一种嗜酸浸矿菌及其用于中低品位磷矿石生物堆浸工艺的制作方法

专利名称：一种嗜酸浸矿菌及其用于中低品位磷矿石生物堆浸工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种嗜酸浸矿菌及其用于中低品位磷矿的生物堆浸工艺，特别 是一种利用含专属浸矿微生物的酸性溶液浸出中低品位磷矿石的工艺。
背景技术：
磷矿资源生产为磷肥施用到土壤中，无法再回收利用。而且和金属矿可以 被替代的特点不同，磷矿资源事关世界粮食安全和人类的生存和发展，具有不 可替代性。因此保护磷矿资源，实现其可持续开发和利用事关世界粮食安全。 我国经济发展已经到了资源消耗期，磷矿资源的耗费同样也进入了快速期。作 为世界上重要的磷矿生产国和消费国，近年来随着我国经济的快速发展，磷矿 国内需求量一直呈增长之势，我国磷矿储量虽然总量不少但质量不好，高品位
富矿仅能满足国内至2013年的需求。众所周知，高浓度磷复肥和黄磷生产需 要的都是品位在30%左右的优质磷矿。在我国的磷矿资源中富矿储量有限，大 部分磷矿资源品位较低，在目前技术条件下，开采的经济性较差。我国目前是 世界第一大磷矿生产国和消费国，预计到2010年以后磷矿资源将面临较大的 缺口，我国磷肥和磷化工行业面临磷矿石原料危机。因此，加强中低品位磷矿 的技术开发，高效利用中低品位的磷矿，其市场前景广阔。采用传统的方法， 需要大量的硫酸来分解磷矿石，即需要大型的设备和巨大的投资，也对环境造 成严重的污染。因此，有必要开发一种新的工艺。

发明内容
本发明的目的是提供一种嗜酸浸矿菌及其用于处理中低品位磷矿石的新 工艺，新工艺流程短、设备省、投资和运营成本低、操作简单，不排放污染性 烟尘和二氧化硫气体。该工艺的实施，可实现中低品位磷矿资源的高效回收， 达到充分利用资源的目的。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案
新工艺利用本实验室从某矿区酸性矿坑水中分离选育出来的嗜酸硫杆菌， 在15 35。C的温和条件下生物堆浸提取中低品位的磷矿石，含菌浸出液循环富 集得到含磷较高的溶液，再通过净化工序，可直接用于生产磷肥。
该工艺所用细菌为嗜酸硫杆菌，(命名为77//o6。c/〃w/e/roox/t/fl/w Retech V，现已寄存并保藏在中国国家典型培养物保藏中心(武汉大学校内)，保藏登记号CCTCCNo:M202039，保藏日期2002年10月21日。)经过分离、提 取、驯化等工艺操作，得到了一种专属耐高磷的常温菌，磷的最高浓度可达 20g/L。
为了高效利用中低品位的磷矿资源，以便直接用于生产磷肥，新工艺采取
以下设计方案
如工序1所示，将中低品位含磷矿石，预先破碎，使得粒度达到入堆要求。 添加一定量的黄铁矿，为浸出体系提供硫酸。同时添加一种表面活性剂，改善 矿物表面对细菌的吸附性。并使他们充分的混合，使表面活性剂均匀分布在矿
石表面上。
如工序2所示，经混合后的矿石通过皮带运输机或自卸汽车运到堆厂，进 行筑堆；筑堆的同时喷洒部分菌液，对矿石进行预氧化，减少停滞时间。
如工序3所示，生物浸堆筑好以后，在矿堆顶部喷淋培养好的高浓度嗜酸 硫杆菌菌液。喷淋液慢慢渗透矿堆，从底部流出，经集液沟到达贫液池，再从 贫液池喷淋到堆顶，实现浸出液循环，也是磷慢慢富集的过程。由于细菌对黄 铁矿的氧化，黄铁矿中的Fe被氧化成F^+进入溶液，还原态硫转化为高氧化态 硫(S2——S6+)生成硫酸，经反应后生成磷酸。当浸出液中铁超标时，需要用碳 酸钙中和法除去多余的铁。
以上所述的中低品位磷矿矿中磷含量(以P20s计)含量<25%，混合过程 中黄铁矿的量为5-15%(重量百分比)，表面活性剂为吐温-40(丁-40)脱水山梨醇单 棕榈酸酯聚氧乙烯醚(:62& 22 0 26，用量为1-2% (与矿石的重量比)浓度为10% 的该溶液，混合三次，中低品位磷矿的入堆粒度〈40mm。筑堆过程中喷洒的菌 液量约为矿粒质量的6 10%， 一层堆高为3 4m，堆场宽〉25m，堆场长〉40m。 堆浸过程中菌液含菌浓度为〉l(T个/ml，喷淋强度为0. 2 0. 5L/ (min.m2)，喷 淋液pH值1.2 1.5，氧化还原电位大于400mV (SCE)。堆浸期间实行定期休 闲制度，视不同地区和不同季节气候变化，喷淋时间与休闲时间比例约为1: L5 l: 2。堆浸时间7 9个月，中低品位磷矿中磷的浸出率>75%，浸出液中 磷(以P20s计)的含量>30%。


