CN101837962A - 一种氧化硫杆菌从低品位磷矿中浸出磷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微生物浸矿技术，具体地说是涉及一种从湖北铜山口铜矿土样中分离得到一株氧化硫硫杆菌，用于低品位磷矿微生物浸出方法。所述方法包括如下步骤：1)取样；2)菌株的富集分离及驯化；3)磷的浸出方法；本发明筛选和驯化得到的菌株比起现有报道中出现的浸磷率高出30％以上，本发明以黄铁矿为助浸剂，减少了培养基中大量而又昂贵的磷化合物和单体硫的加入，有利于磷矿中伴生资源的循环和高效利用，降低环境污染，减小投资成本，生产的成本更低，可实现资源开发和环境保护的持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物浸矿技术，具体地说是涉及一种从湖北铜山口铜矿土样中分离得到一株氧化硫硫杆菌，应用于低品位磷矿浸出的低品位磷矿的微生物浸出方法。
背景技术
我国磷矿资源丰富，资源总量约500亿吨，分布在26个省，相对集中在云、贵、川、鄂、湘5个省之内，约占全国总储量的4/5。我国的磷矿资源的特点：(1)资源丰富，但分布过于集中；(2)中低品位磷矿多、富矿少；(3)难选矿多，易选矿少；适宜于大规模高强度开采的少。随着工业化进程的发展，人们对原料的需求不断扩大，高品位富矿已经开发殆尽，我们不得不去利用大量的低品位、难处理的贫矿资源。
传统的选冶工艺在处理低品位复杂矿产资源时，表现为效率低、流程长、生产成本高、环境污染严重。而生物冶金技术(又称生物浸矿技术)正是一种低成本、环境友好、高效加工矿产资源的技术。其是利用某些微生物或其代谢产物对某些矿物(主要为硫化矿物)和元素所具有的氧化、还原、溶解、吸收(吸附)等作用，从矿石中溶浸金属或从水中回收(脱除)有价(有害)金属的湿法冶金过程。
生物冶金技术的发展已有数十年的历史，目前微生物浸矿已经具有经济价值的是铜、铀和金。特别是用细菌堆浸法提取铜，是微生物在矿冶工业应用最成功的一个方向，美国、智利、澳大利亚、加拿大等国家都曾进行细菌堆浸回收低品位矿石或难采矿石中铜矿石的生产。美国和智利利用生物湿法冶金提铜分别占本国所产铜总量的11％和20％以上。在国内，微生物浸矿的研究最早起始于二十世纪六十年代，中科院微生物研究所对铜官山铜矿进行了实验研究。八十至九十年代，中科院微生物所、中科院化工冶金研究所等分别对铜、镍等低品位矿的生物提取及高砷金矿预氧化的理论及工艺进行了广泛的研究。九十年代中后期，低品位铜矿生物提取工艺在江西铜业公司德兴铜矿成功应用，并建成年产2000吨电解铜的堆浸厂，是我国建成的第一个生物提铜的工厂。
目前我国的低品位磷矿的开发利用研究工作相对滞后，随着磷矿资源的贫化和对高纯及高附加值磷化工产品需求增加，如何利用低品位磷矿生产高质量产品的问题也就显现出来，而利用微生物浸矿的方法来处理低品位磷矿不失为方法中的上选。
关于磷矿的微生物浸出，国内外已经有一些报道。根据生理生化特性，能用于磷矿浸出的微生物可分为化能异养微生物和化能自养微生物。关于异养菌溶磷，国内外已经开展了大量的研究。已经取得的结果表明，异养菌代谢产生的有机酸酸性不强，分解磷矿的速度缓慢，浸出率低，实验工业化生产十分困难，主要用于具有生物活性的磷肥。而关于自养菌溶磷，国内外的报道较少，主要是利用嗜酸硫杆菌氧化还原态的铁或硫来产生硫酸，溶解磷矿。由于硫酸具有较强的溶磷作用，而且自养菌的培养不需要有机营养物，而以磷矿中伴生的或加入的还原态硫或铁矿物为能源自养生长，因此具有工业化生产的可能性。
