一种芽孢杆菌及利用其从含钪矿物中生物浸出钪的方法

摘要

本发明涉及一种芽孢杆菌及利用其从含钪矿物中生物浸出钪的方法，该方法是将含钪矿石破碎、磨细至粒度大小为0.037mm～0.074mm，投入含微生物的培养液中，控制矿浆浓度为1%～10%，经7～15天的生物浸出，浸出率在20%～50%之间。浸出后的矿浆经离心或者沉降分离得到含钪溶液，再经常规萃取、洗涤、反萃，得到钪的初级富集物；在本发明的浸出过程中无需添加酸减少了生产成本，实现了对环境零污染的绿色化浸钪，浸出液中的钪可通过常规方法进行钪的富集。该生物法绿色环保，工艺简单，易于推广。

说明书

技术领域

本发明涉及稀有金属的冶金工艺，是利用绿色化的生物技术，尤其利用一种芽孢杆菌从含钪矿物中生物浸出钪的方法。

背景技术

钪属于稀散金属，作为钪的独立矿物有钪钇矿、水磷钪矿、硅钪矿和钛硅酸稀金矿等，这几种矿物含钪量较高，但矿源较小，在自然界中罕见。大多数钪以类质同象或吸附状态分布于其它矿物，例如钛铁矿、锆铁矿、钒钛磁铁矿、钨矿、铝矿等矿物中。

常规钪的提取是以赤泥、氯化烟尘等中间产物为原料，在高酸、高温条件下浸出钪。例如公开号为CN103352130A，公开日为2013-10-16的中国发明专利文献，公开了一种从赤泥、钛白粉废液中联合提取钪的方法。采用钛白粉废液与赤泥混合提钪，应用钛白粉废液中的酸将赤泥浸泡，使其中的金属元素游离出来，并且分离开铁、铝、钛等杂质离子。充分利用钛白废液中洗涤出来大量低浓度的废酸用于提取浸出呈强碱性的赤泥，同时实现钛白粉废液和赤泥中的钪的综合提取。再例如公开号： CN102268552A，公开日为2011-12-07的中国发明专利文献，公开了用氧化铝赤泥制备氧化钪的方法，属于制备氧化钪的领域；所要解决的技术问题为提供了一种有效利用氧化铝赤泥的方法；所采用的技术方案为：第一步制取氧化铝赤泥的二次浸出液，第二步萃取钪，第三步钪的再溶精提，第四步制取草酸钪沉淀，第五步烘干、焙烧制得氧化钪；本发明通过浸出液脱硅脱除了对萃取有害的元素硅，并进行了蒸发浓缩使得钪得到了第一次富集，第一次富集固体中，氧化钪的含量提高了一倍以上，又通过脱除第一次富集固体中的铝，使得钪得到了第二次富集，又使得第二次富集固体中的钪含量提高了三倍以上，又通过二次盐酸浸出，溶液萃取，反萃，精提得到了高纯度的氧化钪产品。

但是，上述类似工艺的不足是在高酸度条件下钪转入浸出液的同时，原料中的大量杂质也被浸出，对后续钪的提纯有很大影响，且造成环境污染。这种方法运行成本高，由于矿石中铁镁等杂质元素浸出率高，导致浸出剂硫酸的消耗很大，一般达到800～900公斤硫酸/吨矿。同时溶液中铁镁等杂质元素很高，给后续的除杂分离带来困难，使钪的回收率下降。该法经济性差，环境污染大，不能满足长期工业生产要求。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术不足，提出一种芽孢杆菌及利用其从含钪矿物中生物浸出钪的方法，该方法利用绿色化的生物浸钪技术，对环境造成零污染，浸出液中杂质少，投资运行成本均比常规法低。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种芽孢杆菌（Bacillus sp.），其特征在于该菌种的保藏号为：CGMCC No. 11951，菌种的菌株号为：芽-Ⅱ。该生物材料（株）已于2016年1月4日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，该保藏中心地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号 中国科学院微生物研究所。

利用上述芽孢杆菌从含钪矿物中生物浸出钪的方法，包括如下步骤：

将含钪矿物粉粹成呈一定粒度的颗粒状矿样，同时将配置的营养培养基与浸出用的容器进行高温灭菌；

取营养培养基和粉碎后的矿样置于浸出容器中进行高温灭菌，最终矿浆浓度不大于10%；调节矿浆pH值为适合区间，接种细菌，初始供接种芽孢杆菌的菌液的细菌浓度为1.2×10⁸个/毫升～4.0×10⁸个/毫升，接种后浸出体系中的细菌浓度为1.2×10⁷个/毫升～4.0×10⁷个/毫升；

