專利名稱：一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含砷鐵礦石中砷的生物浸出方法，特別是涉及一種利用硫桿菌浸出高砷鐵礦石中砷元素并同時脫除硫和磷元素的方法。
背景技術(shù)：
我國鐵礦資源分布非常廣泛，遍及全國31個省、市和自治區(qū)的700多個縣、旗。截止2006年底，全國鐵礦石查明資源儲量607.沈億t，其中，基礎(chǔ)儲量220. 92億t，占36. 4%， 資源量386. 34億t。但是我國鐵礦資源多而不富，以中低品位礦為主，富礦資源儲量只占 1.8%，而貧礦儲量占47.6%。中小礦多，大礦少，特大礦更少。礦石類型復(fù)雜，難選礦和多組分共(伴)生礦所占比重大。難選赤鐵礦和多組分共生鐵礦石儲量各占全國總儲量的1/3。 并且我國的鐵礦資源大多含有一定量的有害元素，如砷、硫和磷等。砷在鐵礦石中主要以毒砂(FeAs2S)的形式存在，硫在鐵礦石中主要以黃鐵礦和磁黃鐵礦的形式存在，磷在礦石中一般以磷灰石(3Ca0· P2O5)狀態(tài)存在。這些元素都是鋼材中的有害元素。例如含砷鋼在正常軋制的工藝條件下，即氧化氣氛中長時間的高溫加熱，會出現(xiàn)表面富集層，造成熱加工表面龜裂。它在鋼中偏析嚴(yán)重，促進(jìn)鋼材帶狀組織的發(fā)展，降低鋼的沖擊韌性，易使鋼在熱加工過程中開裂。此外，砷及其化合物大都為劇毒物質(zhì)，對含砷礦石的處理會帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題；硫在加熱時形成硫化物i^eS，它在鋼中不溶解并因此而不與鋼的組織結(jié)合，增加鋼中非金屬夾雜物，使鋼的強(qiáng)度降低，還會明顯降低鋼的焊接性能，在熱加工時，容易產(chǎn)生脆性；磷是降低鋼的表面張力的元素，使鋼的強(qiáng)度和塑性降低，并使鋼的焊接性能和冷彎性能變差，特別是在低溫時更嚴(yán)重(冷脆性)。因此，進(jìn)行含砷、硫和磷元素的鐵礦石進(jìn)行脫砷、硫和磷研究，對于降低砷、硫和磷在冶煉系統(tǒng)中的危害，實(shí)驗(yàn)含砷、硫和磷礦產(chǎn)資源的綜合利用有著十分重要的意義。關(guān)于含砷鐵礦石中砷元素的脫除方法，國內(nèi)外報道很少，已有的報道多數(shù)是采用氣化脫砷工藝。呂慶等人[1]采用采用燒結(jié)脫砷工藝對華南含砷鐵礦燒結(jié)脫砷過程中的各工藝參數(shù)進(jìn)行了研究。研究表明反應(yīng)溫度105(Γ1100 ，恒溫時間8 15min，焦炭配入量6% 為最佳脫砷條件。姜濤等人[2]將含砷鐵精礦造球后放入模擬鏈箅杯中進(jìn)行球團(tuán)的干燥和預(yù)熱，單質(zhì)砷、砷黃鐵礦等可在此條件下被氧化成As2O3，再將預(yù)熱后的球團(tuán)外配一定量的無煙煤，放入回轉(zhuǎn)窯中焙燒，而砷酸鹽則在此弱還原氣氛下被還原成As203。氣化脫砷工藝在一定程度上可以脫除鐵礦石中的砷，但脫砷率低，并且工藝流程長，操作復(fù)雜，且氧化砷、硫化砷等氣化脫砷產(chǎn)物均屬劇毒性氣體，直接排放將帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。劉曉榮等人的專利(CN1757769A)公開了一種鐵精礦脫硫的方法。將高鐵鐵精礦放入經(jīng)馴化后的氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌的混合菌液中，進(jìn)行搖床振蕩浸出脫硫， 再經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到符合要求的低硫鐵精礦，但此方法沒有涉及到鐵礦石中砷和磷元素的脫除。
沈少波的專利(CN101597037A)公開了一種含磷鐵礦石中磷的生物浸出方法。將含磷鐵礦石破碎至粒度0. 075 1. OOmm,在50(Tl20(TC焙燒15 120分鐘，再用微生物浸出。 由于砷元素在高溫下易生成As2O3等氣體揮發(fā)出來，污染環(huán)境，因此本方法不適合含砷鐵礦中磷元素的脫除。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有含砷鐵礦石的脫砷工藝中存在的脫砷率低，工藝復(fù)雜且嚴(yán)重污染環(huán)境等問題，提供一種環(huán)境友好、工藝簡單的微生物脫砷方法，并且在脫砷的同時也能脫除鐵礦石中含有的硫和磷元素。一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法，將含砷元素的鐵礦石磨細(xì)至-200目占90%以上，用含礦物質(zhì)的水調(diào)節(jié)礦漿濃度為109Γ20%，然后在礦漿中按體積百分比59Γ30%加入預(yù)先在生活污水中培養(yǎng)的達(dá)到對數(shù)生長期的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌，再用98%的硫酸調(diào)節(jié)礦漿初始ρΗ值在2. (Γ3. 0，浸出過程中溫度范圍為15 40°C，微生物浸出 7^21天后進(jìn)行固液分離，此時礦漿ρΗ值在1. (Tl. 6，所得固體產(chǎn)品為脫砷、硫和磷后的鐵礦石?；蛘呤菍⒑樵氐蔫F礦石磨細(xì)至-200目占90%以上，用含礦物質(zhì)的水調(diào)節(jié)礦漿濃度為109Γ20%，然后在礦漿中按體積百分比59Γ30%加入預(yù)先在生活污水中培養(yǎng)的達(dá)到對數(shù)生長期的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌混合菌種液，再用98%的硫酸調(diào)節(jié)礦漿初始PH值在2. (Γ3. 0，浸出過程中溫度范圍為15 40°C，微生物浸出7 21天后進(jìn)行固液分離，此時礦漿PH值在1. (Tl. 6，所得固體產(chǎn)品為脫砷、硫和磷后的鐵礦石。.
