CN111108840B

CN111108840B - 一种低品位镍矿的植物采镍方法

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Publication number: CN111108840B
Application number: CN201911214997.XA
Authority: CN
Inventors: 戴兵; 罗鑫尧; 单启伟; 张雷
Original assignee: Nanhua University
Current assignee: Nanhua University
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: CN111108840A

Abstract

本发明提供了一种低品位镍矿的植物采镍方法，首先配制一种包含泡囊假单胞菌菌液的土壤改良剂，所述泡囊假单胞菌菌液吸附于阿拉伯基水凝胶中；然后根据选取的低品位蛇纹岩土壤条件，确定土壤改良剂中各成分含量；将混合均匀的土壤改良剂施用到土壤穴中，然后植入镍富集植物，对其进行日常种植管理和定期采样检测，最后收割，提取植物中的镍，从而实现低品位蛇纹岩土壤中镍的高效富集和提取。本发明通过将泡囊假单胞菌菌液吸附于阿拉伯基水凝胶中，为其生存提供适宜的条件，并减少流失和浪费，从而提高泡囊假单胞菌的促进效果；此外，阿拉伯基水凝胶具有良好的保水性，还能对N、P、K等进行吸附和控制释放，防止养分流失。

Description

一种低品位镍矿的植物采镍方法

技术领域

本发明属于植物采矿技术领域，尤其涉及一种低品位镍矿的植物采镍方法。

背景技术

国际采矿及金属协会(ICMM)发布数据显示，随着高品位矿床的逐渐枯竭，采矿业将从少量高品位矿床转移到大量的低品位矿床。针对镍资源，随着高品位硫化镍矿资源的逐步减少，镍矿的开采已经转向低品位的红土镍矿。目前，充分利用具有高镍、低肥力、高镁低钙等特征的蛇纹岩土壤或生态环境风险较高的高镍污染农业土壤，通过种植和收割镍超富集植物进而提炼镍金属或镍产品，实现低品位红土镍矿的开采以及镍污染土壤修复过程中的镍金属资源化已逐渐受到一些专家学者的重视。在一定意义上，植物采矿不仅可以绿色有效地开采低品位矿产资源以及治理土壤金属污染，同时其经济效益与金属的价格直接相关，当金属的价格足够高时植物采矿具有更广阔的应用前景。日前，世界范围内植物采矿主要应用于植物采镍和极小范围的植物采金。

植物采矿是指在低品位的金属矿区或金属严重污染的土壤上种植金属超富集植物，利用植物将金属从地下吸收并转运到植物的地上部分，待收割后将金属从植物生物质中回收利用的一种绿色清洁的采矿技术。因此植物采矿包含两个过程:①旨在获得更多富含金属的植物生物质的农业过程；②湿法冶金法等方法从植物生物质中制取金属或金属产品。其中，超富集植物的选择是植物采矿成功的关键因素。镍超富集植物是指能够超量吸收镍并将其运移到地上部的植物，且其具有极端镍耐受性，在富含镍的土壤上能正常生长，不会出现镍毒害现象。

法国洛林大学的Jean－Louis Morel团队(BANI A等，International Journal ofPhytoremediationtion，2015，15(2):117－127)在阿尔巴尼亚、法国等地中海气候区开展植物采矿的实验。通过长达5年的田间大规模实验，发现A.murale的富集能力最强，其叶片能够富集w＝2％的镍，并探讨了农艺管理措施优化以及最佳收获时期等，其镍的植物提取量可达到105kg·hm^-2(MYM 1000hm^-2)。中山大学仇荣亮(仇荣亮等，中国环境科学，2008,28(11)：1026～1031)在云南和广东成功地开展了镍污染土壤的植物修复和植物采矿野外实践，发现A.murale品系在中国有良好的适应性，同时可通过调节土壤PH值(5.00～6.85)，显著影响地上部Ni浓度。申请号为CN200510034858.0的发明专利公开了一种利用泡囊假单胞菌促进植物修复土壤镍污染的方法，通过将泡囊假单胞菌接种到修复土壤的植物根部，建立根际细菌与植物的共生关系，利用泡囊假单胞菌具有分泌载铁体和降低植物体内乙烯水平以及能利用1-氨基环丙烷-1-羧酸作为唯一氮源的特点，在不影响植物地上部分的重金属镍含量的前提下，提高植物生长速度和增大植物生物量，进而提高了植物对重金属镍的富集效果。然而该发明直接将泡囊假单胞菌菌液施用到土壤中，一方面容易造成菌液大量流失浪费，另一方面菌液在镍污染土壤中，很容易受到土壤中有害成分的影响，抑制其活性，降低其效果。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种低品位镍矿的植物采镍方法，首先配制一种包含泡囊假单胞菌菌液的土壤改良剂，所述泡囊假单胞菌菌液吸附于阿拉伯基水凝胶中；然后根据选取的低品位蛇纹岩土壤条件，确定土壤改良剂中各成分含量；将混合均匀的土壤改良剂施用到土壤穴中，然后植入镍富集植物，对其进行日常种植管理和定期采样检测，最后收割，提取植物中的镍，从而实现低品位蛇纹岩土壤中镍的高效富集和提取。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种低品位镍矿的植物采镍方法，包括以下步骤：

