一種鐵礦石生物堆浸脫硫工藝的制作方法

本發明涉及一種鐵礦石生物堆浸脫硫工藝，特別是一種利用高效脫硫菌從鐵礦石堆浸過程中脫除硫元素的生物堆浸工藝。

背景技術：

我國是世界上最大的鋼生產國，2013年中國以7.79億噸的粗鋼產量位居世界第一，占全球粗鋼產量的48.5％。鋼以其低廉的價格、可靠的性能成為世界上使用最多的材料之一，是建筑業、制造業和人們日常生活中不可或缺的成分。

鐵礦資源作為鋼鐵生產的原料，在國內存在有兩個特點：一是貧礦多，貧礦資源儲量占總量的80％；二是多元素共生的復合礦石較多。其中有相當一部分鐵礦中含有硫，硫在礦石中主要以黃鐵礦(FeS₂)存在，冶煉時硫部分被還原進入生鐵，鋼鐵中含硫在其熱加工時易產生“熱脆”。高爐冶煉時雖然可以脫硫，但卻要多消耗焦碳(提高爐溫)和石灰石(提高爐渣堿度)，以至提高生產成本。因此，進行鐵礦除硫工作，對于降低硫在冶煉系統中的危害，實現含硫鐵礦是的高效利用具有重要的意義。微生物可以利用低價態的硫和鐵元素作為能源完成自身的新陳代謝，從而可以浸出鐵礦石中的硫，從源頭上解決鐵礦石含硫的問題，避免或者大幅減少燒結過程二氧化硫的排放。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種新的鐵礦石脫硫工藝，該工藝不同于傳統的磁、重、浮及煙氣脫硫工藝，其特點是采用高效脫硫菌，在常溫常壓條件下進行生物堆浸脫硫。新工藝不排放污染性大的煙塵和二氧化硫、三氧化硫等有毒氣體，本工藝流程短、設備簡單、投資省、成本低、無污染，提高了鐵回收率，可獲得更大的效益。

為達到上述目的，本發明采取以下技術方案：

本發明提供一種鐵礦脫硫生物堆浸工藝，它包括以下步驟：

(1)將高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ，復壯、擴大培養得到適宜脫硫的菌種；

(2)將含硫鐵礦石破碎、筑堆，安裝噴淋管道，用硫酸調節礦堆pH為1.0～3.5；

(3)將(1)中放大培養的高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ菌液加入到硫酸溶液中制成噴淋液，采用噴淋管噴淋至堆筑好的礦堆上；

(4)經生物堆浸后清水洗滌得到低硫鐵礦石，浸礦浸出液用石灰或氫氧化鈉中和。

進一步地，所述的高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ為Acidithiobacillus ferrooxidans，Leptospirillum ferriphilum和Ferroplasma acidiphilum的混合培養物，保藏編號為CGMCC：8337，保藏單位：中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址為：北京市朝陽區北辰西路1號院3號，中國科學院微生物研究所，保藏日期：2013年10月15日。

更進一步地，步驟(1)中所述的高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ的復壯、擴大培養的培養基的配制方法為：在普通自來水中添加硫酸銨3g/L,硝酸鈣0.01g/L，磷酸氫二鉀或磷酸二氫鉀0.5g/L，硫酸亞鐵44.6g/L或硫粉1.0g/L，用硫酸調節pH為1.0～3.5，121℃滅菌30分鐘獲得培養基。

更進一步地，步驟(1)所述的高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ的復壯、擴大培養的方法為：將高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ接種在如權利要求3所述的培養基中，在5～50℃、pH 1.0～3.5條件下進行復壯培養，當菌液濃度達到10⁶～10⁹個/mL即可進行下一步擴大培養，采用相同條件逐級擴大培養5～10次；其中高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ接種體積為培養基總體積的5～30％。

更進一步地，所述復壯、擴大培養的方法為，高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ在25～35℃、pH1.5～2.0條件下進行培養。

更進一步地，步驟(2)中所述的鐵礦石粒度在破碎后≤35mm，礦堆高度≤8m。

更進一步地，步驟(2)中所述的噴淋管道安裝在礦堆表面，噴淋管道之間的間距為2m×2m。

更進一步地，步驟(3)中所述的硫酸為1～98％的酸溶液。

更進一步地，步驟(4)中所述的菌液的噴淋強度為5～15L/m²·h，噴淋時間為1～24h/d，噴淋周期180～300d，氧化還原電位300～700mv(Vs.SCE)。

更進一步地，步驟(5)中所述的洗滌為普通自來水從礦堆頂部噴淋。

在鐵礦脫硫的過程中發生的化學反應主要有：

FeS+3Fe₂(SO₄)₃+3H₂O＝6FeSO₄+FeS₂O₃+3H₂SO₄

FeS+Fe₂(SO₄)₃＝3FeSO₄+S

本發明所用的脫硫菌原始菌種采自山西某廢棄的煤礦礦坑水中，Reteck TS-Ⅱ為經過不斷選育和馴化得到的高效脫硫菌。

本發明的有益效果為：

本發明提供一種鐵礦石生物堆浸脫硫工藝，該工藝通過脫硫微生物進行氧化脫硫，降低了鐵礦石中的硫含量，減少鐵礦石加工中的“熱脆”現象的產生，同時降低硫含量可減少為降低硫含量造成的焦炭和石灰石的使用量，進一步降低生產成本。該方法投資少、生產成本低、從源頭避免二氧化硫的產生，減少環境污染。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程圖。

