高磷贫碳酸锰矿石的微生物处理.pdf

1998年 10月 第19卷第5期 东 北 大 学 学 报自 然 科 学 版 Journal of Northeastern UniversityNatural Science Oct. 1 9 9 8 Vol119 ,No. 5 高磷贫碳酸锰矿石的微生物处理 Ξ 魏德洲 ① 何良菊 东北大学资源与土木工程学院,沈阳 110006 关晓辉 东北电力学院,吉林 132012 张维庆 ② 东北大学资源与土木工程学院,沈阳 110006 摘 要 综述了我国锰矿资源及选冶现状,提出了高磷贫碳酸锰矿石微生物富锰降磷方案;筛选 出了具有富锰降磷作用的微生物.初步结果表明,这些微生物具有明显的富锰降磷作用. 关键词 高磷贫碳酸锰矿石,微生物,富锰降磷. 分类号 TD 92515 我国的锰矿资源比较丰富,但突出特点是贫 而难选.在已探明的锰矿石储量中,锰品位较低 05 由于0 β1 1 , 且上升的幅度随β1的增加而增加. 这表明,利用微生物的催化作用,可提高碳酸锰矿 石的锰品位. 与此同时,试验研究已经证实,我国的锰矿矿 坑水中,存在的锰氧化细菌,能在自然环境条件下 有效地催化矿石中碳酸锰的氧化反应,并能导致 与锰结合紧密的磷矿物部分分解,使矿石的磷含 量降低10 左右[9]. 然而,通过氧化提高碳酸锰矿石的锰品位,并 不能有效地降低矿石的磷锰比,因在此情况下,锰 和磷在氧化过程中得到同步富集,这也正是借焙 Ξ1998202223收到. ①男,41 ,教授,博士;②男,57 ,教授. 国家自然科学基金资助项目编号59374150 . 烧不能降低矿石的磷锰比的根本原因.因此,降低 高磷贫碳酸锰矿石磷锰比的有效途径是降磷. 基于目前的研究结果,对高磷贫碳酸锰矿石进 行降磷的有效途径,可能是借助微生物的作用促进 难溶磷矿物的分解.提出这种设想的依据有二其 一,现已基本查明,高磷贫碳酸锰矿石中的磷绝大 部分以磷酸盐的形式存在[2 ,3];其二,目前已经发 现,多种微生物对难溶磷酸盐具有明显的分解作 用,在它们当中,有些能明显促进植物对土壤中磷 的吸收,有些能有效地脱除锰矿石中的磷[10]. 综上所述,对高磷贫碳酸锰矿石进行微生物 处理的核心,是微生物对碳酸锰的催化氧化和促 进难溶磷矿物的分解. 2 锰氧化细菌的生理特性及作用效果 对从矿坑水中分离出的一种锰氧化细菌共 生生金菌 , 继在实验室内进行了约3个月的驯化 培养以后,又对它进行了生理特性和催化Mn2 氧化反应的试验研究. 对锰氧化细菌的生理特性,着重研究了它的 生长情况及其影响因素. 图1是锰氧化细菌的生长情况试验结果.由 图1可计算出,这种细菌的世代时间约16184 h , 比生长率约01018 h - 1. 与其他细菌的相应指标比 较,锰氧化细菌的世代时间为活性污泥的2～7 倍、 假单胞菌的19～22倍、 大肠杆菌的60～65 倍,而比生产率仅分别为它们的1/ 7～1/ 2 ,1/ 22 ～1/ 19和1/ 65～1/ 60. 初始pH值不同时,经过5d培养,培养基中 锰氧化细菌浓度的测定结果如图2所示.结果表 明,环境pH值对锰氧化细菌的生长具有显著的 影响,其最适宜的生长pH值为610～815. 图1 锰氧化细菌的生长曲线 图2 环境pH值对锰氧化细菌生长情况的影响 图3是锰氧化细菌对环境pH值的调节作用 的试验结果.从图3可以看出,锰氧化细菌自身具 有一定的调节环境pH值的作用,能使周围环境 的pH值更适于自身生长繁殖. 细菌对高磷贫碳酸锰矿石的氧化试验,是采 用机械搅拌加充气的方法进行的.矿样粒度为- 01074 mm ,锰 品 位 为1913 ,矿 浆 浓 度 为 9109 ,充气量为011 m3/ m3 min 左右,搅拌速 度略大于发生沉淀的临界值,氧化过程持续了20 d ,试验结果如图4和图5所示. 364第5期 魏德洲等高磷贫碳酸锰矿石的微生物处理 将细菌氧化碳酸锰矿石的试验结果与其生长 特性的测定结果联系起来,可以看出,这种锰氧化 细菌对碳酸锰矿石的氧化过程具有明显的催化作 用,且可以自动调节环境的pH值,使其更有利于 自身的生长繁殖.但由于它的生长速度比较缓慢, 导致所催化的氧化反应持续的时间较长.这表明, 采取措施促进细菌的生长繁殖,是加速碳酸锰矿 石微生物催化氧化过程的关键. 图4 锰品位与氧化时间的关系 图5 矿浆pH值与氧化时间的关系 3 微生物对难溶磷酸盐的分解 为探索利用微生物分解高磷贫碳酸锰矿石中 磷矿物的有效途径,用芽孢杆菌属的枯草芽孢杆 菌和生尘芽孢杆菌,进行了分解难溶磷酸盐的试 验研究,结果如下. 1元素磷为枯草芽孢杆菌和生尘芽孢杆菌 的生长繁殖所必需.在缺磷的培养基中,这两种细 菌生长得十分缓慢,培养2天后,培养基中细菌细 胞的浓度仅为富磷培养基中的八分之一.其次,把 这两种细菌接种到磷浓度为78 mg/ L的液体培 养基中培养2天后,培养基中的磷浓度降低到31 mg/ L ,液相中的磷浓度降低了60 以上.