图1为本发明一种实施的工艺流程框图
图1中，1为混合工序，2为筑堆工序，3为生物浸出，4为浸液循环工序， 5为除铁工序。
具体实施方式
实施例1:
国内某矿山未开发的中低品位磷矿矿中主要矿物有胶磷矿、白云石，次要 矿物有玉髓、水云母、褐铁矿，微量矿物有钾长石、重晶石、有机质、海绿石、 岩屑等。经矿相分析鉴定，磷块岩呈致密条带状、条带状构造，以泥晶结构、 砂屑鲕粒结构、泥晶砂屑结构、砂屑结构及砾屑(角砾)结构常见。其化学成
份以Ca0、 P」0;、 C0" Mg0、 Si0.2、酸不溶物为主，其次为F、 A1A、 Fe20:i、 Cl - ，I、 Cd、 As微量分布。中贫矿层中P.A" (20. 27%) 、 MgO(l. 16%)、 C02(2. 89%)、 Ca0(28. 97%)、 F(1.78%)，Si0 (29. 51%)、酸不溶物(36. 55%) 、 FeA (1. 96%)、
A1A(4. 37%)。各组分在不同矿石自然类型中，其含量存在一定差异。 以下结合具体实施实例对本发明作进一步说明。
细菌的选育本中低品位磷矿生物堆浸新工艺所采用的浸矿菌种，是从国 内某矿坑水样中提取，并经实验室培养、分离、浸矿循环后得到的。经生物鉴 定确认其为嗜酸硫杆菌，系属7T2/o6flc〃/w类(现为Jc^/f力"力acj77ws)。
该菌的基本培养基(9K)中无机盐成分(NH4)S043g/L， KC10.1g/L， K2HP O40.5g/L， Ca(NO3)20.01g/L， FeS04 7H20 44.43g/L，再添加0.2%(与溶液的 重量比)的硫粉。细菌的驯化是在含上述营养物质的自来水中加入粒度小于50 微米的中低品位磷矿粉末，加入矿石粉后形成的矿浆浓度为2 5%重量百分 比，pH值在1.2 1.9之间；驯化菌液的氧化还原电位为400 600mV (SCE)， 细菌浓度为1()7 1(f个/ml;所述细菌生长温度为4 4(TC，最佳生长温度30 35°C。
矿石的准备及筑堆矿山开采的原矿经破碎工序，得到适合入堆粒度(小 于40國)的中低品位磷矿石。然后混入5%左右的黄铁矿，保证在浸出体系中 有充足的硫酸和高铁离子。随着浸出过程的进行，溶液中氧化还原电位不断提 高，黄铁矿逐渐溶解，保证体系中有充足的硫酸。再添加1-2% (与矿石的重量 比)浓度为10%的表面活性剂吐温-40(吐温-40)脱水山梨醇单棕榈酸酯聚氧乙烯 醚(:62^ 22 0 26，改善矿物表面对细菌的吸附性。最后混合3次，使得入堆矿石混 合均匀，并使表面活性剂均匀分布在矿石表面。混合结束后，将矿石经皮带运 输机运送到堆场，采用多层式筑堆法进行筑堆。筑堆过程中喷洒5 10% (与 矿石的重量比)菌液，对矿粒进行生物预氧化，减少浸出过程总停滞时间。堆 场宽〉25m，堆场长〉40m，堆场总高〈10m,单层堆高3 4m。
布液操作生物浸堆筑好后，布好喷液管路，在堆顶喷淋经细菌车间培 养好的高浓度菌液，菌液含菌浓度为〉l(f个/ml。为保证喷淋强度和浸出液的均匀性，采用喷淋式。喷淋强度为0. 1 0. 3L/(min.m2)，喷淋液pH值1.2 1.5， 氧化还原电位大于400mV (SCE)。堆浸期间实行定期休闲制度，视不同地区和 不同季节气候变化，喷淋时间与休闲时间比例约为1: 1.5 1: 2。间歇喷淋方 式有利于布液和堆中细菌生长繁殖及堆中气体温度调节，有利于磷矿物的浸出。
由于磷矿石中金属和非金属元素比较多，部分元素对细菌的毒性较大，所 以细菌必须经过多次的驯化，逐渐提高其耐受力。在浸出前期，溶液中氧化还 原电位较低，黄铁矿不易被溶解，从而不能有效的补充体系中需要的酸，从而 磷矿的溶解速度也比较慢。起初浸出液中磷的含量低，未能达到生产磷肥所需 的含量，所以浸出液必须得循环富集。由于黄铁矿的不断溶解，在富集过程中， 铁浓度逐渐提高，过高会形成络合物阻碍磷矿的进一步浸出，当全铁浓度高于 10g/L时，必须进行部分中和除铁操作。
