CN103539489A - 一种白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法 - Google Patents

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杨文焕
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Abstract

本发明公开了一种白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，本发明利用X射线拣选、微波预处理、微生物浸出提取钾板岩中的钾，进而集成制备钾肥，比传统肥料的生产投资小，成本低，经济效益好，无污染。而微波预处理结合微生物浸出比不加处理的微生物浸出制钾肥的效率要高，周期短。本发明可以合理利用包钢尾矿库和白云鄂博地区的富钾板岩，变废为宝，有利于我国的循环经济的发展。

Description

一种白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法
 
技术领域
本发明涉及一种白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，具体为以白云鄂博富钾板岩为原料，利用X射线拣选、微波预处理、微生物浸出提取钾板岩中钾的集成方法。
背景技术
钾是动植物生命活动的基本元素，对农作物的生长起重要作用。我国是农业大国，钾肥需求量大，而我国便于利用的可溶性钾资源极为缺乏。据报道，我国的钾肥生产量只占世界的0.34%，而消耗量占14.7%，钾肥产量不足，目前主要依赖进口。
但是我国的不溶性钾矿资源（钾长石，海明石，绿豆岩等）却十分丰富。利用不溶性钾矿资源制造钾肥是大多数可溶性钾资源匾乏国家一直非常重视的问题。
目前的提取方法主要有湿化学法和热法，这两种方法的工艺过程能耗大、物耗大、产品含钾量低、成本高、易引起土壤酸化、环境污染和破坏等问题，而且形成工业化生产的技术也不多，已经投产的项目也陆续关闭。
因此，急需要开发一种具有能耗低、物耗小、原料利用率高、无污染等优点的钾肥生产方法。
在自然界，微生物在多种元素的循环当中起着重要作用，地球上许多矿物的迁移和矿床的形成都和微生物的活动有关。因此可以利用生物的转化作用来溶解矿石，从而达到提取可溶性钾的目的，其优点是投资少，能耗低，试剂消耗少，能经济地处理低品位、难处理的矿石。
但是由于微生物及矿石性质的限制，钾肥的生产效率往往并不高。因此，为了提高生产效率，必须采取一些简便易行的方法，来降低生产成本，提高生物浸出的效率。
白云鄂博矿区的富钾板岩，是一种重要的不溶性钾矿资源。目前探明的储量2.8亿吨（一级品1.56亿吨），总储量约16亿吨，每年剥离的富钾板岩200万吨左右。这些富甲板岩由于稀土含量低而又没有有效的钾的提取方法，而被堆置在包钢尾矿库和白云鄂博地区。
富甲板岩中矿石的品位在8-10%左右，采用上述的微生物浸出无疑是一个行之有效的手段。
但是，在白云鄂博地区富甲板岩是以废石的形式堆积，其杂矿较多，因此，在生物浸出之前需要采取一定的手段，将含钾品位较低的矿石进行剥离，是必须要解决的一个瓶颈问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，它利用X射线拣选、微波预处理、微生物浸出方法提取钾板岩中的钾而制取钾肥。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，所述方法包括下列步骤：
（1）、X射线对富钾板岩的拣选；
（2）、微波的预处理；
（3）、微生物的浸出。
具体地，X射线对富钾板岩的拣选步骤为：
（1）、将原矿石破碎后筛选出粒径为50-150 mm的矿石粒，送至X射线拣选机；
（2）、X射线拣选机在微型计算机控制下将钾的百分含量高于8%的富钾矿石粒拣出；处理矿石流量为10-50吨/小时；
（3）、富钾矿石粒磨碎到150~200目，过筛输送到微波处理器。
微波的预处理步骤为：
（1）、微波处理水：
将水放入微波反应器中，微波的功率在900~1000W之间，处理5~10min，处理完的微波处理水输送到配置室和发酵室；
（2）微波处理富钾板岩矿石：
将富钾矿石粒进行微波处理，微波的功率在900~1400W之间，处理30~60min，处理完后输送到配置室和发酵室。
