2010-嗜酸硫杆菌浸出胶磷矿的工艺研究

1、 工第30卷第2期 2010年04月 矿 冶程、b1302 April 2010MINING AND M哐TALLURGICAL ENGINEERING 嗜酸硫杆菌浸出胶磷矿的工艺研究 吴敏1，李凌凌2，关海燕2 ，青海西宁810001；2武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北武汉430081) (1西部矿业科技摘要：从湖北某酸性矿土中富集、分离和纯化获得了一株氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans，T t)，并对驯化4次的该菌浸出 mill粒胶磷矿中磷的工艺条件进行了初步探索。结果显示，在接种量为30，初始pH为20，磷矿浓度为lO gL，颗粒度一0074 级占68，黄

2、铁矿加入世为lO gL，浸矿10 d后浸磷率可达到9071。 关键词：生物选矿；细菌浸出；氧化硫硫杆菌；胶磷矿 中图分类号：TD925 文献标识码：A文章编号：02536099(2010)02005104 Study Oil Bioleaching Technique of Collophanite byThiobacillus ThiooxidansWUMinl，LI Ling1in92，GUAN Hai-yan2(1Western Mining TechnologyLtd，Xining 810001，Qinghai，China；2College of Chemical Engineerin

3、g andCoTechnology，Wuhan University ofScience and Technology，Wuhan 430081，Hubei，China)an acid mine soil in Abstract：A strain of bacterial w 鹪 enrichedextractedwas identified鹅Thiobacillus thiooxidansSome factorsand purified fromHubei province，whichaffecting itsperformance inof collophanite werebioleac

4、hinginoculation amountof30，initial pH value of 20，collophanitestudiedThe experiments showthat，withanmm of 68，and pyrite dosage of 10 sL，the leaching rate Canconcentration of 10 gL，particle size fraction-0074 amount to 907 1after10 days of leachingKey words：microbial mineral processing；bacterial leac

5、hing；thiobacillus thiooxidans；collophanite我国磷资源丰富，居世界第四位，但多数品位不高，平均品位(P：0，)为1685，由于这部分储量30 亿t的矿石赋存形式的特殊性和复杂性，用常规选矿 磷矿中磷的工艺条件进行了研究。 1材料和方法 1.1 土样采集与处理 将取样瓶和取样勺用牛皮纸扎好后灭菌，在取样点打开牛皮纸，用酒精灯烧灼瓶口，用取样勺取土样到 取样瓶中，迅速扎好牛皮纸带回。将10 g土样倒入100 mL无菌水中搅拌l h，然后静置。操作过程要尽量保证无菌操作。1.2 培养基 培养基采用文献4 中报道的Waksman培养基和StarkyNa2S：0，

6、一琼脂培养基；浸矿培养基使用无K2HP043H20和So的Waksman培养基。 1.3 细菌的筛选、分离和富集 或化学方法加工十分困难，且造成环境污染。大量的低品位磷矿废石急需采取有效技术进行处理。 生物浸出技术由于反应温和、环境友好、能耗低、流程短，已经成为世界上资源综合利用及环境保护的前沿技术1以。以生物冶金技术为代表的湿法冶金技术已在金、铀、钴等金属的提取中获得商业应用，正在 向镍、锌、铝等金属的提取拓展，但对非金属磷矿，目前仍处于初始研究阶段。从生物浸出的技术优点和我国磷储量丰富而难以利用的特点来看，发展生物浸出技术是必然趋势。 目前用于生物浸矿的微生物主要是自养菌，因为自养菌的培养

7、不需要消耗有机营养物，培养成本较低。 而其中的硫杆菌(T f或T t)还能利用还原态的硫产生硫酸来溶解胶磷矿，工艺简单，成本低，具有工业生产 mL锥形瓶中转入90 mLWaksman培养基，灭250菌后接入10 mL上述上清液，30下，在150 rmin恒温摇床中振荡培养。传代培养3次，然后用稀释涂布平板法分离、纯化菌种以获得纯培养基。将Starkey固 体培养基上的圆形凸起状小菌落挑起，接种到小锥形 前景pj。本文从湖北某矿土中分离得到了一株菌，经 16srRNA鉴定其为嗜酸氧化硫硫杆菌，并对其浸出胶收稿日期：2009一ll旬1 基金项目：国家重点基础研究发展计划“973”基金项目(2008

