیس، آزمایش های شناوری با استفاده از نمونه مخلوط 1:1 باریت و سیلیس تحت شرایط بهینه انجام گرفت. نتایج نشان داد که، بهترین جدایش باریت از سیلیس، پس از تعامل نمونه مخلوط با سلول های باکتری با غلظت حدود cells/ml6.55×10 3 در 3= pH و پس از 3 دقیقه شناورسازی با میزان ذرات شناور شده باریت و سیلیس به ترتیب %76 و %4 قابل دستیابی است. با افزایش زمان شناوری (تا 7 دقیقه) جدایش دو کانی بهتر نشد. آزمایش هایی برای بررسی امکان جدایش انتخابی باریت و سیلیس با استفاده از روش ته نشینی ترتیب داده شد. پس از بررسی تاثیر عوامل گوناگون در ته نشینی ذرات در سوسپانسیون، مقدار بیشینه جدایش در شرایط بهینه، پس از تعامل هر دو کانی با سلول های باکتری در pH های 3 و11 و زمان ته نشینی 3 دقیقه به ترتیب %92 و %98 برای باریت %66 و %98 برای سیلیس حاصل شد. به طور کلی برای نمونه مخلوط دو کانی، روش بیوفلوکولاسیون برخلاف روش بیوفلوتاسیون، جدایش انتخابی قابل قبولی را نشان نداد. نشان داده شد که سلول های باکتری مورد استفاده در این پژوهش، می توانند به عنوان کلکتور زیستی عمل نموده و تأثیر بسزایی در آبگریز کردن سطح ذرات باریت و اتصال آن ها به حباب های هوا داشته و جدایش مطلوب باریت از سیلیس را با بازدهی بالا به ارمغان بیاورند.