CN107603913A - 一种混合菌群及其在高岭土除铁增白中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合菌群及其在高岭土除铁增白中的应用，该菌群包括铁还原菌RBFL、铁还原菌RBFL3、铁还原菌FeRB‑FL1404、铁还原菌FL‑H1、产乙醇热厌氧杆菌、无色杆菌、Geobacter bremensis Straub and Buchholz‑Cleven；由于混合菌群中微生物菌株间的协同作用，可提高微生物对高岭土的除铁效果。本发明将混合菌群培养得到菌液用于还原高岭土中Fe₂O₃，使不溶Fe₂O₃还原成可溶于水Fe²⁺通过固液分离得以去除，降低高岭土中Fe₂O₃含量，提高高岭土白度。本发明具有成本低，环境友好，可使原本开采价值不高低品位高岭土矿得以开采，延长矿山服务年限，实现低品位高岭土高质化。

Description

一种混合菌群及其在高岭土除铁增白中的应用

技术领域

本发明属于高岭土加工技术领域，具体涉及一种混合菌群，用于还原高岭土Fe₂0₃，使高岭土中不溶的Fe₂0₃转变为可溶Fe²⁺，降低高岭土中Fe₂0₃ 含量，从而提高高岭土白度，提升高岭土的商业价值。

背景技术

高岭土是一种具有优良工艺性能和重要应用价值的非金属矿物材料，广泛应用于陶瓷、造纸、建材、化工等工业生产领域。我国高岭土矿资源丰富，已探明储量约30亿吨，位居世界第三位。高岭土也是福建的优势矿种之一，约占全国高岭土储量的10％，其中80%以上为高铁高岭土，品位低，难以利用。白度是决定高岭土应用价值的重要指标之一，根据其用途不同，对其白度有着不同的要求，如在造纸工业中，对涂布级高岭土要求白度>83%，含Fe₂0₃<0.5%；在陶瓷工业中，要求白度80%-85%；制作高档瓷原料要求含Fe₂0₃<0.5%。然而，多数未经提纯的高岭土白度都低于此值，这是由于自然界中的高岭土，往往含着色杂质影响其白度，使这些高岭土不能用于工业，这不仅严重影响高岭土产业的发展和资源利用，同时也会造成巨大的经济损失。Fe是高岭土的主要染色元素之一，各种成因的高岭土矿床都含有铁，在高岭土形成期间，铁氧化物沉积在矿中，多数以Fe₂0₃的形式赋存于矿物颗粒中。由于Fe₂0₃对高岭土的白度有很大影响，从而影响其商业价值，因此是首当其冲应被清除的杂质成份。高岭土中三氧化二铁的脱除，在选矿界一直被认为是个难题。特别是粒径小于10µm的氧化铁矿物，因其粒径细小而且赋存形式复杂，给高岭土的提纯带来困难。

提高高岭土白度的传统方法有物理法(包括手选法、水选法、磁选法、浮选法等)和化学法(包括氧化法、还原法、氧化还原法等)，然而，这些方法普遍存在着处理过程能量消耗大、操作成本高和造成环境污染等缺点，尤其是使用昂贵的化学药剂进行高岭土除铁增白，其操作费用和原材料成本更高，造成的环境污染也更严重。

矿物生物(主要为细菌)加工技术是一门新兴的矿物加工技术，其显著特点是投资少、成本低、能耗小、环境友好。本发明使用混合菌群还原高岭土Fe₂0₃，使高岭土中不溶的Fe₂0₃转变为可溶Fe²⁺，再通过固液分离得以去除，降低高岭土中Fe₂0₃ 含量，提高高岭土白度，提升高岭土产品价值及其在国内外市场的竞争力，实现了高岭土的深加工和经济价值的提高。高岭土细菌除铁增白技术具有其独特的优势，在矿产资源日益贫乏和环保要求越来越严格的情况下，可使原本开采价值不高的低品位高岭土矿得以开采，延长矿山服务年限，实现资源综合利用和可持续发展，将将产生显著的经济、社会和环境效益。

