CN113621803B - 一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法。该方法利用苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobiummeliloti对进行微生物浸出，固液分离后得到尾矿残渣和富含镧和钕的稀土浸出液，使牢固吸附于矿物晶体表面的稀土元素与矿物分离，更有利于后续的稀土元素的提取；并且本发明方法不会产生二次污染，不产生额外的废水，绿色高效，具有较高的环境和经济效益，在离子型稀土尾矿资源化的领域具有重要的应用价值。

Description

一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化技术领域。更具体地，涉及一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法。
背景技术
稀土是世界战略性资源，在军事、能源等行业中发挥着重要作用。我国是稀土资源大国，但由于市场需求不断扩大，我国稀土资源消耗速度正急速加剧，贮量已不足总贮量的40％，稀土已成为最紧缺，供应风险最高的战略资源之一。目前对于离子型稀土矿，主要采用离子交换法开采，产生了大面积的稀土尾砂地。统计数据显示，每生产1吨稀土氧化物就会产生约2000吨尾砂地，一方面，尾砂地会造成周边农田土壤稀土污染严重，并且稀土作为环境污染因子，具有神经毒性，对神经系统具有损伤作用，存在安全隐患。另一方面，离子型稀土矿尾砂地稀土含量仍高达671～1120mg/kg，荒废丢置造成了稀土资源极大的浪费。
目前，对于离子型稀土矿尾砂地的处理仍面临着许多困难。因为离子型稀土矿尾砂地中残留稀土含量较低，并且残留稀土元素中的50～70％是以正三价离子态吸附于矿物晶体表面的，与矿物结合牢固，使用离子交换法再次浸提成本过高，且采用氯化钠、硫酸铵、氯化铵和硫酸镁作为浸提剂，会引入大量的NH4+、Na+、Cl-、NO3-、SO4 2-例子，破坏土壤生物与植物的生长环境，使土壤丧失生态服务功能。中国专利申请CN102430470A公开了一种从离子吸附型稀土矿尾矿中回收伴生稀有元素的方法，该方法只是简单的利用重力和磁力作用对离子吸附型稀土矿尾矿进行了简单的回收，所得重矿物精矿组成复杂，后续再利用或分离稀土元素困难。
因此，迫切需要提供一种绿色、安全、高效，不产生二次污染，低成本回收分离离子型稀土尾矿中稀土元素的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服离子型稀土矿尾砂地中残留稀土含量较低，残留稀土元素较难回收分离，且容易造成二次污染的缺陷和不足，提供一种绿色、安全、高效，不产生二次污染，低成本回收分离离子型稀土尾矿中稀土元素的方法。
本发明的目的是提供一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法。
本发明另一目的是提供所述利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法在离子型稀土尾矿资源化利用方面的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法，利用苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti对进行微生物浸出，固液分离后得到尾矿残渣和富含镧和钕的稀土浸出液。
本发明在苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)生物浸出的过程中，根瘤菌会分泌出铁载体Rhizobactin，这中铁载体Rhizobactin具有较多羟基、羧基等络合基团，能够和稀土离子镧、钕产生较强的络合作用，形成可溶性Rhizobactin-镧和Rhizobactin-钕络合物，从而使镧和钕从离子型稀土尾矿中浸出，使牢固吸附于矿物晶体表面的稀土元素与矿物分离，更有利于后续的稀土元素的提取。整个过程不会产生二次污染，不产生额外的废水，绿色高效，具有较高的环境和经济效益。
具体的，所述利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法，包括以下步骤：
S1、菌种活化：将苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti接种到固体根瘤菌YMA培养基上，活化传代；
S2、菌液制备：取步骤S1菌种活化后的苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti接种于根瘤菌YMA培养基上培养，得到菌液；
S3、微生物浸出：将步骤S2所得菌液与离子型尾矿液体培养基混合，摇床培养，得到生物浸出液，过滤，得到尾矿残渣和富含镧和钕的稀土浸出液；镧和钕的浸出效率均达到90％以上。
其中，根瘤菌YMA培养基具体成分为：0.25g KH2PO4，0.25g K2HPO4，0.2g MgSO4·7H2O，0.1g NaCl，0.8g酵母提取物，10g甘露醇，1L蒸馏水，pH 7.2；121℃，灭菌15min。
固体根瘤菌YMA培养基在根瘤菌YMA培养基基础上，添加18g琼脂。
优选地，步骤S1中，所述活化传代2～4代。
更进一步地，步骤S2中，所述苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti的接种量为1～5％。优选地，所述苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti的接种量为1～3％；更优选地，所述苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti的接种量为1.5％。
优选地，步骤S2中，所述培养时间为2～3天。
进一步地，步骤S3中，所述离子型尾矿液体培养基为根瘤菌YMA培养基中加入15～25g/L离子型尾砂地样品制成。
更进一步地，步骤S3中，所述菌液与离子型尾矿液体培养基的体积比为1:(4～6)。
优选地，步骤S3中，所述摇床培养时间为4～6天。
进一步地，步骤S1、S2、S3中，所述活化传代或培养为28～30℃、好氧条件下，140～160r/min摇床培养。
另外的，本发明还提供了所述利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法在离子型稀土尾矿资源化利用方面的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法，利用苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti对进行微生物浸出，固液分离后得到尾矿残渣和富含镧和钕的稀土浸出液，使牢固吸附于矿物晶体表面的稀土元素与矿物分离，更有利于后续的稀土元素的提取；并且本发明方法不会产生二次污染，不产生额外的废水，绿色高效，具有较高的环境和经济效益，在离子型稀土尾矿资源化的领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
