CN101818249B

CN101818249B - 一种高磷鲕状铁矿石的磁化焙烧-两步生物浸出提铁降磷方法

Info

Publication number: CN101818249B
Application number: CN2010101610374A
Authority: CN
Inventors: 龚文琪; 李育彪; 皮科武; 胡纯; 辛桢凯; 钟乐乐; 袁宵
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: CN101818249A

Abstract

一种高磷鲕状铁矿石的磁化焙烧-两步生物浸出提铁降磷方法，将高磷鲕状铁矿石在箱式电阻炉中进行磁化焙烧，经磨矿、磁选后进行微生物浸出试验，所用菌种为硫杆菌。微生物在生物反应器中培养5～30d，得到pH值为0.5～1.5的菌液，利用过滤液进行浸矿除磷，矿浆浓度为1～20％，浸出时间为0.5～24h，固液分离后得到最终铁精矿产品。本发明将焙烧矿采用两步生物浸出方法进行浸矿，能使铁矿石中磷的含量由0.80～1.25％降低到0.20％以下，同时最终铁精矿品位由43～45％提高到55～62％，硫含量低于0.20％，铁损失率低于4％。本工艺提铁降磷效果好，能提高矿浆浓度、缩短浸矿时间、减少铁损失率，并能循环利用营养物质，尤其适宜我国储量丰富的高磷鲕状铁矿石的开发利用。

Description

一种高磷鲕状铁矿石的磁化焙烧-两步生物浸出提铁降磷方法

技术领域

本发明涉及一种高磷鲕状铁矿石的磁化焙烧-两步生物浸出提铁降磷方法，特别是涉及一种利用硫杆菌按两步浸出法浸出磁化焙烧后的高磷鲕状铁矿石中磷的方法。

背景技术

随着冶金工业的发展，冶炼厂对铁精矿的质量要求越来越高，冶金新工艺的实施，对铁精矿的质量提出了更高的要求。磷灰石、胶磷矿作为铁矿中的有害杂质矿物，常出现在弱磁性铁矿石中。在我国的湘、鄂地区，长江流域，均埋藏大量含磷铁矿石，如梅山铁矿含磷高达0.38％，“宁乡式”赤铁矿、乌石山矿区，含磷高于0.5％。随着经济的发展，冶炼对入炉物料的要求日益苛刻，进入20世纪90年代后，Cleveland CleffsInc提出铁精矿含磷应低于0.024％，国内对铁精矿的含磷要求为0.05～0.30％。

我国高磷铁矿石储量占总储量的14.86％，达74.5亿吨。一直以来，国内外针对不同的矿石性质，进行了较为深入的铁矿石除磷工艺研究，主要工艺有：反浮选、选择性聚团、高梯度磁选、酸浸、氯化焙烧—酸浸等，但都由于脱磷率低、成本高、对环境污染严重等原因而使其应用受到限制。

近年来，利用微生物处理矿产资源的研究非常活跃，仅就溶磷方面而言，已经发现很多种细菌、真菌、放线菌都具有溶磷作用。它们主要通过代谢产酸降低体系的pH值，使含磷矿物溶解。同时，代谢产酸还会与Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等离子形成络合物，从而促进含磷矿物的溶解。研究表明，有的细菌具有过量摄磷的特性，这也是微生物除磷的机理之一。嗜酸氧化亚铁硫杆菌(At.f菌)是应用最广泛、适应性最强的工业菌种，已成功地应用于处理贫、细、杂等难处理的硫化矿，该菌属于嗜酸性化能自氧菌，以CO₂为碳源，在低pH值条件下，利用氧化Fe²⁺、S⁰等释放的能量生长，O₂为最终电子受体。