硫杆菌对磷矿的浸出有一定的成果，根据龚文琪等最近的研究成果，氧化硫硫杆菌的浸磷率，在添加了Tween60的基础上最高可达到57.7％，一般菌浸磷率均保持在40％-60％。但该工艺浸出时间长，为15-20d浸矿，王光华等人对不同氮源对3种溶磷真菌溶解磷矿粉能力进行了研究，其试验菌种为真菌，并缺乏对工艺参数的试验。
总之，利用氧化硫硫杆菌进行磷矿浸出的研究少之又少，其最大的缺点是生产周期长，浸矿速度慢，堆浸、原地浸出一般需要几个月甚至几年。提高细菌浸出矿物的速率和浸出率特别重要，而选育优良菌株是提高浸矿率的关键，同时，优化的浸矿工艺条件和技术参数也是必不可少的，这是本发明专利的目的。
发明内容
本发明的目的在于从湖北铜山口铜矿土样中分离纯化获得一株氧化硫硫杆菌，用于浸出低品位磷矿的微生物浸出方法。
本发明一种氧化硫杆菌从低品位磷矿中浸出磷的方法通过下述技术方案予以实现：本发明一种低品位磷矿的生物浸出方法包括如下步骤：
1)取样：将用牛皮纸扎好的取样瓶与取样勺用高压灭菌器高压灭菌，在取样点打开牛皮纸，用酒精灯烧灼瓶口，用取样勺从湖北铜山口铜矿取土样至取样瓶二分之一处，迅速扎好牛皮纸带回，称取10g土样到100mL无菌水中，加入磁力搅拌子搅拌1小时，然后静置；
2)富集、分离及纯化：吸取上述上清液10mL到盛有100mL已灭菌的Waksman培养基的250mL锥形瓶中，在30℃、120r/min的恒温摇床中，此过程需要7d；吸取第一次培养后的菌液10mL到盛有100mL Waksman培养基的250mL锥形瓶中，在和上述条件相同的情况下再次振荡培养，如此反复振荡培养5次，然后将菌液采用固体培养基稀释涂布平板法分离、纯化；纯化菌种在Starkey固体培养基上培养7-10d出现圆形凸起状直径1mm左右的小菌落，将单独小菌落挑起，接种到装有10mL液体培养基的小锥形瓶或试管中，以纱布封口，培养条件同上，直到小锥形瓶或试管的液体均匀浑浊；重复在液体培养基中扩大培养和在平板上反复分离4次，最后分离出纯化菌株再进行分子学鉴定确认为氧化硫硫杆菌；
3)驯化：吸取液体培养菌液10mL到盛有90mL已灭菌的Waksman培养基的250mL锥形瓶中，加入磷矿粉和黄铁矿各1g，在30℃、120r/min的恒温摇床中振荡培养10-15d，取出10mL驯化液转接至新鲜的Wksman培养基中培养，当培养基溶液颜色出现乳白色现象时，说明该菌种能够耐受上面矿浆浓度及其中所含有的有害物质，此过程需要培养5-10d；向原驯化液中补加磷矿粉和黄铁矿各1g，重复上述步骤振荡培养，当溶液颜色再次出现乳白色现象时，再逐步增加磷矿粉和黄铁矿进行反复驯化，以每次均增加1克黄铁矿和磷矿量加入锥形瓶中，共进行4次；原驯化液中转接减少的体积和蒸发的体积用新鲜的无P无S的Wksman培养基补充；
液体培养基采用Waksman培养基：(NH4)2SO4 0.2g/L，K2HPO4·3H2O 3.0g/L，MgSO4·7H2O 0.5g/L，CaCl2·2H2O 0.126g/L，S0 10.0g/L，蒸馏水1000mL，用50％H2SO4调pH值至2.0。
固体培养基采用Starky-Na2S2O3-琼脂培养基：(NH4)2SO4 2.0g/L，MgSO4·7H2O 0.5g/L，CaCl2·2H2O 0.25g/L，KH2PO4 3.0g/L，FeSO4·7H2O0.001g/L，Na2S2O3 10g/L，琼脂3.0g/L，蒸馏水1000mL；
浸矿培养基：即Waksman培养基不加K2HPO4·3H2O和S0；
