CN109809413A - 一种石英砂微生物除铁增白方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石英砂矿物加工方法，具体涉及一种石英砂微生物除铁增白方法；通过选用麻黄、细辛、牛膝和秦皮经粉碎热水浸提后的滤液A和溶液B组合，与混合菌和石英砂矿浆共混震荡培养，利用细菌将石英砂中不溶的Fe2O3还原成可溶的Fe2+，再通过固液分离得到除铁增白的石英砂；实验表明，本发明采用的培养基培养的细菌与石英砂反应去除石英砂中Fe2O3，Fe2O3含量降低明显，从而明显提高了石英砂白度，本发明中，麻黄、细辛、牛膝、秦皮不仅仅为培养基提供了碳源和氮源，还有水溶性的生物小分子。本发明在铁还原菌和石英砂混合反应体系中加入0.2g/L NTA，NTA作为络合物，可以促进细菌还原石英砂中Fe2O3，从而提高石英砂中Fe2O3去除量，提高石英砂的白度。
Description
技术领域
本发明涉及石英砂矿物加工方法，具体涉及一种石英砂微生物除铁增白方法。
背景技术
石英砂又称硅砂,是一种自然界最常见、应用领域十分广泛的非金属矿物原料。广泛应用于玻璃、填料和建筑材料等传统领域以及电子材料、光纤通讯和生物工程等高新技术领域。在石英砂中,主要矿物成分是石英,另外还常含有一些其它杂质矿物,其中含铁元素的杂质有:针铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿等。这些含铁杂质或镶嵌于石英颗粒中,或附于石英表面。由于这些含铁杂质的存在大大降低了石英砂的使用价值,影响产品的质量,例如在玻璃生产中,含铁杂质对玻璃的生产和质量都会产生较大的危害,特别是对玻璃熔制过程中的热力学性质和玻璃成品的透光性。因此在生产过程中提高石英砂的品位，降低铁含量就显得非常重要。在现实生产中先把原料进行水洗,再采用机械擦洗、磁选、浮选、超声波清洗、酸浸等工艺来除去石英砂中的铁含量,提高石英砂的使用价值。
目前用于除铁技术主要有以下方法:(1)机械擦洗除铁。机械擦洗是借助机械外力和砂粒间的碰撞与摩擦来除去石英砂表面的薄膜铁及粘附在石英砂表面的含铁矿物，从而达到除铁的目的。(2)磁选除铁。磁选分为干选和湿选。干选和湿选两种工艺进行比较发现，湿式强磁选存在磁选机耗电量大、介质易磨损、生产用水量大、运行和维修成本高等缺陷。干式强磁选工艺操作方便，运行和维修成本比湿式低。(3)超声波除铁。超声波除铁主要是除去颗粒表面的次生铁薄膜(即“薄膜铁”)。铁质薄膜结合牢固，在选矿中使用的机械擦洗方法不能使其分离出来。用超声波技术处理含“薄膜铁”的天然硅砂具有时间短效率高的特点。(4)浮选除铁。浮选法可分为三种:第一种是有氟有酸法。这种方法因其浮选效果好、容易控制、指标稳定而被广泛采用。但氟离子对土地的侵蚀作用及对周围生态环境的破坏大。第二种是无氟有酸法。这种方法的最大优点是避免使用对环境有破坏性作用的氟离子，生产指标稳定，但强酸对选矿设备的腐蚀作用不容忽视。对浮选设备有较高要求。第三种是无氟无酸法。在自然pH条件下，通过对阴阳离子捕收剂的合理调配，创造一个独特的高浓度矿浆浮选环境，达到优先浮选杂质矿物的目的。(4)酸浸除铁。酸浸除铁是利用石英不溶于酸(HF除外)，含Fe的杂质矿物能被酸液溶解的特点，从而可以实现从石英砂中除去含铁矿物的目的。酸浸法常用酸类有硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸等。物理法和化学法除铁普遍存在着处理过程能量消耗大、操作成本高、造成环境污染等缺点。
矿物生物(主要是细菌)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，可克服物理法和化学法在矿物加工除铁技术的不足。细菌除铁是基于细菌将将石英砂中不溶的Fe2O3还原转化成可溶的Fe2+，再通过固液分离去除，降低石英砂中Fe2O3含量，提高石英砂的白度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何对石英砂进行除铁增白。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种石英砂的微生物除铁增白方法，包括以下步骤：
