釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法
2023-07-09 03:28:51 1
釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法
【專利摘要】本發明屬於礦石提煉領域，涉及一種釩鈦磁鐵礦的生物脫矽以富集鐵、鈦有價元素的方法，具體涉及矽酸鹽細菌的培養和礦物的處理工藝。本發明的發明人為了實現釩鈦磁鐵礦的生物脫矽作用，從商業機構獲得矽酸鹽細菌，利用釩鈦磁鐵礦粉摻入亞歷山大羅夫培養基對其進行培養，培養後的矽酸鹽細菌更有利於脫除釩鈦磁鐵礦中的矽。步驟如下：A、培養矽酸鹽細菌：B、粉碎釩鈦磁鐵礦至過40-400目篩；C、生物脫矽。矽酸鹽細菌對釩鈦磁鐵礦中矽的浸出作用還是較為明顯。
【專利說明】釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於礦石提煉領域，涉及一種釩鈦磁鐵礦的生物脫矽以富集鐵、鈦有價元素的方法，具體涉及矽酸鹽細菌的培養和礦物的處理工藝。
【背景技術】
[0002]我國攀西地區蘊藏有儲量豐富的釩鈦磁鐵礦。其礦石中金屬礦物主要有鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、鎂鋁尖晶石及少量硫化物，而脈石礦物則主要是矽酸鹽類礦物，還含有少量的磷酸鹽和碳酸鹽礦物。就其成分而言，其總鐵含量為23.65~34.88%，為礦石中含量最多的成分，其次為SiO2 (18.18~29.47%)，其它含量較少的主要成分包括CaO (5.15~8.19%)、TiO2 (9.12 ~12.03%)，Al2O3 (8.04 ~9.62%)、MgO (5.61 ~6.77%)。由此可見，在釩鈦磁鐵礦中，矽礦物是構成釩鈦磁鐵礦礦石基體的一種主要成分，它的含量對礦石中鐵、鈦品位存在較大影響。如果能夠使礦石中矽礦物被破壞，無論是對礦石中鐵、鈦品位的提高(富積)還是後續可能的選礦流程而言，都會體現出有利的作用。在土壤中，大量存在著一類特殊的革蘭氏陰性芽孢桿菌，它能分解由矽酸鹽和鋁矽酸鹽組成的巖石礦物並能釋放其中的矽、鉀、鐵等元素，這一類細菌就稱之為矽酸鹽細菌。由於它對礦石中矽酸鹽類礦物的作用，這類細菌已經廣泛應用於菌肥的生產，在處理礦物資源方面的研究也蓬勃開展，而這方面則主要集中於聞娃招土礦的脫娃處理。
[0003]目前，國外這方面的研究工作報導的較多，國內鮮見報導。前蘇聯哈薩克斯坦進行過高嶺石與三水鋁石生物浸礦分離實驗，採用桿菌膠質類細菌對細泥和磁性產品進行浸出，浸出溫度28~30°C， 液固比為5，浸出9天得到了約62%的脫矽率和99%的鋁回收率。Groudeva等人的研究表明,利用野生和實驗室馴化的環狀芽孢桿菌和粘液杆邋遢的突變體菌種，從不同鋁土礦中浸出矽，5天內浸出了其中73.6%的矽。在利用不同種類矽酸鹽細菌浸濾水鋁礦類型的鋁土礦中，浸出矽最佳的是B.circulans，它在pH=5.5-6.0, 30-35°C時，固溶物中矽的含量為10-15%，搖瓶轉動速率保持在300-400r/min，鋁含量可以從43.4%上升到63.9%，二氧化矽從25%下降到9.1%。不宜用磁選和浮選的水鋁礦類型的鋁土礦用
B.circulans處理，可選擇性地溶解Al2O3.SiO2.2H20,並使溶液中的鋁濃度升到6.7% ;在濃縮液中鋁的萃取率達到93.6%。Andreev等也有類似的報導，將含有Al20338.5%、Si023 5~38%、FeOl.35%、Fe2032.3%、P2O50.3%、CaO0.6%等的鋁矽酸鹽礦經過矽酸鹽細菌處理，浸渣中鋁提高到46.9%，SiO2降為19.0%。用矽酸鹽細菌B.mucilaginosus處理鋁土礦，再加上20%HC1處理，鋁土礦(含Fe2O3L 5%_7.0%)中的Fe2O3殘留量降為1.2%。該鋁土礦已被用於耐火材料工業。