但是，在高磷鲕状铁矿石除磷方面，国内外见诸报道的成功的生物降磷方法并不多见，其中异养菌产酸较弱，除磷效果不佳，而自养菌主要集中于单独的嗜酸性硫杆菌，且多集中于微生物培养与浸矿在同一过程中进行，导致铁矿石在酸性溶液中浸泡时间过长，铁损失率较大，同时，添加的能源物质，如，何良菊等[何良菊，胡芳仁，魏德洲.梅山高磷铁矿石微生物脱磷研究，矿冶，2000(9)：1：31-35]添加黄铁矿、姜涛等[CN 101037724A 2007.4.28]添加硫酸亚铁或沈少波[CN 101597037A 2009.7.15]添加硫粉等，未被微生物利用完或作用后产生铁矾类沉淀，混在最终的铁精矿中，导致最终除磷后的铁矿石中的硫含量过高。

为了强化铁矿中磷的微生物浸出效果，提高磷浸出效率、减少铁损失率、降低最终铁矿石中硫含量的情况，特提出本发明专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脱磷效果好、铁损失小、周期短、最终铁精矿产品中硫含量低的高磷鲕状铁矿石磁化焙烧-两步生物浸出提铁降磷方法。

一种高磷鲕状铁矿石的磁化焙烧-两步生物浸出提铁降磷方法，特别适合于以赤铁矿、褐铁矿为主的高磷鲕状铁矿石。该方法包括：将高磷鲕状铁矿石破碎至-3mm，在箱式电阻炉中进行磁化焙烧，焙烧温度750～900℃，焙烧时间15～60min，还原剂用量为矿石重量的3～6％，经磨矿至-74μm后，通过弱磁选机在磁场强度为500～3000Oe条件下选别得到选别后的焙烧矿，然后进行微生物浸矿；浸矿用微生物为硫杆菌，先在生物反应器中进行接种培养，接种量为培养基体积的1～10％，接种时细菌浓度为10⁸～10⁹cpu/ml，然后加入质量为接种后液体质量的1～5％的硫粉或含还原态硫的物质或含二价铁离子的物质作为能源物质，调节pH至2.0～4.0，温度控制为25～35℃，在生物反应器中培养5～30d后pH达到0.5～1.5，然后过滤，所得固体产物为未氧化完的硫粉或代谢产生的固体物质，所得滤液中含有硫杆菌，另外含有硫酸或Fe³⁺，按两步浸矿方法，将滤液加入到另一浸矿反应器中，添加滤液质量1～20％选别后的焙烧矿进行浸矿，浸矿搅拌速度为200～1000r/min，浸矿时间为0.5～24h，随后进行固液分离，所得固体产品为脱磷的最终铁精矿产品，所得液体产品为含溶解的磷的化合物和硫杆菌。

所用焙烧容器为金属容器，焙烧后采用水冷液封的方法进行冷却。

所用硫杆菌为单独的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(At.f)，所用培养基为为9K培养基，能源物质为硫酸亚铁或单质硫粉。

或者，所用硫杆菌为单独的嗜酸氧化硫硫杆菌(At.t)，培养基为Starkey培养基，能源物质为单质硫粉。

或者，硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的混合菌株，混合比例为嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的体积比为1∶9～9∶1，培养基为体积比为1∶9～9∶1的9K与Starkey的混合培养基，能源物质为单质硫粉或重量比为1∶9～9∶1的硫酸亚铁和单质硫粉的混合物，能源物质用量为总液体质量的0.5～5％。

本发明将焙烧矿采用微生物两步浸出法进行浸矿提铁除磷，能使高磷鲕状铁矿石中磷的含量由0.80～1.25％降低到0.20％以下，同时最终铁精矿品位由43～45％提高到55～62％，硫含量低于0.20％，铁损失率低于4％。

采用上述技术方案中的磁化焙烧-两步生物浸出提铁降磷方法，磁化焙烧的作用是将弱磁性的赤铁矿转化成强磁性的四氧化三铁，磁选过程能进行脱泥工作，减少后期微生物浸矿过程中的耗酸量，增加直接作用于铁矿石中含磷部位的微生物数量。

利用At.f、At.t或其混合菌进行浸矿除磷的原理在于：(1)微生物需要吸收磷来构成细胞组分，如磷脂等；(2)微生物通过吸收磷来合成三磷酸腺苷(ATP)进行能量代谢，代谢产生的无机酸与不溶性磷酸盐作用，使磷溶解进入液相；(3)细菌代谢过程中氧化还原性的硫产生硫酸，溶解矿石中磷矿物，使磷进入液相；(4)细菌氧化亚铁生成Fe³⁺后，利用Fe³⁺水解产生酸溶解磷矿物，使磷进入液相。