S1.对低品位蛇纹岩土壤进行开松后，进行翻地、起垄、挖土壤穴，然后根据土壤条件配制土壤改良剂，所述土壤改良剂中包含泡囊假单胞菌菌液；

S2.将所述土壤改良剂施用至所述土壤穴中，然后在所述土壤穴中种植镍超富集植物，并进行日常种植管理；

S3.定期采样检测所述镍超富集植物中的镍含量，待所述镍超富集植物中镍含量不再升高时，收割所述镍超富集植物；

S4.重复步骤S1至S3，直至所述低品位蛇纹岩土壤中镍含量低于20mg/kg；

S5.从所述收割的镍超富集植物中回收镍。

进一步的，在步骤S2中，所述镍超富集植物为庭荠属Alyssum corsicum或庭荠属Alyssum murale。

进一步的，在步骤S1中，所述土壤条件包括pH值、有机质含量、可利用的N、P、K含量。

进一步的，在步骤S1中，所述土壤改良剂按重量份包括泡囊假单胞菌菌液0.05～0.08份、硫酸钾8～10份、氯化镁3～5份、水解聚丙烯腈3～5份、芦笋渣1～3份、硼酸3～5份、黄腐酸12～15份、生物炭6～8份、聚乙烯醇5～7份、聚合氨基酸3～5份、水凝胶8～15份。

进一步的，在步骤S1中，所述水凝胶为阿拉伯明胶与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚得到的阿拉伯基水凝胶。

进一步的，在步骤S1中，所述土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：

S11.将所述硫酸钾、氯化镁、芦笋渣、硼酸和生物炭混合、粉碎，再加入水解聚丙烯腈、黄腐酸、聚乙烯醇、聚合氨基酸，置于预混机中混合均匀；

S12.将所述水凝胶浸入所述泡囊假单胞菌菌液中，至吸附量达到0.5～2ml/g，取出得到吸附有泡囊假单胞菌菌液的水凝胶；

S13.将步骤S12所述吸附有泡囊假单胞菌菌液的水凝胶加入到步骤S11中混合均匀的混合物中，即得到所述土壤改良剂。

进一步的，所述泡囊假单胞菌菌液的浓度为0.8≤OD600≤1.2。

进一步的，在步骤S2中，所述日常种植管理包括对所述土壤条件进行定期测试，并将土壤的PH值控制为5.5～7.0之间；在步骤S3中，所述定期采样的的间隔日期为5～20天。

进一步的，在步骤S5中，所述回收镍的方法包含但不限于为生物质焚烧冶炼法、水热法或酸浸法中的一种。

进一步的，在步骤S5中，所述回收镍的方法为生物质焚烧冶炼法。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供的低品位镍矿的植物采镍方法具有如下有益效果：

(1)本发明提供的低品位镍矿的植物采镍方法，首先配制一种包含泡囊假单胞菌菌液的土壤改良剂，并将所述泡囊假单胞菌菌液吸附于阿拉伯基水凝胶中；然后根据选取的低品位蛇纹岩土壤条件，确定土壤改良剂中各成分含量；将混合均匀的土壤改良剂施用到土壤穴中，然后植入镍富集植物，对其进行日常种植管理和定期采样检测，最后收割，提取植物中的镍，从而实现低品位蛇纹岩土壤中镍的高效富集和提取。本发明通过选取高镍富集植物对低品位蛇纹岩土壤进行植物采镍，通过合理配制土壤改良剂和定期检测，为植物生长条件提供最佳的生长条件，并在镍含量达到最高时，及时进行收割和提取，节约整个采镍周期，提高采镍效率。

(2)本发明在土壤改良剂中添加一种阿拉伯明胶与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚得到的阿拉伯基水凝胶，该水凝胶具有良好的保水性，能够对土壤中的养分进行富集，还能对N、P、K等进行吸附和控制释放，避免浸出和渗透造成的养分损失；此外阿拉伯基水凝胶本身也是一种富含多糖、氨基酸等营养物质的水凝胶，有助于提高镍富集植物的生长环境，从而提高镍富集效率。

