氧化亚铁硫杆菌—稀酸联合浸出页岩中钒的工艺研究

发布时间：2020-08-08 19:36

【摘要】：钒页岩是我国重要的含钒资源,目前关于页岩提钒工艺的研究大多集中在化学浸出方面。微生物冶金技术由于其节能、环保、成本低等优点受到人们的普遍关注。现有关于微生物提钒的研究表明,微生物浸出含钒页岩具有一定的可行性,但是该类研究仍比较少,其浸出工艺及机理还有待完善。因此,本研究以湖北郧西含钒页岩脱碳样为研究对象,用氧化亚铁硫杆菌浸出页岩中的钒,确定最佳工艺参数,分析微生物浸出过程中钒的浸出规律。为了有效利用矿物中的钒资源,采用微生物-化学联合浸出工艺,在降低酸耗、能耗的同时提高钒的浸出率。结果表明:用氧化亚铁硫杆菌浸出含钒页岩,在初始pH 2.0,矿浆浓度20 g/L,亚铁添加量5 g/L、接种量10%的条件下浸出1.2天,钒的浸出率可达62.39%,与无菌对照相比,钒浸出率提高20%以上。然而微生物浸出后,页岩中硅酸盐矿物中的大部分钒以及少部分游离氧化物中的钒仍在浸出渣中,为了进一步回收这部分钒,将微生物浸出渣在浸出温度70℃、硫酸浓度5%、液固比1 mL/g的条件下浸出1h,微生物-化学联合浸出工艺的浸出率能达到70.6%,比同等条件下页岩脱碳样酸浸工艺的浸出率高15.24%,而酸浸工艺在90℃用20%的硫酸浸出1 h后,钒浸出率才达到71.28%,说明联合浸出工艺的酸耗及能耗都低于酸浸工艺。因此,联合浸出工艺适用于处理该含钒页岩。微生物浸出过程中钒的浸出率出现先上升后下降的现象。通过对浸出液及浸出渣的成分和物相检测分析发现:浸出前期页岩中游离氧化物溶解,大部分V(Ⅳ)和V(Ⅴ)被浸出,而硅酸盐矿物中的V(Ⅲ)仍留在矿渣中;浸出后期钒浸出率下降主要是因为铁水解生成的黄钾铁矾沉淀会包裹矿石阻碍钒的浸出,同时铁矾沉淀导致浸出液中的钒以吸附和共沉淀的方式沉下来。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF841.3
【图文】：

图 2.2 矿样 SEM-EDS 分析由图 2.2 可知，V 与 Si、O、Al、K、Mg 具有较好的相关性，说明钒主要与富含i、O、Al、K、Mg 的矿物共生。为了进一步明确钒在矿样中的赋存状态，采用分提取法测定矿样中钒的化学物相，并采用电位滴定法测定矿样中钒的价态分布，测结果见表 2.2。由表 2.2 可知，矿样中的钒主要赋存于游离氧化物中，小部分钒存于硅酸盐矿物中，另外还有极少量的钒在残留的有机质中。经过脱碳处理后，样中钒的价态以 V(Ⅴ)为主，同时还含有一定量的 V(Ⅳ)和 V(Ⅲ)。表 2.2 矿样的钒物相及钒价态分析结果(wt.%)项目总钒钒物相钒价态游离氧化物中的钒赋存于铝硅酸盐中的钒有机质中的钒V(Ⅲ) V(Ⅳ) V(Ⅴ)对含量/% 100.00 63.87 32.35 3.78 22.93 21.83 55.24含量 0.73 0.47 0.24 0.02 0.17 0.16 0.40

流程图,试验工艺,流程图,菌液

16图 2.3 试验工艺流程图 mL 9K 液体培养基中，色后，再取 10 mL 培养液10mL 菌液保存至 4 °C 冰。富集培养的菌液经过传后续试验。液转接入 90 mL 9K 液体测菌液的 pH 值并取菌

表面形貌,浸出渣,浸出,图谱

图 4.3 浸出 10 天后浸出渣的 SEM-EDS 图谱图 4.3(a)为微生物浸出 10 天后浸出渣的 SEM 图，浸出渣中颗粒的大小有一定的区别，但各颗粒的表面形貌都比较类似，图 4.3(b)中为其中一个颗粒的放大图，可以看出整个颗粒的表面都粗糙、凹凸不平。EDS 图谱中 Si、O、Al、Mg、Fe、S、K、N、V 元素分布都有较好的相关性，其中 Si、O、Al、K 有好的相关性说明该浸出渣颗粒含有页岩中的铝硅酸盐矿物，而 Fe、S、O、K、N 具有良好的相关性，说明该浸出渣颗粒还含有 Fe3+水解生成的黄钾铁矾(KFe3(SO4)2(OH)6)和黄铵铁矾(NH4Fe3(SO4)2(OH)6)。有学者研究了氧化亚铁硫杆菌浸出过程中黄钾铁矾的生成过程并用以下化学方程式（式 4-4、4-5、4-6、4-7）来表征[74]。结合矿渣的形貌特征及其元素分布情况，矿渣的形成过程可能是浸出液中的 Fe3+水解生成 Fe(OH)3胶体并吸附在矿石表面，Fe(OH)3进一步溶液中的 K、S、N 等元素结合形成铁矾沉淀，铁矾沉淀逐渐增大覆盖住整个矿物表面，形成钝化层，阻碍了矿石与浸出液接触，这也就导致了在浸出后期溶液 pH 值更低的情况下没有钒释放出来。3 22Fe H O Fe(OH) H (4-4

【参考文献】