专利名称：一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法
技术领域：
本发明涉及一种含砷铁矿石中砷的生物浸出方法，特别是涉及一种利用硫杆菌浸出高砷铁矿石中砷元素并同时脱除硫和磷元素的方法。
背景技术：
我国铁矿资源分布非常广泛，遍及全国31个省、市和自治区的700多个县、旗。截止2006年底，全国铁矿石查明资源储量607.沈亿t，其中，基础储量220. 92亿t，占36. 4%， 资源量386. 34亿t。但是我国铁矿资源多而不富，以中低品位矿为主，富矿资源储量只占 1.8%，而贫矿储量占47.6%。中小矿多，大矿少，特大矿更少。矿石类型复杂，难选矿和多组分共(伴)生矿所占比重大。难选赤铁矿和多组分共生铁矿石储量各占全国总储量的1/3。 并且我国的铁矿资源大多含有一定量的有害元素，如砷、硫和磷等。砷在铁矿石中主要以毒砂(FeAs2S)的形式存在，硫在铁矿石中主要以黄铁矿和磁黄铁矿的形式存在，磷在矿石中一般以磷灰石(3Ca0· P2O5)状态存在。这些元素都是钢材中的有害元素。例如含砷钢在正常轧制的工艺条件下，即氧化气氛中长时间的高温加热，会出现表面富集层，造成热加工表面龟裂。它在钢中偏析严重，促进钢材带状组织的发展，降低钢的冲击韧性，易使钢在热加工过程中开裂。此外，砷及其化合物大都为剧毒物质，对含砷矿石的处理会带来严重的环境问题；硫在加热时形成硫化物i^eS，它在钢中不溶解并因此而不与钢的组织结合，增加钢中非金属夹杂物，使钢的强度降低，还会明显降低钢的焊接性能，在热加工时，容易产生脆性；磷是降低钢的表面张力的元素，使钢的强度和塑性降低，并使钢的焊接性能和冷弯性能变差，特别是在低温时更严重(冷脆性)。因此，进行含砷、硫和磷元素的铁矿石进行脱砷、硫和磷研究，对于降低砷、硫和磷在冶炼系统中的危害，实验含砷、硫和磷矿产资源的综合利用有着十分重要的意义。关于含砷铁矿石中砷元素的脱除方法，国内外报道很少，已有的报道多数是采用气化脱砷工艺。吕庆等人[1]采用采用烧结脱砷工艺对华南含砷铁矿烧结脱砷过程中的各工艺参数进行了研究。研究表明反应温度105(Γ1100 ，恒温时间8 15min，焦炭配入量6% 为最佳脱砷条件。姜涛等人[2]将含砷铁精矿造球后放入模拟链箅杯中进行球团的干燥和预热，单质砷、砷黄铁矿等可在此条件下被氧化成As2O3，再将预热后的球团外配一定量的无烟煤，放入回转窑中焙烧，而砷酸盐则在此弱还原气氛下被还原成As203。气化脱砷工艺在一定程度上可以脱除铁矿石中的砷，但脱砷率低，并且工艺流程长，操作复杂，且氧化砷、硫化砷等气化脱砷产物均属剧毒性气体，直接排放将带来严重的环境问题。刘晓荣等人的专利(CN1757769A)公开了一种铁精矿脱硫的方法。将高铁铁精矿放入经驯化后的氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌的混合菌液中，进行摇床振荡浸出脱硫， 再经过滤、洗涤、干燥得到符合要求的低硫铁精矿，但此方法没有涉及到铁矿石中砷和磷元素的脱除。
沈少波的专利(CN101597037A)公开了一种含磷铁矿石中磷的生物浸出方法。将含磷铁矿石破碎至粒度0. 075 1. OOmm,在50(Tl20(TC焙烧15 120分钟，再用微生物浸出。 由于砷元素在高温下易生成As2O3等气体挥发出来，污染环境，因此本方法不适合含砷铁矿中磷元素的脱除。
发明内容
本发明的目的是针对现有含砷铁矿石的脱砷工艺中存在的脱砷率低，工艺复杂且严重污染环境等问题，提供一种环境友好、工艺简单的微生物脱砷方法，并且在脱砷的同时也能脱除铁矿石中含有的硫和磷元素。一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法，将含砷元素的铁矿石磨细至-200目占90%以上，用含矿物质的水调节矿浆浓度为109Γ20%，然后在矿浆中按体积百分比59Γ30%加入预先在生活污水中培养的达到对数生长期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，再用98%的硫酸调节矿浆初始ρΗ值在2. (Γ3. 0，浸出过程中温度范围为15 40°C，微生物浸出 7^21天后进行固液分离，此时矿浆ρΗ值在1. (Tl. 6，所得固体产品为脱砷、硫和磷后的铁矿石。或者是将含砷元素的铁矿石磨细至-200目占90%以上，用含矿物质的水调节矿浆浓度为109Γ20%，然后在矿浆中按体积百分比59Γ30%加入预先在生活污水中培养的达到对数生长期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌混合菌种液，再用98%的硫酸调节矿浆初始PH值在2. (Γ3. 0，浸出过程中温度范围为15 40°C，微生物浸出7 21天后进行固液分离，此时矿浆PH值在1. (Tl. 6，所得固体产品为脱砷、硫和磷后的铁矿石。.
