CN112877252B - 一种用于浸出风化壳淋积型稀土矿的复合微生物菌剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于浸出风化壳淋积型稀土矿的复合微生物菌剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂及其制备方法，其含有的菌种为以下菌种中的多种：解脂耶氏酵母、鲁氏接合酵母、酿酒酵母、米曲霉，木醋杆菌、氧化葡糖杆菌、乳酸片球菌、植物乳杆菌、米根霉、土曲霉，纹膜醋杆菌、许氏醋酸菌、奥尔兰纹膜醋杆菌、胶膜纹膜醋杆菌、恶臭醋杆菌、巴氏醋酸菌、铜绿假单胞菌、维氏硝化杆菌。本发明用于风化壳淋积型稀土浸出的复合微生物菌剂制备所需的微生物均广泛存在于自然界中，且大都为可用于食品工业的工程菌株，具有环保安全、成本低和易获取的优点；本发明的用于风化壳淋积型稀土浸出的复合微生物菌剂制备方法，所用设备简单、操作简便，有利于实现工业化应用。

Description

一种用于浸出风化壳淋积型稀土矿的复合微生物菌剂及其制 备方法
技术领域
本发明属于生物湿法冶金和矿物加工领域，具体涉及一种用于浸出风化壳淋积型稀土矿的复合微生物菌剂及其制备方法。
背景技术
稀土元素被誉为“工业味精”，是可再生能源、高科技产品生产、军事和国防安全等多领的“命脉”元素。根据地球化学性质分类，稀土元素可按两分法被分为轻稀土（铈族（cerium group）稀土：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕）和重稀土（钇族（yttrium group）稀土：钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）两大类；或按三分法，分为轻稀土（镧~钕）、中稀土为（钷~钬）和重稀土（铒~镥、钇）三类。在自然界中，稀土矿物包括非离子型稀土和离子型稀土（即风化壳淋积型稀土）两大类，而后者主要蕴含着更为重要的中和重稀土元素而极具战略地位。我国是已知风化壳淋积型稀土矿储藏量最多的国家，但经过早年掠夺式开采以及多发的非法开采，我国的稀土储量急剧减少。目前，就地浸出是开采利用风化壳淋积型稀土矿的主要方法，且最为常用的浸出剂为硫酸铵溶液。利用硫酸铵就地浸出风化壳淋积型稀土矿虽然具有较好的稀土元素浸出率，但大量的铵根残留造成了严重的环境污染（氨氮污染）和生态破坏，已逐渐被限制采用。虽然近年来一些研究尝试利用其余盐离子（比如硫酸/氯化钾、钠、钙、镁等），但是盐离子浓度和用量大，必然会造成环境污染、土壤和生态破坏，应用受到极大限制。因此，迫切需要开发出离子型稀土矿的清洁高效提取新技术，以求在保证稀土元素浸出率的同时尽可能减少对环境的污染。
生物冶金（浸出）因具有绿色环保、操作简单、成本低等优点，主要通过微生物直接作用和代谢产物作用提取有价元素，是一种复杂矿产资源的清洁高效利用的重要技术。许多微生物及其代谢产物有利于环境生态修复及改善。但是关于离子型稀土生物浸出的报道目前较少。不同的微生物对于不同的矿，作用效果有很大的区别，单株微生物往往不能发挥较好的效果，因而如何提高微生物浸出效果，是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于浸出风化壳淋积型稀矿的复合微生物菌剂及其制备方法，可作为风化壳淋积型稀土浸出剂或助浸剂使用，具有浸出效果好、成本低、绿色环保等优点。
本发明这种用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂，其含有的菌种为以下菌种中的多种：
解脂耶氏酵母、鲁氏接合酵母、酿酒酵母、米曲霉，木醋杆菌、氧化葡糖杆菌、乳酸片球菌、植物乳杆菌、米根霉、土曲霉，纹膜醋杆菌、许氏醋酸菌、奥尔兰纹膜醋杆菌、胶膜纹膜醋杆菌、恶臭醋杆菌、巴氏醋酸菌、铜绿假单胞菌、维氏硝化杆菌。
本发明这种用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
1）根据菌种选取多种菌种，形成菌组，将菌组中的每一种微生物分别在含有稀土矿的复合培养基中进行驯化培养，得到驯化后的菌种；
2）按照菌组的组成，将多种驯化后的菌种按照设定的比例接种到不含稀土矿的普通培养基进行培养，培养设定时间且菌种总浓度≥1.0×107个/mL，得到菌悬液，可将菌悬液直接作为复合微生物菌剂用于稀土浸出；或者将菌悬液过滤、离心后得到的复合菌种进行冻干，得到混合菌剂干粉。