8、CB617611)；湖北省科技厅基金项目2009CDA006 作者简介：吴敏(1968一)，男，甘肃天水人，高级工程师，主要研究方向为有色金属、稀贵金属的选冶及生物浸出研究。 第30卷52矿冶工程瓶中进行液体培养，培养条件同上。重复在液体培养基中扩大培养和在平板上反复分离，之后将所得菌株在含有胶磷矿和黄铁矿各10 gL的培养基中反复驯化4次。 14磷矿和黄铁矿样品 试验所用胶磷矿、黄铁矿样品均取自湖北宜昌。胶磷矿原矿经破碎、磨矿至一0074 mm粒级占68 作为浸出试验用样，其化学组成如表l所示。 lJl石 l 12靼10 盖08 仉6 仉4 吡nm时间d表1矿石元素分析结果(质量分数I 圈2

9、Tt菌pH值随时间变化曲线 表2不同氧化硫硫杆菌的浸磷结果 菌株编号浸磷率 元素Si02 At203 Fe203 TCaOP205MgO Ti02 K20 Na20 l菌36862。菌35563。菌386l 4。菌T t菌浸磷矿试验 在250 mL锥形瓶中加入90 mL浸矿培养基和混合矿粉(黄铁矿和胶磷矿各1 g)，用硫酸调节初始pH， 接种10 mL菌液，改变单一实验因素，30下，在150 rrain的恒温摇床中培养。定期测定浸磷率。 16分析方法 定期从锥形瓶中取1 mL浸出液，用磷钼黄比色法”1测定溶液中可溶性总磷的浓度，取样损失的浸出液用相同体积的液体培养基补充，采用称重法用无菌水补充

10、蒸发的水。根据实验前后溶液中磷含量的变 化，计算磷矿石中磷的浸出率。 15发现3。菌株的浸磷效果要优于其它菌，因此，选用3 菌作为之后的实验菌种。 22菌种鉴定 液、固培养基交替培养、分离得到的菌株，将其细胞进行预处理后在扫描电镜下观察它的形态特征，为短杆状细菌，如图3所示。用纯培养的细胞提取其基因组DNA，经过16s rRNA鉴定，表明此菌株为氧化硫 硫杆菌。 2结果与分析 21菌种的筛选及鉴定 考察了4株不同地点采集的菌种驯化1次后在培养过程中电位势和pH值随时间变化的趋势，结果见图l和图2。不同菌种对浸磷率的影响见表2。从图1、图2和表2看出，4株菌的电位势和pH值随着时间的 变化趋势一

11、致，但3。菌和4。菌更接近，通过浸磷实验 图3 Tt菌电镜照片oH值对浸磷的影响 23 暑 农罾30下，摇床转速120 rrain，接种量为30，磷矿粒度一0074mm粒级占68，磷矿浓度为10 gL，黄铁矿浓度为lO gL条件下，磷浸出率随pH的变化关系见图4。由图4可以看出，浸磷率随着初始pH值的降低而升高，当pH=10时浸磷率最高。这说明细 时间d图1Tt菌电位势随时间变化曲线菌浸磷的机理可能是细菌产酸，矿石中的磷在酸的作 第2期吴敏等：嗜酸硫杆菌浸出胶磷矿的工艺研究 53用下被浸出，因而越是酸性的条件对浸磷越有利；虽然T t菌是嗜酸菌，生长酸性范围为pH=l5，最适宜的pH=2028引

12、，但是为了降低成本，初始pH值定为 20。 磨矿时间Inh图6磷矿颗粒度对浸磷率的影响26黄铁矿浓度的影响 30下，摇床转速120 rrain，初始pH=20，接种量为30，磨矿时间为20 min，磷矿浓度为10L 时，改变黄铁矿的加入量，磷浸出率的变化如图7所 示。由图7可见，黄铁矿浓度在8 gL范围内时，浸磷率随能源物质黄铁矿浓度的增大而提高，这表明黄铁 矿中的硫被细菌氧化成对浸矿有利的硫酸量增多。当 黄铁矿浓度超过8 gL时，浸磷率开始下降，很可能是随着产酸量的增加，磷矿中有害元素氟也被浸出到溶 液中，对细菌活性产生了抑制作用。 pH值 图4 pH值对浸磷率的影响 24接种量的影响 30

13、下，摇床转速120 rrain，pH=20，磷矿粒度一0074 mln粒级占68，磷矿浓度为lO gL，黄铁矿浓度为10 gL的条件下，接种量对浸磷效果的影响见图5。由图5可知，浸磷率随接种量增大而提高，但是当接种量达到30以后，浸磷率的提高逐渐减缓， 表明此时接种量对浸磷率的影响越来越小。原因可能是此时细胞浓度已接近饱和，增加菌浓度反而会限制 菌体生长，因而对浸磷率的提高效果不再明显。 零静箍聪黄铁矿浓度往g-b 图7黄铁矿浓度对浸磷率的影响27磷矿浓度的影响 30下，摇床转速120 rrain，初始pH=20，接种量为30，磨矿时间为20 min，黄铁矿浓度为10 gL时，磷矿浓度对浸磷率

