氧化亚铁硫杆菌浸出铁矿石脱磷技术（姜涛,金勇士,李骞,杨永斌,李光辉,邱冠周《中国有色金属学报》2007.10）.pdf

第17卷第10期中国高色金属学报 W1.17 No.lO The Chinese Journal ofNonferrous Metals 文章编号1004-060920071 0-1718-05 氧化亚铁硫杆菌浸出铁矿石脱磷技术 姜涛，金勇士，李薯，杨永试，李克搏，邱冠周 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙410083 2007年10月 Oct.2007 摘要研究氧化豆豆铁硫杆菌Af葛从含磷铁矿石中股磷的可行性及工艺技术。结果表明z氧化亚铁硫杆蜜可以 浸出铁矿石中的磷，生物浸出脱磷应选择缺磷9K培养基体系，添加黄铁矿可强化细菌漫出脱磷，矿浆初始pH 对兢磷率有明显影嚼，合适的绍离接种量、亚铁初始含量及矿石粒度有科子生物漫出踵磷。对某含磷1.12的铁 矿石，以缺磷9K培养基为浸出体系，添加质量比为20的黄铁矿，在初始pH值为1.7-2.0的条件下，采用Af 离进行生物程出，获得的脱磷率为86.6。 关键词铁矿石脱磷生物浸出氧化亚铁硫杆菌 中菌分类号TF111.31 文献标识码A Dephosphorization technology of iron ores by Acidthiobaclusjferrooxidans JlANG TaO, JIN YOng咄i，LI Qian, YANG Yong-bin, LI Guang-hui, QIU Guan-zhou SchOOl OfMinerals Processing and BiOengineerin嚣，Central SOuth University, Changsha 410083. China Abs衍actThe feasibility扭dtechnOIOgy On dephOsphOrization from phOsphOrOus iron Orωby bio-Ieaching were investigated. The results shOW that Acidthiobacil/us fenηoxidansAj can remove phOsphOr企omirOn Ores and nutrient medium without phOsphOrus is mOre e能ctivefOr the remOval than that with phOsphOrus. The additiOn Of pyrite greatly imprOves the dephOsphOrizatiOn, and the lOwer initial pH Of slurry and sutable cOncentratiOns Of the bacterium as wel1 as apprOpriate particle size Of irOn Ores are favOrable tO the dephOsphOrizatiOn. FOr an irOn Ore bearing 1.12 P, a dephOsphOrizatOn of 86.6 is attained under th在conditiOnsOf the p严iteaddition Of 20mass rati吟，ini必alpH Of 1.7-2.0, and nutrient medium withOut phOsphOrus. Key words dephOsphOrizatiOn; iron Ores; bio-l号aching;Acidthiobacillus卢rrooxidansAj 随着钢铁工业的快速发展，我国有限的富矿及易 选的铁矿资源已逐渐枯竭，可和j用的铁矿资漂日益趋 向于贫、细、杂[1。我国的潮、鄂地区及长江流域蕴 藏大量含磷棋矿石，梅山铁矿含磷达0.38.“宁乡式“ 赤铁矿、乌石山矿区铁矿含磷均高于0.5[2]。盟内对 铁精矿含磷的要求不一，大政为0.05-0.303。