微生物的浸出步骤为：
（1）、制备复合菌剂：
胶质芽孢杆菌（Bacillus munilaginosus, AS1.231;GIMCC GIM1.15）在固体培养基（培养基组成：KH2PO4 0.2g、K2HPO4 0.8g、MgSO4·7H2O 0.2 g、CaSO4·2H2O 0.1 g、NaMO4·2H2O 微量、酵母膏 0.5g、甘露醇20g、FeCl3 微量、琼脂 15g、蒸馏水1L,pH值7.2）中，30℃恒温培养箱中活化2-3天，然后转入发酵培养基（培养基组成：蔗糖10 g、酵母膏0.5 g、(NH4)2SO4 0.5 g、MgSO4 0.1 g、KCl 0.1 g、Na2HPO4 0.1 g、CaCO3 1.0 g、蒸馏水1L，pH值6.8~7.2）中，30℃，200 rpm/min摇床培养5-6天，得到胶质芽孢杆菌菌液；
巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium，AS1.459;GIMCC GIM1.14)在固体培养基（培养基组成：蛋白胨 5 g、牛肉膏 3 g、 NaCl 5 g、琼脂 20 g、蒸馏水1L，pH值7.0~7.2）中，30℃恒温培养箱中活化2-3天，然后转入发酵培养基（培养基组成：葡萄糖 10 g、(NH4)2SO4 0.5 g、MgSO4·7H2O 0.3 g、 NaCl 0.3 g、KCl 0.3 g、FeSO4·7H2O 0.3 g、MnSO4·7H2O 0.3 g、Ca3(PO4)2 5 g、蒸馏水1L；pH值7.0~7.3）中，30℃，200 rpm/min摇床培养5-6天，得到巨大芽孢杆菌菌液；
将以上两种细菌培养液以及市售EM制剂按体积比等量混合即得复合菌剂；
（2）固体发酵：
将发酵辅料与微波处理的矿石以1:1的重量比例混合得混合料，发酵辅料为重量比为1:1:2:1的麦麸、糠、废糖蜜和豆饼粉；然后将混合料与水按重量比为1:1的料水比用微波处理水拌匀，加入接种量为固体发酵底物体积的10%～25%的EM制剂，搅拌均匀后堆置发酵10~20天。
（3）生物浸出：
固体发酵结束，进行生物浸出20~30天；
生物浸出的步骤为：将所得固体发酵产物移至生物浸出装置，加无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积10～25%的复合菌剂；其后每2～4天加一次无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时收集浸出液，浸出时间为20~30天。
生物浸出液浓缩至其中速效钾含量为10~15g/L，得液体钾肥；液体钾肥中配入其它无机元素制成强化多元液体钾肥。
固体部分<=30℃条件下干燥造粒，得固体生物钾肥；所得固体生物钾肥可视情况或所需配入其他元素制成生物复合钾肥。
本发明的优点有： 
（1）本发明利用X射线拣选富钾矿过程无需水，因此特别适用于干旱地区。而且对钾在矿石中的含量要求低，因此特别适用于低品位矿的富集。经X射线拣选后的尾矿与拣选前相比除尺寸外没有任何物理和化学的变化，因此不影响尾矿的继续开发利用。
（2）本发明利用微波进行预处理，微波处理水，水的扩散和渗透能力增强，可促进氧气在水中的溶解，从而促进细菌的生长。微波对矿石进行加热处理能促使矿物颗粒表面破裂，暴露出新鲜表面，有利于提高微生物的浸出效果。
（3）本发明采用微生物制钾肥，比传统方法投资低，能耗小，对原料利用率高。选用的微生物为白云鄂博矿区所筛选的解钾菌，适应性更强，浸出效果更高。
（4）本发明利用X射线拣选、微波预处理、微生物浸出提取钾板岩中钾的集成方法，设备工艺简单，生产成本低，生产效率高，无污染，适合大规模生产。
具体实施方式
本发明提供了一种白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，所述方法包括下列步骤：
（1）、X射线对富钾板岩的拣选；
（2）、微波的预处理；
（3）、微生物的浸出。
具体地，X射线对富钾板岩的拣选步骤为：
（1）、将原矿石破碎后筛选出粒径为50-150 mm的矿石粒，送至X射线拣选机；
（2）、X射线拣选机在微型计算机控制下将钾的百分含量高于8%的富钾矿石粒拣出；处理矿石流量为10-50吨/小时；
（3）、富钾矿石粒磨碎到150~200目，过筛输送到微波处理器。