同时, 对枯草芽孢杆菌和生尘芽孢杆菌进行的染色试验 结果表明,在有磷培养基中生长的细菌细胞内存 在有聚磷酸盐,而在无磷培养基中生长的细菌体 内则没有聚磷酸盐.这表明过量吸收生长环境中 的磷是这两种细菌的生理习性. 2在缺磷培养基中加入Ca3 PO 42后,接 种生尘芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌,培养3～4天, 液相中的磷浓度由零增加到40 mg/ L以上.这表 明,这两种细菌都具有较强的分解难溶磷酸盐的 能力,可作为对高磷碳酸锰矿石进行降磷的首选 微生物. 4 结 语 通过这项研究,初步查明微生物氧化碳酸锰 矿石的关键制约因素是微生物的生长速度,查明 了微生物分解难溶磷酸盐的一些作用机制及它们 分解磷酸盐的能力,为解决我国储量丰富的高磷 贫碳酸锰矿资源的开发利用问题,探索出了一条 研究途径,为进一步开展这类矿石的微生物氧化 富锰降磷技术的应用研究奠定了基础. 参考文献 1姚培慧.中国锰矿志.北京冶金工业出版社,1995. 1～35 2李前懋.我国碳酸锰矿石中磷的赋存状态研究.中国锰业, 19871 5～7 3孔令双.碳酸锰矿石与围岩中磷的赋存状态及富集规律. 中国锰业,19894 9～10 4朱家骥.对处理花垣型高磷锰矿石工艺流程的评述.中国 锰业,1992 ,102～3 91～95 5EhrlichHL.Manganese2oxidizingbacteriafroma hydrothermallyactiveareaontheGalapagosRift. Environmental Biogeochemistry ,1984 ,35 357～366 6Ehrlich H L. Microbial chemoautrophy. Ohio The Ohio State University Press ,1984. 47～56 7Ehrlich HL. Manganese oxide reduction as a of anaerobic respiration. GeomicrobiologyJournal ,1987 ,53/ 4 423～431 8Krumbein W E. Microbial geochemistry. Oxford Blackwell Scientific Publication ,1983. 191～222 9魏德洲,郝瑞霞,梁海军.利用微生物处理高磷碳酸锰矿石 的可能性.见辽宁省第二届青年学术年会学术委员会.辽 宁省第二届青年学术年会论文集工科分册 . 大连大连 理工大学出版社,1995. 34～36 10Karavaiko G I ,Rossi G,Avakyan Z A. Biohydrometallurgy. Moscow CenterforInternationalProjectsUSSRState Committee for Envionment Protection ,1990. 312～319 Biological Treatment of High2phosphorus and Poor Rhodochrosite Ore Wei Dezhou , He Liangju , Guan Xiaohui , Zhang Weiqing ABSTRACT There are plenty of high2phosphorus and poor rhodochrosite resources in China.The present conditions of manganese resources and its processing in China were discussed.The biological treatment plan was suggested for enriching manganese and dephosphorization ofhigh2phosphorus and poor rhodochrosite ore.Microorganism , suited for enriching manganese and dephosphorization , was selected. These kinds of microorganism serve the function of enriching manganese and dephosphorization remarkably. KEY WORDS high2phosphorus and poor rhodochrosite ore , microorganism , enriching manganese and dephosphorization. Received February23,1998 464东北大学学报自然科学版 第19卷