研 究铁矿石提磷技术，对提高嚣内铁矿皮囊和促进我国 钢快工业的发展具有重要现实意义。 近年来，国内外根据不肉的矿石性脆，针对铁矿 有脱磷展开了较多的研究，主要有物理分选[4]以及化 学浸出[5-6J等。但物理分选活脱磷效果较差，而化学搜 出法则存在浸出齐。耗量大、成本高等问题使其应用受 到限制[7]。 生物浸出法在处理藏化矿等矿物时具有金属吕校 率高、成本低、无环境污染等优点，已显示出极大的 经济潜力和工业应南前景[890目前，爵内外对含磷轶 矿石微生物技术脱磷的报道较少。黄剑龄等[10采用硫 杆菌对棋矿石脱磷进行了研究。其脱磷的原理是利用 基金项吕g墨家重点基础研究发展计划资助项目2004CB619204;国家自然科学基金创新研究群体计划资助项目50321402 收稿日期2007-02 -02;修订日期2007-06-20 混混侍者g姜涛，教授电话0731-8836387;E-mail ji础19tao 第17卷第10期姜涛，等氧化亚铁硫杆菌浸出铁矿石脱磷技术1719 矿石中含有的硫化物与硫杆菌作用产酸脱磷，但脱磷 效率并不理想，在溶磷剂协同作用下脱磷率仅达到 42左右。何良菊等[11-13]研究了利用氧化亚铁硫杆菌 预先氧化黄铁矿，利用其所产生的酸性废水pH值为 0.8来浸出高磷铁矿石，虽然获得了脱磷率76.89的 优良结果，但从本质上说该法仍是酸浸脱磷，并非利 用微生物直接从矿石中脱磷。另外，该法采用两段工 艺，流程较长。 有研究表明，氧化亚铁硫杆菌可从有色金属硫化 物中浸出提取有价金属，井已成功应用于实际[14-15]。 本文作者主要研究采用氧化亚铁硫杆菌进行铁矿石脱 磷的可行性。 1 实验 1.1 实验原料 实验所用含铁原料有含磷铁矿石和黄铁矿矿物。 黄铁矿经元素分析含铁质量分数41.66。含磷铁矿 石的主要化学成分及磷在各物相中的分布分别见表1 和表20 表1含磷铁矿石的主要化学成分 Table 1 Main chemical composition of iron ore bearing phosphorousmass fraction, TFe AI203 6.33 S 0.028 Si02 17.32 FeO P 1.12 47.79 CaO 4.78 m-w 一 ω As 0.002 表2含磷铁矿石中磷在各物相中的分布 Table 2 Occurrence ofphosphorous in iron ore mass企action， Apatite lron minerals Silicate Total phosphorous 22.32 67.86 9.82 100 从表1可知，该铁矿石中含磷较高，达1.12， 远超过入炼铁原料对含磷量的要求。表2中的物相分 析结果表明磷主要分布在铁矿物中，占总磷量的 67.86，由于这部分磷被铁矿物所包裹，物理选矿方 法难以脱除其次22.32的磷以独立的磷灰石形态存 在，其余9.82分布于硅酸盐矿物中。 本研究所用的浸出细菌为氧化亚铁硫杆菌简称 Af菌，采用9K培养基培养至指数生长期细菌浓度 约10 8 个/mL后立即接种进行浸出实验。实验体系分 别采用9K培养基、缺磷9K培养基、缺磷缺铁9K 培养基溶液，3种培养基洛液组分见表3。 本实验用到的硫酸等主要药剂，均为分析纯试剂。 表3培养基溶液成分 Table 3 Composition of nutrient mediumg L -1 Composition 9Knu位ient medium 9 K nutrient medium without P 9 Knutrient medium without P and Fe NH42S04 3.00 3.00 3.00 KCI 0.10 0.10 0.10 KH2P04 0.50 。。 MgS047H20 0.50 0.50 0.50 CaN032 0.01 0.01 0.01 FeS047H 20 44.2 44.2 。 1.2 研究方法 向250mL锥形瓶中加入95mL培养基，再按一 定质量比称取含磷铁矿及黄铁矿加入到锥形瓶内，接 种5mL驯化后的菌液，用硫酸溶液调节浸出矿浆初 始pH到实验要求值。