微波的预处理步骤为：
（1）、微波处理水：
将水放入微波反应器中，微波的功率在900~1000W之间，处理5~10min，处理完的微波处理水输送到配置室和发酵室；
（2）微波处理富钾板岩矿石：
将富钾矿石粒进行微波处理，微波的功率在900~1400W之间，处理30~60min，处理完后输送到配置室和发酵室。
微生物的浸出步骤为：
（1）、制备复合菌剂：
胶质芽孢杆菌（Bacillus munilaginosus, AS1.231;GIMCC GIM1.15）在固体培养基（培养基组成：KH2PO4 0.2g、K2HPO4 0.8g、MgSO4·7H2O 0.2 g、CaSO4·2H2O 0.1 g、NaMO4·2H2O 微量、酵母膏 0.5g、甘露醇20g、FeCl3 微量、琼脂 15g、蒸馏水1L,pH值7.2）中，30℃恒温培养箱中活化2-3天，然后转入发酵培养基（培养基组成：蔗糖10 g、酵母膏0.5 g、(NH4)2SO4 0.5 g、MgSO4 0.1 g、KCl 0.1 g、Na2HPO4 0.1 g、CaCO3 1.0 g、蒸馏水1L，pH值6.8~7.2）中，30℃，200 rpm/min摇床培养5-6天，得到胶质芽孢杆菌菌液；
巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium，AS1.459;GIMCC GIM1.14)在固体培养基（培养基组成：蛋白胨 5 g、牛肉膏 3 g、 NaCl 5 g、琼脂 20 g、蒸馏水1L，pH值7.0~7.2）中，30℃恒温培养箱中活化2-3天，然后转入发酵培养基（培养基组成：葡萄糖 10 g、(NH4)2SO4 0.5 g、MgSO4·7H2O 0.3 g、 NaCl 0.3 g、KCl 0.3 g、FeSO4·7H2O 0.3 g、MnSO4·7H2O 0.3 g、Ca3(PO4)2 5 g、蒸馏水1L；pH值7.0~7.3）中，30℃，200 rpm/min摇床培养5-6天，得到巨大芽孢杆菌菌液；
将以上两种细菌培养液以及市售EM制剂按体积比等量混合即得复合菌剂；
（2）固体发酵：
将发酵辅料与微波处理的矿石以1:1的重量比例混合得混合料，发酵辅料为重量比为1:1:2:1的麦麸、糠、废糖蜜和豆饼粉；然后将混合料与水按重量比为1:1的料水比用微波处理水拌匀，之后加入复合菌剂，搅拌均匀后堆置发酵10~20天；
（3）生物浸出：
固体发酵结束，进行生物浸出20~30天；
生物浸出的步骤为：将所得固体发酵产物移至生物浸出装置，加无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积10～25%的复合菌剂；其后每2～4天加一次无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时收集浸出液，浸出时间为20~30天；
生物浸出液浓缩至其中速效钾含量为10~15g/L，得液体钾肥；液体钾肥中配入其它无机元素制成强化多元液体钾肥；
固体部分<=30℃条件下干燥造粒，得固体生物钾肥。
白云鄂博富钾板岩急需利用开发，但是从众多矿石中筛选出想要利用的的矿石是非常巨大的工作量，本发明采用X射线将富钾板岩矿石拣选富集，方法是用X光管向传送装置上送过来的每一块矿石发射X射线，同时用X光探测器探测由矿石中的钾元素以及其他元素激发辐射的二次X荧光特征谱，根据荧光特征谱的波长及强度由微处理机计算钾元素的含量，如果钾的含量超过事先设定的值，微处理机向机械拣选装置发出信号，从而筛选出钾含量高于8%的富钾板岩。筛选出的富钾板岩磨碎到150~200目后，将进行微生物的浸出。而在微生物浸出之前，采用微波进行预处理，微波处理水，其扩散和渗透能力增强，可促进氧气在水中的溶解，从而促进细菌生长，缩短细菌生长周期。微波加热矿石能促使矿物颗粒表面破裂，暴露出新鲜表面，有利于提高微生物的浸出效果。最后利用微生物进行钾的浸出制备钾肥。
本发明利用X射线拣选、微波预处理、微生物浸出提取钾板岩中钾的集成方法制备钾肥，比传统肥料的生产投资小，成本低，经济效益好，无污染。而微波预处理结合微生物浸出比不加处理的微生物浸出制钾肥的效率要高，周期短。本发明可以合理利用包钢尾矿库和白云鄂博地区的富钾板岩，变废为宝，有利于我国的循环经济的发展。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