所用嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌都屬于硫桿菌屬，最適生長溫度范圍為^ 35°C;嗜酸氧化亞鐵硫桿菌英文為Acidithiobacillus ferrooxidans，嗜酸氧化亞鐵鉤端螺方 菌英文為leptospirillum ferrooxidans。
所用嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌的菌種液混合體積比為 1 9 9 1。本發(fā)明將含砷鐵礦石采用微生物浸出法進(jìn)行浸礦提鐵除砷，并同時脫除鐵礦中的硫和磷元素，能使高砷鐵礦石中砷的含量由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，同時鐵的質(zhì)量含量由 45 50%富集到Μ 61%，鐵浸出損失在1以下。上述技術(shù)方案的含砷鐵礦石脫砷方法中，利用硫桿菌細(xì)菌脫砷、硫和磷元素的原理在于一、細(xì)菌可以直接氧化分解毒砂等含砷礦物；二、利用細(xì)菌代謝過程中氧化1 2+所產(chǎn)生的硫酸高鐵酸性溶液，氧化溶解毒砂等含砷礦物。礦物中的砷便以砷酸(H3AsO4)和亞砷酸(H3AsO3)轉(zhuǎn)入溶液，再經(jīng)固液分離而除去砷；三、以毒砂、黃鐵礦等形式存在的元素硫在細(xì)菌的作用下以硫酸的形式轉(zhuǎn)入溶液，經(jīng)固液分離而除去硫；四、利用細(xì)菌代謝過程中氧化還原態(tài)硫所產(chǎn)生的硫酸，溶解礦石中磷礦物，使磷進(jìn)入液相，經(jīng)固液分離而除去磷。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于(1)首次提出利用硫桿菌(主要是嗜酸氧化亞鐵硫桿菌 (Acidithiobacillus ferrooxidans)和嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌(leptospirillum ferrooxidans))生物浸出高砷鐵礦石中砷。(2)本發(fā)明解決的現(xiàn)有含砷鐵礦石脫砷工藝中處理成本高，工藝復(fù)雜，環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。(3)本發(fā)明在脫砷的同時也能脫除礦石中的硫和磷元素，通常情況下，能使高砷鐵礦石中砷的含量由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，同時鐵的質(zhì)量含量由45 50%富集到M 61%，鐵浸出損失在1以下。
附圖1是微生物浸出含砷鐵礦石中砷、硫和磷元素流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將質(zhì)量含鐵量為49. 8%，質(zhì)量含砷量為1. 24%和質(zhì)量含硫量為2. 3%的含砷赤鐵礦石磨細(xì)至-200目占90%，用礦物質(zhì)水調(diào)節(jié)礦漿濃度為20%，然后在礦漿中按體積百分比15%加入預(yù)先在生活污水中培養(yǎng)的達(dá)到對數(shù)生長期的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌，再用98%的硫酸調(diào)節(jié)礦漿初始PH值為3.0，浸出過程中溫度為20°C，微生物浸出15天后進(jìn)行固液分離，此時礦漿PH值為1.6，所得固體產(chǎn)品為脫砷后的鐵礦石殘渣，殘渣中元素砷質(zhì)量含量為0. %，元素硫質(zhì)量含量為0. 58%，元素鐵質(zhì)量含量為59. 249L實(shí)施例2
將質(zhì)量含鐵量為45. 3%，質(zhì)量含砷量為1. 69%和質(zhì)量含硫量為3. 3%的含砷硫鐵礦燒渣磨細(xì)至-200目占90%，用礦物質(zhì)水調(diào)節(jié)礦漿濃度為10%，然后在礦漿中按體積百分比25% 加入預(yù)先在生活污水中培養(yǎng)的達(dá)到對數(shù)生長期的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌，再用98%的硫酸調(diào)節(jié)礦漿初始PH值為2.0，浸出過程中溫度為40°C，微生物浸出20天后進(jìn)行固液分離，此時礦漿PH值為1.49，所得固體產(chǎn)品為脫砷后的鐵礦石殘渣，殘渣中元素砷質(zhì)量含量為0. 38%， 元素硫質(zhì)量含量為0. 59%，元素鐵質(zhì)量含量為59. 74%。實(shí)施例3
