CN106119540A

CN106119540A - 一种高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法

Info

Publication number: CN106119540A
Application number: CN201610504261.6A
Authority: CN
Inventors: 皮科武; 陈文文; 吴攀; 张会琴
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2016-11-16

Abstract

本发明涉及一种高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法，以高磷铁矿为原料，采用嗜酸硫杆菌进行生物浸出矿石中磷，其特征在于：对浸出的含磷液中的磷分离去除，而后将分离了磷的浸出液再次回到培养体系中作为培养液，实现硫杆菌的持续溶磷与培养液的再次利用，以达到高效除磷的同时无废排放、降低成本的目的。可使矿浆含铁量在45.4～47.4%，含磷量在0.34～0.47%，铁的损失1%以内，对鲕状赤铁矿中磷的溶出有一定的提升效果。该方法工艺简单，操作安全，重复利用浸出母液，不会产生二次污染，是一种绿色的生物选矿技术。

Description

一种高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法

技术领域

本发明涉及采用生物技术对高磷鲕状铁矿石进行持续溶磷提铁的生产方法，主要涉及利用嗜酸硫杆菌（Acidophilic Thiobacillus）从高磷铁矿石中持续浸出磷及浸出液除磷后再利用的方法。

背景技术

高磷鲕状赤铁矿主要分布在湖南、湖北和广西等地，这种类型的矿石主要由鲕状赤铁矿组成，也含有褐铁矿、菱铁矿和鲕状绿泥石。铁的品位30～50%，矿石中磷的含量通常在0.4～1.2%。鲕状赤铁矿是世界公认难选的铁矿石，一般鲕状铁矿石可通过洗矿、筛分等方法得到颗粒较粗的精矿；而复杂的鲕状矿石，鲕状颗粒由有用矿物组成，胶结物是脉石矿物，粒度极细。当鲕粒为有用矿物和脉石矿物组成的同心环状构造时，如果鲕粒的核心部分是有用矿物，此时磨矿细度需在鲕粒的粒度之下，磨矿难度很大。由于鲕状赤铁矿中磷是以胶磷矿、磷灰石、氟磷灰石等形式存在，导致铁精矿品位很难达到冶炼钢铁的要求，同时铁矿石的中磷含量偏高会严重影响铁产品的质量，后继钢铁容易产生脆冷现象。可见，对高磷铁矿石进行除磷意义重大。

而现有铁矿石处理技术主要集中在浮选和反浮选技术，这两类技术对高磷铁矿也很难达到除磷的效果。也有采用化学酸浸，但化学酸浸消耗大量的酸，同时也带来浸出液的环境污染问题。微生物浸出被认为是最环保绿色的浸出方法，微生物浸出中主要采用嗜酸硫杆菌(氧化铁或单质硫)产酸, 嗜酸硫杆菌产生的酸在成分上与工业硫酸\盐酸或硝酸有明显的差别，嗜酸硫杆菌代谢产酸还会与Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺ 等离子形成络合物，从而促进含磷矿物的溶解,这也是目前采用嗜酸硫杆菌进行生物浸磷的主要原因。如“一种高磷鲕状铁矿石的磁化焙烧- 两步生物浸出提铁降磷方法CN201010161037”、“铁矿石微生物—化学联合脱磷方法CN94111376”以及“一种利用硫杆菌属微生物使磷矿中磷转化为可溶磷的方法CN200510019079”。但是，这三份文件均是只谈及如何利用嗜酸硫杆菌浸出矿石中的磷。

“CN200710034844一种含磷铁矿石中磷的生物浸出方法”与“CN200910088996.4一种含磷铁矿石中磷的生物浸出方法”中虽然提及了含磷浸出液的处理，但专利中并未涉及到具体的磷的回收方法。

“CN201110221510一种两步酸浸脱除高磷铁矿中磷的方法”中虽然提及到浸出液的再次利用问题，但其主要是利用作为肥料，而不是作为培养液再次作为微生物的基质。

从现有文献来看，主要集中在如何优化嗜酸硫杆菌的培养及其利用其产生的酸进行高磷铁矿中磷的浸出问题，优化浸出条件提高浸出效率，未对浸出液如何进行处理后再回至培养体系中，提高培养液的利用效率及降低生产成本，实现持续浸出高磷铁矿石中磷的目的。

发明内容

为了克服现有高磷铁矿生物浸磷过程中存在的未对浸出液再次利用到培养液中及不能实现持续浸磷的缺陷，本发明提供一种高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法,利用生物技术既能对高磷铁矿进行持续溶磷又能再次利用浸出液的方法。

