Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Vetskapen kring vad som händer med kemikalier i naturen är viktigt för att kunna bedöma om användningen av dem kan vara hållbar. Företag måste kunna visa att kemikalier som används i deras industriprocesser uppfyller vissa miljökrav bl.a. enligt ECHA:s riktlinjer. LKAB vill undersöka om ett flotationsmedel, en s.k. samlare, som de önskar använda till omvänd katjonsflotation av järnmalm, uppnår dessa miljökrav. SLU har därför utfört denna studie tillsammans med LKAB för att utreda hur samlaren skulle brytas ned i det sandmagasin där den är tänkt att deponeras.

Förhållandena i sandmagasinet i Svappavaara där LKABs anrikningsverk ligger förmodas inte vara goda för nedbrytande mikroorganismer då pH-värdet är högt (8,8) och vattenmättnadsgraden i anrikningssanden hög, i kombination med ett kallt klimat. Syftet med den här studien var dels att undersöka om samlaren överhuvudtaget är nedbrytbar när den läggs på deponi efter anrikningen och dels att försöka med enkla medel stimulera nedbrytning av samlaren.

I studien undersöktes nedbrytningen under delvis optimerade förhållanden. Vattenhalten justerades till 60% av den vattenhållande förmågan (WHC) och proverna inkuberades vid 20 °C. Utöver att studera nedbrytningen i själva anrikningssanden undersöktes inverkan av tillsatser av torv och jord. Sur torv (3,1 torrvikts-%) blandades med anrikningssanden för att justera pH-värdet nedåt och jord från ytskiktet av en jordbruksmark (11,3 torrvikts-%) blandades in för att tjäna som ymp av aktiva mikroorganismer. Vartefter projektet fortskred frystes prover i triplikat ned (efter 0, 4, 8, 16, 32 och 64 dagar) för att stoppa all biologisk aktivitet. Halten flotationsmedel i proven analyserades med HPLC/ESI.

I försöksled med tillsatser av torv och eller jord följde nedbrytningen första ordningens kinetik och halveringstiden bestämdes till 32 – 36 dagar. I den rena anrikningssanden var nedbrytningskinetiken inte lika tydlig men trenden var ändå att halten minskade över tid. Halveringstiden i detta försöksled uppskattades till 64 dagar. Resultaten påvisade att flotationsmedlet kan brytas ned och att det med enkla medel går att stimulera nedbrytning i deponisanden, åtminstone vid optimala förhållanden i ett laboratorium.

Knowledge of what happens to a chemical in nature is important in order to assess if the use of them are sustainable. In Sweden, corporations need to be able to prove that chemicals they want to use for industrial processes comply with environmental standards such as ECHA’s guidelines. The Swedish mining company LKAB wants to assess whether a flotation agent or a so-called collector, which they wish to use for reverse cation-flotation of iron ores, fulfill these standards. Therefore, LKAB has commissioned SLU to conduct this study to investigate whether this collector is biodegradable in the tailings dam where it is intended to be deposited after the enrichment process.

The environmental factors in the tailings dam at Svappavaara where LKAB has its enrichment plant are assumed to be unfavorable for degrading microbes since the pH is high (8,8) and the tailings are water saturated in the dam, combined with a cold climate. The purpose with this study was to investigate whether the collector would be degraded in the enriched sand and if it is possible to stimulate microbial degradation using simple means.

In the study, degradation was investigated under partially optimized conditions. The water content was fixed at 60% of the water holding capacity (WHC) and the samples were incubated at 20 °C. The effect of additions of peat and/or soil from an agricultural field on degradation was also investigated. Peat (3.11% on a dry weight basis) was mixed into the sand from the enrichment process in order to lower the pH, and soil (11.3%) was added as an inoculum of active heterotrophic microorganisms to the sample. After 0, 4, 8, 16, 32 and 64 days samples in triplicates were frozen to stop all microbial activity and kept frozen until analysis. The amount of collector in the samples was analyzed with HPLC/ESI.

In samples with addition of peat and/or soil the degradation of the collector followed first-order kinetics and the half-life was determined to be 32-36 days. In the samples with pure sand from the tailings the degradation kinetics was not as clear, but the indication was that the amount of collector diminished over time. The half-life was calculated to be 64 days. The results show that the flotation agent can be degraded and that it is possible to stimulate the degradation rate in the tailings using simple means, at least if the conditions are optimal such as in a laboratory.