一种复合氮源生物浸出含钒页岩中钒的方法

技术领域

本发明属于生物浸出含钒页岩中钒技术领域。具体涉及一种复合氮源生物浸出含钒页岩中钒的方法。

背景技术

钒是重要的战略资源，广泛应用于钢铁冶金、化工、新能源等领域。含钒页岩是重要的提钒原料，但含钒页岩中的钒品位普遍较低且矿相组成复杂，而且其中的钒大多赋存在(铝)硅酸盐矿物的晶格中，结构较稳定，不易浸出。现有的含钒页岩直接化学浸出的提钒方法，虽然高效快速，但仍存在能耗大、成本高等缺点。

生物冶金在目前的冶金领域研究中是最为清洁且能处理低品位矿石的一种新型浸出方法，目前该技术已成功应用于铜、金、铀等金属的工业化生产中。硅酸盐细菌作为一种浸矿细菌，可以通过破坏硅酸盐矿物晶格结构，实现元素的溶出，因此被广泛应用于各类冶金领域。用硅酸盐细菌浸矿时，由于细菌自身固氮能力有限，一般需要添加氮源以保证细菌的生长活性，加强细菌对矿物的分解作用，而针对不同的浸矿体系，氮源的选择也有差异。

王鑫等(王鑫,林海,董颖博,李甘雨.空白焙烧石煤物相及钒形态变化对细菌浸钒的影响[J].金属矿山,2018(03):85-89.)在以2.0g/L(NH

“一种细菌浸出剂及从磷灰石浮选尾矿中磷的方法”(CN105347320A)专利技术，在以1.0g/L(NH

吕睿等(吕睿,李博,宋凤敏,贾凤安,刘晨,胡婷,上官亦卿,甄丽莎,吴富强.解钾菌的分离、鉴定及解钾能力[J].江苏农业科学,2016,44(11):471-475.)研究了不同氮源对胶质芽孢杆菌JK3的解钾能力的影响，发现以麸皮为氮源时，菌液钾含量最高，达6.1mg/L，其解钾能力最强；而以硫酸铵为氮源时，解钾能力最弱，钾含量为4.3mg/L，与其他氮源相比，均有显著性差异。结果表明，在同样的浸矿体系下，不同氮源的添加会影响矿物的元素释放效率，氮源的不同导致细菌的活性不同，在不同活性的细菌作用下矿物的晶格结构的破坏程度也会产生差异。

综上所述，现有硅酸盐细菌在含钒页岩提钒体系下浸钒效率低，针对不同的浸矿体系，最适宜氮源的类型不同，单一氮源条件下细菌的生长和代谢能力不能同时得到提高，导致矿石的晶格结构破坏程度不够，细菌浸矿效果不佳。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是针对硅酸盐细菌浸出含钒页岩体系，提出一种复合氮源生物浸出含钒页岩中钒的方法，该方法在复合氮源条件下能加强细菌生长和代谢，强化细菌对矿物晶格的破坏程度，提高含钒页岩中钒浸出效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体步骤是：

步骤一、含钒页岩预处理

先将含钒页岩破碎，研磨至粒径小于0.074mm占60％以上，再于600～800℃条件下焙烧30～60min，得到含钒页岩脱碳粉料。

步骤二、配制含氮基础培养基

按蔗糖、磷酸氢二钠、无水三氯化铁、七水合硫酸镁、碳酸钙和复合氮源的浓度依次为5～10Kg·m

所述复合氮源为(NH

步骤三、配制生物浸出培养基

按含钒页岩脱碳粉料在所述含氮基础培养基溶液中的浓度为10～100Kg·m

步骤四、细菌培养

按胶质芽孢杆菌菌液∶所述含氮基础培养基溶液的体积比为(5～20)∶100，将所述胶质芽孢杆菌菌液和所述含氮基础培养基溶液混合，在28～35℃和摇床转速为180～220r/min的条件下培养至对数期，得到对数期胶质芽孢杆菌菌液。

步骤五、微生物浸出含钒页岩

按所述对数期胶质芽孢杆菌菌液∶所述生物浸出培养基的体积比为(5～20)∶100，将所述对数期胶质芽孢杆菌菌液与所述生物浸出培养基混合，在28～35℃和摇床转速为180～220r/min的条件下，浸出20～30天，得到含钒页岩生物浸出矿浆。