S1：将5-10g麻黄、5-10g细辛、5-10g牛膝、5-10g秦皮、5-15g豆渣、和400-600mL水混合并粉碎，于100℃保温30min，过滤得到溶液A；
S2：在溶液A中加入1-3g蛋白胨、4-10g葡萄糖、0.05-0.1g表面活性剂、0.05-0.1g无机盐，混合均匀，得到溶液B；
S3：将60-100g石英砂粉碎至粒径为0.075-0.15mm，加入200-400mL水，再加入0.2g/L 100-200mL NTA，配制成矿浆A，将矿浆A与溶液B混合，配制成矿浆B；
S4：将矿浆B于121℃灭菌20-30min，冷却至20-25℃，加入由产酸克雷伯菌，产乙醇热厌氧杆菌、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶4∶6∶7∶5混合得到的混合菌液，制得菌液矿浆混合物；所述混合菌液的浓度为107-109CFU/mL；
S5：将菌液矿浆混合物于30℃反应24-36h后，进行固液分离，得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的石英砂。
本发明的有益效果在于：本发明提供的石英砂的微生物除铁增白方法中，通过选用麻黄、细辛、牛膝和秦皮经粉碎热水浸提后的滤液A和溶液B组合，与混合菌和石英砂矿浆共混反应，利用细菌将石英砂中不溶的Fe2O3还原成可溶的Fe2+，再通过固液分离得到除铁增白的石英砂；实验表明，本发明采用的溶液A和溶液B作为营养物质供细菌与石英砂反应，去除石英砂中Fe2O3，使Fe2O3含量降低明显，从而明显提高了石英砂白度，本发明中，麻黄、细辛、牛膝、秦皮不仅仅为培养基提供了碳源和氮源，还有水溶性的生物小分子。本发明在铁还原菌和石英砂混合反应体系中加入0.2g/L NTA，NTA作为络合物，可以促进细菌还原石英砂中Fe2O3，从而提高石英砂中Fe2O3去除量，提高石英砂的白度。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：培养基中含有或通过反应产生促进铁还原菌还原铁反应的物质，对微生物还原铁具有促进作用。
本发明提供一种石英砂的微生物除铁增白方法，包括以下步骤：
S1：将5-10g麻黄、5-10g细辛、5-10g牛膝、5-10g秦皮、5-15g豆渣和400-600mL水混合并粉碎，于100℃保温30min并过滤，得到溶液A；
S2：在溶液A中加入1-3g蛋白胨、4-10g葡萄糖、0.05-0.1g表面活性剂、0.05-0.1g无机盐，混合均匀，得到溶液B；
S3：将60-100g石英砂粉碎至粒径为0.075-0.15mm，加入200-400mL水，再加入0.2g/L 100-200mL NTA，配制成矿浆A，将矿浆A与溶液B混合，配制成矿浆B；
S4：将矿浆B于121℃灭菌20-30min，冷却至20-25℃，加入由产酸克雷伯菌，产乙醇热厌氧杆菌、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶4∶6∶7∶5混合得到的混合菌液，制得菌液矿浆混合物；所述混合菌液的浓度为107-109CFU/mL；
S5：将菌液矿浆混合物于30℃反应24-36h后，进行固液分离，分离得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的石英砂。
产酸克雷伯菌，可以是IMFRCUG-1，公开于授权公告号为CN104974964B的中国发明专利文献，已于2015年5月27日保藏于中国典型培养物保藏中心，其简称为CCTCC，保藏编号为M2015332；
产乙醇热厌氧杆菌可以是Thermoanaerobacter，公开于授权公告号为CN101490242B的中国发明专利文献，已保藏于中国农业微生物菌种保藏中心，其简称为ACCC，保藏号为00386；
铁还原菌FeRB-FL1401，选自林玉满，陈小岚，魏招娣，许旭萍。一株铁还原菌FeRBFL1404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；
铁还原菌RBEL3：选自魏招娣，许旭萍，陈文瑞，林玉满。铁还原菌RBEL3胞外聚合物还原高岭土中铁的研究。非金属矿，2015,38(1)：59-62；
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。