[0004]孫德四等人曾分離得到了 3株不同來源的膠質芽孢桿菌，經馴化培養後對幾種鋁土礦樣進行了脫矽研究。結果表明，它們均能較好地浸出鋁矽酸鹽礦物中的鋁，浸出率在25.7-65.7%。不同類型矽酸鹽礦物出於其晶格結構不同，細菌浸出其中矽的程度不同。細菌對石英、長石等架狀結構的矽酸鹽礦物的浸出效果不如對綠泥石、高嶺石等層狀結構的矽酸鹽礦物的浸出效果明顯。利用在預先含被浸礦樣的蔗糖中馴化培養的細菌，並在有糖介質培養基中進行矽的浸出。其浸出矽的能力明顯較未馴化的菌種或馴化菌種但在無糖介質中進行矽的浸出能力強。採用連續浸出工藝，細菌浸出矽的效果要明顯強於單獨搖瓶浸出效果。同時，連續浸出工藝可以大大縮短礦樣的細菌浸出時間(縮短2-5天)，鋁土礦原礦的A/S從3.73提高到11.73。當鋁土礦中主要脈石礦物為高嶺石或綠泥石時，其鋁矽比可從3.73提聞到18左右，脫娃率最聞可達到82%。
【發明內容】
[0005]本發明的發明人為了實現釩鈦磁鐵礦的生物脫矽作用，從商業機構獲得矽酸鹽細菌，利用釩鈦磁鐵礦粉摻入亞歷山大羅夫培養基對其進行培養，培養後的矽酸鹽細菌更有利於脫除釩鈦磁鐵礦中的矽。
[0006]本發明釩鈦磁鐵礦的生物脫矽富集方法，包括下述步驟:
[0007]A、培養矽酸鹽細菌:
[0008]I)取矽酸鹽細菌，矽酸鹽細菌優選膠質芽胞桿菌粉；
[0009]其中，菌種來源為保定瑞谷生物科技有限公司的濃縮微生物功能菌(農用型)膠質芽胞桿菌粉。
[0010]2)製備培養基:含有下述重量配比的組分:
[0011]每1000ml蒸餾水加入4-6g糖類物質，0.25-0.78g (以P計)水溶性含磷物質，30-70mg (以 Mg 計) 鎂鹽，1-2.8mg (以 Fe 計)鐵鹽，32_65mg (以 Ca 計)鈣鹽，0.5_10g 釩鈦磁鐵礦，10-20g膠凝劑；控制pH值7-8 ；
[0012]3)矽酸鹽細菌加水製成濃度為0.1%~0.0001%的菌懸液置於步驟2)所得培養基中培養，得到培養後的矽酸鹽細菌；其中，按下述比例加入菌懸液:培養基50g加入0.l-2ml菌懸液進行培養；菌懸液的加入量以鋪滿培養基不流動為宜。
[0013]最終培養基上生成的菌落密集，形態、顏色、光澤完全一致，沒有其它非矽酸鹽細菌菌落存在。
[0014]B、粉碎釩鈦磁鐵礦至過40-400目篩；不同粒度的礦漿獲得了不同的矽浸出效果。粒度越細，其矽浸出效果越好。
[0015]C、生物脫矽:
[0016]I)配製生物浸矽礦漿:含有下述重量配比的組分:
[0017]每1000mL水中加入3-5.2g糖類物質，0.43-1.03g (以P計)水溶性含磷物質，l-50mg (以 Mg 計)鎂鹽,0.34-3.44mg (以 Fe 計)鐵鹽，4_60mg (以 Ca 計)?丐鹽,8-100g ?凡鈦磁鐵礦；控制pH值7-8 ；
[0018]2)培養脫矽:步驟A所得培養後的矽酸鹽細菌加入生物浸矽礦漿中，溫度控制在20-40°C，培養5-15天，釩鈦磁鐵礦向溶液析出溶解態矽，固液分離即可脫矽；
[0019]或
[0020]I)配製矽酸鹽細菌預發酵液，接種步驟A培養後的矽酸鹽細菌，溫度控制在25-350C，培養7-14天，得發酵液；
[0021]預發酵液含有下述重量配比的組分:
[0022]每1000ml蒸餾水加入4_6g糖類物質，0.52-1.29g (以P計)水溶性含磷物質，
9.8-69mg (以Mg計)鎂鹽，1-2.8mg (以Fe計)鐵鹽，12_64mg (以Ca計)鈣鹽；控制pH值7-8 ；
