专利名称：一种高效铝土矿微生物选矿菌种及其筛选方法
技术领域：
本发明涉及一种铝土矿微生物选矿菌种黑曲霉(Aspergillus niger)及其筛选方法。
背景技术：
我国铝土矿中Al2O3的含量较高，但由于矿石中同时含有较高的SiO2，因此矿石的铝硅比总体较低。有资料统计，约占我国铝土矿总储量96％的山西、河南、广西、贵州、山东及四川、云南等7省区的255个矿区中，铝土矿平均品位为Al2O361.99％，SiO210.4％，Fe2O37.73％，矿石的平均铝硅比仅为5.96。而在全国307个铝土矿矿区中，据统计，A/S大于10的矿区只有7个，储量仅占6.97％，有仅一半储量铝土矿的A/S处于4-6之间。为降低铝土矿中的含硅量，主要通过选矿的方法实现铝硅分离，即物理选矿铝硅分离、化学选矿铝硅分离等。其中物理选矿铝硅分离法中研究最多的是浮选法，它又包括正浮选铝硅分离、反浮选铝硅分离。化学选矿铝硅分离法中研究较多的为焙烧-碱浸法。除了物理选矿法和化学选矿法可以实现铝土矿铝硅分离外，采用生物选矿方法也可以实现铝土矿的铝硅分离，提高矿石的铝硅比。
有的微生物在发酵过程中，可以产生柠檬酸和草酸等代谢产物，这些产物可以浸出氧化矿物中的有价金属。有报道表明，硅酸盐细菌等微生物能将铝土矿中的硅溶去，可以提高铝土矿的质量。另外有一些产酸真菌的发酵产物不仅可以浸出高岭土中的Al2O3，还可以有效浸出铝土矿中的杂质铁，脱除杂质铁的铝土矿可以生产优质的耐火材料。因此针对我国的铝土矿资源特点，开展铝土矿生物冶金研究，特别是筛选具有从铝土矿中脱硅、除铁性能的高效微生物菌种，具有重大的理论和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于筛选对铝土矿具有脱硅、除铁效果的微生物菌种以及提供该类菌种筛选分离的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种高效铝土矿微生物选矿菌种，其特征在于此菌是具有强产有机酸能力的黑曲霉菌(Aspergillus niger)，在中国专利局指定的保藏单位中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏编号为CGMCC NO.1539。
本发明的高效铝土矿微生物选矿菌种，其特征在于该菌的形态和培养条件为
1)该菌种在查氏培养基上生长，形成的菌落大小5d-10d达30mm-50mm，菌落正面颜色为白—淡黄—褐黑色，逐渐加深，中央部分形成大量黑色孢子堆。菌落圆形，边缘整齐，菌落背面颜色为无色，后期变为浅黄色；菌种菌丝无色，绒毛状，紧密，后期表面凝聚黑色物质；分生孢子梗从菌丝上的厚壁足细胞出生，真立，多数无隔膜，粗大；在液体培养基中摇瓶振荡培养2d-7d，形成大量的白色菌丝体小球，培养基的pH值下降到1.5-3.5。
2)固体培养基马铃薯200g，蔗糖10g，琼脂15g-20g，水1000mL，加入1.6％的溴甲酚紫乙醇溶液1mL-2mL，pH自然，121℃灭菌20min；液体培养基NaNO32g，K2HPO41g，KCl 0.5g，MgSO40.5g，FeSO40.01g，蔗糖15g，水1000mL，pH自然，121℃灭菌20min；3)生长温度为20℃-35℃，最适生长温度为25℃-30℃，pH 2.5-7.5能生长，最适pH为5.5-6.5，好氧生长。
本发明的高效铝土矿微生物选矿菌种的筛选方法，其特征是从铝土矿区采集表层土壤及铝土矿石样品，约1m2的区域内采集5个点的土样或矿样，每个点采集约200g样品，土样或矿样混合后分别装入采样纸袋内；装有100mL灭菌水的烧杯中加入10g土样或矿样，充分搅拌10min，使吸附在矿物颗粒上的微生物孢子、菌丝体等脱附进入水溶液中，配成悬液；采用平板稀释分离法进行分离，在无菌操作条件下取1mL悬液于高温灭菌的培养皿中，然后倒入10mL冷却到40℃左右的培养基，混合均匀，完全冷却后即成固体分离平板。将平板倒置于生化培养箱中，25℃-30℃条件下培养2d-7d，将生长部位培养基由紫色变为黄色的菌落挑出，进行纯化培养、筛选。
