1.本发明涉及矿山治理及固体废料资源再利用技术领域，具体涉及一种利用硫酸盐还原菌群分解磷石膏生成硫化钙的方法。
背景技术：
2.磷石膏是磷酸工业产生的一种副产物，主要成分为caso4·
2h2o。据统计每生产1吨磷酸就会产生约5吨磷石膏，全球磷石膏年产量高达 2亿吨。磷石膏可用于制作石膏板、沥青混合填料、水泥缓凝剂等建筑材料，也可与矿粉、煤灰等混合处理后制成复合肥料。磷石膏中未分解完全的磷矿、氟化物、磷酸、有机质、铁铝化合物等杂质导致其处理难度较大，因此磷石膏的总体利用率不高，建库堆存成为了磷石膏的主要处理方式。大量磷石膏固废长期堆积不仅占用了有限的土地，而且还会导致土壤、河流受到污染，由此带来一系列生态环境问题。面对这些问题，开展磷石膏资源化再利用是当前的重点研究方向。
3.硫化钙是一种化工中间产品，可作为生产硫脲、硫化氢、硫磺、硫酸等化工产品的原料。将磷石膏“变废为宝”生成硫化钙并重新利用，无论是对于提高磷石膏的经济价值还是对于保护磷石膏堆场周围环境都具有重要的意义。
4.目前利用磷石膏生产硫化钙主要采用物理方法实现。中国发明专利 cn101428767b公开了一种磷石膏的分解方法，该方法将石膏和煤按照 1:2-4的摩尔比混匀粉磨后，在800-1100℃下高温焙烧，最终得到硫化钙产品。中国发明专利cn100460317c公开了一种磷石膏的分解方法，该方法按照磷石膏中硫酸钙含量与煤中的碳含量＝1:2-3的摩尔比进行配料，混匀粉磨至100-120目后在800-1400℃下加入到还原气氛中熔烧 1.5-2.5小时，烧结物即为硫化钙产品。中国发明专利cn114229877a也公开了一种磷石膏的分解方法，该方法将磷石膏置于金属离子溶液中进行预处理，然后将干燥后的磷石膏置入管式炉中，在氮气氛围下通入 co，于500-900℃下将磷石膏还原为cas。
5.分析可知，上述方法均需在高温条件下进行，不仅能耗较大而且还需要加入煤粉和还原性气体，大幅增加了磷石膏的处理成本。在此基础上，本发明提供的以硫酸盐还原菌为基础的生物方法具有工艺简单、成本低、环境友好等优点，不仅在磷石膏的治理方面拥有巨大的应用潜力，而且也为磷石膏堆存问题带来了新的解决思路和方案。
技术实现要素：
6.本发明的目的之一在于提供一种利用硫酸盐还原菌群分解磷石膏生成硫化钙的方法，具体包括以下步骤：将无硫酸盐培养基、磷石膏混合均匀，再加入硫酸盐还原菌进行分解培养，分离得到硫化钙。
7.进一步的，硫酸盐还原菌以菌液的形式加入，硫酸盐还原菌菌液的浓度为1
×
10
6-1
×
108个/ml。
8.更进一步的，无硫酸盐培养基与硫酸盐还原菌菌液的体积比为 1:0.2-0.5，每l无硫酸盐培养基中需加入10-20g磷石膏。
9.进一步的，分解培养前调节混合物的ph至7.0-8.0，再通入纯度为 99.99％的氮气除氧10-15分钟，然后在28-32℃、100-120转/min条件下恒温振荡培养5-7天。
10.进一步的，所述磷石膏以粉末的形式加入，磷石膏粉的粒径为 50-100目。
11.进一步的，硫酸盐还原菌是从待处理的磷石膏中分离、富集、驯化而来。
12.更进一步的，从磷石膏中分离硫酸盐还原菌的过程如下：将磷石膏与无菌水按照1：1的重量比混合均匀，充分静置后取上清液与专用培养基按照0.2-0.5:1的体积比混合，调节体系的ph＝7.0-8.0，通入纯度为 99.99％的氮气除氧10-15分钟，在28-32℃下静置培养5-7天，得到硫酸盐还原菌群培养液。