本发明为一种环保型、处理工艺简单、操作方便、成本低的去除高岭土中铁杂质的方法，由于混合菌群中微生物菌株间的协同作用，提高了微生物对高岭土的除铁效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合菌群及其在高岭土除铁增白中的应用，该混合菌群通过还原高岭土中Fe₂O₃以降低高岭土中Fe₂O₃含量，从而提高高岭土白度，提升高岭土的商业价值，即将特定种类的微生物扩大培养得到的菌液，加到含有微生物所长所需的营养物（碳源、氮源）的高岭矿浆土中，进行除铁反应处理8-15天。

本发明的混合菌群包括有铁还原菌RBFL( (Bacillus pumilus，短芽孢杆菌)、铁还原菌RBFL3(Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)、铁还原菌FeRB-FL1404 (Bacilluspumilus，短小芽孢杆菌)、铁还原菌FL-H1、产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）、无色杆菌（CCTCC AB 206571）、Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的活菌，其活菌数量比为 3：4-7：3-6：5-9：1：2：2-5。其中：

（1）铁还原菌RBFL，铁还原菌FL-H1，铁还原菌RBFL3和铁还原菌FeRB-FL1404均由申请者从高岭土矿山中分离得到（见对比文件）；

（2）产乙醇热厌氧杆菌可从中国农业微生物菌种保藏管理中心（ACCC）购买，保藏号为ACCC 00386；

（3）无色杆菌可从中国典型培养物保藏中心（CCTCC）购买，保藏号为CCTCC AB 206571；

（4）Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven可从美国模式培养物集存库（ATCC)购买，保藏号为ATCC BAA-607。

所述的混合菌群的应用，将粒径为200-400目的高岭土加水配制成10-25%浓度的矿浆A；

在上述矿浆A中加入1.0-2.5%矿浆质量的碳源、1.0-2.5%矿浆质量度的氮源、0.005-0.01%矿浆质量的表面活性剂和0.005～0.01%矿浆质量的无机盐，配制成矿浆B；

在矿浆B中加入混合菌群培养的菌液，加量为矿浆质量A的10-15%，菌液浓度约为10⁷CFU/ml-10⁹ CFU/ml，配制成矿浆C；

将矿浆C于15-40℃进行除铁反应8-15天；

将反应后的高岭土浆液经固液分离，即得除去Fe₂O₃的铁杂质的高岭土，经105℃干燥后测定其白度和Fe₂O₃含量。

本发明利用这7种菌的不同组合构成的混合菌群应用于高岭土除铁增白过程中，通过混合菌对高岭土中不溶的Fe₂O₃还原成可溶于水的二价铁离子，再通过固液分离，使高岭土Fe₂O₃含量降低，提高了高岭土白度。

本发明的目的是这样实现的，一种还原高岭土中Fe₂O₃的混合菌群，其特征在于，所述的混合菌群至少有两种选自铁还原菌RBFL( (Bacillus pumilus，短芽孢杆菌)、铁还原菌RBFL3 (Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)、铁还原菌FeRB-FL1404 (Bacilluspumilus，短小芽孢杆菌)、铁还原菌FL-H1、产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）、无色杆菌（CCTCC AB 206571）、Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607），各菌分别经活化和扩大培养得到相应菌液，各自菌液中活菌浓度均为10⁷ CFU/ml -10⁹ CFU/ml，所述的铁还原菌RBFL( (Bacillus pumilus，短芽孢杆菌)：铁还原菌RBFL3(Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)：铁还原菌FeRB-FL1404 (Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)：铁还原菌FL-H1：产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）：无色杆菌（CCTCC AB 206571）：Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的活菌数量比为3：4-7：3-6：5-9：1：2：2-5。

所述的混合菌群中细菌的浓度为10⁷ CFU/ml -10⁹ CFU/ml。

上述菌液按产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）和无色杆菌（CCTCC AB 206571）的体积比为 1：2 配制成混合菌群的菌液。

上述菌液按铁还原菌RBFL、铁还原菌RBFL和铁还原菌FeRB-FL1404的体积比为 1∶ 2 ∶1.6 配制成混合菌群的菌液。

上述菌液按铁还原菌RBFL、铁还原菌FeRB-FL1404和Geobacter bremensisStraub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的体积比为 3∶6∶2配制成混合菌群的菌液。