本发明的优点主要在于：(1)采用了磁化焙烧-磁选进行脱泥工作，减少了酸的消耗量，同时提高了微生物对磷矿物的作用效率；(2)首次提出采用两步浸出法进行提铁除磷工艺，使细菌生长、繁殖阶段能在较优越的条件下进行，减少了高矿浆浓度对细菌生长初期产生的不利影响，从而能提高浸矿的矿浆浓度；(3)首次提出将培养好的菌液与产生的固体物质进行过滤，减少了未氧化完的硫粉或产生的铁矾类沉淀进入铁矿石中，从而减少了最终铁矿石中的硫含量，同时，过滤后的硫粉等可以继续作为能源物质为下一阶段培养细菌所用；(4)首次在铁矿石微生物除磷技术中提出利用At.f和At.t的混合菌株进行培养，其营养物质可以为硫酸亚铁与单质硫粉的混合物，也可以只是单质硫粉，充分利用了两种菌的协同作用，使浸矿除磷效果得到了强化；(5)采用本发明能使铁矿石中的磷含量由0.80～1.25％降到0.20％以下，铁品位由43～45％提高到55～62％，铁损失率在4％以下，硫含量低于0.20％。本发明脱磷效果好、铁损失小、周期短、最终铁矿石硫含量低。

附图说明

附图是本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1，参见附图，将铁品位为43.50％，含磷量为0.85％，含硫为0.016％的高磷鲕状铁矿石破碎至粒度为-3mm，在箱式电阻炉中进行磁化焙烧，焙烧温度850℃，焙烧时间25min，还原剂用量为矿石重量的5％，然后经磨矿至-74μm后，通过弱磁选机在磁场强度为1500Oe条件下进行磁选，利用磁选后的矿样进行微生物浸出试验。浸矿用微生物为嗜酸氧化亚铁硫杆菌(At.f菌)，先在生物反应器中培养浸矿用微生物，接种量为培养基体积的10％，接种时细菌浓度为10⁸～10⁹cpu/ml，然后按接种后液体质量比加入4％的硫酸亚铁，调节pH至3.0，温度控制30℃，使得At.f菌能将硫酸亚铁充分氧化，在反应器中培养24d后pH达到1.21，然后将其过滤分离，所得固体产物铁矾类沉淀，所得滤液中含有At.f菌和Fe³⁺，按两步浸矿方法，将滤液加入到另一浸矿反应器中，添加占滤液质量比为10％的磁选后的矿样进行混合、浸矿，浸矿搅拌速度为600r/min，浸矿时间为24h，随后进行固液分离，所得固体产品为脱磷后的最终铁精矿产品，其铁品位为56.25％，磷含量为0.19％，硫含量为0.19％，铁损失率为3.52％，所得液体为含磷溶液，也可返回至生物反应器中用于培养浸矿微生物，直至不利培养细菌后收集进行集中处理。

实施例2，参见附图，将铁品位为43.50％，含磷量为0.85％，含硫为0.016％的高磷鲕状铁矿石破碎至粒度为-3mm，在箱式电阻炉中进行磁化焙烧，焙烧温度850℃，焙烧时间25min，还原剂用量为矿石重量的5％，然后经磨矿至-74μm后，通过弱磁选机在磁场强度为1500Oe条件下进行磁选，利用磁选后的矿样进行微生物浸出试验。浸矿用微生物为At.f菌，先在生物反应器中培养浸矿用微生物，接种量为体积百分比的10％，接种时细菌浓度为10⁸～10⁹cpu/ml，然后按接种后液体质量比加入1％硫粉，调节pH至3.0，温度控制30℃，使得At.f菌能将硫粉充分氧化，在反应器中培养24d后pH达到0.84，然后将其过滤分离，所得固体产物为铁矾类沉淀和未氧化完全的硫粉，未氧化完的硫粉可返回到生物反应器中作为能源物质继续为培养细菌所用，所得滤液中含有At.f菌和硫酸，按两步浸矿方法，将滤液加入到另一浸矿反应器中，添加占滤液质量比为10％得磁选后的矿样进行混合、浸矿，浸矿搅拌速度为600r/min，浸矿时间为24h，随后进行固液分离，所得固体产品为脱磷后的最终铁精矿产品，其铁品位为56.48％，磷含量为0.15％，硫含量为0.19％，铁损失率为2.89％，所得液体为含磷溶液，也可返回至生物反应器中用于培养浸矿微生物，直至不利培养细菌后收集进行集中处理。