13.更进一步的，硫酸盐还原菌的富集过程如下：将专用培养基与硫酸盐还原菌群培养液按照1:0.2-0.5的体积比混合，调节体系的ph＝7.0-8.0，通入纯度为99.99％的氮气除氧10-15分钟，在28-32℃下静置培养5-7 天，得到硫酸盐还原菌群富集培养液；按照同样的方法将硫酸盐还原菌群富集培养液重复培养1-3次，得到目标硫酸盐还原菌群富集培养液。
14.更进一步的，硫酸盐还原菌群富集培养液的驯化过程如下：(a)将无硫酸盐培养基与目标硫酸盐还原菌群富集培养液按照1:0.2-0.5的体积比混合，再加入磷石膏并调节体系的ph＝7.0-8.0，通入纯度为99.99％的氮气除氧10-15分钟，在28-32℃、100-120转/分钟下恒温振荡培养 5-7天，得到硫酸盐还原菌群驯化培养液；(b)按照步骤(a)中的方法，将硫酸盐还原菌群驯化培养液重复培养1-3次，得到所需硫酸盐还原菌群驯化培养液；驯化培养期间逐渐提高磷石膏的用量。
15.更进一步的，第一次驯化培养时，每l无硫酸盐培养基中加入10-15g 磷石膏；最后一次驯化培养时，每l无硫酸盐培养基中加入15-20g磷石膏。
16.进一步，最后一次驯化培养时加入的磷石膏用量与分解培养时加入的磷石膏用量相同。
17.进一步，分解完成后取出瓶内产物干燥后称重，记为m g。将其置于250ml锥形瓶中，加入50ml碘溶液(i2＝0.1mol/l)，在100转/分钟的摇床中振荡30min，之后过滤掉瓶内溶液并在室温下干燥瓶内剩余固体，记为m
1 g。用热的氢氧化钾溶液(100g/l)洗涤3次，将洗后剩余的物质干燥后称重，记为m
2 g。前后的质量差就是生成的硫单质的质量，通过硫单质的质量可以确定硫化钙含量。硫化钙生成含量由以下公式计算得到：
18.ωcas＝(m1-m2)
×
72.14/m
×
32.06
19.进一步的，所述无硫酸盐培养基的组成为：0.1g/l cacl2·
2h2o，1g/l (nh4)2cl，0.5g/l k2hpo4，3.5g/l乳酸钠，1g/l酵母浸粉，5μg/l l-半胱氨酸盐酸盐，10-20g/l的磷石膏，溶剂为无菌水。
20.进一步的，所述专用培养基的组成为：0.5g/l naso4，0.1g/lcacl2·
2h2o，1g/l(nh4)cl，0.5g/l k2hpo4，2g/l mgso4·
7h2o，3.5g/l 乳酸钠，1g/l酵母浸粉，5μg/l l-半胱氨酸盐酸盐，溶剂为无菌水。
21.与前述常见的磷石膏物理处理法相比，本发明的微生物法具有以下预料不到的有益效果：(1)利用源自磷石膏的土著硫酸盐还原菌群分解磷石膏生成硫化钙，充分发挥了微生物成本低、效率高、效果好等多重优势，为解决我国巨大的磷石膏堆存难题提供了一条切实可行的方案； (2)本发明使用的硫酸盐还原菌群来源广泛，一次分离、富集、驯化所得菌群可供多次使用，并且对磷石膏的适应性强，培养完磷石膏的分解率可以达到40％-60％；
(3)本发明工艺简单，培养条件要求低且环境友好，无需高温热处理和还原性原料，在成本、效率、设备投入等方面更具优势。
具体实施方式
22.为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
23.本发明各实施例使用的专用培养基的组分为：0.5g/l naso4，0.1g/lcacl2·
2h2o，1g/l(nh4)2ci，0.5g/l k2hpo4，2g/l mgso4·
7h2o，3.5g/l 乳酸钠，1g/l酵母浸粉，5μg/l l-半胱氨酸盐酸盐，溶剂为无菌水。