[0023]2)向步驟I)所得發酵液中加入釩鈦磁鐵礦，控制礦漿濃度2%_12%，溫度控制在10-40°C，培養2-10天，釩鈦磁鐵礦向溶液析出溶解態矽，固液分離即可脫矽。
[0024]其中，步驟A膠凝劑為瓊脂、明膠、矽膠、水溶液性聚丙烯酸類或水溶性纖維素類。
[0025]其中，步驟C所述糖類物質為蔗糖、葡萄糖、果糖或澱粉。
[0026]其中，步驟C所述水溶性含磷物質中不含氮、鉀、鎂、鈣或鐵。
[0027]其中，步驟C所述水溶性含磷物質為NaH2P04、Na2HPO4或酸式磷酸鋅。
[0028]本發明生物脫矽富集方法中，培養後的矽酸鹽細菌一般採用低溫冷藏保存。
[0029]使用時，可將低 溫冷藏的矽酸鹽細菌菌種在含釩鈦磁鐵礦的富營養培養基中接種後培養以激活菌種，培養時間至少24h。然後可在瓊脂富營養礦漿中進行擴大培養,提高細菌體活力和數量。
[0030]將釩鈦磁鐵礦破碎研磨，粒度可過40目篩即可達到浸出脫矽的目的，但是為了提高浸出效率，發明人通常選擇粒度較小的釩鈦磁鐵礦進行操作，通常控制在可過40-400篩。
[0031]生物脫矽的方法可採用下述兩種方式:
[0032]其一,配製成1%_15%的礦眾,加入娃酸鹽細菌生長所需要的營養物質,碳水化合物、含磷化合物，必要時應額外加入氮等營養成分(可促進行長，縮短處理時間)；在礦漿中加入經過培養後的矽酸鹽細菌，恆溫浸出一段時間後進行固液分離，浸出液中矽含量顯著提聞。
[0033]其二，將矽酸鹽細菌無礦發酵，即加入預發酵液中使其細菌體密度極大增加後，直接加入釩鈦磁鐵礦恆溫浸出一段時間後進行固液分離，浸出液中矽含量顯著提高。由於提前進行了細菌預發酵培養，故加入釩鈦磁鐵礦後，可在較短的時間內浸出相當量的矽。
[0034]矽酸鹽細菌菌種的培養基中為添加了攀西釩鈦磁鐵礦粉的有氮或無氮培養基。針對於釩鈦磁鐵礦的脫矽，矽酸鹽細菌快速生長所需的碳水化合物包括葡萄糖、蔗糖、澱粉、經過煮熟的植物的富澱粉部分，如煮熟的馬鈴薯等。
[0035]本方法能夠處理的原料為釩鈦磁鐵礦，也包括由釩鈦磁鐵礦衍生出來的含矽物料。礦眾的濃度可控制在1%~10% ;娃浸出溫度10°C~40°C;振搖轉速IOOrpm~400rpm ；浸出時間2~10天。
[0036]在矽酸鹽細菌對釩鈦磁鐵礦中矽進行浸出時，矽以溶解狀態存在於液相之中。液相中矽的濃度變化10%~50%。
【具體實施方式】
[0037]實施例1:培養矽酸鹽細菌
[0038]取保定瑞谷生物科技有限公司的濃縮微生物功能菌(農用型)膠質芽胞桿菌粉。
[0039]按配方:蔗糖5.0lg, NaH2P042.04g, MgSO4.7Η200.50g, FeCl30.0052g, CaCO30.12g,釩鈦磁鐵礦(過180目篩)1.02g，矽膠15.05g，蒸餾水1000mL配製細菌培養基並滅菌處理。
[0040](I)稱取菌粉0.1g,倒入IOOmL無菌水中，攪拌15min,靜置20min,配製成0.1%的菌懸液；(2)用滅菌的移液管吸取ImL (I)中的上層菌懸液，加入到9mL無菌水中充分振蕩，製成稀釋濃度為0.01%的菌懸液；(3)用滅菌移液管從(2)中試管吸取ImL菌懸液加入到9mL無菌水中充分振蕩製成0.001%的菌懸液；(4)用滅菌移液管從(3)中吸取ImL菌懸液加入到9mL無菌水中，充分振蕩製成0.0001%的菌懸液。用滅菌移液管分別從0.1%、0.01%、
0.001%、0.0001%四種稀釋液中吸取0.5mL菌懸液分別移入四個50g培養基平板中，室溫下靜置3-5min，然後將平板倒置，放於30°C的恆溫培養箱中培養2_4天後，選擇符合矽酸鹽細菌菌落特徵並且不含異常菌落的平板使用。如果存在異常菌落，則挑選符合矽酸鹽細菌菌落特徵的菌落在固體培養基上劃線培養2-4天，再挑取單個菌落重複劃線2-3次，同時用顯微鏡觀察，直至無異常菌落為止。
