CN103242078B

CN103242078B - 利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法

Info

Publication number: CN103242078B
Application number: CN201310174095.4A
Authority: CN
Inventors: 郑春丽; 袁浩容; 王建英; 聂立; 王亚琴; 马宏伟; 杨彪
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: CN103242078A

Abstract

本发明公开了一种利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，该方法首先从稀土矿区采集土壤标本，从该土壤标本中筛选出能够分解稀土矿石中含钾、磷、硫等元素的难溶性化合物的目标微生物，将得到的若干种目标微生物混合后接种到含有稀土矿石粉的固体培养基中发酵，发酵结束后将固体培养基放入生物浸出装置中加入无菌水，得到含有可溶性钾、磷、硫和微量元素的浸出液，将浸出液浓缩后得到液体生物复合肥料，再将浸出装置中的固体培养基干燥造粒后得到固体生物复合肥料。该生物复合肥料的生产方法污染小、能耗低，原料利用废弃的低品位矿石降低了生产成本，并且消除了废弃矿石对环境的污染。

Description

利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法

技术领域

本发明涉及一种生物复合肥料的生产方法，具体涉及一种利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法。

背景技术

我国是一个农业大国，肥料需求量大。然而目前，我国可以用于生产肥料的矿石并不多，特别是可溶性钾、硫、磷矿。这不利于我国的肥料生产。因此，我国每年都需要从国外进口大量肥料，仅2012年我国钾肥进口就达634万吨。国外钾肥生产企业实行价格垄断，不仅增加农业生产成本，同时对我国的粮食生产安全造成一定的冲击。所以，目前急需开发一种能够利用含有不可溶性钾、硫、磷的化合物的矿石来生产肥料的方法。目前采用的方法主要是化学法和热法，而这两种生产工艺过程中能耗大、物料消耗大、对原料利用率低、污染和破坏环境，不利于可持续发展和节能环保、低成本的生产要求。因此，需要一种具有能耗低、物料消耗小、对原料利用率高、环境污染小、节能环保、生产成本低的肥料生产方法。

目前，我国有大量低品位稀土矿石由于稀土含量低，不适合用于提炼稀土而被堆置，尤其在包钢尾矿库和白云鄂博地区更为严重，这样不仅造成了资源的浪费还对环境造成严重的污染。所以，急需一种既能有效利用这些低品位稀土矿石又同时解决污染的方案。

随着生物技术的发展，各种生物肥料相继问世，并且发展前景良好，目前已经有很多利用生物分解各种低品位矿石生产生物肥料。但是市面上的生物肥料大都只含有单一的矿物质元素，如申请号为00123208.8和公开号为CN101229984A的发明专利都只是利用微生物生产钾肥，肥料含植物所必须元素单一，不能够满足植物生产所需的多种大量元素和微量元素的要求。这样，在施用此类肥料时往往还需要伴施其它无机肥以补充其它矿质元素，或者在肥料生产过程中添加其它生物所需元素，这无疑在生产中增加了劳动量和生产成本。

因此，需要提供一种能够利用低品位稀土矿石生产的复合生物肥料，同时含有多种矿物元素以满足植物生产需求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，它利用微生物发酵方法分解低品位稀土矿石中含有钾、硫、磷等元素的难溶性化合物，生产出含钾、硫、磷及微量元素的生物复合肥料。

为解决上述问题，本发明采用技术方案为：一种利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，该方法包括以下步骤：

第一步：为了采集能够分解含有钾、硫、磷等元素的难溶性化合物的目标微生物，从稀土矿区采集土壤样品若干份，保存于无菌塑料袋中运回实验室，为了保持土壤样品中微生物的活性，将土壤样品于4℃保存备用；