(3)本发明将泡囊假单胞菌菌液吸附于阿拉伯基水凝胶中，然后施用到土壤穴中，阿拉伯基水凝胶一方面为泡囊假单胞菌菌液提供良好的生存环境，防止土壤中的有害物质对其活性造成影响，另一方面能够防止泡囊假单胞菌菌液的流失和浪费，提高其利用率和促进镍的吸收转运效果。此外，吸附有泡囊假单胞菌菌液的阿拉伯基水凝胶能够为低品位蛇纹岩土壤中的镍提供吸收和转运通道，从而提高植物中的镍富集量。

附图说明

图1为实施例1和对比例8中植物镍富集量随种植天数的变化曲线图。

具体实施方式

以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

一种低品位镍矿的植物采镍方法，本发明选取的低品位蛇纹岩土壤为云南省元江黏土，包括以下步骤：

S1.对低品位蛇纹岩土壤进行开松后，进行翻地、起垄、挖土壤穴，然后测试土壤的pH值，有机质含量，如碳水化合物、含氮化合物、木质素等，可利用的N、P、K含量，测试结果如表1所示，根据表1中的目标土壤条件，配制土壤改良剂，所述土壤改良剂按重量份包括泡囊假单胞菌菌液0.06份、硫酸钾9份、氯化镁4份、水解聚丙烯腈4份、芦笋渣2份、硼酸4份、黄腐酸13份、生物炭7份、聚乙烯醇6份、聚合氨基酸4份、水凝胶12份。

所述土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：

S12.将所述水凝胶浸入所述泡囊假单胞菌菌液中，至吸附量达到1.5ml/g，取出得到吸附有泡囊假单胞菌菌液的水凝胶；

所述水凝胶为阿拉伯明胶与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚得到的阿拉伯基水凝胶；

所述泡囊假单胞菌菌液的浓度OD600为1.0，通过以下方法制备：

具体地，将30-50ml的液体培养基放入摇瓶中，再用接种环将泡囊假单胞菌菌种放入摇瓶中，28℃，280rpm活化8h，放入4℃冰箱保存备用；取活化的泡囊假单胞菌菌种放入液体培养基进行发酵，制成菌液，放入分光光度计，测定OD600浓度为1.0，发酵完成；

其中，每升液体培养基包括：明胶胨15～18g，胰蛋白胨10～13g，硫酸钾10～13g，氯化镁1～2g，琼脂15～20g，甘油100～120ml，以及无菌水；

表1低品位蛇纹岩土壤条件

成分	PH值	有机质(g/kg)	N(g/kg)	P(g/kg)	K(g/kg)
						实际土壤条件	6.0	10.89	0.43	0.21	3.1
目标土壤条件	5.5～7.0	18～25	0.55～1.50	0.25～0.85	5～9

S2.将以上配制的土壤改良剂按10g/穴施用至所述土壤穴中，然后在所述土壤穴中种植庭荠属Alyssum murale(购于美国Viridian环境公司)的幼苗，并进行日常种植管理；定期测试土壤条件，控制土壤PH值为5.5～7.0；

S3.前期每隔15天，采样检测所述Alyssum murale中的镍含量，后期每隔5天，采样检测所述Alyssum murale中的镍含量，待所述Alyssum murale中镍含量不再升高时，及时收割所述Alyssum murale；

S5.将所述收割的Alyssum murale植物进行焚烧，对焚烧灰分进行冶炼提纯，得到纯金属镍。

测试结果表明，Alyssum murale中镍的富集量为8.548mg/株，镍的提取量为7.505mg/株，镍的提取率为91％。相比申请号为CN200510034858.0的发明专利的富集量提高了9.1％，即提高0.717mg/株，说明本发明采用添加吸附有泡囊假单胞菌菌液的阿拉伯基水凝胶对镍的吸收转运大有益处。

图1为植物镍富集量随种植天数的变化曲线图，可以看出，Alyssum murale中初始镍含量几乎为0，种植的前30天，镍富集量增长相对较缓慢，30至105天之间，镍富集量迅速增至7.789mg/株，105天以后，镍富集量缓慢增长，到135天时，镍富集量基本达到饱和，因此可提前收割提取镍，无需等到Alyssum murale继续生长至成熟，缩短采镍周期，提高采镍效率。

实施例2～4

实施例2～4与实施例1相比，不同之处在于，阿拉伯基水凝胶的添加量及泡囊假单胞菌菌液的吸附量如表2所示，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。

对比例1～7

对比例1～7与实施例1相比，不同之处在于，阿拉伯基水凝胶的添加量及泡囊假单胞菌菌液的吸附量如表2所示，其中对比例3当阿拉伯基水凝胶添加量为0时，直接将所述泡囊假单胞菌菌液与土壤改良剂中的其他组分混合，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。

对比例8

对比例8与实施例1相比，不同之处在于，未将所述泡囊假单胞菌菌液吸附于所述阿拉伯基水凝胶，直接将土壤改良剂中的各组分混合均匀，施用到土壤穴中，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。

