磷矿的微生物浸出研究进展

孙伟; 渠光华; 王大鹏

doi:10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2021.04.006

磷矿的微生物浸出研究进展

1.
贵州大学矿业学院, 贵州贵阳 550025

2.
喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合重点实验室, 贵州贵阳 550025

3.
贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室, 贵州贵阳 550025

基金项目:
贵州省科技计划项目[2017]105

详细信息

作者简介: 孙伟(1994-), 男, 云南省宣威市人, 在读硕士研究生, 主要研究方向为磷矿的微生物浸出。E-mail: 2928885183@qq.com

通讯作者: 渠光华(1982-), 女, 贵州省贵阳市人, 博士, 硕导, 主要研究方向为微生物选矿。E-mail: 452226344@qq.com

中图分类号: TD971⁺.3

收稿日期: 2021-08-02

刊出日期: 2021-08-25

Research Progress in Bioleaching of Phosphate Rock

1.
Mining College, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China

2.
State and Local Joint Key Laboratory of Efficient Utilization of Superior Mineral Resources in Karst Areas, Guiyang 550025, Guizhou, China

3.
Guizhou Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Non-metallic Mineral Resources, Guiyang 550025, Guizhou, China

More Information

Corresponding author: QU Guanghua, 452226344@qq.com

Received Date: 02 August 2021

Publish Date: 25 August 2021

摘要

摘要:
磷矿不仅是一种化工矿物原料，更是一种重要的战略资源。在我国磷矿资源日益短缺和环境污染问题日趋严重的大背景下，科学、合理地利用宝贵的磷矿资源是解决这一问题的有效途径。与传统工艺相比，微生物冶金技术有成本低、能耗低、流程简单和环境友好等特点，在低品位难选冶的矿产资源的开发中有着广阔的应用前景。介绍了目前我国磷矿资源的特点和现有的浸矿微生物种类；接着对比了各个菌种浸矿的特点，发现中等嗜热菌为浸矿效果最好的菌种，二步浸出效果明显优于一步浸出。分析了细菌的浸矿优势、发展历史和研究现状，详细介绍细菌在浸出磷矿过程中的作用机理。指出微生物浸矿存在的问题及改进方法，对微生物选冶技术的发展前景进行了展望。
- 浸磷微生物 /
- 浸磷机理 /
- 影响因素 /
- 强化条件
Abstract:
Phosphate rock is not only a kind of chemical mineral raw material, but also an important strategic resource. Under the background of shortage of phosphate rock resources and serious environmental pollution in China, scientific and rational utilization of precious phosphate rock resources is an effective way to solve this problem. Compared with the traditional process, the microbial metallurgy technology has the characteristics of low cost, low energy consumption, simple process and environmental friendliness, and has a broad application prospect in the development of low-grade and refractory mineral resources. The characteristics of phosphate mineral resources in China and the kinds of leaching microorganisms are introduced. Then the leaching characteristics of each strains were compared, and it was found that the medium thermophilic strain had the best leaching effect, and the two-step leaching effect was obviously better than that of one-step leaching. The advantages, development history and research status of bacteria leaching were analyzed, and the action mechanism of bacteria in the process of phosphate ore leaching was introduced in detail. The existing problems and improvement methods of bioleaching were pointed out, and the development prospect of bioleaching technology was prospected.
- phosphorus leaching microorganism /
- leaching mechanism of phosphorus /
- influence factor /
- strengthen the condition

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图 1 异养菌溶磷示意图

Figure 1.

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参考文献(79)