第二步：为了将本方法所需的目标微生物从土壤样品中分离出来，需配制出富集培养基、筛选培养基和发酵培养基，富集培养基为含钾不含氮的琼脂固体培养基，用于使目标微生物大量生长；筛选培养基为琼脂固体培养基，含有200目的低品位稀土矿石粉，不含氮和可溶性钾，可以筛选出能够分解含有钾元素的难溶性化合物的目标微生物，而其他微生物在此筛选培养基中因无法利用钾、不能够固定氮而无法生长；发酵培养基为液体培养基，含有200目的低品位稀土矿石粉，不含氮和可溶性钾，将筛选出的若干种微生物接种于发酵培养基中摇床培养20天，在此培养基中生长良好的微生物即为本方法所需的目标微生物。

第三步：从土壤标本中筛选出适合分解低品位稀土矿石的目标微生物，称取土壤样品加入到无菌水中，用磁力搅拌器搅拌制成悬液，将所得悬液梯度稀释后，分别涂布于富集培养基平板，于26～30℃培养3～4天，待微生物菌落长出后进行四分体划线将微生物纯化；将纯化至第四代以上的微生物接种于筛选培养基，于26～30℃培养3～4天后再挑选出长势良好的菌种接入发酵培养基；将发酵培养基中的菌种30℃摇床培养20天后选出若干种生长较好的目标微生物，将筛选出的若干种目标微生物扩大培养后混合制得复合菌剂；

第四步：利用筛选所得的目标微生物发酵分解低品位稀土矿石中的含有钾、硫、磷等元素的难溶性化合物，即进行固体发酵，将低品位稀土矿石粉碎为200目的矿粉，再将以重量计算的矿粉1～2份和发酵辅料1～2份混合制得发酵混料，其中为了给目标微生物的生长提供所需碳源、氮源及其它元素，发酵辅料是以重量计算的酒糟2～3份、废糖蜜5份和豆饼粉2～3份混合制得；然后将发酵混料与水按照1:1的重量比混匀制得固体发酵物料，再加入接种量为固体发酵物料体积10～25﹪复合菌剂混合均匀后堆置发酵15～25天，得到固体发酵产物；

第五步：为了将发酵产物中所得的可溶性钾、磷、硫等元素提取出来，制取生物浸出液，将第四步所得固体发酵产物移至生物浸出装置，向生物浸出装置中加入无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积10～25﹪的复合菌剂；其后每3天加一次无菌水，同时收集浸出液，浸出时间为25～35天；

第六步：为了提取出浸出液中的可溶性肥料以制得生物复合肥料，将第五步所得浸出液浓缩，得到含钾、硫、磷、微量元素和稀土元素的液体生物复合肥料；将第五步浸出25～35天后所得固体发酵产物干燥、造粒后，制得含钾、硫、磷、微量元素和稀土元素的固体生物复合肥料。

本发明为了提高目标微生物的筛选效果，较佳的技术方案有，第三步所述富集培养基和筛选培养基中的微生物培养条件为28℃培养3天，发酵培养基中微生物的培养条件为30℃、200rpm/min摇床培养20天，每2至3天补充发酵培养基继续培养。

本发明为了提高对于固体发酵产物中植物所需营养元素的提取效果，较佳的技术方案还有，第五步中所述固体发酵浸出时间为30天，所述无菌水液面高出固体发酵产物表面8cm。

本发明为了提高目标微生物对于低品位稀土矿石的分解效果，制取更多的生物复合肥料，较佳的技术方案还有，第四步中所述发酵时间为20天。

本发明为了提高富集培养基对目标微生物的培养效果，使得目标微生物能够大量繁殖富集，较佳的技术方案还有，第二步中所述富集培养基成分为：去离子水1000ml，葡萄糖10.0g，KH₂PO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，CaCO₃为5.0g，无氮琼脂15.0g，pH值为7.2。

本发明为了提高筛选培养基对目标微生物的筛选效果，使得目标微生物能够较好生长，而其他微生物不能够生长而去除，较佳的技术方案还有，第二步中所述筛选培养基成分为：去离子水1000ml，葡萄糖10.0g，Na₂HPO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，CaCO₃为5.0g，琼脂15.0g，200目的低品位稀土矿石粉5.0g，pH值为7.2。

