一种高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺，对无机硫和有机硫进行分段生物堆浸脱除，包括以下步骤：筑堆-酸平衡-脱无机硫-浸出液中和-脱有机硫。该方法可实现高硫分煤矿有效脱除硫的目的。与常规的物理及化学方法相比，该方法具有条件温和、成本低、无有害气体排放等优点，在煤矿脱硫领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺
本专利技术涉及生物湿法冶金
，尤其是分段接入无机硫和有机硫氧化菌，应用于高硫煤矿生物堆浸工艺，最终实现硫的高效脱除。
技术介绍
煤炭是我国的主要能源，煤炭燃烧释放出的二氧化硫严重污染环境。随着煤炭逐渐向深部开采，含硫量还将升高，尤其是华北地区所产煤炭将逐渐变为高硫煤。开发经济有效的脱硫技术已成为当今最紧迫的任务之一，对提高煤的利用效率，改善生态环境具有重要意义。目前煤炭脱硫有物理法、化学法、微生物脱硫法和微生物-浮选法。物理法只能脱除煤中的无机硫，而且脱除率不高；化学法对煤的结构性能有一定的破坏且成本较高；微生物-浮选法是利用微生物对硫铁矿表面改性，通过浮选法使煤与硫铁矿分离，该法仅能脱除硫铁矿中的硫。因此，急需开发新的高效脱硫工艺。生物法脱硫，又称为生物催化脱硫，简称为BDS(Biocatalysisdesulfurization)法。生物法脱硫是在常温常压条件下，利用微生物的降解，以除去化石燃料中含硫杂环化合物中结合硫的一种新技术，一般能在不影响煤热值的情况下，专一地脱除煤炭中结构复杂、嵌布粒度很细的硫。生物法与传统的物理法和化学法相比，反应的条件温和(常温常压下)、工艺成本低、能耗省、流程简单、环境清洁，符合生态环境友好的发展趋势，是国内外对煤炭脱硫研究开发的热点。微生物脱硫技术从技术和成本两方面分析都适合我国国情，在煤炭脱硫领域，这项脱硫技术也是目前世界上广泛研究的新型脱硫方法。该技术具有专一性强、效率高、污染少的优点，若能实现工程化应用，可极大地改善我国的大气环境，并为煤炭的清洁生产和高效、经济、合理地利用创造广阔的发展前景。近年来，在煤矿生物脱硫技术研发方面取得较大突破，但仍处于实验室研究阶段，还未实现大规模产业应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服煤矿传统脱硫工艺技术的不足，提供一种分段生物堆浸脱硫的工艺，可有效降解、氧化无机硫和有机硫。本工艺流程短、设备简单、投资省、成本低、无污染，可有效地降低煤矿中硫含量，是一种高效绿色脱硫技术。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺，包括以下步骤：1)筑堆：将煤矿破碎至-30mm进行筑堆，采用后退式筑堆方式，堆的层高为6～8m；2)酸平衡：使用93％浓硫酸添加自来水或浸出体系循环用水配置成pH值为1.0～1.5的酸性水对堆进行酸平衡，采用喷淋法，喷淋强度为15～25L/(m2·h)，每天测定pH值两次，直至pH值稳定1.5～2.0范围内；3)脱无机硫：堆中接入无机硫氧化菌，控制体系的pH值1.2～2.0，脱除周期2个月；4)浸出液中和：浸出液中加入生石灰，除去部分硫酸根离子，并调节pH至2.5～3.5；5)脱有机硫：堆中接入有机硫氧化菌，控制体系的pH值为2.5～3.5，脱除周期1个月；进一步地，所述无机硫氧化菌为Acidithiobacillusferrooxidans和Leptospirillumferriphilum的混合培养物，命名为RetechTS-Ⅰ，保藏单位为：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，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，保藏日期：2013年10月15日，保藏编号：CGMCCNo.8336。进一步地，所述有机硫氧化菌的菌种分类名称为枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)RetechOrganosulfur-Ⅰ，保藏单位为：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，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，保藏日期：2015年05月28日，保藏编号：CGMCCNo.10933。更进一步地，所述无机硫氧化菌的培养及驯化过程为：1)配置培养基：液体培养基组成为：(NH4)2SO40.3g，KH2PO43～4g，CaCl20.25g，MgSO4·7H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.001g，蒸馏水1000ml，配置时将上述成分混合均匀，然后添加20％的稀硫酸调节pH为1.5～2.0，121℃灭菌30分钟；固体培养基组成为：(NH4)2SO40.3g，KH2PO43～4g，CaCl20.25g，MgSO4·7H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.001g，10-20g琼脂糖或结冷胶，蒸馏水1000ml，配置时将上述成分混合均匀，然后添加浓度为20％的稀硫酸调节pH为1.5～2.0，121℃灭菌30分钟，倒固体平板，冷却备用；2)培养阶段：在步骤1)配置的培养基中加入重量比为20～25％的含菌矿坑水，培养条件：温度30～35℃，摇床培养，转速140r/min，时间7～10d，细菌浓度达到107～109个/ml，取100-200μL菌液涂布到固体平板上采用稀释纯化法获得单菌落；3)驯化阶段：在自来水中加入粒度小于0.074mm的煤粉，调pH在1.2～2.0之间，矿浆浓度为1％重量百分比，然后加入单菌落，接种浓度为10v/v％，摇床培养，转速140r/min，时间7～10d，生长温度为15～40℃，培养好后菌液的氧化还原电位为650～850mV(SCE)，细菌浓度为107～109个/ml，优选地：生长温度为30～40℃。