上述菌液按铁还原菌FeRB-FL1404、铁还原菌FL-H1和无色杆菌（CCTCC AB206571）的体积比为 5∶8∶2配制成混合菌群的菌液。

上述菌液按铁还原菌RBFL3、产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）、无色杆菌（CCTCCAB 206571）和Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的体积比为 6∶1∶2∶3 配制成混合菌群的菌液。

所述的混合菌群的应用，其特征在于，该混合菌群用于还原高岭土中Fe₂O₃，将高岭土中不溶的三价铁还原成可溶性的二价铁，再通过固液分离得以去除，从而降低了高岭土中Fe₂O₃的含量，提高了高岭土白度。

所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

1）高岭土过筛得到粒径为200-400目物料，加水配制成一定浓度的矿浆A；

2）在上述矿浆A中加入碳源、氮源、表面活性剂和无机盐，配制成矿浆B，所述的碳源、氮源、表面活性剂和无机盐的加入量分别是矿浆A质量的1.0-2.5%、1.0-2.5%、0.005-0.01%和0.005-0.01%；

3）在矿浆B中加入权利要求1-7任一所述的混合菌群培养的菌液，加入量为矿浆A质量的10-15%，菌液浓度为10⁷ CFU/ml -10⁹ CFU/ml，配制成混合物；

4）将混合物于15-40℃进行除铁反应8-15天；

5）将反应后的高岭土浆液经固液分离，即得到降低了Fe₂O₃的铁杂质含量的高岭土，经105℃干燥后测定其白度和Fe₂O₃含量；

步骤2）中所述的碳源至少有一种选自葡萄糖、麦芽糖、淀粉或糖蜜；氮源至少有一种选自蛋白胨、酵母膏、黄豆粉、硝酸铵、氯化铵或尿素；表面活性剂至少有一种选自吐温80、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵；无机盐至少有一种选自Na₂HPO₄、NaH₂PO₄、偏磷酸钠、MgSO₄、CaCl₂、ZnCl₂或CuCl₂。

本发明的有益效果如下：

1、本发明中采用混合菌群去除高岭土中Fe₂O₃，所提供的高岭土混合菌群除铁方法中，高岭土矿浆浓度优选、混合菌群的选择和菌液浓度优选，可使混合菌群对高岭土的除铁得到充分发挥，增加高岭土中Fe₂O₃的去除效果。

2、本发明有益效果在于：采用这7种菌不同组合构成的混合菌群应用于高岭土除铁增白具有成本低、能耗小、环境友好等，可使原本开采价值不高的高铁低品位高岭土矿得以开采，延长矿山服务年限，实现资源综合利用和可持续发展。

3、本发明的关键点就在于混合菌群中微生物菌株在还原高岭土中Fe₂O₃过程中的协同作用，提高除铁效率。

具体实施方式

本发明实施例中所用的除铁菌具体如下：

（1）铁还原菌RBFL：选自林玉满，许旭萍，魏招娣。铁还原菌RBFL分离鉴定及其去除高岭土中Fe₂O₃。福建师范大学学报，2015，31（1）：73-78；

（2）铁还原菌FL-H1：选自林玉满，陈文瑞，陈祖亮。铁还原菌FL-H1去除高岭土中铁的研究。非金属矿，2010，33（6）：11-14；

（3）铁还原菌RBFL3：选自魏招娣，许旭萍，陈文瑞，林玉满。铁还原菌RBFL3胞外聚合物还原高岭土中铁研究。非金属矿，2015，38（1）：59-62；

（4）铁还原菌FeRB-FL1404：选自林玉满，陈小岚， 魏招娣，许旭萍。一株铁还原菌FeRB-FL1404的分离和鉴定及其去除高岭土中Fe(Ⅲ)研究。中国非金属矿工业导刊，2015，(1)（总第114期）：11-15；