所述步骤1）中，含有稀土矿的复合培养基中含有碳源物质、氮源物质、无机盐物质和稀土矿物；优选的，所述的碳源物质为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、糊精和碳酸钙中的一种或多种；氮源物质为豆饼粉、玉米浆、酵母膏、硝酸盐、铵盐、尿素中的一种或多种；无机盐物质为碳源无机盐、氮源无机盐，磷源无机盐（磷酸二氢钾、磷酸三钙）和其它微量元素中的一种或多种；稀土矿物在培养基中的浓度为1-5 g/L。
所述步骤1）中，含有稀土矿的复合培养基配置完毕后，需要进行灭菌处理后才可用于菌种驯化。
所述步骤1）中，菌组为以下菌组中的一组：菌组1为解脂耶氏酵母、鲁氏接合酵母、乳酸片球菌、米曲霉和铜绿假单胞菌的组合；菌组2为解脂耶氏酵母、酿酒酵母、植物乳杆菌、纹膜醋杆菌和铜绿假单胞菌的组合；菌组3为鲁氏接合酵母、酿酒酵母、植物乳杆菌、米曲霉和铜绿假单胞菌的组合；菌组4为鲁氏接合酵母、乳酸片球菌、植物乳杆菌、维氏硝化杆菌和巴氏醋酸菌的组合。
所述步骤1）中，驯化培养需要5-30天。
所述步骤2）中，菌组1菌种的设定比例为，按照数量比55-70%解脂耶氏酵母、5-15%鲁氏接合酵母、5-10%乳酸片球菌、5-10%米曲霉和5-10%铜绿假单胞菌；菌组2中各微生物数量比为：50-75%解脂耶氏酵母、20-30%酿酒酵母、5-15%植物乳杆、5-10%纹膜醋杆菌和5-10%铜绿假单胞菌；菌组3为20-35%鲁氏接合酵母、20-20%酿酒酵母、15-25%植物乳杆菌、10-20%米曲霉和10-20%铜绿假单胞菌的组合；菌组4为30-40%鲁氏接合酵母、15-25%乳酸片球菌、15-25%植物乳杆菌、5-15%维氏硝化杆菌和5-15%巴氏醋酸菌的组合。
所述步骤2）中，不含稀土矿的普通培养基与步骤1）中的除稀土外的其他成分是一致的，本步骤中的普通培养基无需灭菌。
所述步骤2）中，干粉可通过活化后直接加入普通培养基中培养，得到菌剂用于浸出。
所述的复合微生物菌剂在作为浸出风化壳淋积型稀土矿中的浸出剂或者阳离子盐浸出剂的助浸剂中的应用。
本发明的有益效果：1）本发明用于风化壳淋积型稀土浸出的复合微生物菌剂制备所需的微生物均广泛存在于自然界中，且大都为可用于食品工业的工程菌株，具有环保安全、成本低和易获取的优点；2）本发明的用于风化壳淋积型稀土浸出的复合微生物菌剂，通过微生物之间的协同作用达到理想浸出效果，可直接作为浸出剂，或作为化学浸出剂的助浸剂，可在不污染环境的前提下实现稀土的清洁高效提取，并且有利于生态环境修复及改善；3）本发明的用于风化壳淋积型稀土浸出的复合微生物菌剂制备方法，所用设备简单、操作简便，有利于实现工业化应用。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
选用的风化壳淋积型稀土的离子相稀土品位为0.12%，均匀取200g，放入内径为30mm的浸出柱中。
实施例1：
将解脂耶氏酵母(购买的Yarrowialipolytica ATCC30162)、鲁氏接合酵母（购买的ZygosaccharomycesrouxiiATCC 14679）、乳酸片球菌（购买的PediococcusAcidilacticiATCC 8018）、米曲霉（购买的Aspergillus oryzaeATCC 67984）和铜绿假单胞菌（购买的Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853）;分别接种至经高压蒸汽灭菌处理的能源物质-稀土矿物复合培养基（葡萄糖300 g/L,尿素0.2 g/L，KH2PO4 0.64 g/L，玉米浆7.2 g/L，CaCO3 20 g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，稀土矿物3.0 g/L，硫酸铵3.0 g/L），驯化培养10天。再按数量比为65%、15%、10% 、5%和5%混合加入无需灭菌的普通培养基，培养得到微生物细胞总浓度不低于1.0×107个/mL的复合微生物菌剂，进行矿石浸出，浸出过程中可循环喷淋，浸出结束后收集浸出液。浸出液采用ICP-OES测试，得到离子型稀土浸出率为96.61%，铝杂质元素浸出率为18.8%。
实施例2：