[1]	刘文彪, 黄文萱, 马航, 等. 我国磷矿资源分布及其选矿技术进展[J]. 化工矿物与加工, 2020(12): 23-29. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HGKJ202012005.htm
[2]	方义, 刘继伟, 谷庆宝, 等. 生物矿化在环境保护方面的应用[J]. 硅酸盐通报, 2017, 36(4): 1209-1215, 1233. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GSYT201704019.htm
[3]	王鑫. 微生物对低品位含钒石煤的浸出及机理研究[D]. 北京: 北京科技大学, 2017.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10008-1018215751.htm
[4]	SONGRONG Y, JIYUAN X, GUANZHOU Q, et al. Research and application of bioleaching and biooxidation technologies in China[J]. Minerals engineering, 2002, 15(5): 361-363. doi: 10.1016/S0892-6875(02)00019-5
[5]	池景良, 郝敏, 王志学, 等. 解磷微生物研究及应用进展[J]. 微生物学杂志, 2021, 41(1): 1-7. doi: 10.3969/j.issn.1005-7021.2021.01.001
[6]	WHITELAW M A. Growth Promotion of Plants Inoculated with Phosphate-Solubilizing Fungi[M]//Sparks D L. Advances in Agronomy. Academic Press, 1999: 99-151.
[7]	NAUTIYAL C S, BHADAURIA S, KUMAR P, et al. Stress induced phosphate solubilization in bacteria isolated from alkaline soils[J]. FEMS Microbiology Letters, 2000, 182(2): 291-296. doi: 10.1111/j.1574-6968.2000.tb08910.x
[8]	HWANGBO H, PARK R D, KIM Y W, et al. 2-Ketogluconic Acid Production and Phosphate Solubilization by Enterobacter intermedium[J]. Current microbiology, 2003, 47(2): 87-92. doi: 10.1007/s00284-002-3951-y
[9]	杨慧. 溶磷高效菌株筛选鉴定及其溶磷作用研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2007.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-82101-2007156265.htm
[10]	樊蕾, 方晓峰. 我国中低品位磷矿利用技术现状及前景展望[J]. 化工矿物与加工, 2015, 44(8): 42-46. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HGKJ201508013.htm
[11]	曾伟民, 邱冠周. 硫化铜矿生物堆浸研究进展[J]. 金属矿山, 2010(8): 102-107. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSKS201008028.htm
[12]	孙彦峰. 氧化亚铁硫杆菌浸出金川低品位镍黄铁矿的研究[D]. 兰州: 兰州大学, 2007.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10730-2007114822.htm
[13]	龚文琪, 陈伟, 张晓峥, 等. 氧化亚铁硫杆菌的分离培养及其浸磷效果[J]. 过程工程学报, 2007(3): 584-588. doi: 10.3321/j.issn:1009-606X.2007.03.030
[14]	高尚, 刘志红, 张覃. 氧化硫硫杆菌对中品位磷矿浸出试验研究[J]. 矿业研究与开发, 2019, 39(3): 109-112. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KYYK201903024.htm
[15]	刘俊. 低品位磷矿的微生物浸出研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2008.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10497-2009084820.htm
[16]	郭贵香. 微生物对赤泥中钾及磷尾矿中磷的溶出影响[D]. 贵阳: 贵州大学, 2016.https://d.wanfangdata.com.cn/thesis/ChJUaGVzaXNOZXdTMjAyMDEwMjgSCUQwMTM3OTkyMRoINnV1ajdoazE%3D
[17]	谢承卫, 高弦, 钟艳, 等. 高硫煤矸石解磷微生物细菌的研发及测试[J]. 磷肥与复肥, 2019, 34(2): 5-9. doi: 10.3969/j.issn.1007-6220.2019.02.003
[18]	高尚, 刘志红, 张覃. 枯草芽孢杆菌对贵州某磷矿浸出试验研究[J]. 矿业研究与开发, 2017, 37(11): 69-72. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KYYK201711017.htm
[19]	吴俊子. 中等嗜热浸矿菌共培养体系的培养条件优化研究[D]. 长沙: 中南大学, 2013.https://d.wanfangdata.com.cn/thesis/Y2424726
[20]	曹莅波, 黄志华, 孙欣, 等. 中等嗜热混合菌介导的不同产地斑铜矿浸出差异的比较(英文)[J]. Journal of Central South University, 2020, 27(5): 1373-1385. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNGY202005004.htm
[21]	李凌凌. 嗜酸硫杆菌浸出中低品位磷矿及其浸矿机理研究[D]. 武汉: 武汉科技大学, 2014.https://d.wanfangdata.com.cn/thesis/Y2733642
[22]	张珑. 中等嗜热菌群浸提锌冶炼渣的基本特性及其浸出条件研究[D]. 长沙: 中南大学, 2011.https://d.wanfangdata.com.cn/thesis/Y1914008
