一种铁矿石生物堆浸脱硫工艺的制作方法

本发明涉及一种铁矿石生物堆浸脱硫工艺，特别是一种利用高效脱硫菌从铁矿石堆浸过程中脱除硫元素的生物堆浸工艺。

背景技术：

我国是世界上最大的钢生产国，2013年中国以7.79亿吨的粗钢产量位居世界第一，占全球粗钢产量的48.5％。钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。

铁矿资源作为钢铁生产的原料，在国内存在有两个特点：一是贫矿多，贫矿资源储量占总量的80％；二是多元素共生的复合矿石较多。其中有相当一部分铁矿中含有硫，硫在矿石中主要以黄铁矿(FeS₂)存在，冶炼时硫部分被还原进入生铁，钢铁中含硫在其热加工时易产生“热脆”。高炉冶炼时虽然可以脱硫，但却要多消耗焦碳(提高炉温)和石灰石(提高炉渣碱度)，以至提高生产成本。因此，进行铁矿除硫工作，对于降低硫在冶炼系统中的危害，实现含硫铁矿是的高效利用具有重要的意义。微生物可以利用低价态的硫和铁元素作为能源完成自身的新陈代谢，从而可以浸出铁矿石中的硫，从源头上解决铁矿石含硫的问题，避免或者大幅减少烧结过程二氧化硫的排放。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新的铁矿石脱硫工艺，该工艺不同于传统的磁、重、浮及烟气脱硫工艺，其特点是采用高效脱硫菌，在常温常压条件下进行生物堆浸脱硫。新工艺不排放污染性大的烟尘和二氧化硫、三氧化硫等有毒气体，本工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染，提高了铁回收率，可获得更大的效益。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种铁矿脱硫生物堆浸工艺，它包括以下步骤：

(1)将高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ，复壮、扩大培养得到适宜脱硫的菌种；

(2)将含硫铁矿石破碎、筑堆，安装喷淋管道，用硫酸调节矿堆pH为1.0～3.5；

(3)将(1)中放大培养的高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ菌液加入到硫酸溶液中制成喷淋液，采用喷淋管喷淋至堆筑好的矿堆上；

(4)经生物堆浸后清水洗涤得到低硫铁矿石，浸矿浸出液用石灰或氢氧化钠中和。

进一步地，所述的高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ为Acidithiobacillus ferrooxidans，Leptospirillum ferriphilum和Ferroplasma acidiphilum的混合培养物，保藏编号为CGMCC：8337，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期：2013年10月15日。

更进一步地，步骤(1)中所述的高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ的复壮、扩大培养的培养基的配制方法为：在普通自来水中添加硫酸铵3g/L,硝酸钙0.01g/L，磷酸氢二钾或磷酸二氢钾0.5g/L，硫酸亚铁44.6g/L或硫粉1.0g/L，用硫酸调节pH为1.0～3.5，121℃灭菌30分钟获得培养基。

更进一步地，步骤(1)所述的高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ的复壮、扩大培养的方法为：将高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ接种在如权利要求3所述的培养基中，在5～50℃、pH 1.0～3.5条件下进行复壮培养，当菌液浓度达到10⁶～10⁹个/mL即可进行下一步扩大培养，采用相同条件逐级扩大培养5～10次；其中高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ接种体积为培养基总体积的5～30％。

更进一步地，所述复壮、扩大培养的方法为，高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ在25～35℃、pH1.5～2.0条件下进行培养。

更进一步地，步骤(2)中所述的铁矿石粒度在破碎后≤35mm，矿堆高度≤8m。

更进一步地，步骤(2)中所述的喷淋管道安装在矿堆表面，喷淋管道之间的间距为2m×2m。

更进一步地，步骤(3)中所述的硫酸为1～98％的酸溶液。

更进一步地，步骤(4)中所述的菌液的喷淋强度为5～15L/m²·h，喷淋时间为1～24h/d，喷淋周期180～300d，氧化还原电位300～700mv(Vs.SCE)。

更进一步地，步骤(5)中所述的洗涤为普通自来水从矿堆顶部喷淋。

在铁矿脱硫的过程中发生的化学反应主要有：

FeS+3Fe₂(SO₄)₃+3H₂O＝6FeSO₄+FeS₂O₃+3H₂SO₄

FeS+Fe₂(SO₄)₃＝3FeSO₄+S

本发明所用的脱硫菌原始菌种采自山西某废弃的煤矿矿坑水中，Reteck TS-Ⅱ为经过不断选育和驯化得到的高效脱硫菌。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种铁矿石生物堆浸脱硫工艺，该工艺通过脱硫微生物进行氧化脱硫，降低了铁矿石中的硫含量，减少铁矿石加工中的“热脆”现象的产生，同时降低硫含量可减少为降低硫含量造成的焦炭和石灰石的使用量，进一步降低生产成本。该方法投资少、生产成本低、从源头避免二氧化硫的产生，减少环境污染。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方法

本发明的工艺流程见图1所示：

(1)将高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ，复壮、扩大培养得到适宜脱硫的菌种；

本发明采用高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ为Acidithiobacillus ferrooxidans，Leptospirillum ferriphilum和Ferroplasma acidiphilum的混合培养物，保藏编号为CGMCC：8337，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期：2013年10月15日。

