CN107058195A - 一个适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群及其应用 - Google Patents

一个适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群及其应用 Download PDF

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Abstract

一种适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群，包括Leptospirrilium sp、Athidithiobacillus ferrooxidans、Acidiphilium sp、Sulfobacillus sp.与Athidithiobacillus thiooxidans一种或几种菌株。利用上述长期选育的嗜酸性微生物菌群，可有效浸出常规化学浸出难以浸出的钛铀矿。本发明的方法与化学法相比，能耗少并极大地降低了生产成本，而且尾液酸度和尾渣中铀含量等均比传统酸法低，且无额外氧化剂加入。因此，与常规化学酸法浸出相比环境友好，且可以最大限度地将低品位金属矿中有用金属资源加以回收和利用。

Description

一个适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群及其应用
技术领域
本发明属于生物冶金领域，具体涉及一种适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群及其应用。
背景技术
生物浸矿(Bioleaching)是微生物冶金(Microbial metallurgy)的一种，是指由细菌或细菌氧化产物将矿物中不溶性有价金属转变为可溶形态而进入溶液，自溶液中将其富集回收的过程。浸矿微生物常分布在硫化矿环境、含硫热泉以及酸性废水等环境中。以这些环境中的硫化物(如FeS2)为能源，产生H2SO4和强氧化剂Fe3+，从而在酸性环境中将不溶性金属氧化并使其进入溶液。反应式E.1-E.6所示为生物浸铀的主要反应过程，其中虚线箭头所示为化学反应。
铀生物浸出过程中，主要浸矿细菌的能源物质为铁或硫，所以铀矿石中需要有一定量的硫铁矿物(主要为黄铁矿(FeS2))。浸矿过程中，除了以铁/硫氧化为主的化能自养型或兼性自养细菌(如Athidithiobacillusferrooxidans简称A.f,A.thiobacillus,A.Caldus,Leptospirrilum ferriphilum简称L.f，L.ferrooxidans，Sulfobacillus sp.等)外，还有一些异养型细菌(如Acidiphilium sp.和Acidimicrobium sp.等)或真菌(如部分酵母菌、霉菌)在体系中以自养菌产生的有机物及细胞死亡后的有机物为能源生长，以减少有机物对主要浸矿菌的毒性，同时Acidimicrobium sp.,Acidiphilium sp.亦可还原Fe3 +，与自养菌互惠互利。因此，高效率的生物浸矿体系中微生物应是由自养型铁/硫氧化菌和少量异养型微生物共同构成的共生生态系。
故生物浸铀技术中，由于微生物可直接利用矿石中的硫化物为能源产氧化剂和硫酸，与传统化学酸法浸出相比可明显节省酸和氧化剂，具有生产成本低和环境污染少等优点。在低品位铀矿石中铀资源回收利用中具有广阔应用前景。钛铀矿是铀和钛的复杂混合矿物，其中尚含有钍、稀土、铁、铅等。钛铀矿不溶于酸，与焦硫酸钾熔融后溶于酸，其中的铀在传统化学法浸出中很难浸出。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于一种适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群，即本发明的发明人经过长期选育工作自某铀矿分离驯化并组合获得嗜酸性微生物菌群，经过与化学法对比试验，结果发现原矿样中沥青铀矿在微生物浸出和化学浸出中均可被浸出，而钛铀矿可被微生物浸出，却难以被常规的化学浸出方法浸出。试验结果表明，选育的嗜酸性微生物菌群可有效浸出常规化学浸出难以浸出的钛铀矿。
基于上述发现，本发明的第一目的在于提供一种适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群，包括以下菌种：
Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus ferrooxidans、Acidiphilium sp.、Sulfobacillus sp.与Athidithiobacillus thiooxidans一种或几种。
优选地，本发明所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群中，所述适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群的保藏编号为CGMCCNo.4398。
优选地，本发明所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群中，所述Leptospirrilium sp.的保藏编号为CGMCC No.4395、Athidithiobacillus ferrooxidans的保藏编号为CGMCC No.4394、Acidiphilium sp.的保藏编号为CGMCC No.4397、Sulfobacillus sp.的保藏编号为CGMCC No.4396、所述Athidithiobacillus thiooxidans的保藏编号为ATCC 19377。
优选地，本发明所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群中，所述Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus thiooxidans、Athidithiobacillusferrooxidans、Acidiphilium sp.与Sulfobacillus sp.的接种初始浓度分别为60.0％、30.0％、5.0％、1.0％与4.0％体积比。
优选地，本发明所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群中，所述复合菌群的浸出条件为：浸出体系pH 1.7-pH 2.5，温度25℃-40℃。
本发明的另一目的在于提供适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群在钛铀矿石浸出中的用途，所述复合菌群包括：
Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus ferrooxidans、Acidiphilium sp.、Sulfobacillus sp.与Athidithiobacillus thiooxidans的一种或几种。
优选地，本发明所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群在钛铀矿石浸出中的用途中，所述Leptospirrilium sp.的保藏编号为CGMCC No.4395、Athidithiobacillusferrooxidans的保藏编号为CGMCC No.4394、Acidiphilium sp.的保藏编号为CGMCCNo.4397、Sulfobacillus sp.的保藏编号为CGMCCNo.4396、所述Athidithiobacillus thiooxidans的保藏编号为ATCC 19377。
优选地，本发明所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群在钛铀矿石浸出中的用途中，所述Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus thiooxidans、Athidithiobacillusferrooxidans、Acidiphilium sp.与Sulfobacillus sp.的接种初始浓度分别为60.0％、30.0％、5.0％、1.0％与4.0％体积比。
优选地，本发明所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群在钛铀矿石浸出中的用途中，所述复合菌群的浸出条件为：浸出体系pH1.7～-.5，温度25-40℃。
由上可知，本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)钛铀矿，一种原生铀矿，是铀和钛的复杂氧化矿物。元素之间广泛形成类质同象结构，具有较高的化学稳定性，难于化学浸出加工处理。
另外，本发明发现利用本发明的本发明人长期选育的嗜酸性微生物菌群，矿样中的沥青铀矿在微生物浸出和化学浸出中都被浸出了，钛铀矿可被微生物浸出，但难以被常规的化学浸出方法浸出。试验结果表明，本发明选育的嗜酸性微生物菌群可有效浸出常规化学浸出难以浸出的钛铀矿。
2)本发明利用微生物浸出技术来处理难以浸出的钛铀矿，使得传统钛铀矿可以有效地被利用；而且本发明的方法与化学法相比，能耗少并极大地降低了生产成本，而且尾液酸度和尾渣中铀含量等均比传统酸法低，且无额外氧化剂加入，因此，与常规化学酸法浸出相比环境友好，且可以最大限度地将低品位金属矿中有用金属资源加以回收和利用。
生物保藏信息
Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus ferrooxidans、Acidiphilium sp.、Sulfobacillus sp.的保藏单位为中国科学院微生物研究所，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
Leptospirrilium sp.的保藏编号为CGMCC No.4395(菌株名称Leptospirriliumsp.05B-10-2)，保藏日期2010年12月2日。
Acidiphilium sp.的保藏编号为CGMCC No.4397，菌株名称为05B-10-5，保藏日期为2010年12月2日；
Sulfobacillus sp.(Sulfobacillus thermotolerance)的保藏编号为CGMCCNo.4396，菌株名称为05B-10-4，保藏日期为2010年12月2日；
Athidithiobacillusferrooxidans的保藏编号为CGMCC No.4394，菌株名称为05B-10-1，保藏日期为2010年12月2日。
Athidithiobacillus thiooxidans的保藏编号为ATCC 19377，购买渠道为BangorAcidophile ResearchTeam。
Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus ferrooxidans、Acidiphilium sp.、Sulfobacillus sp.与Athidithiobacillus thiooxidans的保藏编号为CGMCC No.4398，菌株名称为05B-10，保藏日期为2010年12月2日。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中的不同处理后矿渣中铀浓度随时间变化曲线；
图2为本发明的一个实施例中的不同处理后铀渣中铀浸出率变化曲线；
图3为本发明的一个实施例中的不同处理后浸出液pH变化曲线；
图4为本发明的一个实施例中的钛铀矿的背散射图像；
图5为本发明的一个实施例中的铀石的背散射图像；
图6为本发明的一个实施例中的钛铀矿的背散射图像。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1化学浸出与微生物复合菌群浸出对钛铀矿的浸出效果比较
本实施例将在常温下用硫酸加氯酸钾浸出与微生物冶金菌群AM12浸出对比，探讨钛铀矿的浸出规律。
(1)实验菌群：微生物冶金菌群05B-10：Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus thiooxidans、Athidithiobacillusferrooxidans、Acidiphiliumsp.与Sulfobacillus sp.的接种初始浓度分别为60.0％、30.0％、5.0％、1.0％与4.0％体积比。
(2)矿石来源：某铀矿钛铀矿，品位6.407％。
(3)试验方案：本实验设计两组对比，三组平行，试验过程中采用摇床震荡(160r/min)方式。250ml锥形瓶，过200目矿石20g，每天进液60ml，A组为菌液(05B-10菌群)浸出，分为A1、A2、A3三组平行样；B组为氯酸钾浸出，分为B1、B2、B3三组平行样。
表1钛铀矿微生物浸铀实验室试验(VD1)设计方案
组号 矿石重量(g) 日用液量 氧化剂
A1-A3 20g/瓶 60ml 40g/L-1g/L酸液+4g/L氯酸钾
B1-B3 20g/瓶 60ml 菌液中总铁浓度为5g/L
实验前用清水将矿石浸泡，使其达饱和状态，每天采用离心方式取液，测定体积，并加液至固定液固比。每天对pH，Eh，Fe，U，F，Ti，P等相关参数进行测定。