14、的影响见图8。由图8可 接种量 图5接种量对浸磷率的影响 25磨矿时间的影响 30下，摇床转速120 rmin，初始pH=20，接种量为30，磷矿浓度为10 gL，黄铁矿浓度为lO gL，磨矿时间对浸磷率的影响见图6。由图6可见，见，浸磷率随磷矿浓度增加而降低。这是因为磷矿浓度越低，作用于每一矿石颗粒的菌体量便相对越大，从 而对磷矿中磷的浸出更为彻底。 28浸出矿石前后对比 原矿和浸渣的化学分析和电镜扫描结果见表3 和图9 。从表3 可看出， 浸渣中所有元素的含量都低于原矿，其中剩余的磷约10，耗酸脉石大部分被溶解， 浸渣主要剩余成分为Si02和AI：0，。 磨矿时间为20 min时浸磷率较高

15、。理论上粒度与比表面积成反比，较大的比表面积有利于菌体与矿石颗粒的接触，从而有利于浸磷；但实际上粒度过细则会产 生细泥，粘附在矿料和细菌表面，阻碍浸磷。 第30卷矿冶工程29验证试验 在浸矿培养基中，选用驯化4次的菌种，接种量为 rmin，磷矿30，pH=20，温度为30，转速为120粒度一0074 mln粒级占68，磷矿浓度为10 gL，黄铁矿浓度为10 gL的条件下，多次重复试验结果表 明，浸矿10 d浸磷率可以达到907l。 3结语1)从湖北某矿的酸性土样中分离纯化得到了一株菌株，经16s rRNA鉴定为氧化硫硫杆菌。对其浸出磷矿浓度也L_1) 图8磷矿浓度对浸磷率的影响 胶磷矿中磷的工

16、艺条件进行了研究。结果表明，接种 表3矿石浸出前后的元素分析结果对比(质量分数)量为30，黄铁矿加入量10 gL，初始pH为20，磷矿浓度为10 gL，磨矿时间为20 min(一0074 mm粒级占68)，浸矿10 d后浸磷率可达到907l。 2)浸矿过程中，用黄铁矿中硫和磷矿中磷作为细菌生长能源物和营养物，分别替代Waksman培养基中 硫和元素磷是可行的，且有利于降低成本。 参考文献：周洪波，邱冠周，邬长斌，等嗜酸微生物生态学与矿物生物浸出技术J应用与环境生物学报，2005，11(6)：784788 口周吉奎，钮因健硫化矿生物冶金研究进展J金属矿山，2005 (4)：2430 口龚文琪，张

17、晓峥，袁吴，等低品位磷矿石废石的细菌浸出试验 研究J上海第二工业大学学报，2007，24(2)：125130 图9矿石浸出前后电镜照片(a)原矿；(b)浸渣 H王永东，李广悦，刘玉龙，等一株新的氧化硫硫杆菌的分离纯化 1；1与培养J大学学报(自然科学版)，2007，21(2)：l一3 从图9看出，原来的黑色胶磷矿经细菌作用过后变成了灰色，棱角分明的矿物颗粒被溶蚀成了粒度较瞪刘振法，郭茹辉。张利辉，等磷钒钼黄比色法测定水处理剂中总 磷含量J环境工程，2004(6)：7475 Lee B YAmphiphilie polyBcharide derivatives：US，6245753P】 2l一(

18、)6一12 细、较松散的颗粒，这表明细菌产酸使得矿物的原始晶 型遭到破坏。 嗜酸硫杆菌浸出胶磷矿的工艺研究 吴敏， 李凌凌， 关海燕， WU Min， LI Ling-ling， GUAN Hai-yan作者： 作者单位：吴敏,WU Min(西部矿业科技,青海,西宁,810001)， 李凌凌,关海燕,LI Ling-ling,GUAN Hai-yan(武汉科技大学,化学工程与技术学院,湖北,武汉,430081)刊名：矿冶工程英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING2010,30(2)2次 参考文献(6条) 1.周洪波;邱冠

19、周;邬长斌 嗜酸微生物生态学与矿物生物浸出技术期刊论文-应用与环境生物学报 2005(06) 2.周吉奎;钮因健 硫化矿生物冶金研究进展期刊论文-金属矿山 2005(04)3.龚文琪;张晓峥;袁昊 低品位磷矿石废石的细菌浸出试验研究期刊论文-上海第二工业大学学报 2007(02)4.王永东;李广悦;刘玉龙 一株新的氧化硫硫杆菌的分离纯化与培养期刊论文-大学学报(自然科学版)2007(02) 5.刘振法;郭茹辉;张利辉 磷钒钼黄比色法测定水处理剂中总磷含量期刊论文-环境工程 2004(06)6.Lee B Y Amphiphilic polysaccharide derivatives 2001

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