生物浮选药剂分类

生物浮选可定义为将微生物作为药剂, 使矿物选择性分选的过程。微生物细胞表面或代谢产品中存在的非极性基 (烃连) 和极性基团 (羰基、羟基、磷酸基团等) 使得微生物培养液具有表面活性剂分子的类似特性。目前, 没有发现针对生物浮选的特定工艺过程或设备, 往往采用与常规浮选相同的方法, 只是用微生物作为药剂来调节浮选性能。根据他们的作用, 笔者将它们分为生物捕收剂和生物调整剂两大部分来介绍, 生物絮凝剂也包括在生物调整剂部分。

1 生物捕收剂

生物捕收剂要有一般捕收剂的结构特点, 即极性基团和非极性基团, 非极性基团要保证较高的疏水性。目前, 相对于生物调整剂, 生物捕收剂的报道少得多。

草分枝杆菌广泛存在于土壤和植物叶子, 无毒, 具较高的负电性和疏水性。它的细胞壁的组成和性质类似于常规赤铁矿捕收剂, 可作为赤铁矿捕收剂使用。草分枝杆菌与常规赤铁矿捕收剂 (石油磺酸钠和油酸钠) 的对比试验表明, 草分枝杆菌对微细粒赤铁矿的捕收能力明显比常规赤铁矿捕收剂强, 在中性偏酸性环境中较好, 它主要是通过“架桥”作用实现赤铁矿絮凝再浮选的^[33]。草分枝杆菌对煤的作用主要是絮凝疏水捕收作用, 用草分枝杆菌浮选煤时, 在最佳试验条件下, 煤的全硫脱除率和灰分脱除率可分别达到70%和75%^[34]。非病源性疏水暗红球细菌 (R.Opacus) 是一种化能有机营养菌, 具有高疏水性。作为赤铁矿-石英体系中的浮选捕收剂, 虽然随细菌用量的增加, 这两种矿物回收率均增加, 但对赤铁矿的回收率要大得多, 在一定pH范围, 可选择性浮选赤铁矿颗粒^[35]。

2 生物调整剂

氧化铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌通常用于生物浸出, 它们也可用于选择性浮选。3个菌种 (氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和球形红假单胞菌) 对煤中黄铁矿表面润湿性的影响比较结果表明, 在所选择的这 3种细菌中, 球形红假单胞菌具有良好抑制黄铁矿的作用;此外, 生物抑制作用是一个复杂的动态过程, 细菌抑制黄铁矿上浮的机理不仅与菌体吸附在黄铁矿表面有关, 还可能与菌体及其解离物质参与改变反应体系的气液、液固自由能有关^[36]。在氧化铁硫杆菌和被黄铜矿驯服的异养型细菌P.多粘芽胞杆菌细胞存在时, 黄药浮选黄铁矿的反应被抑制, 而黄铜矿的浮选却不受影响^[37]。对伊朗Sarcheshmeh铜矿用氧化铁硫杆菌可选择性抑制黄铁矿, 可使黄铁矿回收率降低50%多, 而对黄铜矿等其他硫化矿没什么影响^[38]。另一种常用生物浸出菌氧化硫硫杆菌 (T.t.菌) 可选择性地吸附在方铅矿上。在方铅矿和闪锌矿表面上的吸附数量与pH无关, 但是, 细菌细胞在方铅矿上的吸附量比在闪锌矿上的吸附量高1个数量级, T.t.菌在方铅矿和闪锌矿上的吸附等温线表现为兰格缪尔特性。方铅矿和闪锌矿的等电点位于pH=2附近, T.t.菌的等电点位于pH=3附近。与T.t.菌作用后, 矿物的等电点向高pH偏移, 这表明细菌在矿物表面上特性吸附。闪锌矿与T.t.菌作用后不影响浮选回收率;而方铅矿的浮选几乎完全被抑制。它们的人工混合样分离表明, T.t.菌存在时, 可以优先浮选闪锌矿^[39]。

多粘芽胞假单胞菌 (PP菌, Paenibacillus polymyxa) 与铁矿石中的矿物石英和高岭石作用后使其具有更高的疏水性, 而使其它矿物变得更亲水, 可以浮选或选择性絮凝从铁矿石中分出二氧化硅和铝硅酸盐。PP菌作用后的赤铁矿、刚玉和方解石表面上细菌多糖占主导地位, 而在石英和高岭石表面上蛋白质占主导地位, 因而使矿物表面性质发生不同变化^[40]。方铅矿和闪锌矿与多粘芽胞杆菌代谢物之间的相互作用研究表明, 在pH=6～ 7范围内, 代谢物的碳水化合物在闪锌矿上的吸附密度最大, 而在方铅矿上的吸附密度随pH升高而一直增大。相反地, 细菌蛋白质在两种矿物上的吸附密度随pH升高而连续降低。代谢物的两种组分对方铅矿的吸附亲合力比对闪锌矿要高。矿物经代谢物处理后, 其电泳迁移率向负值小的方向变化, 并且其值与作用时间长短有关。有趣的是, 在生物处理后, 闪锌矿等电点向pH高的方向偏移, 但是方铅矿的等电点不变化。方铅矿与闪锌矿人工混合物的生物浮选和絮凝表明, 在适当条件下, 代谢物使方铅矿选择性抑制和选择性絮凝^[41]。