实施例3，参见附图，将铁品位为43.50％，含磷量为0.85％，含硫为0.016％的高磷鲕状铁矿石破碎至粒度为-3mm，在箱式电阻炉中进行磁化焙烧，焙烧温度850℃，焙烧时间25min，还原剂用量为矿石重量的5％，然后经磨矿至-74μm后，通过弱磁选机在磁场强度为1500Oe条件下进行磁选，利用磁选后的矿样进行微生物浸出试验。浸矿用微生物为At.t菌，先在生物反应器中培养浸矿用微生物，接种量为体积百分比的10％，接种时细菌浓度为10⁸～10⁹cpu/ml，然后按接种后液体质量比加入1％硫粉，调节pH至3.0，温度控制30℃，使得At.t菌能将硫粉充分氧化成硫酸，在反应器中培养24d后pH达到0.72，然后将其过滤分离，所得固体产物为铁矾类沉淀和未氧化完全的硫粉，未氧化完的硫粉可返回到生物反应器中作为能源物质继续为培养细菌所用，所得滤液中含有At.t菌和硫酸，按两步浸矿方法，将滤液加入到另一浸矿反应器中，添加占滤液质量比为10％得磁选后的矿样进行混合、浸矿，浸矿搅拌速度为600r/min，浸矿时间为24h，随后进行固液分离，所得固体产品为脱磷后的最终铁精矿产品，其铁品位为57.42％，磷含量为0.12％，硫含量为0.20％，铁损失率为2.67％，所得液体为含磷溶液，也可返回至生物反应器中用于培养浸矿微生物，直至不利培养细菌后收集进行集中处理。

实施例4，参见附图，将铁品位为43.50％，含磷量为0.85％，含硫为0.016％的高磷鲕状铁矿石破碎至粒度为-3mm，在箱式电阻炉中进行磁化焙烧，焙烧温度850℃，焙烧时间25min，还原剂用量为矿石重量的5％，然后经磨矿至-74μm后，通过弱磁选机在磁场强度为1500Oe条件下进行磁选，利用磁选后的矿样进行微生物浸出试验。浸矿用微生物为At.f菌和At.t菌的混合菌株，其混合比例为At.f∶At.t为4∶6，先在生物反应器中培养浸矿用微生物，接种量为体积百分比的10％，接种时细菌浓度为10⁸～10⁹cpu/ml，然后按接种后液体质量比加入1％硫粉，调节pH至3.0，温度控制30℃，使得混合菌能将硫粉充分氧化成硫酸，在反应器中培养24d后pH达到0.70，然后将其过滤分离，所得固体产物为未氧化完全的硫粉，未氧化完的硫粉可返回到生物反应器中作为能源物质继续为培养细菌所用，所得滤液中含有At.f菌、At.t菌、硫酸，按两步浸矿方法，将滤液加入到另一浸矿反应器中，添加占滤液质量比为10％得磁选后的矿样进行混合、浸矿，浸矿搅拌速度为600r/min，浸矿时间为24h，随后进行固液分离，所得固体产品为脱磷后的最终铁精矿产品，其铁品位为57.57％，磷含量为0.13％，硫含量为0.17％，铁损失率为3.21％，所得液体为含磷溶液，也可返回至生物反应器中用于培养浸矿微生物，直至不利培养细菌后收集进行集中处理。