24.本发明各实施例使用的无硫酸盐培养基的组成为：0.1g/lcacl2·
2h2o，1g/l(nh4)2cl，0.5g/l k2hpo4，3.5g/l乳酸钠，1g/l酵母浸粉，5μg/l l-半胱氨酸盐酸盐，10-20g/l磷石膏，溶剂为无菌水。
25.本发明中的磷石膏原料由湖北宜昌市宜都兴发化工有限公司磷酸车间二水硫酸钙工艺产生的副产物，含有二水硫酸钙68.3％，附着水 25.6％，水溶磷1.0％，水溶性氟0.9％。磷石膏在使用前需粉碎至粒径为 50-100目。
26.实施例1
27.1.硫酸盐还原菌的富集培养
28.将磷石膏与无菌水按照1：1的重量比混合，搅拌均匀后静置1h。取上清液与专用培养基按照0.2:1的体积比混合，调节培养体系的 ph＝7.0，通入99.99％的氮气除氧10分钟，然后在恒温培养箱中于28℃静置培养7天，得到硫酸盐还原菌群富集培养液。
29.将专用培养基与硫酸盐还原菌群富集培养液按照1:0.2的体积比混合，调节培养体系的ph＝7.0，通入99.99％的氮气除氧10分钟，然后在恒温培养箱中于28℃静置培养7天，得到二次富集的硫酸盐还原菌群富集培养液。重复该富集培养操作3次，得到硫酸盐还原菌群富集培养液。
30.2.硫酸盐还原菌分解磷石膏的驯化培养
31.将无硫酸盐培养基与上一步制得的硫酸盐还原菌群富集培养液按照1:0.2的体积比混合，再按照每l无硫酸盐培养基10g的比例加入磷石膏，混合均匀后调节培养体系的ph＝7.0，接着在28℃的恒温摇床中振荡培养7天，得到硫酸盐还原菌群驯化培养液。
32.将无硫酸盐培养基与上一步制得的硫酸盐还原菌群驯化培养液按照1:0.2的体积比混合，再按照每l无硫酸盐培养基12g的比例加入磷石膏，混合均匀后在28℃的恒温摇床中振荡培养7天，得到二次驯化的硫酸盐还原菌群驯化培养液。重复上述驯化培养3次，期间逐渐提高磷石膏的加入量直至15g，在最终得到硫酸盐还原菌群驯化培养液。
33.3.硫酸盐还原菌群驯化培养液分解磷石膏生成硫化钙
34.按照1l:20g的比例将无硫酸盐培养基与磷石膏混合，再按照无硫酸盐培养基：硫酸盐还原菌群驯化培养液＝1:0.2的体积比加入硫酸盐还原菌群驯化培养液，混合均匀后调节培养体系的ph＝7.0，最后在28℃的恒温摇床中振荡培养7天。
35.取出瓶内产物干燥后称重18.86g，将其置于250ml锥形瓶中，再加入50ml碘溶液(i2＝0.1mol/l)于在100转/分钟的摇床中振荡30min，之后过滤掉瓶内溶液并在室温下干燥瓶内剩余固体(17.54g)。用热的氢氧化钾溶液(100g/l)洗涤剩余固体3次，将洗后剩余的
物质干燥并称重(13.75g)。由此计算得到，本实施例中硫化钙的生成率达到45.26％。
36.实施例2
37.1.硫酸盐还原菌的富集培养
38.将磷石膏与无菌水按照1：1的重量比混合，搅拌均匀后静置1h。取上清液与专用培养基按照0.2:1的体积比混合，调节培养体系的 ph＝7.5，通入99.99％的氮气除氧15分钟，然后在恒温培养箱中于30℃静置培养6天，得到硫酸盐还原菌群富集培养液。
39.将专用培养基与硫酸盐还原菌群富集培养液按照1:0.3的体积比混合，调节培养体系的ph＝7.5，通入99.99％的氮气除氧15分钟，然后在恒温培养箱中于30℃静置培养6天，得到二次富集的硫酸盐还原菌群富集培养液。重复该富集培养操作2次，得到硫酸盐还原菌群富集培养液。
40.2.硫酸盐还原菌分解磷石膏的驯化培养
