中等嗜熱菌浸出黃銅礦的研究.pdf

1、生物冶金技術(shù)由于成本低、無污染、操作簡單而日益受到人們的重視，尤其適用于我國礦產(chǎn)資源品位低、成分復(fù)雜的現(xiàn)實情況。中等嗜熱菌在礦物浸出的應(yīng)用中，由于減少了工業(yè)反應(yīng)器的冷卻設(shè)備，提供了更多的優(yōu)越性，具有極大的應(yīng)用前景。盡管中等嗜熱菌浸出銅硫化礦在工業(yè)應(yīng)用上面取得了一定的進(jìn)展，但其微生物學(xué)機理研究還不夠深入，銅的浸出效率還有待提高。本文從中國的多個銅礦區(qū)篩選出能高效浸出黃銅礦的中等嗜熱富集物和純菌，分析富集物的群落組成，考察該富集物在浸礦反應(yīng)

2、器中浸出黃銅礦的浸礦參數(shù)變化，研究反應(yīng)器中微生物的群落結(jié)構(gòu)和種群動態(tài)規(guī)律。通過人為構(gòu)建浸礦微生物群落，考察構(gòu)建群落的浸礦性能和微生物群落的變化。研究工作加深了對中等嗜熱微生物浸礦特性的了解，為處理不同特性礦物的菌種群落的構(gòu)建提供了依據(jù)，并為中等嗜熱菌處理黃銅礦的工業(yè)應(yīng)用提供了可供借鑒的數(shù)據(jù)。
　　 本文的具體研究內(nèi)容及研究結(jié)果概括如下：
　　 一、中等嗜熱富集物的篩選及其群落解析
　　 1.中高溫酸性條件下，以黃

3、鐵礦、黃銅礦、硫酸亞鐵和硫粉混合物為主要能源物質(zhì)的培養(yǎng)體系在穩(wěn)定浸出時期，Sulfobacillus thermotolerans，Acidithiobacillus caldes和Leptospirillum ferriphilum3種細(xì)菌均占有較高豐度。
　　 2.不同能源對浸礦微生物的群落組成有顯著影響。以黃鐵礦為主要能源物質(zhì)的培養(yǎng)體系中L.ferriphilum所占比例最高。在以硫酸亞鐵和硫粉混合物為能源的培養(yǎng)體系中，L

4、.ferriphilum所占比例均在50％左右，前一種培養(yǎng)體系中S.thermotolerans和At.caldus比例接近1∶1，后一種培養(yǎng)體系中S.thermotolerans和At.caldus的比例接近4∶1。黃銅礦中等高溫浸出體系中古菌群落中絕大多數(shù)屬于Ferroplasma屬古菌。
　　 二、中等嗜熱純菌的分離及其鑒定
　　 1.從江西德興銅礦廢棄的酸性礦坑水中分離到一株中等嗜熱嗜酸鐵氧化菌ZW-1菌株為革蘭

5、氏陽性菌，長桿狀，兩端鈍圓，菌體大小(0.8～1.5)μm×0.4μm，最適生長溫度為48℃，最適生長pH值為1.9?？衫脕嗚F、單質(zhì)硫自養(yǎng)生長和酵母粉、蛋白胨異養(yǎng)生長，不能利用葡萄糖。以16S rRNA序列的同源性為基礎(chǔ)構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹分析表明ZW-1菌株與Sulfobacillus acidophilus處于同一進(jìn)化分支上，相似性達(dá)99.0％以上。該菌對Fe2＋具有較高的氧化能力，最高達(dá)到0.295g/L·h，且能耐受較高濃度的Fe

6、3＋和Cu2＋，分別為25g/L和35g/L。采用ZW-1菌單獨浸出黃銅礦（12g/L礦漿濃度），20天后銅的浸出率46.4％。
　　 2.從中國的四個典型的酸性環(huán)境中分離到的六株中等嗜熱的硫氧化菌具有相似的形態(tài)及生理生化特性，最適生長溫度為45～50℃，最適合生長pH為2.5～3.5?？梢岳迷亓?，硫代硫酸鈉和連四硫酸鉀為能源進(jìn)行自養(yǎng)生長，添加少量葡萄糖可以刺激它們的生長。系統(tǒng)發(fā)育分析的結(jié)果表明六株細(xì)菌菌與Genbank上登

7、陸的Acidithiobacillus caldus菌株的同源性非常高，均在99％以上，可初步鑒定為Acidithiobacillus sp.。
　　 三、中等嗜熱富集物浸出黃銅礦的研究
　　 1.從中國多個黃銅礦酸性礦坑水富集到的中等嗜熱浸礦微生物具有較強的黃銅礦浸出能力。經(jīng)馴化，混合菌耐受礦漿濃度從10g/L提高到50g/L。在浸礦液中加入0.4g/L的酵母粉，轉(zhuǎn)速為180rpm的條件下，中等嗜熱混合馴化菌可浸出黃銅

8、礦精礦中74％的銅。通過反應(yīng)器攪拌浸出實驗，該混合菌浸出黃銅礦的效果有了進(jìn)一步提升。50g/L的礦漿濃度下，攪拌浸出20天后，銅的浸出率為81％。在小規(guī)模柱浸反應(yīng)器中，該中等嗜熱浸礦富集微生物對于低品位黃銅礦具有一定的浸出能力，60天的浸出時間黃銅礦浸出率為40.8％。
　　 2.在60d柱浸的前、中、后三個階段中，存在相類似的細(xì)菌種群類型，主要包括：L.ferriphilum，S.thermotolerans以及At.cald

9、us。在反應(yīng)器運行初期(20d)，L.ferriphilum在黃銅礦浸出體系中占有很高豐度(81％)，隨著浸礦的進(jìn)行，L.ferriphilum豐度逐漸降低，在浸礦60d時，L.ferriphilum所占比例降低到13％；前期S.thermotolerans的豐度為16％，浸礦末期(60d)，S.thermotolerans在總的微生物群落中所占比例顯著上升，達(dá)到79％。
　　 四、人工構(gòu)建中等嗜熱微生物群落浸出黃銅礦的研究

10、r>　　 1.通過將分離純化的中等嗜熱菌混合可以構(gòu)建浸礦能力強的微生物群落。中等嗜熱混合菌At.caldus S2、L.ferriphilum YSK、F.thermophilum L1和Sulfobacillus sp.ZW-1的組合對含有大量堿性脈石、難處理的黃銅礦具有較好浸出效果。
　　 2.當(dāng)浸礦體系中同時含有自養(yǎng)(At.caldus S2和L.ferriphilumYSK)和兼性營養(yǎng)(F.thermophilum L