本发明筛选的微生物菌种存在于土壤和矿石中，经测定，该菌种具有良好的铝土矿除铁效果和一定的脱硅效果。
图1菌种筛选技术路线图；图2菌种在液体培养基中生长曲线；图3底物蔗糖浓度对菌种产酸的影响；图4培养温度对菌种产酸的影响；图5不同摇床转速对菌种产酸的影响。
具体实施例方式
铝土矿微生物选矿菌株筛选方法如下1、样品采集从铝土矿区采集表层土壤及铝土矿石样品，一个1m2的区域内采集5个点的土样或矿样，每个点采集约200g样品，土样或矿样混合后分别装入采样纸袋内，在实验室从所采集的样品中分离具有铝土矿选矿效果的微生物菌种。
2、菌种筛选每个装有100mL灭菌水的烧杯中加入10g欲分离的土样或矿样，充分搅拌10min，使吸附在矿物颗粒上的微生物孢子、菌丝体等脱附进入水溶液中，配成悬液，供分离使用。固体分离用的选择性培养基组分为马铃薯200g，蔗糖10g，琼脂15g-20g，水1000mL，加入1.6％的溴甲酚紫乙醇溶液1-2mL，pH自然，121℃灭菌20min。菌种生长的液体培养基NaNO32g，K2HPO41g，KCl 0.5g，MgSO40.5g，FeSO40.01g，蔗糖15g，水1000mL，pH自然，121℃灭菌20min。采用平板稀释分离法进行分离，在无菌操作条件下取1mL悬液于高温灭菌的培养皿中，然后倒入10mL冷却到40℃左右的上述选择性培养基，混合均匀，完全冷却后即成固体平板。将平板倒置于25℃-30℃的生化培养箱中恒温培养2d-7d，将生长部位培养基由紫色变为黄色的菌落挑出，移至固体平板上或液体培养基中，进行纯化培养。通过菌株的产有机酸活性测定以及对铝土矿中杂质铁矿物和硅矿物的浸出效果测定，从中选出生长快，产有机酸活性强，对铝土矿浸铁、脱硅效果好的菌株。
所选出的高效铝土矿微生物选矿菌种是具有强产有机酸活性的黑曲霉菌(Aspergillusniger)。该菌种在察氏培养基上生长，形成的菌落大小5d-10d达30mm-50mm，菌落正面颜色为白—淡黄—褐黑色，逐渐加深，中央部分形成大量黑色孢子堆。菌落圆形，边缘整齐，菌落背面颜色为无色，后期变为浅黄色。菌种菌丝无色色，绒毛状，紧密，后期表面凝聚黑色物质；分生孢子梗从菌丝上的厚壁足细胞出生，真立，多数无隔膜，粗大。菌种在液体培养基中摇瓶振荡培养2d-7d，形成大量的白色菌丝体小球，培养基的pH值下降到1.5-3.5。
3、菌种的生长条件采用直线生长法和重量测定法研究微生物的生长情况，研究不同蔗糖浓度下菌株产酸行为的差异，研究不同温度下菌株生长行为的差异，研究不同摇床转速对菌株生长的影响。该菌种的生长条件为生长温度20℃-35℃，最适生长温度25℃-30℃，pH 2.5-7.5，最适pH为5.5-6.5，好氧生长。
4、菌种的性能检测1)菌种除铁在30℃、200r/min条件下培养7d，当发酵液的pH降至1.5-2.5时，用双层滤纸过漏，收集发酵液，用1M H2SO4溶液调发酵液的pH至0.5-1.0，做为浸矿剂。在容量为250mL的锥形瓶中装入100mL浸矿剂，加入10g含杂质铁的铝土矿，90℃下搅拌浸出6h。用双层漏纸过漏矿浆，收集浸渣，80℃下干燥，对浸出渣和浸矿液进行检测，研究铝土矿中杂质铁的去除效果。
2)菌种脱硅在容量为250mL的锥形瓶中装入100mL发酵培养基，接种少量微生物孢子，在30℃、200r/min条件下培养7d，当发酵液的pH降至1.5h-2.5h，加入10g粒径小于100目的低品位铝土矿石，继续培养5d-7d。用规格45目标准试验筛过漏矿浆，矿浆自然沉降5min，收集沉降的浸出渣。浸出渣在80℃下干燥后，进行化学成分检测，研究铝土矿微生物脱硅效果。