其中，根瘤菌YMA培养基具体成分为：0.25g KH2PO4，0.25g K2HPO4，0.2g MgSO4·7H2O，0.1g NaCl，0.8g酵母提取物，10g甘露醇，1L蒸馏水，pH 7.2；121℃，灭菌15min。
固体根瘤菌YMA培养基在根瘤菌YMA培养基基础上，添加18g琼脂。
离子型尾矿液体培养基在根瘤菌YMA培养基基础上，添加20g离子型尾砂地样品。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法
所述利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法包括以下步骤：
S1、菌种活化：将苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)接种到固体根瘤菌YMA培养基上，在30℃、好氧条件下培养，活化2～4代；
S2、菌液制备：选取步骤S1菌种活化后苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti)接种于根瘤菌YMA培养基上，接种量为1.5％，在30℃、好氧条件下，150r/min摇床培养2天，得到菌液；
S3、微生物浸出：将步骤S2所得菌液与离子型尾矿液体培养基按照1:5的体积比混合，30℃、好氧条件下，150r/min摇床培养4～6天，得到生物浸出液，过滤，得到尾矿残渣和富含镧和钕的稀土浸出液。
收集富含镧和钕的稀土浸出液，其中，镧和钕的浸出效率分别达到91.5％和92.3％，存在形式主要为可溶性Rhizobactin-镧和Rhizobactin-钕络合物。
实施例2一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法
所述利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法包括以下步骤：
S1、菌种活化：将苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)接种到固体根瘤菌YMA培养基上，在28℃、好氧条件下培养，活化2～4代；
S2、菌液制备：选取步骤S1菌种活化后苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti)接种于根瘤菌YMA培养基上，接种量为1％，在28℃、好氧条件下，140r/min摇床培养2天，得到菌液；
S3、微生物浸出：将步骤S2所得菌液与离子型尾矿液体培养基按照1:4的体积比混合，28℃、好氧条件下，140r/min摇床培养4～6天，得到生物浸出液，过滤，得到尾矿残渣和富含镧和钕的稀土浸出液。
收集富含镧和钕的稀土浸出液，其中，镧和钕的浸出效率分别达到90.1％和91.5％，存在形式主要为可溶性Rhizobactin-镧和Rhizobactin-钕络合物。
实施例3一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法
所述利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法包括以下步骤：
S1、菌种活化：将苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)接种到固体根瘤菌YMA培养基上，在30℃、好氧条件下培养，活化2～4代；
S2、菌液制备：选取步骤S1菌种活化后苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti)接种于根瘤菌YMA培养基上，接种量为5％，在30℃、好氧条件下，160r/min摇床培养2天，得到菌液；
S3、微生物浸出：将步骤S2所得菌液与离子型尾矿液体培养基按照1:6的体积比混合，30℃、好氧条件下，160r/min摇床培养4～6天，得到生物浸出液，过滤，得到尾矿残渣和富含镧和钕的稀土浸出液。
收集富含镧和钕的稀土浸出液，其中，镧和钕的浸出效率分别达到91.2％和91.8％，存在形式主要为可溶性Rhizobactin-镧和Rhizobactin-钕络合物。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、菌种活化：将苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti接种到固体根瘤菌YMA培养基上，活化传代；
S2、菌液制备：取步骤S1菌种活化后的苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobiummeliloti接种于根瘤菌YMA培养基上培养，得到菌液；
S3、微生物浸出：将步骤S2所得菌液与离子型尾矿液体培养基混合，摇床培养，得到生物浸出液，过滤，得到尾矿残渣和富含镧和钕的稀土浸出液；
步骤S3中，所述离子型尾矿液体培养基为根瘤菌YMA培养基中加入15～25g/L离子型尾砂地样品制成，所述菌液与离子型尾矿液体培养基的体积比为1:(4～6)。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1中，所述活化传代2～4代。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2中，所述苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti的接种量为1～5％。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S2中，所述苜蓿中华根瘤菌Sinorhizobium meliloti的接种量为1～3％。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S2中，所述培养时间为2～3天。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S3中，所述摇床培养时间为4～6天。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1、S2、S3中，所述活化传代或培养为28～30℃、好氧条件下，140～160r/min摇床培养。
8.权利要求1～7任一所述利用生物浸出分离离子型稀土尾矿中镧和钕的方法在离子型稀土尾矿资源化利用方面的应用。
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