本发明为了提高发酵培养基对目标微生物的培养效果，以确定能够在固体发酵过程中长时间较好生长的目标微生物，较佳的技术方案还有，第二步中所述发酵培养基的成分为：去离子水1000ml，葡萄糖10.0g，Na₂HPO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，，CaCO₃为5.0g，200目的低品位稀土矿石粉5.0g，pH值为7.2。

本发明为了提高对于目标微生物的筛选效果，使得其他微生物不能够正常生长以筛选出较好的目标微生物，较佳的技术方案还有，第二步中所述低品位稀土矿石粉，是由盐酸浸泡48小时处理得到的不含可溶性钾、硫、磷的低品位稀土矿石制得。

本发明为了更好的实现对于含有钾、硫、磷等元素的难溶性化合物的稀土矿石的分解，得到较多的可溶性钾、磷、硫等元素的生物复合肥料，较佳的技术方案还有，所述目标微生物包括硅酸盐细菌和硝酸盐细菌。

本发明为了控制所得生物复合肥料的放射性，生产出安全的生物复合肥料，同时提高生物复合肥料的质量，较佳的技术方案还有，所述稀土矿石为含钾、硫、磷的难溶化合物、微量元素和稀土元素的稀土矿石，该稀土矿石不具有放射性，或者具有对植物生长、施肥地区周边环境没有影响的极小放射性。

本发明利用微生物繁殖快、适应性强、反应高效、无污染、能耗低、物料消耗小的优点分解低品位稀土矿石，克服了传统化肥生产能耗高、物料消耗大、环境污染大、对矿石利用率低的缺点。并且本发明采用的菌种是从白云鄂博稀土矿区土壤中筛选得到的，已得到的菌种包含有硅酸盐细菌和硝酸盐细菌。

本发明所用矿石来自包钢尾矿库或者白云鄂博地区的含钾、硫、磷和微量元素的低品位稀土矿石。既合理高效利用了这些矿石又解决了环境问题。

本发明同时包含了植物生长所必需的钾、硫、磷、微量元素，还含有对植物生长有促进作用的稀土元素。

本发明的优点有：

1、较传统的化肥生产来讲，本发明具有生产方式简单、对原料利用率高、对环境无污染、能耗低、物料消耗低的优势。

2、较传统化肥施用来讲，本发明不会像化肥在施用过程中易随水土流失或造成土壤板结。

3、就其它生物复合肥料而言，本发明同时含有钾、硫、磷、和微量元素，在使用本发明这一种肥料时就可以同时满足植物对钾、硫、磷、微量元素的需求。并且本发明还含有稀土元素，对植物生长有相当大的促进效果。

4、就环境问题而言，本发明选择的稀土矿石是被弃之不用的低品位稀土矿石，这些矿石堆在矿区以及包钢尾矿库中造成了很大的污染。而本发明却能高效利用这些矿石，可谓是既解决了污染问题又利用了被闲置的矿石资源。

具体实施方式

下列实施例将进一步说明本发明。

实施例1

本发明采用技术方案为一种利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法为：

第一步：采集微生物菌剂样品，从白云鄂博地区的稀土矿区采集土壤样品10份，保存于无菌塑料袋中运回实验室，于4℃保存备用；

第二步：配制培养基，培养基包括用于使目标微生物大量生长的富集培养基、用于筛选出目标微生物的筛选培养基和用于确定目标微生物的发酵培养基；

富集培养基成分为：去离子水1000mL，葡萄糖10.0g，KH₂PO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，CaCO₃为5.0g，无氮琼脂15.0g，pH值为7.2。

筛选培养基成分为：去离子水1000mL，葡萄糖10.0g，Na₂HPO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，CaCO₃为5.0g，琼脂15.0g，200目的低品位稀土矿石粉5.0g，pH值为7.2。

发酵培养基的成分为：去离子水1000mL，葡萄糖10.0g，Na₂HPO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，，CaCO₃为5.0g，200目的低品位稀土矿石粉5.0g，pH值为7.2。