以下通过实例进一步说明高效铝土矿微生物选矿菌种的筛选方法，具体步骤如下1、样品采集从河南洛阳贾沟铝土矿区采集表层土壤及铝土矿石，一个1m2的区域内采集5个点的土样或矿样，每个点采集约200g样品，土样或矿样混合后分别装入采样纸袋内，在实验室从所采集的样品中分离具有铝土矿选矿效果的微生物菌株。
2、菌种筛选采用平板稀释分离法进行浸矿微生物菌种的筛选，分离平板在25℃-30℃下培养2d-7d，先后有少数菌落长出，能产有机酸的菌种可以使菌落周围培养基由紫色变为黄色的菌落挑出，其中一株黑曲霉菌产生的黄色圈大，产酸能力特别强，发明中把该黑曲霉菌株做为浸矿微生物菌种进行研究。
3、菌种的生物学特性菌种是具有强产有机酸活性的黑曲霉菌(Aspergillus niger)。该菌种在察氏培养基上生长，形成的菌落大小5d-10d达30mm-50mm，菌落正面颜色为白—淡黄—褐黑色，逐渐加深，中央部分形成大量黑色孢子堆。菌落圆形，边缘整齐，菌落背面颜色为无色，后期变为浅黄色。菌种菌丝无色，绒毛状，紧密，后期表面凝聚黑色物质；分生孢子梗从菌丝上的厚壁足细胞出生，真立，多数无隔膜，粗大。在30℃、200r/min的条件液体培养7d，测定菌丝体的干重，得到的生长曲线见图2。发现培养液中形成许多白色的菌丝体小球，随着培养时间的延长，菌丝体小球的体积不断变大，数量不断增多，说明该菌种能充分利用培养基中的营养物质进行生长。
4、菌种发酵条件1)底物蔗糖浓度对菌种产酸量的影响菌种在蔗糖浓度分别为10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L的培养液中振荡培养7天，各发酵液的pH值差异见图3。培养7天后，底物蔗溏浓度分别为10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L的发酵液pH值依次降到2.51、2.42、2.24、2.13、1.98。说明在本发明研究条件下，底物浓度大时，菌种发酵产生的有机酸也多。
2)培养温度对菌种产酸及生长量的影响菌种在25℃、30℃、35℃三种温度下分别振荡发酵培养5d，不同温度下的发酵液pH值见图4。可以看出，菌种在培养温度为30℃时pH值最低，产酸最多，同时菌丝体的生物量也最大，说明菌株最适合在温度30℃下生长并进行有机酸的发酵。
3)不同摇床转速对菌种产酸的影响菌种在100r/min、150r/min、200r/min、250r/min、300r/min五种转速下，发酵培养7d，测定不同转速下发酵液的pH值，结果见图5。说明随着转速的提高，菌种的产酸量增大，生物量也增加。其原因是在一定范围内，随着转速提高，培养液中有效溶解氧的数量增多，有促于好氧微生物的生长繁殖。
5、菌种性能检测实例1 浸除铝土矿石中杂质铁矿物的实验1用100mL酸化浸矿液浸出10g含杂质铁的1#铝土矿，80℃下搅拌浸出6h。铝土矿石中Fe2O3含量由浸出前的4.56％下降到浸出后的0.69％。而用同样pH值的硫酸溶液进行同样的实验，矿石中Fe2O3含量只从浸除前的4.56％下降到3.09％。
实例2 浸除铝土矿石中杂质铁矿物的实验2用100mL酸化浸矿液浸出10g含杂质铁的2#铝土矿，90℃下搅拌浸出6h。铝土矿石中Fe2O3含量由浸出前的6.36％下降到浸出后的0.48％。而用同样pH值的硫酸溶液进行同样的实验，矿石中Fe2O3含量只从浸除前的6.36％下降到4.57％。
实例3 浸出铝土矿石中的杂质硅矿物的实验1在容量为250mL的锥形瓶中装入100mL液体培养基，菌种在30℃、200r/min条件下培养7天，当发酵液的pH降至1.5-2.5时，加入10g粒径小于174μm的低品位铝土矿石，继续培养5d-7d天，然后用规格为45目的标准试验筛过滤，收集沉降的铝土矿浸渣，80℃干燥后进行检测。发现浸出渣的SiO2含量从浸出前的13.3％下降到8.0％，A/S从4.43提高到8.33。
