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我国是一个磷矿消费大国,磷矿的富矿少且以中低品位为主,采选难度大。因此,对于低品位的、复杂的、嵌布粒度细的磷矿石的开发利用,对我国磷肥工业的发展及其环境治理具有极其重要的意义。
近年来,研究者们开辟了一条利用生物浸矿的方法来合理利用低品位磷块岩矿石的新途径,然而这一技术的不足之处是生物浸出速率较慢,对某些矿物的浸矿效率还不够高。其关键是所使用的菌种浸矿活性不高,多为天然的菌种。氧化亚铁硫杆菌是目前研究与应用最多的浸矿菌种。但是,该菌的应用也存在上述问题。本文采用诱变手段对氧化亚铁硫杆菌进行处理,并在黄铁矿存在条件下对其生物浸出磷矿粉中可溶性磷的行为展开了较为细致的研究。实验结果表明:
黄铁矿存在条件下,通过单因素实验得到氧化亚铁硫杆菌从磷矿粉中浸出可溶性磷的优化基本参数条件如下:浸矿温度,30℃;浸矿转速,120 r/min;浸矿初始pH=2。在优化条件下,磷的浸出率可达8.7%-9.2%。
为了进一步提高细菌的浸矿活性,促进可溶性磷的浸出,本文分别采用单一诱变和复合诱变的方法处理氧化亚铁硫杆菌,分别包括紫外照射、微波辐射和硫酸二乙酯诱变。
采用254 nm的紫外灯在15 cm处对细菌进行不同时间长度的表面照射,得到紫外照射氧化亚铁硫杆菌的最佳时间为5 min。该条件下细菌氧化活性达1.32g/(L·h),是驯化菌的2.8倍,致死率为83%。将5 min紫外诱变菌进行浸磷实验,磷的浸出率达到13-31%,比驯化菌浸磷提高了66%。
在不同微波功率(200-1000 W)辐照下对氧化亚铁硫杆菌进行40 s的辐照处理,其中,微波诱变氧化亚铁硫杆菌的最佳功率为800W。800W微波功率下,细菌的氧化活性为1.35g/(L·h),是驯化菌氧化活性的2.8倍,致死率为76%。浸出5 d后,其磷的浸出率达最高,为12.25%,比驯化菌浸磷提高了52.74%。
分别以最终浓度为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.2%的硫酸二乙酯处理氧化亚铁硫杆菌15 min,并以50%硫代硫酸钠溶液终止诱变,以1.0%浓度条件下的诱变效果最佳。此时,细菌的氧化活高达1.84g/(L·h),是驯化菌的3.8倍,致死率为71%。该条件下的诱变菌磷的浸出率最高可达14.9%,高于驯化菌85.8%。
采用不同浓度的硫酸二乙酯复合诱变5 min紫外优势诱变菌,其复合诱变菌的氧化活性优于驯化菌,但未在其紫外单一诱变的基础上二次提高细菌活性,反而有所下降,这可能是由细菌对诱变环境的“钝化”以及DES的负协同效应导致。其中,1.2%DES浓度下的紫外菌氧化活性为1.23g/(L·h),是驯化菌的2.6倍,但比5 min紫外诱变菌降低了7.32%,致死率为79%;此时,对应的磷的浸出率为11.19%,高于驯化菌浸矿39.5%,低于紫外优势诱变菌浸矿18.95%。
以上结果表明:四种处理方法中,经1.0%DES处理的氧化亚铁硫杆菌的诱变效果最佳,其利用黄铁矿浸磷的效果也最好。
黄铁矿存在条件下氧化亚铁硫杆菌从磷矿粉中浸出可溶性磷是一种简便、有效的新方法。采用一定的驯化、诱变手段可增强菌株氧化活性,从而加强氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿的利用能力,从而产出更多的酸性溶液,改善其浸磷的酸性环境,进一步促进磷矿粉中可溶性磷的浸出。