[23]	王军, 赵红波, 李思奇, 等. 中度嗜热微生物作用下黄铜矿表面改性[J]. 中国有色金属学报, 2013, 23(11): 3225-3231. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZYXZ201311029.htm
[24]	刘莎, 李俊成, 杨毅然. 嗜酸嗜热浸矿微生物[J]. 基因组学与应用生物学, 2018, 37(12): 5355-5359. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXNB201812035.htm
[25]	李露莉, 邱树毅, 谢晓莉, 等. 解磷真菌的研究进展[J]. 贵州农业科学, 2010, 38(7): 125-128. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GATE201007041.htm
[26]	DO CARMO T S, MOREIRA F S, CABRAL B V, et al. Phosphorus Recovery from Phosphate Rocks Using Phosphate-Solubilizing Bacteria[J]. GEOMICROBIOLOGY JOURNAL, 2019, 36(3): 195-203. doi: 10.1080/01490451.2018.1534901
[27]	张传光, 宁德鲁, 徐田, 等. 两种菌剂对低品位磷矿中磷素活化率的比较[J]. 磷肥与复肥, 2020, 35(6): 11-12. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LFYF202006005.htm
[28]	刘俊. 低品位磷矿的微生物浸出研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2008.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10497-2009084820.htm
[29]	许晓芳. 不同离子胁迫对微生物浸出黄铜矿的影响和机理[D]. 北京: 北京科技大学, 2016.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10008-1016090660.htm
[30]	池汝安, 肖春桥, 高洪, 等. 几种微生物溶解磷矿粉的动态研究[J]. 化工矿物与加工, 2005(7): 4-6. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HGKJ200507002.htm
[31]	林启美, 王华, 赵小蓉, 等. 一些细菌和真菌的解磷能力及其机理初探[J]. 微生物学通报, 2001(2): 26-30. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSWT200102007.htm
[32]	刘婷婷, 徐广, 肖春桥, 等. 有机酸对低品位磷矿粉的活化及释磷动力学研究[J]. 化工矿物与加工, 2017, 46(3): 1-4. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HGKJ201703001.htm
[33]	罗国菊. 微生物在磷矿石浮选中对白云石的抑制研究[D]. 贵阳: 贵州大学, 2016.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10657-1016777701.htm
[34]	徐玲玲, 杨洪英, 周义朋, 等. 浸铀微生物及其应用[J]. 有色金属(冶炼部分), 2020(4): 93-101. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-METE202004018.htm
[35]	SAND W, GEHRKE T, JOZSA P, et al. (Bio)chemistry of bacterial leaching-direct vs. indirect bioleaching[J]. Hydrometallurgy, 2001, 59(2): 159-175. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304386X00001808
[36]	郝晓东, 刘学端, 杨琴, 等. 混合中度嗜热微生物浸出两种不同类型低品位铜尾矿的比较研究(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2018, 28(9): 1847-1853. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZYSY201809018.htm
[37]	方京华, 刘咏, 何万里, 等. 极端嗜酸微生物纯培养过程中铁元素的转化(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2017, 27(05): 1150-1155. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZYSY201705021.htm
[38]	王欣, 唐敏, 田野, 等. Fe²⁺对微生物浸出赞比亚酸浸渣的影响[J]. 当代化工, 2013, 42(6): 739-742. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYHH201306009.htm
[39]	张仕奇, 杨洪英, 佟琳琳, 等. 硫化矿细菌浸出机理及协同作用研究现状[J]. 有色金属(冶炼部分), 2021(4): 1-10. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-METE202104001.htm
[40]	陈伟. 嗜酸氧化亚铁硫杆菌的培养特性和浸磷效果[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2006.https://d.wanfangdata.com.cn/thesis/ChJUaGVzaXNOZXdTMjAyMDEwMjgSCFkxMDIwNzk5GghvYTZ1d2w3OQ%3D%3D
[41]	肖春桥. 中低品位磷矿微生物溶解基础研究[D]. 长沙: 中南大学, 2009.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10533-2009208092.htm
[42]	孟祥坤, 于新, 朱超, 等. 解磷微生物研究与应用进展[J]. 华北农学报, 2018, 33(S1): 208-214. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HBNB2018S1039.htm
[43]	TROLLDENIER G. Techniques for observing phosphorus mobilization in the rhizosphere[J]. Biology and fertility of soils, 1992, 14(2): 121-125. http://www.onacademic.com/detail/journal_1000034299839910_63e7.html