实例4 浸出铝土矿石中的杂质硅矿物的实验2在容量为250mL的锥形瓶中装入100mL液体培养基，菌种在30℃、200r/min条件下培养7天，当发酵液的pH降至1.8时，加入10g粒径小于174μm的低品位铝土矿石，继续培养6天，然后用规格为45目的标准试验筛过滤，收集沉降的铝土矿浸渣，80℃干燥后进行检测。发现浸出渣的SiO2含量从浸出前的11.6％下降到6.7％，A/S从7.33提高到10.45。
权利要求
1.一种高效铝土矿微生物选矿菌种，其特征在于此菌是具有强产有机酸能力的黑曲霉菌(Aspergillus niger)，在中国专利局指定的保藏单位中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏编号为CGMCC NO.1539。
2.根据权利要求1所述的高效铝土矿微生物选矿菌种，其特征在于该菌的形态和培养条件为1)该菌种在查氏培养基上生长，形成的菌落大小5d-10d达30mm-50mm，菌落正面颜色为白-淡黄-褐黑色，逐渐加深，中央部分形成大量黑色孢子堆。菌落圆形，边缘整齐，菌落背面颜色为无色，后期变为浅黄色；菌种菌丝无色，绒毛状，紧密，后期表面凝聚黑色物质；分生孢子梗从菌丝上的厚壁足细胞出生，真立，多数无隔膜，粗大；在液体培养基中摇瓶振荡培养2d-7d，形成大量的白色菌丝体小球，培养基的pH值下降到1.5-3.5。2)固体培养基马铃薯200g，蔗糖10g，琼脂15g-20g，水1000mL，加入1.6％的溴甲酚紫乙醇溶液1mL-2mL，pH自然，121℃灭菌20min；液体培养基NaNO32g，K2HPO41g，KCl 0.5g，MgSO40.5g，FeSO40.01g，蔗糖15g，水1000mL，pH自然，121℃灭菌20min；3)生长温度为20℃-35℃，最适生长温度为25℃-30℃，pH2.5-7.5能生长，最适pH为5.5-6.5，好氧生长。
3.根据权利要求1所述的高效铝土矿微生物选矿菌种的筛选方法，其特征是从铝土矿区采集表层土壤及铝土矿石样品，约1m2的区域内采集5个点的土样或矿样，每个点采集约200g样品，土样或矿样混合后分别装入采样纸袋内；装有100mL灭菌水的烧杯中加入10g土样或矿样，充分搅拌10min，使吸附在矿物颗粒上的微生物孢子、菌丝体等脱附进入水溶液中，配成悬液；采用平板稀释分离法进行分离，在无菌操作条件下取1mL悬液于高温灭菌的培养皿中，然后倒入10mL冷却到40℃左右的培养基，混合均匀，完全冷却后即成固体分离平板。将平板倒置于生化培养箱中，25℃-30℃条件下培养2d-7d，将生长部位培养基由紫色变为黄色的菌落挑出，进行纯化培养、筛选。
全文摘要
本发明涉及一种铝土矿微生物选矿菌种黑曲霉(Aspergillus niger)及其筛选方法。其特在于高效铝土矿微生物选矿菌种是一株黑曲霉菌(Aspergillus niger)，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.1539。菌种的筛选方法包括(1)样品采集；(2)菌种筛选；(3)菌种生长条件；(4)性能检测。本发明筛选的微生物菌种存在于土壤和矿石中，经测定，该菌种具有良好的铝土矿除铁效果和一定的脱硅效果。
文档编号C12R1/685GK1793322SQ200510124009
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月28日 优先权日2005年11月28日
发明者周吉奎, 钮因健, 李旺兴, 顾松青, 尹中林, 李军亮, 李花霞, 曹慧君 申请人:中国铝业股份有限公司