41.将无硫酸盐培养基与上一步制得的硫酸盐还原菌群富集培养液按照1:0.3的体积比混合，再按照每l无硫酸盐培养基12g的比例加入磷石膏，混合均匀后调节培养体系的ph＝7.5，接着在30℃的恒温摇床中振荡培养6天，得到硫酸盐还原菌群驯化培养液。
42.将无硫酸盐培养基与上一步制得的硫酸盐还原菌群驯化培养液按照1:0.3的体积比混合，再按照每l无硫酸盐培养基14g的比例加入磷石膏，混合均匀后在30℃的恒温摇床中振荡培养6天，得到二次驯化的硫酸盐还原菌群驯化培养液。重复上述驯化培养3次，期间逐渐提高磷石膏的加入量直至16g，在最终得到硫酸盐还原菌群驯化培养液。
43.3.硫酸盐还原菌群驯化培养液分解磷石膏生成硫化钙
44.按照1l:16g的比例将无硫酸盐培养基与磷石膏混合，再按照无硫酸盐培养基：硫酸盐还原菌群驯化培养液＝1:0.3的体积比加入硫酸盐还原菌群驯化培养液，混合均匀后调节培养体系的ph＝7.5，最后在30℃的恒温摇床中振荡培养6天。
45.取出瓶内产物干燥后称重16.73g，将其置于250ml锥形瓶中，再加入50ml碘溶液(i2＝0.1mol/l)于在100转/分钟的摇床中振荡30min，之后过滤掉瓶内溶液并在室温下干燥瓶内剩余固体(15.84g)。用热的氢氧化钾溶液(100g/l)洗涤剩余固体3次，将洗后剩余的物质干燥并称重(11.65g)。由此计算得到，本实施例中硫化钙的生成率达到56.35％。
46.实施例3
47.1.硫酸盐还原菌的富集培养
48.将磷石膏与无菌水按照1：1的重量比混合，搅拌均匀后静置1h。取上清液与专用培养基按照0.2:1的体积比混合，调节培养体系的 ph＝7.8，通入99.99％的氮气除氧15分钟，然后在恒温培养箱中于32℃静置培养5天，得到硫酸盐还原菌群富集培养液。
49.将专用培养基与硫酸盐还原菌群富集培养液按照1:0.5的体积比混合，调节培养体系的ph＝7.8，通入99.99％的氮气除氧15分钟，然后在恒温培养箱中于32℃静置培养5天，得到二次富集的硫酸盐还原菌群富集培养液。重复该富集培养操作2次，得到硫酸盐还原菌群富集培养液。
50.2.硫酸盐还原菌分解磷石膏的驯化培养
51.将无硫酸盐培养基与上一步制得的硫酸盐还原菌群富集培养液按照1:0.5的体积比混合，再按照每l无硫酸盐培养基15g的比例加入磷石膏，混合均匀后调节培养体系的ph＝7.8，接着在32℃的恒温摇床中振荡培养5天，得到硫酸盐还原菌群驯化培养液。
52.将无硫酸盐培养基与上一步制得的硫酸盐还原菌群驯化培养液按照1:0.5的体积比混合，再按照每l无硫酸盐培养基18g的比例加入磷石膏，混合均匀后在32℃的恒温摇床中振荡培养5天，得到二次驯化的硫酸盐还原菌群驯化培养液。重复上述驯化培养3次，期间逐渐提高磷石膏的加入量直至20g，在最终得到硫酸盐还原菌群驯化培养液。
53.3.硫酸盐还原菌群驯化培养液分解磷石膏生成硫化钙
54.按照1l:20g的比例将无硫酸盐培养基与磷石膏混合，再按照无硫酸盐培养基：硫酸盐还原菌群驯化培养液＝1:0.5的体积比加入硫酸盐还原菌群驯化培养液，混合均匀后调节培养体系的ph＝7.8，最后在32℃的恒温摇床中振荡培养5天。
55.取出瓶内产物干燥后称重18.12g，将其置于250ml锥形瓶中，再加入50ml碘溶液(i2＝0.1mol/l)于在100转/分钟的摇床中振荡30min，之后过滤掉瓶内溶液并在室温下干燥瓶内剩余固体(16.62g)。用热的氢氧化钾溶液(100g/l)洗涤剩余固体3次，将洗后剩余的物质干燥并称重(11.89g)。由此计算得到，本实施例中硫化钙的生成率达到58.74％。