[44]	吴晓燕. 多菌种协同分解中低品位磷矿的作用机理研究[D]. 武汉: 武汉工程大学, 2015.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10490-1015667362.htm
[45]	王应兰. 解磷微生物细菌的筛选、鉴定及其制备肥料的研究[D]. 贵阳: 贵州大学, 2020.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10657-1020340332.htm
[46]	CHI R, XIAO C, GAO H. Bioleaching of phosphorus from rock phosphate containing pyrites by Acidithiobacillus ferrooxidans[J]. Minerals Engineering, 2006, 19(9): 979-981. http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ShoppingCartURL&_method=add&_eid=1-s2.0-S0892687505003729&originContentFamily=serial&_origin=article&_ts=1475619628&md5=38c295c84df486bf0b14aa0c0f06ba5e
[47]	肖春桥, 池汝安. 微生物分解中低品位磷矿的研究实践[J]. 化工矿物与加工, 2015, 44(1) 47-51. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HGKJ201501015.htm
[48]	XIAO C, XU G, WANG Q, et al. Biosolubilization of low-grade rock phosphate by mixed thermophilic iron-oxidizing bacteria[J]. Journal of Advanced Oxidation Technologies, 2017, 20(201700232). http://smartsearch.nstl.gov.cn/paper_detail.html?id=e5b646f734c6ed29f2948c79c0f448ab
[49]	曾盛佳. 含磷矿石细菌浸出工艺研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2008.https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CMFD&filename=2009042295.nh
[50]	唐朝军, 董发勤, 代群威, 等. 嗜酸氧化硫硫杆菌对中低品位磷矿的溶磷效果研究[J]. 矿物学报, 2010, 30(S1): 111-112. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KWXB2010S1064.htm
[51]	刘艳菊. 溶磷细菌优良菌种的选育研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2008.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10497-2009042280.htm
[52]	史发超, 殷中伟, 江红梅, 等. 一株溶磷真菌筛选鉴定及其溶磷促生效果[J]. 微生物学报, 2014, 54(11): 1333-1343. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSXB201411013.htm
[53]	OSMAN Y, GEBREIL A, MOWAFY A M, et al. Characterization of Aspergillus niger siderophore that mediates bioleaching of rare earth elements from phosphorites[J]. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 2019, 35(6): 93-103. doi: 10.1007/s11274-019-2666-1
[54]	池汝安, 肖春桥, 高洪, 等. 细菌和真菌分解低品位磷矿[J]. 过程工程学报, 2005(6): 636-639. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HGYJ200506011.htm
[55]	BASAK B B. Phosphorus release by low molecular weight organic acids from low-grade Indian rock phosphate[J]. Waste and Biomass Valorization, 2019, 10(11): 3225-3233. http://www.onacademic.com/detail/journal_1000040399895110_b5dd.html
[56]	姚英杰, 张永奎, 宋航, 等. 氧化亚铁硫杆菌分解磷矿的试验研究: 第一届全国化学工程与生物化工年会[C], 2004.
[57]	余润兰, 石丽娟, 周丹, 等. 生物浸出过程中微生物协同作用机制的研究进展[J]. 中国有色金属学报, 2013, 23(10): 3006-3014. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZYXZ201310036.htm
[58]	JAIN R, PATHAK A, SREEKRISHNAN T R, et al. Autoheated thermophilic aerobic sludge digestion and metal bioleaching in a two-stage reactor system[J]. Journal of environmental sciences (China), 2010, 22(2): 230-236. http://europepmc.org/abstract/MED/20397411
[59]	NAUTIYAL C S. An efficient microbiological growth medium for screening phosphate solubilizing microorganisms[J]. FEMS Microbiology Letters, 1999, 170(1): 265-270. http://www.onacademic.com/detail/journal_1000035507150410_09b1.html