将所述含钒页岩生物浸出矿浆固液分离，得到含钒浸出液。

所述含钒页岩中的V

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：

1、本发明在复合氮源条件下，铵基中的氮和硝基中的氮分别起到不同的作用，铵基中的氮作为速效氮源有利于细菌的快速生长，硝基中的氮作为迟效氮源能储存在细菌体内充当储氮物质有利于维持细菌代谢能力，两者结合有利于维持含钒页岩浸矿体系中细菌的生长和代谢，细菌活性强。

2、本发明在复合氮源条件下细菌的生长和代谢能力强，细菌对矿物的直接溶蚀作用以及代谢产物的间接作用都得到了提高，从而增强细菌对含钒页岩中(铝)硅酸盐矿物晶格的破坏程度，矿物中的元素溶出效率得到提高，经测定钒浸出率达到66～78％。

因此，本发明针对硅酸盐细菌浸出含钒页岩体系，在复合氮源条件下细菌生长和代谢能力强，细菌对矿物晶格的破坏程度得到提高，含钒页岩中钒的浸出效率高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

一种复合氮源生物浸出含钒页岩中钒的方法。本具体实施方式所述方法的具体步骤是：

步骤一、含钒页岩预处理

先将含钒页岩破碎，研磨至粒径小于0.074mm占60％以上，再于600～800℃条件下焙烧30～60min，得到含钒页岩脱碳粉料。

步骤二、配制含氮基础培养基

按蔗糖、磷酸氢二钠、无水三氯化铁、七水合硫酸镁、碳酸钙和复合氮源的浓度依次为5～10Kg·m

所述复合氮源为(NH

步骤三、配制生物浸出培养基

按含钒页岩脱碳粉料在所述含氮基础培养基溶液中的浓度为10～100Kg·m

步骤四、细菌培养

按胶质芽孢杆菌菌液∶所述含氮基础培养基溶液的体积比为(5～20)∶100，将所述胶质芽孢杆菌菌液和所述含氮基础培养基溶液混合，在28～35℃和摇床转速为180～220r/min的条件下培养至对数期，得到对数期胶质芽孢杆菌菌液。

步骤五、微生物浸出含钒页岩

按所述对数期胶质芽孢杆菌菌液∶所述生物浸出培养基的体积比为(5～20)∶100，将所述对数期胶质芽孢杆菌菌液与所述生物浸出培养基混合，在28～35℃和摇床转速为180～220r/min的条件下，浸出20～30天，得到含钒页岩生物浸出矿浆。

将所述含钒页岩生物浸出矿浆固液分离，得到含钒浸出液。

所述含钒页岩中的V

实施例1

一种复合氮源生物浸出含钒页岩中钒的方法。本实施例所述方法的步骤是：

步骤一、含钒页岩预处理

先将含钒页岩破碎，研磨至粒径小于0.074mm占65％，再于600℃条件下焙烧30min，得到含钒页岩脱碳粉料。

步骤二、配制含氮基础培养基

按蔗糖、磷酸氢二钠、无水三氯化铁、七水合硫酸镁、碳酸钙和复合氮源的浓度依次为5.0Kg·m

所述复合氮源为(NH

步骤三、配制生物浸出培养基

按含钒页岩脱碳粉料在所述含氮基础培养基溶液中的浓度为10Kg·m

步骤四、细菌培养

按胶质芽孢杆菌菌液∶所述含氮基础培养基溶液的体积比为5∶100，将所述胶质芽孢杆菌菌液和所述含氮基础培养基溶液混合，在28℃和摇床转速为180r/min的条件下培养至对数期，得到对数期胶质芽孢杆菌菌液。

步骤五、微生物浸出含钒页岩

按所述对数期胶质芽孢杆菌菌液∶所述生物浸出培养基的体积比为5∶100，将所述对数期胶质芽孢杆菌菌液与所述生物浸出培养基混合，在28℃和摇床转速为180r/min的条件下，浸出20天，得到含钒页岩生物浸出矿浆。