（1）、X射线对富钾板岩的拣选；
（2）、微波的预处理；
（3）、微生物的浸出。
2.如权利要求1所述的白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，其特征在于，X射线对富钾板岩的拣选步骤为：
（1）、将原矿石破碎后筛选出粒径为50-150 mm的矿石粒，送至X射线拣选机；
（2）、X射线拣选机在微型计算机控制下将钾的百分含量高于8%的富钾矿石粒拣出；处理矿石流量为10-50吨/小时；
（3）、富钾矿石粒磨碎到150~200目，过筛输送到微波处理器。
3.如权利要求2所述的白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，其特征在于，微波的预处理步骤为：
（1）、微波处理水：
将水放入微波反应器中，微波的功率在900~1000W之间，处理5~10min，处理完的微波处理水输送到配置室和发酵室；
（2）微波处理富钾板岩矿石：
将富钾矿石粒进行微波处理，微波的功率在900~1400W之间，处理30~60min，处理完后输送到配置室和发酵室。
4.如权利要求3所述的白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，其特征在于，微生物的浸出步骤为：
（1）制备复合菌剂：
胶质芽孢杆菌（Bacillus munilaginosus, AS1.231;GIMCC GIM1.15）在固体培养基（培养基组成：KH2PO4 0.2g、K2HPO4 0.8g、MgSO4·7H2O 0.2 g、CaSO4·2H2O 0.1 g、NaMO4·2H2O 微量、酵母膏 0.5g、甘露醇20g、FeCl3 微量、琼脂 15g、蒸馏水1L,pH值7.2）中，30℃恒温培养箱中活化2-3天，然后转入发酵培养基（培养基组成：蔗糖10 g、酵母膏0.5 g、(NH4)2SO4 0.5 g、MgSO4 0.1 g、KCl 0.1 g、Na2HPO4 0.1 g、CaCO3 1.0 g、蒸馏水1L，pH值6.8~7.2）中，30℃，200 rpm/min摇床培养5-6天，得到胶质芽孢杆菌菌液；
巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium，AS1.459;GIMCC GIM1.14)在固体培养基（培养基组成：蛋白胨 5 g、牛肉膏 3 g、 NaCl 5 g、琼脂 20 g、蒸馏水1L，pH值7.0~7.2）中，30℃恒温培养箱中活化2-3天，然后转入发酵培养基（培养基组成：葡萄糖 10 g、(NH4)2SO4 0.5 g、MgSO4·7H2O 0.3 g、 NaCl 0.3 g、KCl 0.3 g、FeSO4·7H2O 0.3 g、MnSO4·7H2O 0.3 g、Ca3(PO4)2 5 g、蒸馏水1L；pH值7.0~7.3）中，30℃，200 rpm/min摇床培养5-6天，得到巨大芽孢杆菌菌液；
将以上两种细菌培养液以及市售EM制剂按体积比等量混合即得复合菌剂；
（2）固体发酵：
将发酵辅料与微波处理的矿石以1:1的重量比例混合得混合料，发酵辅料为重量比为1:1:2:1的麦麸、糠、废糖蜜和豆饼粉；然后将混合料与水按重量比为1:1的料水比用微波处理水拌匀，之后加入接种量为发酵底物体积的10%~25%的市售EM制剂，搅拌均匀后堆置发酵10~20天；
（3）生物浸出：
固体发酵结束，进行生物浸出20~30天；
生物浸出的步骤为：将所得固体发酵产物移至生物浸出装置，加无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积10～25%的复合菌剂；其后每2～4天加一次无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时收集浸出液，浸出时间为20~30天。
5.如权利要求4所述的白云鄂博富钾板岩制取钾肥的集成方法，其特征在于，生物浸出液浓缩至其中速效钾含量为10~15g/L，得液体钾肥；液体钾肥中配入其它无机元素制成强化多元液体钾肥；
固体部分<=30℃条件下干燥造粒，得固体生物钾肥；所得固体生物钾肥配入其它元素制成生物复合钾肥。
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