将锥形瓶置于摇床振荡培养， 定期用微量移液器移取1mL上层清液至10mL容量 瓶，为防止稀释后溶液中的磷沉淀并附于容量瓶底部， 在容量瓶中滴加适量硫酸溶液降低pH，然后用蒸锢水 稀释到刻度后分析磷的含量，计算脱磷率。实验过程 中取样减少的培养液用缺磷缺铁的9K榕液补充，蒸 发的水分用蒸锢水补充。 实验条件为在没有特别说明的情况下，细菌那 接种量为5，矿浆浓度为10，粒度小于0.074mm 占100，在空气浴振荡器振荡，转速160r/min，矿 浆初始pH为2.20，温度为30C。 2 结果与讨论 2.1 培养基种类的影晌 分别研究了在常规的9K培养基体系、缺磷的9K 培养基体系、缺磷缺铁的9K培养基体系中Af菌浸 出时间与铁矿石脱磷率的关系。 图1所示为不同培养基浸出体系下脱磷率随时间 变化的曲线。由图可以看出，在含亚铁和磷的常规9K 培养基溶液中，虽然浸出720h后仅获得约20的脱 磷率，但却显示出Af菌具有从铁矿石脱磷的能力 在含亚铁但缺磷的9K培养基溶液中，在同样的浸出 2007年10月 时间下就得了更高的脱磷率约34，这一结果不仅 表萌Af茜可以从含磷铁矿石中获得自身生长费需的 磷，同时也支持了Af菌吸收矿有中的磷实现直接脱 磷的机理然雨，在既不含磷又不含铁的9K培养基 溶液中，所获得的最大脱磷率不到3，这说明由 缺乏亚铁营养源，Af菌难以存活，小量的服磷率仅由 于痞液中酸的作用。以上结果表明，虽然Af菌可以 吸收矿石中的磷作为稳定的磷源，但由于矿石中缺乏 维持摇黯生长的稳定的亚铁握，搜出提磷率m然提俄 考虑到培养基中的亚铁离子在搜出初期很快消耗完 毕，若进一步提高脱磷率，浸出体系中必损有稳定的 亚铁来源。 以较大的速率进行，最终获得比不加黄铁矿大得多的 挠磷率。 覆-With pyrite .-Wthout pyrite 90 80 虫 、70 咀 二60 G 击50 N 主40 0. 30 ...c E 20 中民有色金属学报 1720 。v l 1200 ov nV AV - 。 h川V几川 8 阳 -I t m时吨 i rAVLH piv qa ρiw FL Aυ 内U A件 200 O 添加黄铁矿对矿石脱磷率的影响 E能ctof adding pyrite on dephosphorization 固2 在浸出时间为1104 h，其它条件不变的情况下， 研究了黄铁矿配比对细菌提出脱磷的影响，实验结果 见图3。由圈3可知，随着黄敬矿配比的增加，铁矿 石的脱磷率明显增加。当黄棋矿配比分别为0、5、 10和20时，其脱磷率分别为34.01、49.88、 68.81和78.84。摆明显，增大黄铁矿的配比，为氧 化亚铁硫杆菌的生长提供了更多的亚铁和还原态硫营 养源，旦黄镇矿的器己比增加，细菌氧化后房产生的就 酸以及亚铁氧化后的水解产生的酸都增加，从而提高 了脱磷率。 Fig.2 .-9K -9 K nutrient medium without P ‘一-9 K nutrient medium without P and Fe Aυ AHV QO AHV AV 哼Fi AHV AV ro AV他H O 即 “、νm t hvy3 附叫 i丘 l - f ρL Ava A甘e 、、vyL 200 100 35 。v ，、vAVN 、“内 υ 句37Af菌可以从含磷铁矿石中获得自身 生长所需的磷添加黄铁矿可以显著强化细菌搜出脱 磷过程在较能的矿浆初始pH1.7-2.0下脆磷率较高 合适的细菌接种量、培养基亚铁初始含量及矿石粒度 都有利于生物搜出脱磷。 2对某含磷1.12的铁矿石，以缺磷9K培养基 为搜出体系，添加质盘比为20的黄铁矿，在初始pH 为1.7-2.0的条件下，采F哥Af蕾进行生物漫出，获得 的脱磷率为86.6。 REFERENCES [1] 陈宏.世界铁矿石资源和生产概况JJ.钢铁，2001, 3611 69-73. 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