实施例5，参见附图，将铁品位为43.50％，含磷量为0.85％，含硫为0.016％的高磷鲕状铁矿石破碎至粒度为-3mm，在箱式电阻炉中进行磁化焙烧，焙烧温度850℃，焙烧时间25min，还原剂用量为矿石重量的5％，然后经磨矿至-74μm后，通过弱磁选机在磁场强度为1500Oe条件下进行磁选，利用磁选后的矿样进行微生物浸出实验。浸矿用微生物为At.f菌和At.t菌的混合菌株，其混合比例为At.f∶At.t为4∶6，先在生物反应器中培养浸矿用微生物，接种量为体积百分比的10％，接种时细菌浓度为10⁸～10⁹cpu/ml，然后按接种后液体质量比加入1.6％硫酸亚铁和0.6％硫粉，调节pH至3.0，温度控制30℃，使得混合菌能将硫粉充分氧化成硫酸，能将硫酸亚铁氧化成Fe³⁺，在反应器中培养24d后pH达到0.72，然后将其过滤分离，所得固体产物为铁矾类沉淀和未氧化完全的硫粉，未氧化完的硫粉可返回到生物反应器中作为能源物质继续为培养细菌所用，所得滤液中含有At.f菌、At.t菌、Fe³⁺和硫酸，按两步浸矿方法，将滤液加入到另一浸矿反应器中，添加占滤液质量比为10％得磁选后的矿样进行混合、浸矿，浸矿搅拌速度为600r/min，浸矿时间为24h，随后进行固液分离，所得固体产品为脱磷后的最终铁精矿产品，其铁品位为57.21％，磷含量为0.14％，硫含量为0.18％，铁损失率为3.44％，所得液体为含磷溶液，也可返回至生物反应器中用于培养浸矿微生物，直至不利培养细菌后收集进行集中处理。

Claims

1.一种高磷鲕状铁矿石的磁化焙烧-两步生物浸出提铁降磷方法，其特征是：将高磷鲕状铁矿石破碎至3mm以下，在箱式电阻炉中进行磁化焙烧，焙烧温度750～900℃，焙烧时间15～60min，还原剂用量为矿石重量的3～6％，经磨矿至74μm以下后，通过弱磁选机在磁场强度为500～3000Oe条件下选别得到选别后的焙烧矿，然后进行微生物浸矿；浸矿用微生物为硫杆菌，先在生物反应器中进行接种培养，接种量为培养基体积的1～10％，接种时细菌浓度为10⁸～10⁹cpu/ml，然后加入质量为接种后液体质量的1～5％的含还原态硫的物质或含二价铁离子的物质作为能源物质，调节pH至2.0～4.0，温度控制为25～35℃，在生物反应器中培养5～30d后pH达到0.5～1.5，然后过滤，按两步浸矿方法，将滤液加入到另一浸矿反应器中，添加滤液质量1～20％选别后的焙烧矿进行浸矿，浸矿搅拌速度为200～1000r/min，浸矿时间为0.5～24h，随后进行固液分离，所得固体产品为脱磷的最终铁精矿产品，所得液体产品为含溶解的磷的混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是焙烧容器为金属容器，焙烧后采用水冷液封的方法进行冷却。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是硫杆菌为单独的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，所用培养基为9K培养基，能源物质为硫酸亚铁。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是硫杆菌为单独的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，培养基为9K培养基，能源物质为单质硫粉。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是硫杆菌为单独的嗜酸氧化硫硫杆菌，培养基为Starkey培养基，能源物质为单质硫粉。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的混合菌株，混合比例为嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的体积比为1∶9～9∶1，培养基为体积比为1∶9～9∶1的9K与Starkey的混合培养基，能源物质为硫酸亚铁和单质硫粉，其重量比为1∶9～9∶1且与两种菌株体积比保持相同比例，能源物质总用量为总液体质量的0.5～5％。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是硫杆菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的混合菌株，混合比例为嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌的体积比为1∶9～9∶1，培养基为体积比为1∶9～9∶1的9K与Starkey的混合培养基，能源物质为单质硫粉，其用量为总液体质量的0.5～5％。