4)扩大阶段：在培养好的菌液中逐步加入矿粉，矿浆浓度不断升高，最后矿浆浓度达到5％重量百分比，将培养好的菌液转接至步骤1)配置的液体培养基中，重复培养4～5次，细菌浓度为107～109个/ml。更进一步地，所述有机硫氧化菌的选育及驯化过程为：1)配置培养基：培养基组成为：酵母粉0.5g，胰蛋白胨10g，NaCl5g，DBT5mg，蒸馏水1000ml，配置时将上述成分混合均匀，121℃灭菌20分钟，20％稀硫酸调节pH为3.0～3.5；2)在步骤1配置的培养基中加入接种有机硫氧化菌，摇床中恒温水浴培养，控制温度为30～40℃，控制摇床转速为140r/min；3)向处于对数生长后期的菌液中滴加20％的浓H2SO4，使培养液保持pH3.5以下，然后加入粒度小于0.074mm的高含硫煤矿矿粉，加入矿石粉后形成的矿浆浓度为1％重量百分比，pH值为3.0，细菌浓度培养至107～109个/ml；4)在培养好的菌液中逐步加入矿粉，矿浆浓度不断升高最后矿浆浓度达到5％重量百分比，转接至步骤1中配置好的培养基中重复培养4-5次，细菌浓度为107～109个/ml。进一步地，步骤3)和步骤5)中接入无机硫氧化菌或有机硫氧化菌的方法采用喷淋法，具体条件为：喷淋液为放大培养好的菌液，喷淋强度为15～25L/(m2·h)，其喷淋液中含浸矿混合菌107～108个/ml，喷淋液的氧化还原电位650～800mV(SCE)，控制堆内温度在15～40℃范围内，采用休闲制度，即喷淋3天，休息1天。进一步地，所述煤矿硫含量为2.0～3.0％，其中有机硫含量为0.5～0.8％。矿石筑堆方法：首先对矿堆底部进行夯实，坡度为3～5度，以便浸出液流出，然后铺设一层厚度为1.5mm的HDPE防渗膜，并铺设直径110mm的导流管，间距为1.5m。将采集的煤矿石破碎至-30mm，然后用汽车运输至堆场，进行后退式筑堆，堆高为6～8m。矿堆顶部安装旋转喷头，每个喷头间距为1.0m。工业矿堆细菌引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺，其特征在于：包括以下步骤：1)筑堆：将煤矿破碎至‑30mm进行筑堆，采用后退式筑堆方式，堆的层高为6～8m；2)酸平衡：使用93％浓硫酸添加自来水或浸出体系循环用水配置成pH值为1.0～1.5的酸性水对堆进行酸平衡，采用喷淋法，喷淋强度为15～25L/(m

【技术特征摘要】
1.一种高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺，其特征在于：包括以下步骤：1)筑堆：将煤矿破碎至-30mm进行筑堆，采用后退式筑堆方式，堆的层高为6～8m；2)酸平衡：使用93％浓硫酸添加自来水或浸出体系循环用水配置成pH值为1.0～1.5的酸性水对堆进行酸平衡，采用喷淋法，喷淋强度为15～25L/(m2·h)，每天测定pH值两次，直至pH值稳定1.5～2.0范围内；3)脱无机硫：堆中接入无机硫氧化菌菌液，控制体系的pH值1.2～2.0，脱除周期2个月；4)浸出液中和：浸出液中加入生石灰，除去部分硫酸根离子，并调节pH至2.5～3.5；5)脱有机硫：堆中接入有机硫氧化菌菌液，控制体系的pH值2.5～3.5，脱除周期1个月。2.根据权利要求1所述的高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺，其特征在于：所述无机硫氧化菌为Acidithiobacillusferrooxidans和Leptospirillumferriphilum的混合培养物，命名为RetechTS-Ⅰ，保藏单位为：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，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，保藏日期：2013年10月15日，保藏编号：CGMCCNo.8336。3.根据权利要求1所述的高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺，其特征在于：所述有机硫氧化菌的菌种分类名称为枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)RetechOrganosulfur-Ⅰ，保藏单位为：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，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，保藏日期：2015年05月28日，保藏编号：CGMCCNo.10933。4.根据权利要求1至3任一项所述的高硫分煤矿分段生物堆浸脱硫的工艺，其特征在于，步骤3)所述无机硫氧化菌的培养及驯化过程为：1)配置培养基：液体培养基组成为：(NH4)2SO40.3g，KH2PO43～4g，CaCl20.25g，MgSO4·7H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.001g，蒸馏水1000ml，配置时将上述成分混合均匀，然后添加浓度为20％的稀硫酸调节pH为1.5～2.0，121℃灭菌30分钟；固体培养基组成为：(NH4)2SO40.3g，KH2PO43～4g，CaCl20.25g，MgSO4·7H2O0.5g，FeSO4·7H2O0.001g，10-20g琼脂糖或结冷胶，蒸馏水1000ml，配置时将上述成分混合均匀，然后添加浓度为20％的稀硫酸调节pH为1.5～2.0，121℃灭菌30分钟，倒固体平板，冷却备用；2)培养阶段：在步骤1)配置的液体培养基...

【专利技术属性】
技术研发人员：武彪，尚鹤，莫晓兰，温建康，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11