Βιοϋδρομεταλλουργική μέθοδος ανάκτησης μαγγανίου από μη εμπλουτίσιμα μεταλλεύματα μαγγανίου του ελληνικού χώρου

Abstract

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή έγινε διερεύνηση της δυνατότητας βιοεκχύλισης ενός φτωχού μεταλλεύματος διοξειδίου του μαγγανίου προερχόμενου από το μεταλλείο Γρανίτη Δράμας της εταιρείας “Μεταλλεία Βωξίτου Ελευσίνος” Μ.Β.Ν.Ε.Α.Ε., το οποίο ήταν και το μοναδικό εν λειτουργία μεταλλείο στη χώρα μας κατά το χρόνο εκκίνησης της πειραματικής εργασίας. Σύμφωνα με μελέτες που έγιναν στο Ι.Γ.Μ.Ε., το μετάλλευμα αυτό δεν επιδέχεται εμπλουτισμό με τις γνωστές τεχνικές. Για την εκχύλιση του μεταλλεύματος χρησιμοποιήθηκε μικτή καλλιέργεια αυτότροφων μικροοργανισμών του είδους Thiobacillus. Αρχικά, έγιναν πειράματα σε στήλες φορτωμένες με μετάλλευμα με σκοπό την προσομοίωση στο εργαστήριο της τεχνικής εκχύλισης σε σωρούς. Λόγω προβλημάτων διαπερατότητας της στήλης του μεταλλεύματος και, γι’ αυτό, μη ικανοποιητικής ανάκτησης του μαγγανίου, χρησιμοποιήθηκαν, στη συνέχεια, αεριζόμενοι αντιδραστήρες με μηχανική ανάδευση, οι οποίοι σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν ειδικά για τη μελετώμενη διεργασία. Οι αντιδραστήρες συνδέθηκαν ανά δύο σε σειρά και χρησιμοποιήθηκε συνεχής τρόπος λειτουργίας. Στον πρώτο αντιδραστήρα κάθε σειράς γινόταν η παραγωγή του μέσου εκχύλισης, με καλλιέργεια των μικροοργανισμών σε πολφό στοιχειακού θείου, και στο δεύτερο γινόταν η εκχύλιση του μεταλλεύματος. Χρησιμοποιώντας στατιστικό σχεδίασμα και ανάλυση, μελετήθηκαν οι επιδράσεις και αλληλεπιδράσεις των εξής παραγόντων που κρίθηκαν σημαντικοί για τη βιοεκχύλιση κατόπιν μελέτης της σχετικής βιβλιογραφίας: 1. της συγκέντρωσης τρισθενούς σιδήρου στο διάλυμα εκχύλισης, 2. του λόγου βάρους στοιχειακού θείου προς βάρος εκχυλιζομένου μεταλλεύματος, 3. της πυκνότητας πολφού σε μαγγάνιο μετάλλευμα, 4. της σύστασης του διασπειρομένου στο διάλυμα αερίου. Οι αποκρίσεις της διεργασίας που διερευνήθηκαν ήταν το ποσοστό ανάκτησης μαγγανίου, το ποσοστό συνδιάλυσης σιδήρου και η ταχύτητα εκχύλισης μαγγανίου. Οι παράμετροι που διατηρήθηκαν σταθερές (καθώς αυτές είχαν βελτιστοποιηθεί σε προηγούμενες σειρές πειραμάτων), σε όλες τις δοκιμές ήταν το pH και η θερμοκρασία του διαλύματος, η σύσταση του θρεπτικού μέσου, ο ρυθμός αραίωσης και η κοκκομετρία θείου και μεταλλεύματος. Βρέθηκε ότι ο πιο σημαντικός παράγοντας ήταν η συγκέντρωση τρισθενούς σιδήρου, η οποία είχε θετική επίδραση τόσο στην ανάκτηση όσο και στην ταχύτητα εκχύλισης μαγγανίου. Αντίθετα, η πυκνότητα πολφού είχε ισχυρά αρνητική επίδραση στην εκχύλιση. Όσον αφορά στη σύσταση του διασπειρομένου αερίου, βρέθηκε ότι το βέλτιστο επίπεδο ήταν εκείνο στο οποίο χρησιμοποιήθηκε μίγμα αζώτου και διοξειδίου του άνθρακα. Το αποτέλεσμα αυτό αποδόθηκε στη δημιουργία ευνοϊκών (αναερόβιων) συνθηκών για τη βακτηριακή αναγωγή του σιδήρου, στο προϊόν της οποίας, δισθενή σίδηρο, οφειλόταν κατά το μεγαλύτερο μέρος η εκχύλιση του πυρολουσίτη. Σύμφωνα με τα δεδομένα που παρήχθησαν κατά την πειραματική εργασία απεδείχθη η εκχυλισιμότητα του πυρολουσίτη με τη χρήση αυτότροφων βακτηρίων. Προσδιορίσθηκαν, επίσης, με βάση τη στατιστική ανάλυση των δεδομένων αυτών, οι κατάλληλες συνθήκες καλλιέργειας των μικροοργανισμών και, κατ’ επέκταση, εκχύλισης ώστε η ανάκτηση μαγγανίου να είναι η μέγιστη δυνατή. Η ανάκτηση μαγγανίου που επιτεύχθηκε έφθασε το 80% περίπου. Το αρχικά αναμενόμενο αποτέλεσμα, που ήταν η βελτιστοποίηση της βιοεκχύλισης σε εργαστηριακό επίπεδο, επιτεύχθηκε σε σημαντικό βαθμό με την παρούσα εργασία και εντός των χρονικών και οικονομικών ορίων που είχε το αντίστοιχο ερευνητικό πρόγραμμα. Κρίνοντας από τα ικανοποιητικά πειραματικά αποτελέσματα, η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου σε βιομηχανική κλίμακα αξίζει να τύχει περαιτέρω διερεύνησης. Απαιτείται βεβαίως πειραματική εργασία σε μεγαλύτερη κλίμακα, προ-ημι-βιομηχανική και ημι-βιομηχανική, καθώς η προκαταρκτική οικονομική μελέτη που εκπονήθηκε και παρατίθεται στο τέλος της παρούσας εργασίας έδωσε ενθαρρυντικές ενδείξεις για τη βιωσιμότητα μιας επιχείρησης βασιζόμενης στην προτεινόμενη διεργασία.