4)浸磷方法：在盛有100mL浸矿培养基的250mL锥形瓶中，依实验需要接入经过驯化的菌种v/v，20％～30％，分别加入一定量的黄铁矿0.5g～2.0g和相应的磨矿时间为10～20min磨细的磷矿0.5g～2.0g，用1+1硫酸调节初始pH1.0～2.5，在设定温度30℃和转速120r/min的恒温摇床中培养7天，从锥形瓶取1mL浸出液，用磷钼黄比色法测定溶液中可溶性总磷的浓度，根据实验前后溶液中磷含量的变化，计算磷矿石中磷的浸出率为89.27％～95.67％。
本发明一种氧化硫杆菌从低品位磷矿中浸出磷的方法与现有技术相比较有如下有益效果：本发明筛选得到的菌株比起现有报道中出现的菌株不仅浸磷率明显高于其它实验30％以上，而且磷矿浸出的条件比较符合实际生产工艺，如初始pH选用为2.0，磨矿时间选用20min，浸磷时间5d比其它浸出时间缩短5-10天等，本发明利用加入的黄铁矿(或矿石自身伴生的)中的硫和磷矿中磷作为细菌生长能源物和营养物，分别替代Waksman培养基中需另外加入的硫和元素磷，减少了培养基中大量而又昂贵的磷化合物和单体硫的加入，有利于磷矿中伴生资源的循环和高效利用，降低环境污染，减小投资成本，生产的成本更低，可实现资源开发和环境保护的持续发展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明一种氧化硫杆菌从低品位磷矿中浸出磷的方法的技术方案作进一步描述如。
本发明氧化硫杆菌从低品位磷矿中浸出磷的方法包括如下步骤：
1)取样：将用牛皮纸扎好的取样瓶与取样勺用高压灭菌器高压灭菌，在取样点打开牛皮纸，用酒精灯烧灼瓶口，用取样勺从湖北铜山口铜矿取土样至取样瓶二分之一处，迅速扎好牛皮纸带回，称取10g土样到100mL无菌水中，加入磁力搅拌子搅拌1小时，然后静置；
2)富集、分离及纯化：吸取上述上清液10mL到盛有100mL已灭菌的Waksman培养基的250mL锥形瓶中，在30℃、120r/min的恒温摇床中，此过程需要7d。吸取第一次培养后的菌液10mL到盛有100mL Waksman培养基的250mL锥形瓶中，在和上述条件相同的情况下再次振荡培养，如此反复振荡培养5次，然后将菌液采用固体培养基稀释涂布平板法分离、纯化。纯化菌种在Starkey固体培养基上培养7-10d出现圆形凸起状直径1mm左右的小菌落，将单独小菌落挑起，接种到装有10mL液体培养基的小锥形瓶或试管中，以纱布封口，培养条件同上，直到小锥形瓶或试管的液体均匀浑浊；重复在液体培养基中扩大培养和在平板上反复分离4次，最后分离出优良菌株。
3)驯化：吸取液体培养菌液10mL到盛有90mL已灭菌的Waksman培养基的250mL锥形瓶中，加入磷矿粉和黄铁矿各1g，在30℃、120r/min的恒温摇床中振荡培养10-15d，取出10mL驯化液转接至新鲜的Wksman培养基中培养，当培养基溶液颜色出现乳白色现象时，说明该菌种能够耐受上面矿浆浓度及其中所含有的有害物质，此过程需要培养5-10d。向原驯化液中补加磷矿粉和黄铁矿各1g，重复上述步骤振荡培养，当溶液颜色再次出现乳白色现象时，再逐步增加磷矿粉和黄铁矿进行反复驯化(每次均增加1克)，共进行4次。原驯化液中转接减少的体积和蒸发的体积用新鲜的无P无S的Wksman培养基补充。
液体培养基采用Waksman培养基：(NH4)2SO4 0.2g/L，K2HPO4·3H2O 3.0g/L，MgSO4·7H2O 0.5g/L，CaCl2·2H2O 0.126g/L，S0 10.0g/L，蒸馏水1000mL用50％H2SO4调pH值至2.0。
固体培养基采用Starky-Na2S2O3-琼脂培养基：(NH4)2SO4 2.0g/L，MgSO4·7H2O 0.5g/L，CaCl2·2H2O 0.25g/L，KH2PO4 3.0g/L，FeSO4·7H2O0.001g/L，Na2S2O3 10g/L，琼脂3.0g/L，蒸馏水1000mL。