将解脂耶氏酵母(购买的Yarrowialipolytica ATCC30162)、酿酒酵母（购买的Saccharomyces cerevisiaeATCC 20499）、植物乳杆菌（购买的Lactobacillus PlantarumATCC 8014）、纹膜醋杆菌（购买的AcetobacteracetiATCC 15973）和铜绿假单胞菌（购买的Pseudomonas aeruginosa ATCC27853）分别接种至经高压蒸汽灭菌处理的能源物质-稀土矿物复合培养基（葡萄糖300 g/L,尿素0.2 g/L，KH2PO4 0.64 g/L，玉米浆7.2 g/L，CaCO3 20 g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，稀土矿物3.0 g/L，硫酸铵3.0 g/L），驯化培养15天。再按数量比为65%、15%、10%、5%和5%混合加入无需灭菌的普通培养基，培养得到微生物细胞总浓度不低于1.0×107个/mL的复合微生物菌剂，进行矿石浸出，浸出过程中可循环喷淋，浸出结束后收集浸出液。浸出液采用ICP-OES测试，得到离子型稀土浸出率为97.55%，铝杂质元素浸出率为17.5%。
实施例3：
将鲁氏接合酵母（购买的ZygosaccharomycesrouxiiATCC 14679）、酿酒酵母（购买的Saccharomyces cerevisiaeATCC 20499）、植物乳杆菌（购买的Lactobacillus PlantarumATCC 8014）、米曲霉（购买的Aspergillus oryzaeATCC67984）和铜绿假单胞菌（购买的Pseudomonas aeruginosa ATCC27853）分别接种至经高压蒸汽灭菌处理的能源物质-稀土矿物复合培养基（葡萄糖300 g/L,尿素0.2 g/L，KH2PO4 0.64 g/L，玉米浆7.2 g/L，CaCO3 20 g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，稀土矿物3.0 g/L，硫酸铵3.0 g/L），驯化培养15天。再按数量比为35%、20%、20%、10%和15%混合加入无需灭菌的普通培养基，培养得到微生物细胞总浓度不低于1.0×107个/mL的复合微生物菌剂，进行矿石浸出，浸出过程中可循环喷淋，浸出结束后收集浸出液。浸出液采用ICP-OES测试，得到离子型稀土浸出率为98.77%，铝杂质元素浸出率为16.4%。
实施例4：
将鲁氏接合酵母（购买的ZygosaccharomycesrouxiiATCC 14679）、乳酸片球菌（购买的PediococcusAcidilacticiATCC 8018）、植物乳杆菌（购买的Lactobacillus PlantarumATCC 8014）、维氏硝化杆菌（购买的NitrobacterWinogradskyi ATCC25391）和巴氏醋酸菌（购买的Acetobacterpasteurianus ATCC67344）分别接种至经高压蒸汽灭菌处理的能源物质-稀土矿物复合培养基（葡萄糖300 g/L,尿素0.2 g/L，KH2PO4 0.64 g/L，玉米浆7.2 g/L，CaCO3 20 g/L，MgSO4·7H2O 0.2 g/L，稀土矿物3.0 g/L，硫酸铵3.0 g/L），驯化培养15天。再按数量比为35%、25%、20%、10%和10%混合加入无需灭菌的普通培养基，培养得到微生物细胞总浓度不低于1.0×107个/mL的复合微生物菌剂，进行矿石浸出，浸出过程中可循环喷淋，浸出结束后收集浸出液。浸出液采用ICP-OES测试，得到离子型稀土浸出率为95.19%，铝杂质元素浸出率为17.3%。
实施例5：
将实施例1中经驯化培养后的菌组1按与施例1相同的比例加入普通培养基，培养得到微生物细胞总浓度达1.0×109个/mL时进行过滤、离心得到菌组1的浓缩菌液，将该浓缩菌液冷藏10天后取出，再次接种到普通培养基进行活化扩增，培养得到微生物细胞总浓度不低于1.0×107个/mL的复合微生物菌剂，进行矿石浸出，浸出过程中可循环喷淋，浸出结束后收集浸出液。浸出液采用ICP-OES测试，得到离子型稀土浸出率为93.37%，铝杂质元素浸出率为16.3%。
实施例6：