上述石英砂的微生物除铁增白方法中，通过选用麻黄、细辛、牛膝和秦皮经粉碎热水浸提后的滤液A和溶液B组合，与混合菌和石英砂矿浆共混培养，利用细菌将石英砂中不溶的Fe2O3还原成可溶的Fe2+，再通过固液分离得到除铁增白的石英砂；实验表明，本发明采用的培养基培养的细菌与石英砂反应去除石英砂中Fe2O3，Fe2O3含量降低明显，从而明显提高了石英砂白度，本发明中，麻黄、细辛、牛膝、秦皮不仅仅为培养基提供了碳源和氮源，还有水溶性的生物小分子。本发明在铁还原菌和石英砂混合反应体系中加入0.2g/L NTA，NTA作为络合物，可以促进细菌还原石英砂中Fe2O3，从而提高石英砂中Fe2O3去除量，提高石英砂的白度。
进一步的，上述石英砂的微生物除铁增白方法中，所述无机盐为磷酸钠、磷酸二氢钠、偏磷酸钠、硫酸镁、氯化钙或氯化锌中的一种或一种以上的任意组合。
进一步的，上述石英砂的微生物除铁增白方法中，所述表面活性剂为吐温80、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种或一种以上的任意组合。
进一步的，上述石英砂的微生物除铁增白方法中，所述表面活性剂为0.025-0.05g吐温80和0.025-0.05g十六烷基三甲基溴化铵。
进一步的，上述石英砂的微生物除铁增白方法中，所述无机盐为0.025-0.05g磷酸二氢钠和0.025-0.05g氯化锌。
实施例1
一种石英砂的微生物除铁增白方法，包括以下步骤：
S1：将5g麻黄、5g细辛、5g牛膝、5g秦皮、5g豆渣和400mL水混合并粉碎，于100℃保温30min，过滤，得到溶液A；
S2：在溶液A中加入1g蛋白胨、4g葡萄糖、0.025g磷酸二氢钠、0.025g氯化锌、0.025g吐温80和0.025g十六烷基三甲基溴化铵，混合均匀，得到溶液B；
S3：将60g石英砂粉碎至粒径为0.075mm，加入200mL水，再加入0.2g/L100mL NTA，配制成矿浆A，将矿浆A与溶液B混合，配制成矿浆B；
S4：将矿浆B于121℃灭菌20min，冷却至20℃，加入由产酸克雷伯菌IMFRCUG-1(CCTCC M2015332)，产乙醇热厌氧杆菌(ACCC 00386)、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶4∶6∶7∶5混合得到的混合菌液，制得菌液矿浆混合物；所述混合菌液的浓度为107CFU/mL；
S5：将菌液矿浆混合物于30℃反应24h后，进行固液分离，分离得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的石英砂。
实施例2
一种石英砂的微生物除铁增白方法，包括以下步骤：
S1：将10g麻黄、10g细辛、10g牛膝、10g秦皮、15g豆渣和600mL水混合并粉碎，于100℃保温30min，过滤，得到溶液A；
S2：在溶液A中加入3g蛋白胨、10g葡萄糖、0.05g磷酸二氢钠、0.05g氯化锌、0.05g吐温80和0.05g十六烷基三甲基溴化铵，混合均匀，得到溶液B；
S3：将100g石英砂粉碎至粒径为0.15mm，加入400mL水，再加入0.2g/L200mL NTA，配制成矿浆A，将矿浆A与溶液B混合，配制成矿浆B；
S4：将矿浆B于121℃灭菌30min，冷却至25℃，加入由产酸克雷伯菌IMFRCUG-1(CCTCC M2015332)，产乙醇热厌氧杆菌(ACCC 00386)、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶4∶6∶7∶5混合得到的混合菌液，制得菌液矿浆混合物；所述混合菌液的浓度为109CFU/mL；
S5：将菌液矿浆混合物于30℃反应36h后，进行固液分离，分离得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的石英砂。
实施例3
一种石英砂的微生物除铁增白方法，包括以下步骤：
S1：将7g麻黄、7g细辛、7g牛膝、7g秦皮、10g豆渣和500mL水混合并粉碎，于100℃保温30min，过滤，得到溶液A；
S2：在溶液A中加入2g蛋白胨、7g葡萄糖、0.04g磷酸二氢钠、0.04g氯化锌、0.04g吐温80和0.04g十六烷基三甲基溴化铵，混合均匀，得到溶液B；
