一種嗜酸浸礦菌及其用于中低品位磷礦石生物堆浸工藝的制作方法

專利名稱：一種嗜酸浸礦菌及其用于中低品位磷礦石生物堆浸工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種嗜酸浸礦菌及其用于中低品位磷礦的生物堆浸工藝，特別 是一種利用含專屬浸礦微生物的酸性溶液浸出中低品位磷礦石的工藝。
背景技術：
磷礦資源生產為磷肥施用到土壤中，無法再回收利用。而且和金屬礦可以 被替代的特點不同，磷礦資源事關世界糧食安全和人類的生存和發展，具有不 可替代性。因此保護磷礦資源，實現其可持續開發和利用事關世界糧食安全。 我國經濟發展已經到了資源消耗期，磷礦資源的耗費同樣也進入了快速期。作 為世界上重要的磷礦生產國和消費國，近年來隨著我國經濟的快速發展，磷礦 國內需求量一直呈增長之勢，我國磷礦儲量雖然總量不少但質量不好，高品位
富礦僅能滿足國內至2013年的需求。眾所周知，高濃度磷復肥和黃磷生產需 要的都是品位在30%左右的優質磷礦。在我國的磷礦資源中富礦儲量有限，大 部分磷礦資源品位較低，在目前技術條件下，開采的經濟性較差。我國目前是 世界第一大磷礦生產國和消費國，預計到2010年以后磷礦資源將面臨較大的 缺口，我國磷肥和磷化工行業面臨磷礦石原料危機。因此，加強中低品位磷礦 的技術開發，高效利用中低品位的磷礦，其市場前景廣闊。采用傳統的方法， 需要大量的硫酸來分解磷礦石，即需要大型的設備和巨大的投資，也對環境造 成嚴重的污染。因此，有必要開發一種新的工藝。

發明內容
本發明的目的是提供一種嗜酸浸礦菌及其用于處理中低品位磷礦石的新 工藝，新工藝流程短、設備省、投資和運營成本低、操作簡單，不排放污染性 煙塵和二氧化硫氣體。該工藝的實施，可實現中低品位磷礦資源的高效回收， 達到充分利用資源的目的。
為達到上述目的，本發明采用以下技術方案
新工藝利用本實驗室從某礦區酸性礦坑水中分離選育出來的嗜酸硫桿菌， 在15 35。C的溫和條件下生物堆浸提取中低品位的磷礦石，含菌浸出液循環富 集得到含磷較高的溶液，再通過凈化工序，可直接用于生產磷肥。
該工藝所用細菌為嗜酸硫桿菌，(命名為77//o6。c/〃w/e/roox/t/fl/w Retech V，現已寄存并保藏在中國國家典型培養物保藏中心(武漢大學校內)，保藏登記號CCTCCNo:M202039，保藏日期2002年10月21日。)經過分離、提 取、馴化等工藝操作，得到了一種專屬耐高磷的常溫菌，磷的最高濃度可達 20g/L。
為了高效利用中低品位的磷礦資源，以便直接用于生產磷肥，新工藝采取
以下設計方案
如工序1所示，將中低品位含磷礦石，預先破碎，使得粒度達到入堆要求。 添加一定量的黃鐵礦，為浸出體系提供硫酸。同時添加一種表面活性劑，改善 礦物表面對細菌的吸附性。并使他們充分的混合，使表面活性劑均勻分布在礦
石表面上。
如工序2所示，經混合后的礦石通過皮帶運輸機或自卸汽車運到堆廠，進 行筑堆；筑堆的同時噴灑部分菌液，對礦石進行預氧化，減少停滯時間。
如工序3所示，生物浸堆筑好以后，在礦堆頂部噴淋培養好的高濃度嗜酸 硫桿菌菌液。噴淋液慢慢滲透礦堆，從底部流出，經集液溝到達貧液池，再從 貧液池噴淋到堆頂，實現浸出液循環，也是磷慢慢富集的過程。由于細菌對黃 鐵礦的氧化，黃鐵礦中的Fe被氧化成F^+進入溶液，還原態硫轉化為高氧化態 硫(S2——S6+)生成硫酸，經反應后生成磷酸。當浸出液中鐵超標時，需要用碳 酸鈣中和法除去多余的鐵。
以上所述的中低品位磷礦礦中磷含量(以P20s計)含量<25%，混合過程 中黃鐵礦的量為5-15%(重量百分比)，表面活性劑為吐溫-40(丁-40)脫水山梨醇單 棕櫚酸酯聚氧乙烯醚(:62& 22 0 26，用量為1-2% (與礦石的重量比)濃度為10% 的該溶液，混合三次，中低品位磷礦的入堆粒度〈40mm。筑堆過程中噴灑的菌 液量約為礦粒質量的6 10%， 一層堆高為3 4m，堆場寬〉25m，堆場長〉40m。 堆浸過程中菌液含菌濃度為〉l(T個/ml，噴淋強度為0. 2 0. 5L/ (min.m2)，噴 淋液pH值1.2 1.5，氧化還原電位大于400mV (SCE)。堆浸期間實行定期休 閑制度，視不同地區和不同季節氣候變化，噴淋時間與休閑時間比例約為1: L5 l: 2。堆浸時間7 9個月，中低品位磷礦中磷的浸出率>75%，浸出液中 磷(以P20s計)的含量>30%。


