一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，包括頂部開口且中空的內筒、保溫裝置、氣體分散器和擋板，所述的保溫裝置設置于內筒外，所述的氣體分散器為通氣管，通氣管的一端連接到外部氣源，另一端由內筒的頂部開口伸入并延伸至內筒底部，所述的擋板設置于內筒的內側壁上。本實用新型的技術效果在于，攪拌槽自帶的保溫裝置能最大程度的實現均勻傳熱。攪拌槽內部的擋板能消除漩渦，將液體的旋轉運動改為垂直旋轉運動，增加了軸向和徑向速度分量，使攪拌器排出流具有更寬的流動半徑，實現良好的混合和浸出效果。攪拌槽內氣體分散器位于攪拌槽底部，能充分地補充氧氣和二氧化碳。
【專利說明】一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及微生物濕法冶金【技術領域】，特別是涉及一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽。
【背景技術】
[0002]微生物冶金是一項能顯著的提高低品位，復雜難處理礦產資源的開發利用的高新技術，能夠大幅度提高礦產資源的開發利用率和資源的保障程度。微生物利用礦物為營養物質將礦物氧化分解，使金屬進入溶液后再通過進一步分離、富集、純化而提取金屬的高新技術，它有很多顯著地優點如流程短，低成本，環境友好和低污染等等。
[0003]目前浸礦微生物種子一直采用搖瓶培養，但由于搖瓶體積小，每次只能培養少量的菌種，而工業需求大量生長良好、浸礦效率高的微生物，此過程缺乏有效的過渡培養裝置。不僅如此，用于工業生產的菌種，需在低礦漿濃度下培養以適應環境實現接種后快速生長。而現有的過渡培養裝置只有簡單的搖瓶和燒杯，通過外加空氣泵送入空氣實現對菌體的擴大培養以及浸礦。傳統的過渡裝置存在傳質傳熱不均勻，密封性不夠易感染雜菌的缺點。當礦漿濃度提高時，礦漿變稠，不利于氣體擴散傳送，通過增加轉速使得溶氧量升高，同時也增大了剪切力。
實用新型內容
[0004]為了解決采用搖瓶、燒杯進行微生物培養存在傳質傳熱不均勻，密封性不夠、易感染雜菌的技術問題，本實用新型提供一種為浸礦微生物的放大培養及生物浸出提供了結構簡單，能耗少及柔和的攪拌環境的用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽。
[0005]為了實現上述技術目的，本實用新型的技術方案是，一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，包括頂部開口且中空的內筒、保溫裝置、氣體分散器和擋板，所述的保溫裝置設置于內筒外，所述的氣體分散器為通氣管，通氣管的一端連接到外部氣源，另一端由內筒的頂部開口伸入并延伸至內筒底部，所述的擋板設置于內筒的內側壁上。
[0006]所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，所述的氣體分散器由內筒頂部伸入并沿內筒軸線方向緊貼內筒內壁向下延伸，在延伸到底部后再沿內筒底部徑線方向水平延伸至內筒底部中心。
[0007]所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，所述的氣體分散器在內筒底部的水平延伸長度為內筒直徑的1/2-3/4。
[0008]所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，所述的氣體分散器在內筒底部的水平延伸管道上開有多個微孔，所述的微孔的半徑為0.05-0.5cm。
[0009]所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，所述的擋板的數量至少為一個，并豎直固定于內筒的內側壁上。
[0010]所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，擋板的寬度為內筒內徑的1/12，擋板的高度為內筒高度的3/5_3/4。[0011]所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，內筒內徑為內筒高度的1/2-4/5 ο