其中，发酵培养基和筛选培养基中的低品位稀土矿石粉，是由盐酸浸泡48小时处理得到的不含可溶性钾、硫、磷的低品位稀土矿石制得。

第三步：筛选适合分解低品位稀土矿石的目标微生物，将采集的10份土壤样品分别称取1g土壤样品后分别加入100ml无菌水中，用磁力搅拌器搅拌制成10份悬液，将所得悬液分别梯度稀释为10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6、10^-7后分别涂布于富集培养基平板，于28℃培养3天，待微生物菌落长出后进行四分体划线纯化；将纯化至第四代的微生物接种于筛选培养基平板，于28℃培养3天后再挑选出长势良好的菌种接入发酵培养基；将液体发酵培养基中的菌种于30℃、200rpm/min摇床培养20天，其中定期每3天补充发酵培养基继续培养，培养完成后选出生长较好的目标微生物，将筛选出的目标微生物混合制成复合菌剂；

第四步：固体发酵，将低品位稀土矿石粉碎为200目的矿粉，再将矿粉和发酵辅料以1:1的重量比例混合制得发酵混料，其中发酵辅料是酒糟、废糖蜜和豆饼粉以重量比1:2:1混合制得；然后以发酵混料与水按照1:1的重量比混匀制得固体发酵物料，再加入接种量为固体发酵物料体积20%的复合菌剂混合均匀后堆置发酵20天，得到固体发酵产物；

第五步：制取生物浸出液，将第四步所得固体发酵产物移至生物浸出装置，加无菌水至水面高出物料表面8cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积20﹪的复合菌剂；其后每3天加一次无菌水，同时收集浸出液，浸出时间为30天；

第六步：生物复合肥料加工，将第五步所得浸出液浓缩，得到含钾、硫、磷及微量元素的液体生物复合肥料；将第五步生物浸出后所得固体发酵产物干燥、造粒后，制得含钾、硫、磷、稀土的固体生物复合肥料。

实施例2

按的相同步骤重复进行实施例1，但是第四步中堆置发酵时间为25天，矿粉和发酵辅料以1.2:1的重量比例混合制得发酵混料，复合菌剂的接种量为固体发酵物料体积的25%，第五步中无菌水的水面高出物料表面10cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积10﹪的复合菌剂，浸出装置中每4天加一次无菌水，同时收集浸出液，浸出时间为35天，其他部分与实施例1完全相同。

实施例3

按的相同步骤重复进行实施例2，但是第四步中堆置发酵时间为15天，矿粉和发酵辅料以1:1.2的重量比例混合制得发酵混料，复合菌剂的接种量为固体发酵物料体积的15%，第五步中无菌水的水面高出物料表面6cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积25﹪的复合菌剂，浸出装置中每2天加一次无菌水，同时收集浸出液，浸出时间为25天，其他部分与实施例2完全相同。

实施例4

按的相同步骤重复进行实施例3，但是第四步中堆置发酵时间为18天，矿粉和发酵辅料以1:2的重量比例混合制得发酵混料，发酵辅料是酒糟、废糖蜜和豆饼粉以重量比2:5:2混合制得，复合菌剂的接种量为固体发酵物料体积的10%，第五步中无菌水的水面高出物料表面6cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积18﹪的复合菌剂，浸出装置中每2天加一次无菌水，同时收集浸出液，浸出时间为25天，其他部分与实施例3完全相同。

实施例5

按的相同步骤重复进行实施例4，但是第四步中堆置发酵时间为22天，矿粉和发酵辅料以2:1的重量比例混合制得发酵混料，发酵辅料是酒糟、废糖蜜和豆饼粉以重量比3:5:3混合制得，复合菌剂的接种量为固体发酵物料体积的18%，第五步中无菌水的水面高出物料表面9cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积15﹪的复合菌剂，浸出装置中每4天加一次无菌水，同时收集浸出液，浸出时间为32天，其他部分与实施例4完全相同。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1. 一种利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，其特征在于，该方法加工步骤为：