浸矿培养基：即Waksman培养基不加K2HPO4·3H2O和S0。
4)浸磷方法：在盛有100mL浸矿培养基的250mL锥形瓶中，依实验需要接入经过驯化的菌种(v/v，20％～30％)，分别加入一定量的黄铁矿(0.5g～2.0g)和相应的磨矿时间为(10～20min)磨细的磷矿(0.5g～2.0g)，用1+1硫酸调节初始pH(1.0～2.5)，在设定温度30℃和转速120r/min的恒温摇床中培养7天，从锥形瓶取1mL浸出液，用磷钼黄比色法测定溶液中可溶性总磷的浓度，根据实验前后溶液中磷含量的变化，计算磷矿石中磷的浸出率为89.27％～95.67％。
所述的工艺条件为：
在100mL无P无硫Waksman浸矿培养基中，接入驯化后的氧化硫杆菌30mL，pH＝2.0，磨矿时间为20min颗粒度的磷矿粉加入量为1.0g，黄铁矿的加量为1.0g，在温度为30℃，转速为120r/min的恒温摇床中培养浸磷7d，浸磷率为94.37％。
实施例1
本实施例的矿石性质为胶磷矿，含P2为21.98％，属于低品位，磷矿中其他元素的化学成分和含量为(wt％)：SiO2 24.94，Fe2O3 2.52，CaO 33.55，MgO 1.27，Al2O35.08，S 1.45，F 2.09等；主要物相组成为(wt％)磷灰石+胶磷矿53.00，黄铁矿3.85，碳质2.50，长石+石英30.50，此外，还有方解石、白云石，碳质粘土等。黄铁矿中TFe38.77％(wt)，粒度为-200目占90.2％。
本实施例的技术工艺条件为：在100mL无P无硫Waksman浸矿培养基中，接入驯化后的氧化硫杆菌20mL，初始pH为1.0，磷矿浓度为0.5g，颗粒度为磨矿时间10min，黄铁矿加入量为0.5g，设定转速为120r/min，温度为30℃的恒温摇床中培养浸出7d，测得的浸磷率达89.27％。
实施例2
本实施例的矿石性质、矿物组成和使用的黄铁矿与实施例1相同。
本实施例的技术工艺条件为：在100mL无P无硫Waksman浸矿培养基中，接入驯化后的氧化硫杆菌25mL，初始pH为2.0，磷矿浓度为2.0g，颗粒度为磨矿时间20min，黄铁矿加入量为1.0g，在转速为120r/min，温度为30℃的恒温摇床中浸矿7d，浸磷率达到90.71％。
实施例3
本实施例的矿石性质、矿物组成和使用的黄铁矿与实施例1相同。
本实施例的术工艺条件为：在100mL无P无硫Waksman浸矿培养基中，接入驯化后的氧化硫杆菌30mL，pH＝2.5，磨矿时间15min，磷矿浓度为1.0g/L，黄铁矿加入量为1.0g，在温度为30℃，转速为120r/min的恒温摇床中培养浸磷7d，浸磷率为95.67％。
实施例4。
本实施例的矿石性质、矿物组成和使用的黄铁矿与实施例1相同。
本实施例的术工艺条件为：在100mL无P无硫Waksman浸矿培养基中，，接入驯化后的氧化硫杆菌30mL，pH＝2.0，磨矿时间为20min颗粒度的磷矿粉加入量为1.0g，黄铁矿的加量为1.0g，在温度为30℃，转速为120r/min的恒温摇床中培养浸磷7d，浸磷率为94.37％。
Claims (3)
1.一种氧化硫杆菌从低品位磷矿中浸出磷的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)取样：将用牛皮纸扎好的取样瓶与取样勺用高压灭菌器高压灭菌，在取样点打开牛皮纸，用酒精灯烧灼瓶口，用取样勺从湖北铜山口铜矿取土样至取样瓶二分之一处，迅速扎好牛皮纸带回，称取10g土样到100mL无菌水中，加入磁力搅拌子搅拌1小时，然后静置；