首先配制复壮、扩大培养的培养基：在普通自来水中添加硫酸铵3g/L,硝酸钙0.01g/L，磷酸氢二钾或磷酸二氢钾0.5g/L，硫酸亚铁44.6g/L或硫粉1.0g/L，用硫酸调节pH为1.0～3.5，121℃灭菌30分钟获得培养基。

其中加入硫酸铵或硝酸钙为细菌提供氮源物质、磷酸氢二钾或磷酸二氢钾为细菌提供磷源物质、硫酸亚铁或硫粉为细菌提供能源物质。能源物质也可以为含硫铁矿石。

进行复壮、扩大培养方法为：将高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ接种在如权利要求3所述的培养基中，在5～50℃、pH 1.0～3.5条件下进行复壮培养，当菌液浓度达到10⁶～10⁹个/mL即可进行下一步扩大培养，采用相同条件逐级扩大培养5～10次；其中高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ接种体积为培养基总体积的5～30％。

最佳生长温度和pH为25～35℃、pH1.5～2.0。

(2)将含硫铁矿石破碎、筑堆，安装喷淋管道，用硫酸调节矿堆pH在1.0～3.5之间；

将含硫铁矿石破碎至小于35mm，然后筑堆，在筑堆过程中尽可能保持矿堆疏松多孔，便于矿堆通气，堆形状可根据地形而定，堆高小于8m，筑堆完成后在矿堆顶部及边坡上均匀安装喷淋管道；安装完成后喷淋稀硫酸溶液调节矿堆pH为1.0～3.5之间。

(3)喷淋脱硫

在稀硫酸溶液中接入总体积5～30％的经放大培养的高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ，制成喷淋液，进行喷淋脱硫；喷淋液pH为1.0～3.5，温度为5～30℃，溶液中含脱硫菌10⁵～10⁸个/mL，氧化还原电位300～700mv，喷淋强度为5～15L/m²·h，喷淋时间为1～24h/d，脱硫周期180～300d。当矿石中的硫达到产品要求时，停止喷淋，用清水洗堆，溶液用石灰或氢氧化钠中和处理。

(4)洗堆获得低硫铁矿石、处理浸出液

经生物浸堆后清水洗涤得到低硫铁矿石，浸矿浸出液用石灰或氢氧化钠中和。

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不受实施例的限制。

实施例1

该工艺用于河北省某铁矿，矿石中主要的有益金属元素为铁，其含量为54.05％。其中，最主要的铁矿物为磁铁矿，其次为磁黄铁矿、黄铁矿、菱铁矿、褐铁矿，另有少量铜矿物黄铜矿、斑铜矿。矿石中的S元素含量为3.35％，主要赋存在磁黄铁矿、黄铁矿和少量黄铜矿、斑铜矿中，仅极少量赋存于硫酸盐矿物，该铁矿石主要元素含量见表1

表1河北省某铁矿化学多元素分析

对上述矿石的脱硫流程包括以下步骤：

(1)菌种的复壮与扩大培养

配置培养基：在普通自来水中添加硫酸铵3g/L,硝酸钙0.01g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，硫酸亚铁44.6g/L，用硫酸调节pH为1.5，121℃灭菌30分钟。

将高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ接种到培养基中，进行复壮培养，细菌接种量为培养物总体积的20％，其生长温度30℃，逐级扩大培养6次，获得菌浓度为10⁷～10⁸个/mL的脱硫菌，该菌液可接入喷淋液中进行铁矿石脱硫。

(2)铁矿石生物堆浸脱硫

将含硫铁矿石破碎至小于35mm，然后筑堆，在筑堆过程中尽可能保持矿堆疏松多孔，便于矿堆通气，堆高8m，筑堆完成后在矿堆顶部及边坡上按照2m×2m均匀安装喷淋管道，安装完成后喷淋稀硫酸溶液调节矿堆pH为1.5之间，之后按照喷淋液总体积的20％接入放大培养好的脱硫菌开始喷淋脱硫。喷淋液pH在1.5，温度为20～30℃，溶液中含脱硫菌10⁶个/ml，氧化还原电位500mV，喷淋强度为10L/m²·h，喷淋时间为12h/d，脱硫周期180d。

(3)待喷淋结束后用清水冲洗矿堆，得到的矿渣即为合格铁矿石，浸出液用石灰进行中和处理。

其中，在堆浸过程中，当溶液中硫酸根离子浓度达到20g/L时，部分喷淋液开使使用石灰或者氢氧化钠中和，然后向喷淋液中补加pH1.5的新稀硫酸溶液，防止浸出系统中硫的二次沉淀影响脱硫效率。

经测定，通过上述工艺过程处理矿石，铁的含量由54.05％提高到59.13％，硫含量由3.35％降低到0.23％，矿渣产率为85.81％，铁损失率为3.31％。

本发明提供的铁矿石生物堆浸脱硫工艺，利用高效脱硫菌Reteck TS-Ⅱ将铁矿中的硫元素进行氧化脱硫，降低了铁矿石中的硫含量，减少铁矿石加工中的“热脆”现象的产生，同时降低硫含量可减少为降低硫含量造成的焦炭和石灰石的使用量，进一步降低生产成本。