（5）产乙醇热厌氧杆菌，来自中国农业微生物菌种保藏管理中心（ACCC），保藏号为ACCC00386；

（6）Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven，来自ATCC BAA-607；

（7）无色杆菌，来自CCTCC AB 206571。

细菌培养成菌液是采用本领域常规方法培养获得的。

下述7种菌的活菌数量比为3：4-7：3-6：5-9：1：2：2-5：

1、铁还原菌RBFL( (Bacillus pumilus，短芽孢杆菌)；

2、铁还原菌RBFL3 (Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)；

3、铁还原菌FeRB-FL1404 (Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)；

4、铁还原菌FL-H1；

5、产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）；

6、无色杆菌（CCTCC AB 206571）；

7 、Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven，（ATCC BAA-607）。

本发明下述实施例所用的高岭土由龙岩高岭土有限公司提供。

实施例1：

1、混合菌群菌液的制备：

铁还原菌RBFL、铁还原菌RBFL3和铁还原菌FeRB-FL1404分别经活化和扩大培养得到相应菌液，各自菌液中活菌浓度均为10⁷ CFU/ml -10⁹ CFU/ml；

2、将上述制备的菌液按铁还原菌RBFL、铁还原菌RBFL和铁还原菌FeRB-FL1404的体积比为 1 ∶ 2 ∶1.6 配制成混合菌群的菌液；

3、高岭土过筛至粒径为200-400目，加水配制10%质量分数的高岭土矿浆A；

4、在上述矿浆A中加入1.2%矿浆A质量的糖蜜、1.2%矿浆A质量的蛋白胨、0.006%矿浆A质量的吐温80和0.008%矿浆A质量的MgSO_4，配制成矿浆B；

5、向矿浆B中加入步骤步骤（2）制备的菌液，加量为矿浆A质量的10%；

6、将步骤（5）得到的混合物于25℃下反应13天进行除铁；

7、将反应后的高岭土经固液分离，即得到去除Fe₂O₃的铁杂质的高岭土。

8、除铁后的高岭土经105℃干燥后，测定其白度和Fe₂O₃含量。

实施例2

1、混合菌群菌液的制备：

铁还原菌RBFL、铁还原菌FeRB-FL1404和Geobacter bremensis Straub andBuchholz-Cleven（ATCC BAA-607）分别经活化和扩大培养得到相应菌液，各自菌液中活菌浓度均为10⁷ CFU/ml -10⁹ CFU/ml；

2、将上述制备的菌液按铁还原菌RBFL、铁还原菌FeRB-FL1404和Geobacter bremensisStraub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的体积比为 3∶6∶2配制成混合菌群的菌液；

3、其余操作步骤（3-8步骤）同实施例l。

实施例3

1、混合菌群菌液的制备：

铁还原菌FeRB-FL1404、铁还原菌FL-H1和无色杆菌（CCTCC AB 206571）分别经活化和扩大培养得到相应菌液，各自菌液中活菌浓度均为10⁷ CFU/ml -10⁹ CFU/ml；

2、将上述制备的菌液按铁还原菌FeRB-FL1404、铁还原菌FL-H1和无色杆菌（CCTCC AB206571）的体积比为的体积比为 5∶8∶2 配制成混合菌群的菌液；

3、其余操作步骤（3-8步骤）同实施例l。

实施例4

1、混合菌群菌液的制备：

铁还原菌RBFL3、产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）、无色杆菌（CCTCC AB 206571）和Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607）分别经活化和扩大培养得到相应菌液，各自菌液中活菌浓度均为10⁷-10⁹ CFU/ml；

2、将上述制备的菌液按铁还原菌RBFL3、产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）、无色杆菌（CCTCC AB 206571）和Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的体积比为 6∶1∶2∶3 配制成混合菌群的菌液；

3、其余操作步骤（3-8步骤）同实施例l。

实施例5

1、混合菌群菌液的制备：

产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）和无色杆菌（CCTCC AB 206571）分别经活化和扩大培养得到相应菌液，各自菌液中活菌浓度均为10⁷-10⁹ CFU/ml；

2、将上述制备的菌液按产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）和无色杆菌（CCTCC AB206571）的体积比为 1：2 配制成混合菌群的菌液；

3、其余操作步骤同实施例l。

上述五个实施例测试结果见表1.