表2实施例2～4及对比例1～8土壤改良剂含量及镍富集测试结果

从表1的测试结果可以看出，本发明的镍提取率均在90％以上。在本发明的限定范围内，随着阿拉伯基水凝胶含量的增加，植物镍富集量先增加后变化不大，结合对比例1和2可以看出，阿拉伯基水凝胶含量过低时，镍富集量明显降低，含量继续升高，镍富集量不再增加，未添加阿拉伯基水凝胶的对比例3镍富集量下降更明显。说明本发明添加阿拉伯基水凝胶的保水性、对N、P、K等的吸附和控制释放功能，对镍在植物体内的吸收和转运起到了促进作用，从采镍成本综合考虑，当阿拉伯基水凝胶的含量为15份时，不再继续提高其含量。

从实施例4和5及对比例4至6的测试结果可以看出，在本发明的限定范围内，随着泡囊假单胞菌菌液的吸附量的增加，植物镍富集量先增加后变化不大，泡囊假单胞菌菌液的吸附量过高或过低时，植物镍富集量均明显降低。这可能是因为泡囊假单胞菌菌液的吸附量过低时，其分泌的载铁体含量降低，无法有效降低植物体内乙烯水平，以及提高植物生长速度和增大植物生物量。泡囊假单胞菌菌液的吸附量过高时，其分泌的载铁体含量过多，反而不利于植物的生长和吸收。当未添加泡囊假单胞菌菌液时，植物镍富集量仅有7.774mg/株，说明泡囊假单胞菌菌液对于镍的吸收和转运具有明显促进作用。当同时未添加阿拉伯基水凝胶和泡囊假单胞菌菌液时，植物镍富集量最低，说明阿拉伯基水凝胶和泡囊假单胞菌菌液均对镍的富集具有促进作用。

对比例8中，直接将称取的少量泡囊假单胞菌菌液和阿拉伯基水凝胶以及其他土壤改良剂组分进行混合，此时，镍富集量相比实施例1也显著降低，由此体现将泡囊假单胞菌菌液吸附于阿拉伯基水凝胶中的优势，说明将泡囊假单胞菌菌液吸附于阿拉伯基水凝胶中，能够提高泡囊假单胞菌菌液的活性，减少流失浪费，从而提高其促进效果。

从图1可以看出，对比例8中镍的富集速率及总富集量明显低于实施例1，说明将泡囊假单胞菌菌液吸附于阿拉伯基水凝胶后，其促进镍的吸收和转运效果明显提高，说明两者具有协同作用，吸附有泡囊假单胞菌菌液的阿拉伯基水凝胶能够为低品位蛇纹岩土壤中的镍提供吸收和转运通道，从而提高植物中的镍富集量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低品位镍矿的植物采镍方法，其特征在于，包括以下步骤：

S5.从所述收割的镍超富集植物中回收镍；

在步骤S1中，所述土壤改良剂按重量份包括泡囊假单胞菌菌液0.05～0.08份、硫酸钾8～10份、氯化镁3～5份、水解聚丙烯腈3～5份、芦笋渣1～3份、硼酸3～5份、黄腐酸12～15份、生物炭6～8份、聚乙烯醇5～7份、聚合氨基酸3～5份、水凝胶8～15份；

所述土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低品位镍矿的植物采镍方法，其特征在于，在步骤S2中，所述镍超富集植物为庭荠属Alyssum corsicum或庭荠属Alyssummurale。

3.根据权利要求1所述的低品位镍矿的植物采镍方法，其特征在于，在步骤S1中，所述土壤条件包括pH值、有机质含量、可利用的N、P、K含量。

4.根据权利要求1所述的低品位镍矿的植物采镍方法，其特征在于，在步骤S1中，所述水凝胶为阿拉伯明胶与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚得到的阿拉伯基水凝胶。

5.根据权利要求1所述的低品位镍矿的植物采镍方法，其特征在于，所述泡囊假单胞菌菌液的浓度为0.8≤OD600≤1.2。

6.根据权利要求1所述的低品位镍矿的植物采镍方法，其特征在于，在步骤S2中，所述日常种植管理包括对所述土壤条件进行定期测试，并将土壤的PH值控制为5.5～7.0之间；在步骤S3中，所述定期采样的的间隔日期为5～20天。

7.根据权利要求1所述的低品位镍矿的植物采镍方法，其特征在于，在步骤S5中，所述回收镍的方法为生物质焚烧冶炼法、水热法或酸浸法中的一种。

8.根据权利要求7所述的低品位镍矿的植物采镍方法，其特征在于，在步骤S5中，所述回收镍的方法为生物质焚烧冶炼法。