本发明的技术方案是：一种高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法，以高磷铁矿为原料，采用嗜酸硫杆菌进行生物浸出矿石中磷，其特征在于：对浸出的含磷液中的磷分离去除，而后将分离了磷的浸出液再次回到培养体系中作为培养液，实现硫杆菌的持续溶磷与培养液的再次利用，以达到高效除磷的同时无废排放、降低成本的目的，具体步骤如下：

a、将原铁矿石粉碎与研磨至100目以下；

b、将a步骤所得物质用水配制5～15%浓度的浆液，控制浆液温度35℃；

c、将b步骤得浆液按10～15%接种培养好的菌液，控制温度35℃,下，搅拌器转数150～300rpm，搅拌浸出反应72～120h；

d、将c步骤中得到的浆液，静置沉降2h，离心上清液，离心渣及沉渣回到b步；

e、将d步骤中得到的滤液，加入Ca²⁺饱和溶液，以搅拌器转数50～100rpm，搅拌10min，而后沉淀1h，过滤，滤液回b步，滤渣为磷酸钙，烘干称重；

f、按e步得到磷酸钙质量计算需在b步补充的营养物质，重复b至e步2～6次,得到精铁矿。

所述步骤a为了增加矿粉与细菌的接触，同时也有助于矿石中磷的浸出。

所述步骤c中微生物为嗜酸硫杆菌，在生物反应器中培养10～25d，即可得到pH值为1.0～2.5的菌液。c步直接接种培养好的嗜酸硫杆菌，为缩短在矿浆中培养和生长菌的时间，转数控制150～300rpm，为了减小高剪切力对细菌的表层破坏，降低其生长活性

所述步骤d中所述沉降是使矿粉与细菌进行初步分离，沉下来的滤渣含有全部铁矿及大量细菌，细菌主要附着在矿粉表面。将反应后的浸出液进行沉淀与过滤，使细菌尽可能粘附于矿粉上，上清液离心速度为8000～10000rpm、5min，目的使液体中的细菌尽可能离心到管底浆渣中，这样可让细菌尽可能多的回到再次浸出体系中，增加其生物量。

所述步骤e中加Ca²⁺饱和溶液是为了和浸出的磷酸根进行充分反应，生成磷酸钙沉淀，从而增加减少浸出液中的磷，可使浸出液回至培养液中再次利用，提高细菌持续浸出磷的效果。e步中Ca²⁺饱和溶液为饱和氯化钙，为了加快反应速度，起始搅拌速度为100rpm、2min；而后以50rpm，搅拌8min，可以增加反应形成的磷酸钙颗粒间相互结合，形成大的颗粒加速沉淀，提高泥水分离效果。

本发明与目前现已有工艺相比，具有以下优点：

本发明将细菌浸出的含磷液体及时与矿浆分离后，减少浸出液中的磷酸根阻碍细菌继续将矿石中磷予以浸出，从而促进矿石中磷的持续浸出。而现有技术往往是微生物浸出磷一段时间后直接将浸渣作为精矿原料（此时铁的品位往往达不到炼铁的要求），而浸出液则作为废水进行处理，因为浸出液中磷含量高，对其进行处理成本很高，也污染环境。

本发明将浸出液定期与矿粉分离，减少了浸出液中的磷对细菌的抑制作用，同时分离得到的浸出液用Ca²⁺饱和溶液进行沉淀与过滤，过滤液里还有大量的细菌，可进一步回到原浸出体系，作为补充浸出体系的细菌，实现持续浸出矿石中磷的目的。

本发明通过采用饱和Ca²⁺溶液沉淀被浸出的磷酸根，沉淀得到的磷酸钙作为肥料，一方面降低了浸出液中的磷，另一方面得到的磷酸钙可作为肥料，实现资源综合利用。

本发明既利用嗜酸硫杆菌浸出了高磷鲕状铁矿中的磷，又通过Ca²⁺饱和溶液将浸出液中磷进行沉淀分离，得到磷酸根实现了磷的综合利用，同时分离了磷的浸出液又可作为培养液进行补充，实现硫杆菌对高磷铁矿中磷的持续浸出，工艺简单，操作安全，是一种绿色、环保的生物选矿技术。