[0041 ] 實施例2:瓊脂礦漿生物脫矽
[0042]3% 瓊脂礦漿:蔗糖 1.03g，NaH2PO40.42g，MgSO4.7Η200.15g，FeCl30.0OlOg，CaCO30.0255g，釩鈦磁鐵礦6.16g，瓊脂3.07g，蒸餾水200mL，pH7.5。將培養後的矽酸鹽細菌接種於斜面培養基中，於30°C恆溫培養箱中培養24h，倒入含300ml滅菌蒸餾水的燒杯中，製成菌懸液I ;用滅菌的移液管吸取Iml菌懸液I於含100ml滅菌蒸餾水的燒杯中，製成菌懸液2 ;用滅菌的移液管吸取2ml菌懸液2於含100ml滅菌蒸餾水的燒杯中，製成菌懸液3。吸取Iml菌懸液I於3%瓊脂礦眾中，靜置3_5min,置於30°C的恆溫培養箱中培養48h。培養結束後菌落數為235。將此體系100倍稀釋後於4000r/min離心沉降5分鐘後測其可溶矽數量。溶液中溶解態矽增加30.4%。表明矽酸鹽細菌在釩鈦磁鐵礦漿中適應良好。
[0043]實施例3:瓊脂礦漿生物脫矽
[0044]5% 瓊脂礦漿:蔗糖 1.04g，NaH2PO40.40g，MgSO4.7Η200.12g，FeCl30.0013g，CaCO30.0239g,釩鈦磁鐵礦10.25g，瓊脂3.03g,蒸餾水200mL，pH7.5。將培養後的矽酸鹽細菌接種於斜面培養基中，於30°C恆溫培養箱中培養24h，倒入含300ml滅菌蒸餾水的燒杯中，製成菌懸液I ;用滅菌的移液管吸取Iml菌懸液I於含100ml滅菌蒸餾水的燒杯中，製成菌懸液2 ;用滅菌的移液管吸`取2ml菌懸液2於含100ml滅菌蒸餾水的燒杯中，製成菌懸液
3。吸取Iml菌懸液3於5%瓊脂礦眾中，靜置3_5min,置於30°C的恆溫培養箱中培養48h。培養結束後菌落數為12。菌懸液3的細菌體密度最低，此值仍然能夠說明矽酸鹽細菌在釩鈦磁鐵礦漿中具有良好的適應性。將此體系100倍稀釋後於4000r/min離心沉降5分鐘後測其可溶矽數量。溶液中溶解態矽增加18.7%。
[0045]實施例4:生物浸矽礦漿生物脫矽
[0046]2% 生物浸矽礦漿:蔗糖 5.00g, NaH2P042.02g, MgSO4.7Η200.50g, FeCl30.0055g,CaCO30.1 lg，釩鈦磁鐵礦(過180目篩)20.16g，蒸餾水lOOOmL，ρΗ7.5。接種培養後的矽酸鹽細菌於含2%生物浸礦礦漿中。把經上述處理後的培養基放入恆溫振蕩器中，300C，IlOrpm,培養7天。在此條件下，溶液中溶解態矽濃度增加了 24.6%。細菌對釩鈦磁鐵礦中矽的浸出作用很明顯。
[0047]實施例5:生物浸矽礦漿生物脫矽
[0048]2% 生物浸矽礦漿:澱粉 5.00g, NaH2P042.00g, MgSO4.7Η200.51g，FeCl30.0052g,CaCO30.1 lg，釩鈦磁鐵礦(過40目篩)20.12g，蒸餾水lOOOmL，pH7.5。接種培養後的矽酸鹽細菌於含2%生物浸礦礦漿中。把經上述處理後的培養基放入恆溫振蕩器中，300C，IlOrpm,培養7天。在此條件下，溶液中溶解態矽濃度增加了 10.3%。雖然釩鈦磁鐵礦的粒度較大，細菌對釩鈦磁鐵礦中矽的浸出作用還是較為明顯。
[0049]實施例6:矽酸鹽細菌預發酵液生物脫矽[0050]矽酸鹽細菌預發酵液:澱粉 6.00g, NaH2P042.02g, MgSO4.7Η200.51g，FeCl30.0056g, CaCO30.10g，釩鈦磁鐵礦0g，蒸餾水1OOOmL，pH7.5。接種培養後的菌種於矽酸鹽細菌預發酵液中，放入恆溫振蕩器中，30°C，11Orpm,培養7天。發酵結束之後，取IOOmL菌懸液加Ig釩鈦磁鐵礦(過40目篩)，放在30°C，11Orpm的恆溫振蕩器中培養4天。在此條件下，溶液中溶解態矽濃度相對於滅 活對比樣品增加了 13.9%。雖然釩鈦磁鐵礦的粒度較大，細菌對釩鈦磁鐵礦中矽的浸出作用依然明顯。