[0012]所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，所述的保溫裝置包括緊貼內筒外壁設置的保溫層和套裝于內筒外的加熱裝置。
[0013]本實用新型的技術效果在于，攪拌槽自帶的保溫裝置能最大程度的實現均勻傳熱。攪拌槽內部的擋板能消除漩渦，將液體的旋轉運動改為垂直旋轉運動，增加了軸向和徑向速度分量，使攪拌器排出流具有更寬的流動半徑，實現良好的混合和浸出效果。攪拌槽內氣體分散器位于攪拌槽底部，能充分地補充氧氣和二氧化碳。本新型攪拌槽既可以用于純種微生物的擴大培養，又可以用于混合微生物擴大培養。與此同時還能用于濕法冶金工業，生物發酵及化工生產等。
[0014]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型擋板處剖視圖；
[0016]圖2為本實用新型氣體分散器處剖視圖；
[0017]圖3為本實用新型俯視圖；
[0018]圖4為本實用新型中不同溫度對鎳的化學浸出；
[0019]圖5為本實用新型中不同溫度對鈷的化學浸出；
[0020]圖6為S.t，A.f，L.f菌生長曲線；
[0021 ] 圖7為S.t，A.f，L.f菌6%礦漿濃度電位變化曲線；
[0022]圖8為S.t菌6%礦漿濃度擴大培養與搖瓶培養pH變化；
[0023]圖9為S.t菌6%礦漿濃度擴大培養與搖瓶培養電位變化；
[0024]其中I為內筒、2為氣體分散器、3為擋板、4為保溫層、5為加熱裝置。【具體實施方式】
[0025]參見圖1、圖2、圖3，本實用新型包括頂部開口且中空的內筒、保溫裝置、氣體分散器和擋板，保溫裝置設置于內筒外，氣體分散器為通氣管，通氣管的一端連接到外部氣源，另一端由內筒的頂部開口伸入并延伸至內筒底部，擋板設置于內筒的內側壁上。氣體分散器由內筒頂部伸入并沿內筒軸線方向緊貼內筒內壁向下延伸，在延伸到底部后再沿內筒底部徑線方向水平延伸至內筒底部中心。氣體分散器在內筒底部的水平延伸長度為內筒直徑的1/2-3/4。氣體分散器在內筒底部的水平延伸管道上開有多個微孔，微孔的半徑為0.05-0.5cm。擋板的數量至少為一個，并豎直固定于內筒的內側壁上。擋板的寬度為內筒內徑的1/12，擋板的高度為內筒高度的3/5-3/4。內筒內徑為內筒高度的1/2-4/5。保溫裝置包括緊貼內筒外壁設置的保溫層和套裝于內筒外的加熱裝置。
[0026]實際使用時，首先將攪拌槳安裝在內筒內，且處于氣體分散器上方，然后開始通過氣體分散器向內筒內通入無菌空氣，再向加熱裝置內注水并啟動加熱。預啟動攪拌槳，檢測各部件的運行情況，檢查運行正常后，再向內筒加入試樣，調節pH，加入微生物，攪拌反應即開始。根據實際情況要求，攪拌槳也可以類似部件替代以起到攪拌作用即可。
[0027]氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans簡稱A.f),氧化亞鐵鉤端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans 簡稱 L.f),熱氧化硫化桿菌(Sulfobacillusthermosulfidooxidans簡稱S.t),純種菌株來自于中南大學生物冶金教育部重點實驗室菌種保藏中心。其中A.ferrooxidans可同時氧化亞鐵和硫；L.ferrooxidans可氧化亞鐵；
S.thermosulfidooxidans亦可同時氧化亞鐵和硫,并且營養類型是自養或異養。
[0028]培養基采用經改進的9K培養基，其成分為(NH4) 2S043g/L, KC10.lg/L，K2HPO40.5g/L, MgSO4.7H200.5g/L, Ca(NO3)20.0lg/L, pHl.6。
[0029]實施例1
[0030]試驗用云南墨江某鎳礦，從XRD衍射圖知試樣的主要礦物依次為石英、黃鐵礦、云母。對試樣鎳的物相分析結果為氧化鎳0.12%，硫化鎳0.44%，硅酸鹽中鎳0.040%,TNi0.60%。試驗對比了搖瓶和反應器進行化學浸出的實驗效果，驗證了反應器能進行不同溫度的化學浸出反應。
[0031]鎳礦的試樣的成分分析如表1-1