將質(zhì)量含鐵量為51.觀％，質(zhì)量含砷量為1. 08%，質(zhì)量含硫量為1. 73%和質(zhì)量含磷量為 1. 0%的含砷磁鐵礦石磨細(xì)至-200目占90%，再用礦物質(zhì)水調(diào)節(jié)礦漿濃度為10%，然后在礦漿中按體積百分比25%加入預(yù)先在生活污水中培養(yǎng)的達(dá)到對數(shù)生長期的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌混合菌種液，菌種液的混合比例為6:4，再用98%的硫酸調(diào)節(jié)礦漿初始PH值為2.0，浸出過程中溫度為30°C，微生物浸出20天后進(jìn)行固液分離，此時礦漿PH值為1.2，所得固體產(chǎn)品為脫砷后的鐵礦石殘渣，殘渣中元素砷質(zhì)量含量為0. 06%，元素硫質(zhì)量含量為0. 10%,元素磷質(zhì)量含量為0. 09%,元素鐵質(zhì)量含量為60. 85%。主要參考文獻(xiàn)呂慶等.含砷鐵礦石燒結(jié)脫砷的實(shí)驗(yàn)研究.鋼鐵，2010，45(6) 7-11.姜濤等.含砷鐵精礦球團(tuán)預(yù)氧化-弱還原焙燒過程中砷的揮發(fā)行為.中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010, 41 (1): 2-7.CN1757769A 2006. 4. 12.CN101597037A 2009. 12. 9.
權(quán)利要求
1.一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法，其特征是將含砷元素的鐵礦石磨細(xì)至-200目占90%以上，用含礦物質(zhì)的水調(diào)節(jié)礦漿濃度為19Γ20%，然后在礦漿中按體積百分比59Γ30%加入預(yù)先在生活污水中培養(yǎng)的達(dá)到對數(shù)生長期的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌，再用98%的硫酸調(diào)節(jié)礦漿初始ρΗ值在2. (Γ3. 0 ；微生物浸出7 21天后進(jìn)行固液分離， 此時礦漿PH值在1. (Tl. 6，所得固體產(chǎn)品為脫砷、硫和磷后的鐵礦石。
2.一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法，其特征是將含砷元素的鐵礦石磨細(xì)至-200目占90%以上，用含礦物質(zhì)的水調(diào)節(jié)礦漿濃度為19Γ20%，然后在礦漿中按體積百分比59Γ30%加入預(yù)先在生活污水中培養(yǎng)的達(dá)到對數(shù)生長期的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌菌種液，再用98%的硫酸調(diào)節(jié)礦漿初始ρΗ值在2. (Γ3. 0 ；微生物浸出7 21天后進(jìn)行固液分離，所得固體產(chǎn)品為脫砷、硫和磷后的鐵礦石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法，其特征在于含礦物質(zhì)的水是人工配制的細(xì)菌營養(yǎng)液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法，其特征在于嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌都屬于硫桿菌屬，最適生長溫度范圍為2(T35°C;嗜酸氧化亞鐵硫桿菌英文為Acidithiobacillus ferrooxidans，嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌英文為1印tospirillum ferrooxidans。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法， 其特征在于嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化亞鐵鉤端螺旋菌的菌種液混合體積比為 1 9 9 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法，其特征在于浸出過程中溫度范圍為15 40°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用嗜酸硫桿菌脫砷并同時脫除硫和磷元素的方法，屬于選礦領(lǐng)域。其特征是將粒度為0～4mm的含砷鐵礦石給入磨礦機(jī)磨礦至-200目占90%以上，用含礦物質(zhì)的水調(diào)節(jié)礦漿濃度為1%~20%，然后在礦漿中按體積比5%~20%加入處在對數(shù)生長期的菌液，用98%的硫酸調(diào)節(jié)礦漿初始pH值為2.0~3.0，浸出過程中溫度范圍為15~40℃，微生物浸出7~21天后進(jìn)行固液分離，此時礦漿pH值在1.0~1.6，所得產(chǎn)品為脫出砷、硫和磷的鐵礦石。本發(fā)明適用于各種含砷鐵礦石的微生物直接浸出脫砷，能使含砷鐵礦石中砷的含量由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，同時鐵的質(zhì)量含量由45%~50%富集到54%~61%，鐵浸出損失在2%以下，并且工藝簡單，能量消耗低，對環(huán)境沒有污染。
文檔編號C22B1/11GK102251099SQ20111019663
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者馮雅麗, 劉欣偉, 李浩然 申請人:北京科技大學(xué)