2)富集、分离及纯化：吸取上述上清液10mL到盛有100mL已灭菌的Waksman培养基的250mL锥形瓶中，在30℃、120r/min的恒温摇床中，此过程需要7d；吸取第一次培养后的菌液10mL到盛有100mL Waksman培养基的250mL锥形瓶中，在和上述条件相同的情况下再次振荡培养，如此反复振荡培养5次，然后将菌液采用固体培养基稀释涂布平板法分离、纯化；纯化菌种在Starkey固体培养基上培养7-10d出现圆形凸起状直径1mm左右的小菌落，将单独小菌落挑起，接种到装有10mL液体培养基的小锥形瓶或试管中，以纱布封口，培养条件同上，直到小锥形瓶或试管的液体均匀浑浊；重复在液体培养基中扩大培养和在平板上反复分离4次，最后分离出纯化菌株再进行分子学鉴定确认为氧化硫硫杆菌；
3)驯化：吸取液体培养菌液10mL到盛有90mL已灭菌的Waksman培养基的250mL锥形瓶中，加入磷矿粉和黄铁矿各1g，在30℃、120r/min的恒温摇床中振荡培养10-15d，取出10mL驯化液转接至新鲜的Wksman培养基中培养，当培养基溶液颜色出现乳白色现象时，说明该菌种能够耐受上面矿浆浓度及其中所含有的有害物质，此过程需要培养5-10d；向原驯化液中补加磷矿粉和黄铁矿各1g，重复上述步骤振荡培养，当溶液颜色再次出现乳白色现象时，再逐步增加磷矿粉和黄铁矿进行反复驯化，以每次均增加1克黄铁矿和磷矿量加入锥形瓶中，共进行4次；原驯化液中转接减少的体积和蒸发的体积用新鲜的无P无S的Wksman培养基补充；
液体培养基采用Waksman培养基：(NH4)2SO4 0.2g/L，K2HPO4·3H2O 3.0g/L，MgSO4·7H2O 0.5g/L，CaCl2·2H2O 0.126g/L，S0 10.0g/L，蒸馏水1000mL。
固体培养基采用Starky-Na2S2O3-琼脂培养基：(NH4)2SO4 2.0g/L，MgSO4·7H2O 0.5g/L，CaCl2·2H2O 0.25g/L，KH2PO4 3.0g/L，FeSO4·7H2O0.001g/L，Na2S2O3 10g/L，琼脂3.0g/L，蒸馏水1000mL；
浸矿培养基：即Waksman培养基不加K2HPO4·3H2O和S0；
4)浸磷方法：在盛有100mL浸矿培养基的250mL锥形瓶中，依实验需要接入经过驯化的菌种v/v，20％～30％，分别加入一定量的黄铁矿0.5g～2.0g和相应的磨矿时间为10～20min磨细的磷矿0.5g～2.0g，用1+1硫酸调节初始pH1.0～2.5，在设定温度30℃和转速120r/min的恒温摇床中培养7天，从锥形瓶取1mL浸出液，用磷钼黄比色法测定溶液中可溶性总磷的浓度，根据实验前后溶液中磷含量的变化，计算磷矿石中磷的浸出率，7天浸磷率为89.27～95.67％。
2.根据权利要求1所述的氧化硫杆菌从低品位磷矿中浸出磷的方法，其特征在于：所述的接种量30％是指将30mL的菌液接种到100mL的浸矿培养基中；所述的浸矿培养基：即Waksman培养基不加K2HPO4·3H2O和S0。
3.根据权利要求1所述的氧化硫杆菌从低品位磷矿中浸出磷的方法，其特征在于所述的工艺条件为：在100mL无P无硫Waksman浸矿培养基中，，接入驯化后的氧化硫杆菌30mL，pH＝2.0，磨矿时间为20min颗粒度的磷矿粉加入量为1.0g，黄铁矿的加量为1.0g，在温度为30℃，转速为120r/min的恒温摇床中培养浸磷7d，浸磷率为94.37％。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100922 |