[0032]表1-1試樣成分分析，%
[0033]
TFc FcO Fe2O' SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO K2O Na2O Cu 13.34 1.60 17.30 56.14 6.76 0.62 0.86 0.084 1.81 0.064 0.038 Pb Zn P V2O5 Co Ni Cr20:, C S Tg 0.010 0.021 0,026 0.037 0.036 0.60 0.92 0.028 14.46 11.83
[0034]選取3L的燒杯以及3L新型攪拌反應槽，云南墨江礦粉球磨至_0.074mm占90%，實驗礦漿濃度為25%，調整pH在0.8左右，溫度控制在45°C和65 °C，攪拌槳的攪拌轉速控制在150r/min。分別在加礦后的第 5min, 15min, 30min, 60min, 120min, 180min 和 240min 取樣,將水樣和礦樣送檢到中南大學現代分析測試中心，測定墨江水樣和酸浸礦渣中測定溶液中Ni和Co離子的浸出率。
[0035]圖四圖五給出了在不同溫度下反應器中鎳鈷的化學浸出。實驗結果表明:在45°C、65°C下，溶液中Ni的浸出率分別為:44.14%，51.17%。以礦渣測定可知，45°C下，墨江鎳礦中Ni和Co的浸出率分別為:41.67%，22.22%。65°C下，墨江鎳礦中Ni和Co的浸出率分別為=48.33%，30.56%。而燒杯中，在45°C、65°C下，溶液中Ni的浸出率分別為:41.34%，46.56%。以礦渣測定可知，45°C下，墨江鎳礦中Ni和Co的浸出率分別為:36.54%，13，76%。65°C下，墨江鎳礦中Ni和Co的浸出率分別為:38.98%，27.45%。
[0036]試驗結果表明:在同等條件下，反應器較燒杯有更好的浸出效果。
[0037]實施例2
[0038]菌種的擴大培養在一個IOL的攪拌反應槽中進行，攪拌槳轉速為300r/min。反應器夾槽水溫恒定為45。C，由空氣泵泵入空氣。及時補充反應器內蒸發的水分。加入5000mL的9K培養基，加入200mL活化后的中度嗜熱菌浸礦微生物，添加35g/L的硫酸亞鐵和IOg/L的硫單質作為能源物質。采用1:1的硫酸調節溶液pH至1.5。每天用pH酸度指示計檢測溶液中PH值的變化情況，并用血細胞計數板檢測溶液中浸礦菌數量的變化情況。
[0039]經過7天的搖瓶培養，最高菌濃度達到8.0X IO8個/mL。而由于攪拌反應槽中相傳質效果好，在混勻、通氣等方面相對搖瓶中有較大提高，因此為微生物的生長提供了更合適的條件，使用攪拌反應槽擴大培養中，微生物僅用5天即達到1.0X IO9個/mL的最高菌濃度。實現了純菌菌體的快速擴大培養。
[0040]實施例3
[0041]利用上述中度嗜熱浸礦菌對某黃銅礦精礦進行浸出試驗，首先在搖瓶中對該菌進行馴化培養，當最高菌濃度達到了純菌搖瓶培養時的最大菌濃7.5X IO8個/mL時視為馴化完成。表明中度嗜熱菌已經逐步適應以黃銅礦為能源物質生長，浸出黃銅礦的能力逐步增強。實驗了不用攪拌轉速下，黃銅礦的浸出率，得出最佳攪拌速度為350r/min。分別在300mL/min，400mL/min，500mL/min，600mL/min實驗了最佳充氣強度，得出充氣強度為500mL/min時，采用馴化后的中度嗜熱菌浸出黃銅礦精礦，浸出時間為30天，浸出液中銅離子濃度為17.36g/L，銅的浸出率為85.6%。最高菌濃度達到1.1X IO9個/mL。
[0042]具體實施案例4:
[0043]取3個100mL9K培養基于250mL錐形瓶中，分別單獨加入已馴化的S.t，L.f，A.f各10mL，加入品位為15%的某黃銅礦精礦，3個搖瓶各在其最佳條件振蕩培養I個月，期間觀測其電位，菌體生長情況，并維持合適的pH。