所用嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌都属于硫杆菌属，最适生长温度范围为^ 35°C;嗜酸氧化亚铁硫杆菌英文为Acidithiobacillus ferrooxidans，嗜酸氧化亚铁钩端螺方 菌英文为leptospirillum ferrooxidans。
所用嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌的菌种液混合体积比为 1 9 9 1。本发明将含砷铁矿石采用微生物浸出法进行浸矿提铁除砷，并同时脱除铁矿中的硫和磷元素，能使高砷铁矿石中砷的含量由0. 98^1. 27%降到0. 07%以下，硫的含量由 1. 59Γ2. 45%降到0. 1%以下，磷的含量由0. 8°/Γ . 3%降到0. 1%以下，同时铁的质量含量由 45 50%富集到Μ 61%，铁浸出损失在1以下。上述技术方案的含砷铁矿石脱砷方法中，利用硫杆菌细菌脱砷、硫和磷元素的原理在于一、细菌可以直接氧化分解毒砂等含砷矿物；二、利用细菌代谢过程中氧化1 2+所产生的硫酸高铁酸性溶液，氧化溶解毒砂等含砷矿物。矿物中的砷便以砷酸(H3AsO4)和亚砷酸(H3AsO3)转入溶液，再经固液分离而除去砷；三、以毒砂、黄铁矿等形式存在的元素硫在细菌的作用下以硫酸的形式转入溶液，经固液分离而除去硫；四、利用细菌代谢过程中氧化还原态硫所产生的硫酸，溶解矿石中磷矿物，使磷进入液相，经固液分离而除去磷。本发明优点在于(1)首次提出利用硫杆菌(主要是嗜酸氧化亚铁硫杆菌 (Acidithiobacillus ferrooxidans)和嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌(leptospirillum ferrooxidans))生物浸出高砷铁矿石中砷。(2)本发明解决的现有含砷铁矿石脱砷工艺中处理成本高，工艺复杂，环境污染严重等问题。(3)本发明在脱砷的同时也能脱除矿石中的硫和磷元素，通常情况下，能使高砷铁矿石中砷的含量由0. 98^1. 27%降到0. 07%以下，硫的含量由1. 5% 2. 45%降到0. 10%以下，磷的含量由0. 8% 1. 3%降到0. 10%以下，同时铁的质量含量由45 50%富集到M 61%，铁浸出损失在1以下。
附图1是微生物浸出含砷铁矿石中砷、硫和磷元素流程图。
具体实施例方式实施例1
将质量含铁量为49. 8%，质量含砷量为1. 24%和质量含硫量为2. 3%的含砷赤铁矿石磨细至-200目占90%，用矿物质水调节矿浆浓度为20%，然后在矿浆中按体积百分比15%加入预先在生活污水中培养的达到对数生长期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，再用98%的硫酸调节矿浆初始PH值为3.0，浸出过程中温度为20°C，微生物浸出15天后进行固液分离，此时矿浆PH值为1.6，所得固体产品为脱砷后的铁矿石残渣，残渣中元素砷质量含量为0. %，元素硫质量含量为0. 58%，元素铁质量含量为59. 249L实施例2
将质量含铁量为45. 3%，质量含砷量为1. 69%和质量含硫量为3. 3%的含砷硫铁矿烧渣磨细至-200目占90%，用矿物质水调节矿浆浓度为10%，然后在矿浆中按体积百分比25% 加入预先在生活污水中培养的达到对数生长期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，再用98%的硫酸调节矿浆初始PH值为2.0，浸出过程中温度为40°C，微生物浸出20天后进行固液分离，此时矿浆PH值为1.49，所得固体产品为脱砷后的铁矿石残渣，残渣中元素砷质量含量为0. 38%， 元素硫质量含量为0. 59%，元素铁质量含量为59. 74%。实施例3
将质量含铁量为51.观％，质量含砷量为1. 08%，质量含硫量为1. 73%和质量含磷量为 1. 0%的含砷磁铁矿石磨细至-200目占90%，再用矿物质水调节矿浆浓度为10%，然后在矿浆中按体积百分比25%加入预先在生活污水中培养的达到对数生长期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌混合菌种液，菌种液的混合比例为6:4，再用98%的硫酸调节矿浆初始PH值为2.0，浸出过程中温度为30°C，微生物浸出20天后进行固液分离，此时矿浆PH值为1.2，所得固体产品为脱砷后的铁矿石残渣，残渣中元素砷质量含量为0. 06%，元素硫质量含量为0. 10%,元素磷质量含量为0. 09%,元素铁质量含量为60. 85%。主要参考文献吕庆等.含砷铁矿石烧结脱砷的实验研究.钢铁，2010，45(6) 7-11.姜涛等.含砷铁精矿球团预氧化-弱还原焙烧过程中砷的挥发行为.中南大学学报(自然科学版)，2010, 41 (1): 2-7.CN1757769A 2006. 4. 12.CN101597037A 2009. 12. 9.