将浸出体系置于恒温摇床，调控温度为接种细菌的适宜生长温度，并在转速150～200rpm条件下浸出7～15天；

浸出后的矿浆经固液分离，得到含钪浸出液；

经常规萃取、洗涤、反萃，得到钪的初级富集物。

步骤1）所述的含钪矿物包括钛铁矿、锆铁矿、钒钛磁铁矿、钨矿、铝矿中的一种或多种的任意组合。

步骤1）所述的颗粒状矿样的粒径为0.037mm～0.074mm。

步骤1）所述的营养培养基配制为：蛋白胨5g/L，牛肉膏1.5g/L，NaCl 2.5g/L，葡萄糖1g/L。

步骤2）所述的pH值适合区间为6.8～7.5之间。

步骤3）所述的接种细菌适宜温度控制为25～35°C。

步骤4）所述的固液分离方法为离心分离或者沉淀分离，离心分离的转速不低于4000rpm，时间不低于5min；沉淀分离所用的时间不低于60min。

本发明的有益效果如下：

本发明采用在细菌的直接作用、间接作用以及直接、间接共同作用下，将稀有金属钪从溶液中浸出的方法，根据不同矿浆浓度及浸出时间，可以得到不同的浸出率，实现了在绿色化无污染条件下浸出钪；在浸出过程中，不需要添加酸，故减少了生产成本，浸出液中的钪可通过常规方法进行钪的富集。该生物法绿色环保，工艺简单，易于推广。

具体实施方式

本发明有下列实施例进一步说明，但不受这些实施例的限制。

实施例1

将含钪矿物磨至粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入营养培养液中，高温灭菌后，再接种细菌。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为1%，初始供接种的菌液细菌浓度为1.0×10⁸个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为1.0×10⁷个/毫升，培养液的pH值为7.2，摇床转速200rpm，温度为30℃。当含钪矿物在无菌体系中，浸出15天后钪浸出率几乎为零；在有菌体系，浸出15天后浸出率为47.4%。在4200rpm下离心分离5min，获得含钪上清液，再经常规萃取、洗涤、反萃，得到钪的初级富集物。

实施例2

将含钪矿物磨至粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入营养培养液中，高温灭菌后，再接种细菌。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为2%，初始供接种的菌液细菌浓度为2.0×10⁸个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为2.0×10⁷个/毫升，培养液的pH值为7.2，摇床转速200rpm，温度为30℃。当含钪矿物在无菌体系中，浸出15天后钪浸出率几乎为零；在有菌体系，浸出15天后浸出率为42.5%。在4200rpm下离心分离5min，获得含钪上清液，再经常规萃取、洗涤、反萃，得到钪的初级富集物。

实施例3

将含钪矿物磨至粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入营养培养液中，高温灭菌后，再接种细菌。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为10%，初始供接种的菌液细菌浓度为4.0×10⁸个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为4.0×10⁷个/毫升，培养液的pH值为7.2，摇床转速200rpm，温度为30℃。当含钪矿物在无菌体系中，浸出10天后钪浸出率几乎为零；在有菌体系，浸出10天后浸出率为21.8%。采用静止沉淀法进行固液分离，沉淀60min后，可获得含钪澄清液，再经常规萃取、洗涤、反萃，得到钪的初级富集物。

实施例4

将含钪矿物磨至粒度大小为0.037mm～0.074mm的颗粒，投入营养培养液中，高温灭菌后，再接种细菌。浸出条件为：浸出液的矿浆浓度为10%，初始供接种的菌液细菌浓度为4.0×10⁸个/毫升，接种后浸出体系中细菌浓度为4.0×10⁷个/毫升，培养液的pH值为7.2，摇床转速200rpm，温度为35℃。当含钪矿物在无菌体系中，浸出15天后钪浸出率几乎为零；在有菌体系，浸出15天后浸出率为24.8%。采用静止沉淀法进行固液分离，沉淀60min后，可获得含钪澄清液，再经常规萃取、洗涤、反萃，得到钪的初级富集物。