[0044]在3L的反應器中進行試驗，其有效容積為1.5L，使用中空可充水夾套維持反應器溫度，其與超級恒溫水浴箱相連，使微生物浸出過程溫度維持在50°C左右。攪拌反應槽攪拌速度為200r/min，空氣充入前在充氣管間接入空氣過濾膜濾掉粉塵。浸出反應初始pH值為1.6，接種量10%，加入某低品位黃銅礦90g(礦漿濃度6%)，與此同時取100mL9K培養基于250mL錐形瓶中，細菌接種量為10%，pH調至1.6，加入礦粉6g，以此與攪拌反應槽浸出放大實驗對比。測量浸出液中電位的工作電極是鉬電極，參比電極是Ag/AgCl電極；采用pH酸度計測量浸出液中的PH值。浸出液中浸礦菌濃度則通過紅細胞計數板在光學顯微鏡下計數。
[0045]S.t,L.f, A.f生長曲線可知，S.t,L.f, A.f三種菌經過約三天的調整期,進入對數生長期，其中A.f最高菌濃達到6.5 X IO8個/mL，L.f最高菌濃達到5.8 X IO8個/mL，S.t最高菌濃達到2.5 X IO8個/mL。
[0046]S.t，A.f，L.f6%礦漿濃度電位變化曲線發現，A.f菌對于亞鐵的氧化速率較快，
S.t次之，L.f由于其生長速度也較慢，亞鐵的氧化速度相比而言最慢。導致其電位比其他兩種菌晚幾天升高。不過最終三種浸礦菌產生的浸出液電位基本一樣，說明三種菌對于亞鐵的氧化能力基本相當。由s.t電位過高可看出S.t此時并不是純菌,應該混有相當一部分的鐵質菌。s.t浸混合礦樣最終浸出率為42.64%，A.f浸混合礦樣最終浸出率為25.58%，L.f浸混合礦樣最終浸出率為18.58%。
[0047]S.t菌在6%礦漿濃度擴大培養與搖瓶培養pH變化，電位變化基本一致，前兩天開始，電位變化較慢，第二天開始變化加速，之后維持穩定。S.t菌浸6%礦漿濃度盧安夏礦樣擴大培養最終銅浸出率為94.15%，平行搖瓶培養對比試驗銅最終浸出率為87.72%。可以認為在基本條件類似的情況下，攪拌槽可能由于其更高的氧傳質系數，浸出效率略高于搖瓶培養。
【權利要求】
1.一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，其特征在于，包括頂部開口且中空的內筒、保溫裝置、氣體分散器和擋板，所述的保溫裝置設置于內筒外，所述的氣體分散器為通氣管，通氣管的一端連接到外部氣源，另一端由內筒的頂部開口伸入并延伸至內筒底部，所述的擋板設置于內筒的內側壁上。
2.根據權利要求1所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，其特征在于，所述的氣體分散器由內筒頂部伸入并沿內筒軸線方向緊貼內筒內壁向下延伸，在延伸到底部后再沿內筒底部徑線方向水平延伸至內筒底部中心。
3.根據權利要求2所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，其特征在于，所述的氣體分散器在內筒底部的水平延伸長度為內筒直徑的1/2-3/4。
4.根據權利要求2所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，其特征在于，所述的氣體分散器在內筒底部的水平延伸管道上開有多個微孔，所述的微孔的半徑為0.05-0.5cm。
5.根據權利要求1所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，其特征在于，所述的擋板的數量至少為一個，并豎直固定于內筒的內側壁上。
6.根據權利要求1所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，其特征在于，擋板的寬度為內筒內徑的1/12，擋板的高度為內筒高度的3/5-3/4。
7.根據權利要求1所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，其特征在于，內筒內徑為內筒高度的1/2-4/5。
8.根據權利要求1所述的一種用于浸礦微生物放大培養的攪拌反應槽，其特征在于，所述的保溫裝置包括緊貼內筒外壁設置的保溫層和套裝于內筒外的加熱裝置。
【文檔編號】C22B3/18GK203683622SQ201320776001
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】王軍, 覃文慶, 朱珊, 趙紅波, 張雁生, 楊聰仁, 程宏偉, 胡明皓, 胡岳華, 姜濤, 邱冠周 申請人:中南大學