【權利要求】
1.釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法，其特徵在於:包括如下步驟: A、培養矽酸鹽細菌: 1)取矽酸鹽細菌； 2)製備培養基:含有下述重量配比的組分: 每1000ml蒸餾水加入4-6g糖類物質，0.25-0.78g (以P計)水溶性含磷物質，30_70mg(以Mg計)鎂鹽，1-2.8mg (以Fe計)鐵鹽，32_65mg (以Ca計)鈣鹽，0.5-10g釩鈦磁鐵礦，10-20g膠凝劑；控制pH值7-8 ； 3)矽酸鹽細菌加水製成濃度為0.1%~0.0001%的菌懸液置於步驟2)所得培養基中培養，得到培養後的矽酸鹽細菌； 其中，按下述比例加入菌懸液:培養基50g加入0.l-2ml菌懸液進行培養； B、粉碎釩鈦磁鐵礦至過40-400目篩； C、生物脫矽: 1)配製生物浸矽礦漿:含有下述重量配比的組分: 每1000mL水中加入3-5.2g糖類物質，0.43-1.03g (以P計)水溶性含磷物質，l_50mg(以Mg計)鎂鹽,0.34-3.44mg (以Fe計)鐵鹽,4_60mg (以Ca計)|丐鹽,8-100g I凡鈦磁鐵礦；控制PH值7-8 ； 2)培養脫矽:步驟A培養後的矽酸鹽細菌加入生物浸矽礦漿中，溫度控制在20-40°C，培養5-15天，釩鈦磁鐵礦向溶液析出溶解態矽，固液分離即可脫矽； 或 1)配製矽酸鹽細菌預發酵液，接種步驟A培養後的矽酸鹽細菌，溫度控制在25-35°C，培養7-14天，得發酵液； 預發酵液含有下述重量配比的組分: 每1000ml蒸懼水加入4-6g糖類物質,0.52-1.29g(以P計)水溶性含磷物質,9.8_69mg(以Mg計)鎂鹽，1-2.8mg (以Fe計)鐵鹽，12_64mg (以Ca計)鈣鹽；控制pH值7-8 ； 2)向步驟I)所得發酵液中加入釩鈦磁鐵礦，控制礦漿濃度2%-12%，溫度控制在10-40°C，培養2-10天，釩鈦磁鐵礦向溶液析出溶解態矽，固液分離即可脫矽。
2.根據權利要求1所述的釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法，其特徵在於:步驟A膠凝劑為瓊脂、明膠、矽膠、水溶液性聚丙烯酸類或水溶性纖維素類。
3.根據權利要求1所述的釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法，其特徵在於:步驟C所述糖類物質為蔗糖、葡萄糖、果糖或澱粉。
4.根據權利要求1所述的釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法，其特徵在於:步驟C所述水溶性含磷物質中不含氮、鉀、鎂、鈣或鐵。
5.根據權利要求1所述的釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法，其特徵在於:步驟C所述水溶性含磷物質為NaH2P04、Na2HPO4或酸式磷酸鋅。
6.根據權利要求1所述的釩鈦磁鐵礦的生物脫矽方法，其特徵在於:所述的矽酸鹽細菌為膠質芽胞桿菌粉。
【文檔編號】C12N1/20GK103602808SQ201310597937
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】藍德均, 鄧建梅, 崔旭梅, 萬書權, 高庭蓉 申請人:攀枝花學院