权利要求
1.一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法，其特征是将含砷元素的铁矿石磨细至-200目占90%以上，用含矿物质的水调节矿浆浓度为19Γ20%，然后在矿浆中按体积百分比59Γ30%加入预先在生活污水中培养的达到对数生长期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，再用98%的硫酸调节矿浆初始ρΗ值在2. (Γ3. 0 ；微生物浸出7 21天后进行固液分离， 此时矿浆PH值在1. (Tl. 6，所得固体产品为脱砷、硫和磷后的铁矿石。
2.一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法，其特征是将含砷元素的铁矿石磨细至-200目占90%以上，用含矿物质的水调节矿浆浓度为19Γ20%，然后在矿浆中按体积百分比59Γ30%加入预先在生活污水中培养的达到对数生长期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌菌种液，再用98%的硫酸调节矿浆初始ρΗ值在2. (Γ3. 0 ；微生物浸出7 21天后进行固液分离，所得固体产品为脱砷、硫和磷后的铁矿石。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法，其特征在于含矿物质的水是人工配制的细菌营养液。
4.根据权利要求2所述的一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法，其特征在于嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌都属于硫杆菌属，最适生长温度范围为2(T35°C;嗜酸氧化亚铁硫杆菌英文为Acidithiobacillus ferrooxidans，嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌英文为1印tospirillum ferrooxidans。
5.根据权利要求2所述的一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法， 其特征在于嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化亚铁钩端螺旋菌的菌种液混合体积比为 1 9 9 1。
6.根据权利要求1或2所述的一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法，其特征在于浸出过程中温度范围为15 40°C。
全文摘要
本发明提供了一种利用嗜酸硫杆菌脱砷并同时脱除硫和磷元素的方法，属于选矿领域。其特征是将粒度为0～4mm的含砷铁矿石给入磨矿机磨矿至-200目占90%以上，用含矿物质的水调节矿浆浓度为1%~20%，然后在矿浆中按体积比5%~20%加入处在对数生长期的菌液，用98%的硫酸调节矿浆初始pH值为2.0~3.0，浸出过程中温度范围为15~40℃，微生物浸出7~21天后进行固液分离，此时矿浆pH值在1.0~1.6，所得产品为脱出砷、硫和磷的铁矿石。本发明适用于各种含砷铁矿石的微生物直接浸出脱砷，能使含砷铁矿石中砷的含量由0.98%~1.27%降到0.07%以下，硫的含量由1.5%~2.45%降到0.10%以下，磷的含量由0.8%~1.3%降到0.1%以下，同时铁的质量含量由45%~50%富集到54%~61%，铁浸出损失在2%以下，并且工艺简单，能量消耗低，对环境没有污染。
文档编号C22B1/11GK102251099SQ20111019663
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者冯雅丽, 刘欣伟, 李浩然 申请人:北京科技大学