本发明的效果是开辟中低品位磷矿的处理新工艺，充分利用传统浮选难 处理的中低品位磷矿资源，直接用于生产工业磷肥，从而提高矿产资源综合利 用水平，降低环境污染，提高经济效益。本发明特别适合应用于我国存有中低 品位磷矿矿的老矿山，以及偏远地区磷矿资源的开发。
权利要求
1、一种嗜酸浸矿菌，其特征在于该菌保藏在中国国家典型培养物保藏中心(武汉大学校内)，命名为Thiobacillus ferrooxidans RetechV，保藏日期2002年10月21日，保藏登记号CCTCC NoM202039。
2、 一种中低品位的磷矿石的生物堆浸新工艺，其特征在于它包 括以下步骤(1) 、将原矿破碎至50mm以下，并与黄铁矿，以及表面活性剂混合均匀。(2) 、将(1)处理后的矿石运至堆场并筑堆，筑堆过程中喷洒保 藏登记号为CCTCC No:M202039的菌液进行矿石预氧化。(3) 、浸出过程中，浸出液中铁超标时，通过碳酸钙中和法除去多于的铁。
3、 根锯权利要求2所述的一种中低品位的磷矿石的生物堆浸新工 艺，其特征在于它还包括以下步骤所述的堆场中经多次循环喷淋后 的浸出液通过与硫酸结晶反应后生成磷酸溶液。
4、 根锯权利要求2或3所述的一种中低品位的磷矿石的生物堆浸 新工艺，其特征在于表面活性剂为吐温-40(T-40)脱水山梨醇单棕榈酸 酯聚氧乙烯醚C62Hl22026 ，其用量与矿石的重量百分比为0. 1-0. 2%。
5、 根据权利要求2或4所述的低品位含钴硫化矿生物堆浸新工艺， 其特征在于基本培养基(9K)中无机盐成分(NH4)S04 3g/L， KC1 0.1g/L， K2HP 04 0.5g/L， Ca(NO3)20.01g/L， FeS04 7H20 44.43g/L， 再添加0.2% (与溶液的重量比)的硫粉，细菌的驯化是在含上述营养 物质的自来水中加入粒度小于50微米的低品位含钴硫化矿粉末，加入 矿石粉后形成的矿浆浓度为2 5Q/^重量百分比，pH值在1.2 1.9之间； 驯化菌液的氧化还原电位为400 600mV (SCE)，细菌浓度为107 104 个/ml;所述细菌生长温度为4 40°C，最佳生长温度30 35°C。
6、 根据权利要求2或4或5所述的中低品位磷矿生物堆浸新工艺， 其特征在于所述的中低品位磷矿在矿中磷(以P20s计)的含量小于 25%。
7、 根据权利要求2或4或5所述的中低品位磷矿生物堆浸新工艺，其特征在于所述的中低品位磷矿，经破碎后其矿物粒径小于40mm。
8、 根据权利要求2或4或5所述的中低品位磷矿生物堆浸新工艺， 其特征在于堆浸过程中其堆高为3 4m，堆浸过程中矿浆pH值为 1.2 1.5，浸出温度在10 55。C之间。
9、 根据权利要求2或4或5所述的中低品位磷矿生物堆浸新工艺， 其特征在于贫液池中的浸出液的铁离子浓度进行铁平衡处理。
全文摘要
本发明涉及一种嗜酸浸矿菌及其用于中低品位磷矿的生物堆浸工艺。这种嗜酸浸矿菌保藏在保藏在中国国家典型培养物保藏中心(武汉大学校内)，命名为Thiobacillus ferrooxidans Retech V，保藏日期2002年10月21日，保藏登记号CCTCC NoM202039。所述的工艺是将原矿经破碎后混有适量的黄铁矿和表面活性剂，大大提高了磷的浸出率。浸出液除铁后，磷(以P₂O₅计)的含量大于30％，可直接用来生产磷肥。本工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染、回收率高，生产规模可大可小，能够处理传统选冶工艺难以处理的中低品位磷矿资源，提高磷资源的利用效率。
文档编号C22B3/00GK101434917SQ200710177280
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月13日 优先权日2007年11月13日
发明者周桂英, 彪 武, 温建康, 舒荣波 申请人:北京有色金属研究总院