(3)试验结果：
图1为铀渣中铀浓度随时间变化曲线，图2为铀渣中铀浸出率变化曲线，图3为浸出液pH变化曲线，如图1～图3所示，经过19天的浸出，A1、A2、A3样铀渣品位分别为0.056％、0.059％和0.059％，渣计浸出率分别为99.13％、99.09％、99.08％；B1、B2、B3样铀渣品位分别为1.194％、1.244％和1.211％，渣计浸出率分别为81.37％、80.59％、81.10％。
实施例2化学浸出与微生物复合菌群浸出对钛铀矿的电子探针分析
本实施例对化学浸出与微生物浸出对原矿石及尾渣电子探针分析对比，探讨两种方法对钛铀矿的处理效果。
1)原矿石：
对取自某矿床4件典型铀矿石的薄片样品中的铀矿物进行了电子探针，共打探针点21个。通过电子探针、能普分析结果，基本查明了铀矿石的矿物组成，特别是铀矿物的种类、粒度大小、赋存状态和产出情况。经分析测试，样品中铀矿物主要为沥青铀矿、钛铀矿、铀石和少量铀钍石。铀矿物粒度大小不一，多在10～100μm之间，呈脉状、微脉状、团块状、粒状、云雾状等形式产出在脉石矿物的间隙、裂隙或被脉石矿物包裹。
钛铀矿
样品中的钛铀矿多成不规则脉状、粒状沿脉石矿物边缘产出，钛铀矿与黄铁矿在位置上关系密切。脉状钛铀矿脉宽约10μm，短脉状，不规则。粒状、团块状钛铀矿粒径多在10-20μm之间。(背散射图像见图4)。
尾渣：
本次电子探针试验分析了721高钛铀矿的6个浸出试验尾渣样品，共打探针点26个。6件样品中A序列采用菌浸(实验方法同实施例1)，B序列样品采用常规酸浸。
根据分析确定了渣样中主要铀矿物的种类、粒度大小和赋存状态。经分析，样品中铀矿主要为钛铀矿和铀石，铀矿物粒度多小于10μm，多被石英等脉石矿物所包裹，A序列样品中常见铀矿物为铀石，B序列样品中铀矿物以钛铀矿较为常见。
各铀矿物的成分如下：
1)铀石
如图5所示，6件样品中铀石粒度多在5μm左右，粒度细小，多成胶粒状，切片上多成圆形。多分布在石英内部，被石英包裹。常成成群出现，成星点状。(背散射图像见图5)
2)钛铀矿
6件样品中钛铀矿粒度多在10μm左右，较铀石粒径稍大，呈不规则粒状。常见布在石英内部，被石英包裹，也见有少量钛铀矿分布在矿渣碎屑之中。(背散射图像见图6)
由图5、图6的电子探针分析结果可知，原矿样中的沥青铀矿在微生物浸出和化学浸出中都被浸出了，钛铀矿可被微生物浸出，但难以被常规的化学浸出方法(硫酸加氯酸钾)浸出。
以上结果表明，本发明选育的冶金菌群05B-10及相应的浸出工艺可有效浸出难浸铀矿----钛铀矿。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群，包括以下菌种：
Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus ferrooxidans、Acidiphilium sp.、Sulfobacillus sp.与Athidithiobacillus thiooxidans一种或几种。
2.根据权利要求1所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群，其特征在于，所述适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群的保藏编号为CGMCC No.4398。
3.根据权利要求1或2所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群，其特征在于，所述Leptospirrilium sp.的保藏编号为CGMCC No.4395、Athidithiobacillusferrooxidans的保藏编号为CGMCC No.4394、Acidiphilium sp.的保藏编号为CGMCCNo.4397、Sulfobacillus sp.的保藏编号为CGMCCNo.4396、所述Athidithiobacillus thiooxidans的保藏编号为ATCC 19377。
4.根据权利要求1或2所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群，其特征在于，所述Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus thiooxidans、Athidithiobacillusferrooxidans、Acidiphilium sp.与Sulfobacillus sp.的接种初始浓度分别为60.0％、30.0％、5.0％、1.0％与4.0％体积比。
5.根据权利要求1或2所述的适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群，其特征在于，所述复合菌群的浸出条件为：浸出体系pH 1.7～-pH 2.5，温度25℃-40℃。
6.一种适应钛铀矿石浸出体系的复合菌群在钛铀矿石浸出中的用途，其特征在于，所述复合菌群包括：
Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus ferrooxidans、Acidiphilium sp.、Sulfobacillus sp.、与Athidithiobacillus thiooxidans的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于，所述Leptospirrilium sp.的保藏编号为CGMCC No.4395、Athidithiobacillusferrooxidans的保藏编号为CGMCC No.4394、Acidiphilium sp.的保藏编号为CGMCC No.4397、Sulfobacillus sp.的保藏编号为CGMCCNo.4396、所述Athidithiobacillus thiooxidans的保藏编号为ATCC 19377。
8.根据权利要求6或7所述的用途，其特征在于，所述Leptospirrilium sp.、Athidithiobacillus thiooxidans、Athidithiobacillusferrooxidans、Acidiphiliumsp.与Sulfobacillus sp.的接种初始浓度分别为60.0％、30.0％、5.0％、1.0％与4.0％体积比。
9.根据权利要求6或7所述的用途，其特征在于，所述复合菌群的浸出条件为：浸出体系pH1.7-2.5，温度25-40℃。
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