S3：将80g石英砂粉碎至粒径为0.1mm，加入300mL水，再加入0.2g/L 150mL NTA，配制成矿浆A，将矿浆A与溶液B混合，配制成矿浆B；
S4：将矿浆B于121℃灭菌25min，冷却至23℃，加入由产酸克雷伯菌IMFRCUG-1(CCTCC M2015332)，产乙醇热厌氧杆菌(ACCC 00386)、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶4∶6∶7∶5混合得到的混合菌液，制得菌液矿浆混合物；所述混合菌液的浓度为108CFU/mL；
S5：将菌液矿浆混合物于30℃反应30h后，进行固液分离，分离得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的石英砂。
上述3个实施例涉及的石英砂的微生物除铁增白方法处理前后石英砂的白度进行检测，结果如下表所示：
由上表可知，本发明涉及的石英砂的微生物除铁增白方法制得的石英砂相比未经处理的石英砂，Fe2O3含量均有明显降低，自然白度和1280℃烧结成的石英砂的白度均有明显地提升。
综上所述，本发明提供的石英砂的微生物除铁增白方法中，通过选用麻黄、细辛、牛膝和秦皮经粉碎热水浸提后的滤液A和溶液B组合，与混合菌和石英砂矿浆共混反应培养，利用细菌将石英砂中不溶的Fe2O3还原成可溶的Fe2+，再通过固液分离得到除铁增白的石英砂；实验表明，本发明采用的培养基培养的细菌与石英砂反应去除石英砂中Fe2O3，Fe2O3含量降低明显，从而明显提高了石英砂白度，本发明中，麻黄、细辛、牛膝、秦皮不仅仅为培养基提供了碳源和氮源，还有水溶性的生物小分子。本发明在铁还原菌和石英砂混合反应体系中加入0.2g/L NTA，NTA作为络合物，可以促进细菌还原石英砂中Fe2O3，从而提高石英砂中Fe2O3去除量，提高石英砂的白度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种石英砂的微生物除铁增白方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将5-10g麻黄、5-10g细辛、5-10g牛膝、5-10g秦皮和400-600mL水混合并粉碎，于100℃保温30min，得到溶液A；
S2：在溶液A中加入5-15g豆渣、1-3g蛋白胨、4-10g葡萄糖、0.05-0.1g表面活性剂、0.05-0.1g无机盐，混合均匀，得到溶液B；
S3：将60-100g石英砂粉碎至粒径为0.075-0.15mm，加入200-400mL水，再加入0.2g/L100-200mL NTA，配制成矿浆A，将矿浆A与溶液B混合，过滤，配制成矿浆B；
S4：将矿浆B于121℃灭菌20-30min，冷却至20-25℃，加入由产酸克雷伯菌，产乙醇热厌氧杆菌、铁还原菌RBEL3、铁还原菌FL-H1和铁还原菌FeRB-FL1401按照活菌数量比3∶4∶6∶7∶5混合得到的混合菌液，制得菌液矿浆混合物；所述混合菌液的浓度为107-109CFU/mL；
S5：将菌液矿浆混合物于30℃40-50rpm震荡反应24-36h后，进行固液分离，分离得到的固体经过干燥，即得到除铁增白后的石英砂。
2.根据权利要求1所述的石英砂的微生物除铁增白方法，其特征在于，所述无机盐为磷酸钠、磷酸二氢钠、偏磷酸钠、硫酸镁、氯化钙或氯化锌中的一种或一种以上的任意组合。
3.根据权利要求1所述的石英砂的微生物除铁增白方法，其特征在于，所述表面活性剂为吐温80、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种或一种以上的任意组合。
4.根据权利要求1所述的石英砂的微生物除铁增白方法，其特征在于，所述表面活性剂为0.025-0.05g吐温80和0.025-0.05g十六烷基三甲基溴化铵。
5.根据权利要求1所述的石英砂的微生物除铁增白方法，其特征在于，所述无机盐为0.025-0.05g磷酸二氢钠和0.025-0.05g氯化锌。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190528 |
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