[60]	徐广, 肖春桥, 王琪, 等. 不同类型微生物对低品位磷矿的溶解作用研究[J]. 矿冶工程, 2019, 39(3): 103-106. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KYGC201903026.htm
[61]	夏乐先, 柳建设, 肖利, et al. Single and cooperative bioleaching of sphalerite by two kinds of bacteria——Acidithiobacillus ferriooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2008, 18(1): 190-195. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZYSY200801035.htm
[62]	李文, 王陶. 解磷菌JL-1对磷矿粉降解性能的研究[J]. 生物技术通报, 2020, 36(8): 34-44. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SWJT202008005.htm
[63]	WYCISZKIEWICZ M, SAEID A, DOBROWOLSKA-IWANEK J, et al. Utilization of microorganisms in the solubilization of low-quality phosphorus raw materiaL[J]. Ecological Engineering, 2016, 89: 109-113. http://daneshyari.com/article/preview/4388752.pdf
[64]	高尚. 微生物在贵州某磷矿选矿废水中回收磷的试验研究[D]. 贵阳: 贵州大学, 2017.https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=1s0c0am01u7a0ma0px0e0tm0wb084233&site=xueshu_se
[65]	贾伟伟. 嗜酸混合硫杆菌与铜绿假单胞菌对低品位磷矿的浸磷研究[D]. 武汉: 武汉科技大学, 2010.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-11915-1011052728.htm
[66]	袁向利. 嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出低品位磷矿技术研究[D]. 武汉: 武汉科技大学, 2010.https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-degree-domestic_mphd_thesis/020312472717.html
[67]	杨均流, 温建康, 陈勃伟, 等. 混合菌浸出低品位磷矿工艺研究[J]. 化工矿物与加工, 2010, 39(4): 5-9. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HGKJ201004004.htm
[68]	易艳梅, 黄为一, 张春霞. 细菌溶磷作用与磷矿粉伴生性重金属元素的释放[J]. 土壤通报, 2012, 43(2): 374-378. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRTB201202021.htm
[69]	赵雪淞, 王冬旭, 刘鑫, 等. 金属离子对中等嗜热混合菌活性的影响[J]. 生物技术通报, 2017, 33(12): 151-155. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SWJT201712022.htm
[70]	余润兰, 刘晶, 陈安, 等. 嗜酸氧化亚铁硫杆菌(ATCC 23270)浸出黄铜矿过程中的EPS、Cu²⁺和Fe³⁺的相互作用机制(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013, 23(1): 231-236. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZYSY201301031.htm
[71]	刘艳菊, 龚文琪, 曾盛佳, 等. 硫杆菌的驯化育种及对低品位磷矿的浸出[J]. 武汉理工大学学报, 2010, 32(3): 5-8. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WHGY201003001.htm
[72]	杨宁, 王惠娟, 郭利健. 工业微生物育种综述[J]. 湖北农机化, 2008(3): 28-29. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HBJH200803020.htm
[73]	申秋实, 龚文琪, 王恩文, 等. 微波诱变嗜酸氧化硫硫杆菌浸出低品位磷矿[J]. 武汉理工大学学报, 2008(11): 29-32. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WHGY200811008.htm
[74]	申秋实. 嗜酸氧化硫硫杆菌产酸活性与低品位磷矿细菌浸出[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2007.https://d.wanfangdata.com.cn/thesis/Y1231725
[75]	刘俊, 龚文琪. 嗜酸氧化亚铁硫杆菌对低品位磷矿的生物浸出研究[J]. 矿冶工程, 2009, 29(6): 50-52. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KYGC200906015.htm
[76]	胡凯建. 复杂氧化铜矿碱性浸矿菌种的选育及浸出规律研究[D]. 北京: 北京科技大学, 2017.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10008-1017132159.htm
[77]	肖春桥, 吴晓燕, 池汝安. 固定化嗜酸氧化硫硫杆菌浸出低品位磷矿粉中磷的研究[J]. 化工矿物与加工, 2014, 43(11): 17-20. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HGKJ201411006.htm
[78]	邹燕. 中等嗜热菌的选育及其浸矿研究[D]. 广州: 广东工业大学, 2007.http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-11911-2007124082.htm
[79]	姚国成, 温建康, 高焕芝, 等. 中等嗜热菌浸出黄铜矿及其表面钝化的研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2010, 41(4): 1234-1239. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNGD201004004.htm