将所述含钒页岩生物浸出矿浆固液分离，得到含钒浸出液。经测定，钒浸出率为66.25％。

所述含钒页岩中的V

实施例2

一种复合氮源生物浸出含钒页岩中钒的方法。本实施例所述方法的步骤是：

步骤一、含钒页岩预处理

先将含钒页岩破碎，研磨至粒径小于0.074mm占78％以上，再于650℃条件下焙烧50min，得到含钒页岩脱碳粉料。

步骤二、配制含氮基础培养基

按蔗糖、磷酸氢二钠、无水三氯化铁、七水合硫酸镁、碳酸钙和复合氮源的浓度依次为7.0Kg·m

所述复合氮源为(NH

步骤三、配制生物浸出培养基

按含钒页岩脱碳粉料在所述含氮基础培养基溶液中的浓度为40Kg·m

步骤四、细菌培养

按胶质芽孢杆菌菌液∶所述含氮基础培养基溶液的体积比为15∶100，将所述胶质芽孢杆菌菌液和所述含氮基础培养基溶液混合，在32℃和摇床转速为200r/min的条件下培养至对数期，得到对数期胶质芽孢杆菌菌液。

步骤五、微生物浸出含钒页岩

按所述对数期胶质芽孢杆菌菌液∶所述生物浸出培养基的体积比为10∶100，将所述对数期胶质芽孢杆菌菌液与所述生物浸出培养基混合，在30℃和摇床转速为200r/min的条件下，浸出25天，得到含钒页岩生物浸出矿浆。

将所述含钒页岩生物浸出矿浆固液分离，得到含钒浸出液。经测定，钒浸出率为77.94％。

所述含钒页岩中的V

实施例3

一种复合氮源生物浸出含钒页岩中钒的方法。本实施例所述方法的步骤是：

步骤一、含钒页岩预处理

先将含钒页岩破碎，研磨至粒径小于0.074mm占90％以上，再于800℃条件下焙烧60min，得到含钒页岩脱碳粉料。

步骤二、配制含氮基础培养基

按蔗糖、磷酸氢二钠、无水三氯化铁、七水合硫酸镁、碳酸钙和复合氮源的浓度依次为10.0Kg·m

所述复合氮源为(NH

步骤三、配制生物浸出培养基

按含钒页岩脱碳粉料在所述含氮基础培养基溶液中的浓度为100Kg·m

步骤四、细菌培养

按胶质芽孢杆菌菌液∶所述含氮基础培养基溶液的体积比为20∶100，将所述胶质芽孢杆菌菌液和所述含氮基础培养基溶液混合，在35℃和摇床转速为220r/min的条件下培养至对数期，得到对数期胶质芽孢杆菌菌液。

步骤五、微生物浸出含钒页岩

按所述对数期胶质芽孢杆菌菌液∶所述生物浸出培养基的体积比为20∶100，将所述对数期胶质芽孢杆菌菌液与所述生物浸出培养基混合，在35℃和摇床转速为220r/min的条件下，浸出30天，得到含钒页岩生物浸出矿浆。

将所述含钒页岩生物浸出矿浆固液分离，得到含钒浸出液。经测定：钒浸出率为74.81％。

所述含钒页岩中的V

本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：

1、本具体实施方式在复合氮源条件下，铵基中的氮和硝基中的氮分别起到不同的作用，铵基中的氮作为速效氮源有利于细菌的快速生长，硝基中的氮作为迟效氮源能储存在细菌体内充当储氮物质有利于维持细菌代谢能力，两者结合有利于维持含钒页岩浸矿体系中细菌的生长和代谢，细菌活性强。

2、本具体实施方式在复合氮源条件下，细菌的生长和代谢能力强，细菌对矿物的直接溶蚀作用以及代谢产物的间接作用都得到了提高，从而增强细菌对含钒页岩中(铝)硅酸盐矿物晶格的破坏程度，矿物中的元素溶出效率得到提高，经测定钒浸出率达到66～78％。

因此，本具体实施方式针对硅酸盐细菌浸出含钒页岩体系，在复合氮源条件下细菌生长和代谢能力强，细菌对矿物晶格的破坏程度得到提高，含钒页岩中钒的浸出效率高。