具體實施方法

本發明的工藝流程見圖1所示：

(1)將高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ，復壯、擴大培養得到適宜脫硫的菌種；

本發明采用高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ為Acidithiobacillus ferrooxidans，Leptospirillum ferriphilum和Ferroplasma acidiphilum的混合培養物，保藏編號為CGMCC：8337，保藏單位：中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址為：北京市朝陽區北辰西路1號院3號，中國科學院微生物研究所，保藏日期：2013年10月15日。

首先配制復壯、擴大培養的培養基：在普通自來水中添加硫酸銨3g/L,硝酸鈣0.01g/L，磷酸氫二鉀或磷酸二氫鉀0.5g/L，硫酸亞鐵44.6g/L或硫粉1.0g/L，用硫酸調節pH為1.0～3.5，121℃滅菌30分鐘獲得培養基。

其中加入硫酸銨或硝酸鈣為細菌提供氮源物質、磷酸氫二鉀或磷酸二氫鉀為細菌提供磷源物質、硫酸亞鐵或硫粉為細菌提供能源物質。能源物質也可以為含硫鐵礦石。

進行復壯、擴大培養方法為：將高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ接種在如權利要求3所述的培養基中，在5～50℃、pH 1.0～3.5條件下進行復壯培養，當菌液濃度達到10⁶～10⁹個/mL即可進行下一步擴大培養，采用相同條件逐級擴大培養5～10次；其中高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ接種體積為培養基總體積的5～30％。

最佳生長溫度和pH為25～35℃、pH1.5～2.0。

(2)將含硫鐵礦石破碎、筑堆，安裝噴淋管道，用硫酸調節礦堆pH在1.0～3.5之間；

將含硫鐵礦石破碎至小于35mm，然后筑堆，在筑堆過程中盡可能保持礦堆疏松多孔，便于礦堆通氣，堆形狀可根據地形而定，堆高小于8m，筑堆完成后在礦堆頂部及邊坡上均勻安裝噴淋管道；安裝完成后噴淋稀硫酸溶液調節礦堆pH為1.0～3.5之間。

(3)噴淋脫硫

在稀硫酸溶液中接入總體積5～30％的經放大培養的高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ，制成噴淋液，進行噴淋脫硫；噴淋液pH為1.0～3.5，溫度為5～30℃，溶液中含脫硫菌10⁵～10⁸個/mL，氧化還原電位300～700mv，噴淋強度為5～15L/m²·h，噴淋時間為1～24h/d，脫硫周期180～300d。當礦石中的硫達到產品要求時，停止噴淋，用清水洗堆，溶液用石灰或氫氧化鈉中和處理。

(4)洗堆獲得低硫鐵礦石、處理浸出液

經生物浸堆后清水洗滌得到低硫鐵礦石，浸礦浸出液用石灰或氫氧化鈉中和。

以下結合具體實施例對本發明做進一步說明，但不受實施例的限制。

實施例1

該工藝用于河北省某鐵礦，礦石中主要的有益金屬元素為鐵，其含量為54.05％。其中，最主要的鐵礦物為磁鐵礦，其次為磁黃鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦，另有少量銅礦物黃銅礦、斑銅礦。礦石中的S元素含量為3.35％，主要賦存在磁黃鐵礦、黃鐵礦和少量黃銅礦、斑銅礦中，僅極少量賦存于硫酸鹽礦物，該鐵礦石主要元素含量見表1

表1河北省某鐵礦化學多元素分析

對上述礦石的脫硫流程包括以下步驟：

(1)菌種的復壯與擴大培養

配置培養基：在普通自來水中添加硫酸銨3g/L,硝酸鈣0.01g/L，磷酸二氫鉀0.5g/L，硫酸亞鐵44.6g/L，用硫酸調節pH為1.5，121℃滅菌30分鐘。

將高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ接種到培養基中，進行復壯培養，細菌接種量為培養物總體積的20％，其生長溫度30℃，逐級擴大培養6次，獲得菌濃度為10⁷～10⁸個/mL的脫硫菌，該菌液可接入噴淋液中進行鐵礦石脫硫。

(2)鐵礦石生物堆浸脫硫

將含硫鐵礦石破碎至小于35mm，然后筑堆，在筑堆過程中盡可能保持礦堆疏松多孔，便于礦堆通氣，堆高8m，筑堆完成后在礦堆頂部及邊坡上按照2m×2m均勻安裝噴淋管道，安裝完成后噴淋稀硫酸溶液調節礦堆pH為1.5之間，之后按照噴淋液總體積的20％接入放大培養好的脫硫菌開始噴淋脫硫。噴淋液pH在1.5，溫度為20～30℃，溶液中含脫硫菌10⁶個/ml，氧化還原電位500mV，噴淋強度為10L/m²·h，噴淋時間為12h/d，脫硫周期180d。

(3)待噴淋結束后用清水沖洗礦堆，得到的礦渣即為合格鐵礦石，浸出液用石灰進行中和處理。

其中，在堆浸過程中，當溶液中硫酸根離子濃度達到20g/L時，部分噴淋液開使使用石灰或者氫氧化鈉中和，然后向噴淋液中補加pH1.5的新稀硫酸溶液，防止浸出系統中硫的二次沉淀影響脫硫效率。

經測定，通過上述工藝過程處理礦石，鐵的含量由54.05％提高到59.13％，硫含量由3.35％降低到0.23％，礦渣產率為85.81％，鐵損失率為3.31％。

本發明提供的鐵礦石生物堆浸脫硫工藝，利用高效脫硫菌Reteck TS-Ⅱ將鐵礦中的硫元素進行氧化脫硫，降低了鐵礦石中的硫含量，減少鐵礦石加工中的“熱脆”現象的產生，同時降低硫含量可減少為降低硫含量造成的焦炭和石灰石的使用量，進一步降低生產成本。