第一步、采集微生物菌剂样品：从稀土矿区采集土壤样品，于4℃保存在无菌塑料袋中备用；

第二步、配制培养基：所述培养基包括用于使目标微生物大量生长的富集培养基、用于筛选出目标微生物的筛选培养基和用于确定目标微生物的发酵培养基；

所述富集培养基为含钾不含氮的琼脂培养基，成分为：去离子水1000ml，葡萄糖10.0g，KH₂PO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，CaCO₃为5.0g，无氮琼脂15.0g，pH值为7.2；

所述筛选培养基含有200目的低品位稀土矿石粉，不含氮和可溶性钾，成分为：去离子水1000ml，葡萄糖10.0g，Na₂HPO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，CaCO₃为5.0g，琼脂15.0g，200目的低品位稀土矿石粉5.0g，pH值为7.2。

所述发酵培养基含有200目的低品位稀土矿石粉，不含氮和可溶性钾，成分为：去离子水1000ml，葡萄糖10.0g，Na₂HPO₄为0.2g，MgSO₄·7H₂O为0.2g，NaCl为0.2g，CaSO₄·2H₂O为0.2g，，CaCO₃为5.0g，200目的低品位稀土矿石粉5.0g，pH值为7.2；

所述低品位稀土矿石粉，是由盐酸浸泡48小时处理得到的不含可溶性钾、硫、磷的低品位稀土矿石制得；

第三步、筛选适合分解低品位稀土矿石的目标微生物：称取土壤样品加入无菌水中，搅拌制成悬液，将所得悬液梯度稀释后涂布于富集培养基平板，于26～30℃培养3～4天，待微生物菌落长出后进行四分体划线纯化；将纯化至第四代以上的微生物接种于筛选培养基，于26～30℃培养3～4天后，将菌种接入发酵培养基；将发酵培养基中的菌种于30℃摇床培养20天后得到目标微生物，将所得目标微生物扩大培养后制成复合菌剂；

第四步、固体发酵：将低品位稀土矿石粉碎为200目的矿粉，再将以重量计算的矿粉1～2份和发酵辅料1～2份混合制得发酵混料，其中发酵辅料是以重量计算的酒糟2～3份、废糖蜜5份和豆饼粉2～3份混合制得；然后将发酵混料与水按照1:1的重量比混匀制得固体发酵物料，再加入接种量为固体发酵物料体积10～25﹪的复合菌剂混合均匀后堆置发酵15～25天，得到固体发酵产物；

第五步、制取生物浸出液：将第四步所得固体发酵产物移至生物浸出装置，加无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时加入接种量为固体发酵产物体积10～25﹪的复合菌剂；其后每2～4天加一次无菌水至水面高出固体发酵产物表面5～10cm，同时收集浸出液，浸出时间为25～35天；

第六步、生物复合肥料加工：将第五步所得浸出液浓缩，得到含钾、硫、磷、微量元素和稀土元素的液体生物复合肥料；将第五步浸出后所得固体发酵产物干燥、造粒后，制得含钾、硫、磷、微量元素和稀土元素的固体生物复合肥料；

2.如权利要求1所述的利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，其特征在于，第三步中所述富集培养基和筛选培养基中的微生物培养条件为28℃培养3天，发酵培养基中微生物的培养条件为30℃、200 rpm/min摇床培养20天，并且每2至3天补充发酵培养基继续培养。

3.如权利要求2所述的利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，其特征在于，第五步中所述固体发酵浸出时间为30天，所述无菌水液面高出固体发酵产物表面8cm。

4.如权利要求3所述的利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，其特征在于，第四步中所述发酵时间为20天。

5.如权利要求4所述的利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，其特征在于，所述目标微生物包括硅酸盐细菌和硝酸盐细菌。

6.如权利要求5所述的利用微生物分解低品位稀土矿石生产生物复合肥料的方法，其特征在于，所述稀土矿石为含钾、硫、磷及微量元素的低品位稀土矿石，该稀土矿石是不具有放射性的稀土矿石，或者是具有对植物生长、施肥地区周边环境没有影响的极小放射性的稀土矿石。