说明书附图

附图1是本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明：

实施的工艺流程如图1所示

实施例1：

将2.11kg含铁40.5%、含磷0.85%的鄂西高磷鲕状赤铁矿研磨到100目，用Postgate C配制矿浆浓度5%（体积为38升，加菌液后总体积40升）的基础体系，控制温度35℃。将培养好的（接种培养20d，此时溶液pH为2.3）菌液2升（按5%接种）接种到反应器中，开启搅拌器，调节转数为150rpm，搅拌24h后停止，测得此时矿浆pH为3.2左右，沉淀2h，离心上清液，得到离心液35升，沉渣与离心渣5升。离心上清液加入0.5升饱和氯化钙溶液，开启搅拌器50rpm搅拌10min，沉淀1h，过滤，第一次得到沉淀物6.4g（烘干），滤液补齐营养成分后重新作为浸出母液。将上述得到的沉渣和离心渣重新配齐40升浸出母液再进行24h浸出，条件同上，循环2次，浸出时间72h，最终可得到沉淀物9.1g，矿石中铁含量提升到46.7%，磷含量下降到0.39%。

实施例2：

将2.22kg含铁40.5%、含磷0.85%的鄂西高磷鲕状赤铁矿研磨到100目，用Postgate C配制矿浆浓度10%（体积为18升，加菌液后总体积20升）的基础体系，控制温度35℃。将培养好的（接种培养20d，此时溶液pH为2.3）菌液2升（按10%接种）接种到反应器中，开启搅拌器，调节转数为150rpm，搅拌24h后停止，测得此时矿浆pH为3.0左右，沉淀2h，离心上清液，得到离心液14升，沉渣与离心渣6升。离心上清液加入0.5升饱和氯化钙溶液，开启搅拌器50rpm搅拌10min，沉淀1h，过滤，第一次得到沉淀物7.6g（烘干），滤液补齐营养成分后重新作为浸出母液。将上述得到的沉渣和离心渣重新配齐20升浸出母液再进行24h浸出，条件同上，循环3次，浸出时间96h，最终可得到沉淀物10.5g，矿石中铁含量提升到47.4%，磷含量下降到0.34%。

实施例3：

将2.38kg含铁40.5%、含磷0.85%的鄂西高磷鲕状赤铁矿研磨到100目，用Postgate C配制矿浆浓度15%（体积为11.5升，加菌液后总体积13.5升）的基础体系，控制温度35℃。将培养好的（接种培养20d，此时溶液pH为2.3）菌液2升（按15%接种）接种到反应器中，开启搅拌器，调节转数为150rpm，搅拌24h后停止，测得此时矿浆pH为2.9左右，沉淀2h，离心上清液，得到离心液7.3升，沉渣与离心渣6.2升。离心上清液加入0.5升饱和氯化钙溶液，开启搅拌器50rpm搅拌10min，沉淀1h，过滤，第一次得到沉淀物5.1g（烘干），滤液补齐营养成分后重新作为浸出母液。将上述得到的沉渣和离心渣重新配齐13.5升浸出母液再进行24h浸出，条件同上，循环4次，浸出时间120h，最终可得到沉淀物8.8g，矿石中铁含量提升到45.4%，磷含量下降到0.47%。

Claims

1.一种高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法，以高磷铁矿为原料，采用嗜酸硫杆菌进行生物浸出矿石中磷，其特征在于：对浸出的含磷液中的磷分离去除，而后将分离了磷的浸出液再次回到培养体系中作为培养液，实现硫杆菌的持续溶磷与培养液的再次利用，以达到高效除磷的同时无废排放、降低成本的目的，具体步骤如下：

a、将原铁矿石粉碎与研磨至100目以下；

c、将b步骤得浆液按5～15%接种培养好的嗜酸硫杆菌菌液，控制温度35℃,下，搅拌器转数150～300rpm，搅拌浸出反应72～120h；

2.根据权利要求1所述的高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法，其特征在于：所述微生物为嗜酸硫杆菌，所述的Ca²⁺饱和溶液为饱和氯化钙溶液。

3.根据权利要求1所述的高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法，其特征在于：c步直接接种培养好的嗜酸硫杆菌，缩短在矿浆中培养和生长菌的时间，转数控制150～300rpm。

4.根据权利要求1所述的高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法，其特征在于：将反应后的浸出液进行沉淀与过滤，使细菌尽可能粘附于矿粉上，上清液离心速度为8000～10000rpm、5min。

5.根据权利要求2所述的高磷铁矿的分步生物持续溶磷方法，其特征在于：所述的e步为饱和氯化钙是为了加快反应速度，起始搅拌速度为100rpm、2min；而后以50rpm，搅拌8min，增加反应形成的磷酸钙颗粒间相互结合，形成大的颗粒加速沉淀，提高泥水分离效果。