将实施例1中经驯化培养后的菌组1按与施例1相同的比例加入普通培养基，培养得到微生物细胞总浓度达1.0×109个/mL时进行过滤、离心、冷冻干燥得到菌组1的菌粉，将该菌粉冷藏10天后取出，经活化后再次接种到普通培养基进行扩增，培养得到微生物细胞总浓度不低于1.0×107个/mL的复合微生物菌剂，进行矿石浸出，浸出过程中可循环喷淋，浸出结束后收集浸出液。浸出液采用ICP-OES测试，得到离子型稀土浸出率为94.56%，铝杂质元素浸出率为17.4%。
本发明用于风化壳淋积型稀土浸出的复合微生物菌剂制备方法，所需菌株环保安全、来源广泛，复合菌剂制备所需设备简单、操作简便，浸出离子型稀土过程具有效果好、成本低、环保、易操作等优点，有利于实现工业化应用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
1）选取菌组1~4中任意一组菌组，将菌组中的每一种微生物分别在含有稀土矿的复合培养基中进行驯化培养，得到驯化后的菌种；
2）按照菌组的组成，将多种驯化后的菌种按照设定的比例接种到不含稀土矿的普通培养基进行培养，培养设定时间且菌种总浓度≥1.0×107个/mL，得到菌悬液，可将菌悬液直接作为复合微生物菌剂用于稀土浸出；或者将菌悬液过滤、离心后得到的复合菌种进行冻干，得到混合菌剂干粉；
菌组1~4分别为：菌组1为解脂耶氏酵母、鲁氏接合酵母、乳酸片球菌、米曲霉和铜绿假单胞菌的组合；菌组2为解脂耶氏酵母、酿酒酵母、植物乳杆菌、纹膜醋杆菌和铜绿假单胞菌的组合；菌组3为鲁氏接合酵母、酿酒酵母、植物乳杆菌、米曲霉和铜绿假单胞菌的组合；菌组4为鲁氏接合酵母、乳酸片球菌、植物乳杆菌、维氏硝化杆菌和巴氏醋酸菌的组合。
2.根据权利要求1所述的用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，含有稀土矿的复合培养基中含有碳源物质、氮源物质、无机盐物质和稀土矿物。
3.根据权利要求2所述的用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述的碳源物质为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、糊精和碳酸钙中的一种或多种；氮源物质为豆饼粉、玉米浆、酵母膏、硝酸盐、铵盐、尿素中的一种或多种；无机盐物质为碳源无机盐、氮源无机盐，磷源无机盐和其它微量元素中的一种或多种，稀土矿物在培养基中的浓度为1-5 g/L。
4.根据权利要求3所述的用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于所述步骤1）中，含有稀土矿的复合培养基配置完毕后，需要进行灭菌处理后才可用于菌种驯化。
5.根据权利要求2所述的用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，驯化培养需要5-30天。
6.根据权利要求2所述的用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，菌组1菌种的设定比例为，按照数量比65%解脂耶氏酵母、15%鲁氏接合酵母、10%乳酸片球菌、5%米曲霉和5%铜绿假单胞菌；菌组2中各微生物数量比为：65%解脂耶氏酵母、15%酿酒酵母、10%植物乳杆、5%纹膜醋杆菌和5%铜绿假单胞菌；菌组3中各微生物数量比为：35%鲁氏接合酵母、20%酿酒酵母、20%植物乳杆菌、10%米曲霉和15%铜绿假单胞菌的组合；菌组4中各微生物数量比为：35%鲁氏接合酵母、25%乳酸片球菌、20%植物乳杆菌、10%维氏硝化杆菌和10%巴氏醋酸菌的组合。
7.根据权利要求2所述的用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，不含稀土矿的普通培养基与步骤1）中除稀土外的其它成分的是一致的，本步骤中的普通培养基无需灭菌；所述步骤2）中，干粉可通过活化后直接加入普通培养基中培养，得到菌剂用于浸出。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述用于浸出风化壳淋积型稀土的复合微生物菌剂的制备方法制备得到的 复合微生物菌剂在作为浸出风化壳淋积型稀土矿中的浸出剂或者阳离子盐浸出剂的助浸剂中的应用。
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