圖1為本發明一種實施的工藝流程框圖
圖1中，1為混合工序，2為筑堆工序，3為生物浸出，4為浸液循環工序， 5為除鐵工序。
具體實施方式
實施例1:
國內某礦山未開發的中低品位磷礦礦中主要礦物有膠磷礦、白云石，次要 礦物有玉髓、水云母、褐鐵礦，微量礦物有鉀長石、重晶石、有機質、海綠石、 巖屑等。經礦相分析鑒定，磷塊巖呈致密條帶狀、條帶狀構造，以泥晶結構、 砂屑鮞粒結構、泥晶砂屑結構、砂屑結構及礫屑(角礫)結構常見。其化學成
份以Ca0、 P」0;、 C0" Mg0、 Si0.2、酸不溶物為主，其次為F、 A1A、 Fe20:i、 Cl - ，I、 Cd、 As微量分布。中貧礦層中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%)。各組分在不同礦石自然類型中，其含量存在一定差異。 以下結合具體實施實例對本發明作進一步說明。
細菌的選育本中低品位磷礦生物堆浸新工藝所采用的浸礦菌種，是從國 內某礦坑水樣中提取，并經實驗室培養、分離、浸礦循環后得到的。經生物鑒 定確認其為嗜酸硫桿菌，系屬7T2/o6flc〃/w類(現為Jc^/f力"力acj77ws)。
該菌的基本培養基(9K)中無機鹽成分(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%(與溶液的 重量比)的硫粉。細菌的馴化是在含上述營養物質的自來水中加入粒度小于50 微米的中低品位磷礦粉末，加入礦石粉后形成的礦漿濃度為2 5%重量百分 比，pH值在1.2 1.9之間；馴化菌液的氧化還原電位為400 600mV (SCE)， 細菌濃度為1()7 1(f個/ml;所述細菌生長溫度為4 4(TC，最佳生長溫度30 35°C。
礦石的準備及筑堆礦山開采的原礦經破碎工序，得到適合入堆粒度(小 于40國)的中低品位磷礦石。然后混入5%左右的黃鐵礦，保證在浸出體系中 有充足的硫酸和高鐵離子。隨著浸出過程的進行，溶液中氧化還原電位不斷提 高，黃鐵礦逐漸溶解，保證體系中有充足的硫酸。再添加1-2% (與礦石的重量 比)濃度為10%的表面活性劑吐溫-40(吐溫-40)脫水山梨醇單棕櫚酸酯聚氧乙烯 醚(:62^ 22 0 26，改善礦物表面對細菌的吸附性。最后混合3次，使得入堆礦石混 合均勻，并使表面活性劑均勻分布在礦石表面。混合結束后，將礦石經皮帶運 輸機運送到堆場，采用多層式筑堆法進行筑堆。筑堆過程中噴灑5 10% (與 礦石的重量比)菌液，對礦粒進行生物預氧化，減少浸出過程總停滯時間。堆 場寬〉25m，堆場長〉40m，堆場總高〈10m,單層堆高3 4m。
布液操作生物浸堆筑好后，布好噴液管路，在堆頂噴淋經細菌車間培 養好的高濃度菌液，菌液含菌濃度為〉l(f個/ml。為保證噴淋強度和浸出液的均勻性，采用噴淋式。噴淋強度為0. 1 0. 3L/(min.m2)，噴淋液pH值1.2 1.5， 氧化還原電位大于400mV (SCE)。堆浸期間實行定期休閑制度，視不同地區和 不同季節氣候變化，噴淋時間與休閑時間比例約為1: 1.5 1: 2。間歇噴淋方 式有利于布液和堆中細菌生長繁殖及堆中氣體溫度調節，有利于磷礦物的浸出。
由于磷礦石中金屬和非金屬元素比較多，部分元素對細菌的毒性較大，所 以細菌必須經過多次的馴化，逐漸提高其耐受力。在浸出前期，溶液中氧化還 原電位較低，黃鐵礦不易被溶解，從而不能有效的補充體系中需要的酸，從而 磷礦的溶解速度也比較慢。起初浸出液中磷的含量低，未能達到生產磷肥所需 的含量，所以浸出液必須得循環富集。由于黃鐵礦的不斷溶解，在富集過程中， 鐵濃度逐漸提高，過高會形成絡合物阻礙磷礦的進一步浸出，當全鐵濃度高于 10g/L時，必須進行部分中和除鐵操作。