表1高岭土经混合菌处理前后结果

由上述实施例中可以看出：采用这7种菌不同组合构成的混合菌群应用于高岭土除铁增白，使高岭土中的Fe₂O₃含量由0.93%降到0.71%-0.39%，提高了高岭土的白度大。可使原本开采价值不高的高铁低品位高岭土矿得以开采，延长矿山服务年限，实现资源综合利用和可持续发展。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种还原高岭土中Fe₂O₃的混合菌群，其特征在于，所述的混合菌群至少有两种选自铁还原菌RBFL( (Bacillus pumilus，短芽孢杆菌)、铁还原菌RBFL3 (Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)、铁还原菌FeRB-FL1404 (Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)、铁还原菌FL-H1、产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）、无色杆菌（CCTCC AB 206571）、Geobacter bremensisStraub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607），各菌分别经活化和扩大培养得到相应菌液，各自菌液中活菌浓度均为10⁷ CFU/ml -10⁹ CFU/ml，所述的铁还原菌RBFL( (Bacilluspumilus，短芽孢杆菌)：铁还原菌RBFL3 (Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)：铁还原菌FeRB-FL1404 (Bacillus pumilus，短小芽孢杆菌)：铁还原菌FL-H1：产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）：无色杆菌（CCTCC AB 206571）：Geobacter bremensis Straub andBuchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的活菌数量比为3：4-7：3-6：5-9：1：2：2-5。

2.如权利要求1所述的混合菌群，其特征在于，所述的混合菌群中细菌的浓度为10⁷CFU/ml -10⁹ CFU/ml。

3.如权利要求1或2所述的混合菌群，其特征在于，菌液按产乙醇热厌氧杆菌（ACCC00386）和无色杆菌（CCTCC AB 206571）的体积比为 1：2 配制成混合菌群的菌液。

4.如权利要求1或2所述的混合菌群，其特征在于，菌液按铁还原菌RBFL、铁还原菌RBFL和铁还原菌FeRB-FL1404的体积比为 1 ∶ 2 ∶1.6 配制成混合菌群的菌液。

5.如权利要求1或2所述的混合菌群，其特征在于，菌液按铁还原菌RBFL、铁还原菌FeRB-FL1404和Geobacter bremensis Straub and Buchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的体积比为 3∶6∶2配制成混合菌群的菌液。

6.如权利要求1或2所述的混合菌群，其特征在于，菌液按铁还原菌FeRB-FL1404、铁还原菌FL-H1和无色杆菌（CCTCC AB 206571）的体积比为 5∶8∶2配制成混合菌群的菌液。

7.如权利要求1或2所述的混合菌群，其特征在于，菌液按铁还原菌RBFL3、产乙醇热厌氧杆菌（ACCC 00386）、无色杆菌（CCTCC AB 206571）和Geobacter bremensis Straub andBuchholz-Cleven（ATCC BAA-607）的体积比为 6∶1∶2∶3 配制成混合菌群的菌液。

8.权利要求1-7任一所述的混合菌群的应用，其特征在于，该混合菌群用于还原高岭土中Fe₂O₃，将高岭土中不溶的三价铁还原成可溶性的二价铁，再通过固液分离得以去除，从而降低了高岭土中Fe₂O₃的含量，提高了高岭土白度。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

1）高岭土过筛得到粒径为200-400目物料，加水配制成一定浓度的矿浆A；

2）在上述矿浆A中加入碳源、氮源、表面活性剂和无机盐，配制成矿浆B，所述的碳源、氮源、表面活性剂和无机盐的加入量分别是矿浆A质量的1.0-2.5%、1.0-2.5%、0.005-0.01%和0.005-0.01%；

3）在矿浆B中加入权利要求1-7任一所述的混合菌群培养的菌液，加入量为矿浆A质量的10-15%，菌液浓度为10⁷ CFU/ml -10⁹ CFU/ml，配制成混合物；

4）将混合物于15-40℃进行除铁反应8-15天；

5）将反应后的高岭土浆液经固液分离，即得到降低了Fe₂O₃的铁杂质含量的高岭土，经105℃干燥后测定其白度和Fe₂O₃含量；

步骤2）中所述的碳源至少有一种选自葡萄糖、麦芽糖、淀粉或糖蜜；氮源至少有一种选自蛋白胨、酵母膏、黄豆粉、硝酸铵、氯化铵或尿素；表面活性剂至少有一种选自吐温80、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵；无机盐至少有一种选自Na₂HPO₄、NaH₂PO₄、偏磷酸钠、MgSO₄、CaCl₂、ZnCl₂或CuCl₂。