本發明的效果是開辟中低品位磷礦的處理新工藝，充分利用傳統浮選難 處理的中低品位磷礦資源，直接用于生產工業磷肥，從而提高礦產資源綜合利 用水平，降低環境污染，提高經濟效益。本發明特別適合應用于我國存有中低 品位磷礦礦的老礦山，以及偏遠地區磷礦資源的開發。
權利要求
1、一種嗜酸浸礦菌，其特征在于該菌保藏在中國國家典型培養物保藏中心(武漢大學校內)，命名為Thiobacillus ferrooxidans RetechV，保藏日期2002年10月21日，保藏登記號CCTCC NoM202039。
2、 一種中低品位的磷礦石的生物堆浸新工藝，其特征在于它包 括以下步驟(1) 、將原礦破碎至50mm以下，并與黃鐵礦，以及表面活性劑混合均勻。(2) 、將(1)處理后的礦石運至堆場并筑堆，筑堆過程中噴灑保 藏登記號為CCTCC No:M202039的菌液進行礦石預氧化。(3) 、浸出過程中，浸出液中鐵超標時，通過碳酸鈣中和法除去多于的鐵。
3、 根鋸權利要求2所述的一種中低品位的磷礦石的生物堆浸新工 藝，其特征在于它還包括以下步驟所述的堆場中經多次循環噴淋后 的浸出液通過與硫酸結晶反應后生成磷酸溶液。
4、 根鋸權利要求2或3所述的一種中低品位的磷礦石的生物堆浸 新工藝，其特征在于表面活性劑為吐溫-40(T-40)脫水山梨醇單棕櫚酸 酯聚氧乙烯醚C62Hl22026 ，其用量與礦石的重量百分比為0. 1-0. 2%。
5、 根據權利要求2或4所述的低品位含鈷硫化礦生物堆浸新工藝， 其特征在于基本培養基(9K)中無機鹽成分(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% (與溶液的重量比)的硫粉，細菌的馴化是在含上述營養 物質的自來水中加入粒度小于50微米的低品位含鈷硫化礦粉末，加入 礦石粉后形成的礦漿濃度為2 5Q/^重量百分比，pH值在1.2 1.9之間； 馴化菌液的氧化還原電位為400 600mV (SCE)，細菌濃度為107 104 個/ml;所述細菌生長溫度為4 40°C，最佳生長溫度30 35°C。
6、 根據權利要求2或4或5所述的中低品位磷礦生物堆浸新工藝， 其特征在于所述的中低品位磷礦在礦中磷(以P20s計)的含量小于 25%。
7、 根據權利要求2或4或5所述的中低品位磷礦生物堆浸新工藝，其特征在于所述的中低品位磷礦，經破碎后其礦物粒徑小于40mm。
8、 根據權利要求2或4或5所述的中低品位磷礦生物堆浸新工藝， 其特征在于堆浸過程中其堆高為3 4m，堆浸過程中礦漿pH值為 1.2 1.5，浸出溫度在10 55。C之間。
9、 根據權利要求2或4或5所述的中低品位磷礦生物堆浸新工藝， 其特征在于貧液池中的浸出液的鐵離子濃度進行鐵平衡處理。
全文摘要
本發明涉及一種嗜酸浸礦菌及其用于中低品位磷礦的生物堆浸工藝。這種嗜酸浸礦菌保藏在保藏在中國國家典型培養物保藏中心(武漢大學校內)，命名為Thiobacillus ferrooxidans Retech V，保藏日期2002年10月21日，保藏登記號CCTCC NoM202039。所述的工藝是將原礦經破碎后混有適量的黃鐵礦和表面活性劑，大大提高了磷的浸出率。浸出液除鐵后，磷(以P₂O₅計)的含量大于30％，可直接用來生產磷肥。本工藝流程短、設備簡單、投資省、成本低、無污染、回收率高，生產規模可大可小，能夠處理傳統選冶工藝難以處理的中低品位磷礦資源，提高磷資源的利用效率。
文檔編號C22B3/00GK101434917SQ200710177280
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月13日 優先權日2007年11月13日
發明者周桂英, 彪 武, 溫建康, 舒榮波 申請人:北京有色金屬研究總院