生物冶金中的微生物及其作用.pdf

生物冶金中的微生物及其作用 李宏煦， 王淀佐 （北京有色金属研究总院， 北京 “ “ “ ） 摘要系统阐述硫化矿细菌浸出体系中细菌的生长及对浸出的作用。分析不同浸矿微生物的代谢特征及对 “ 及元素硫的 氧化作用。讨论细菌浸矿过程微生物直接作用与间接作用观点以及浸矿微生物对硫化矿静电位及浸出过程原电池效应的影响。 关键词冶金技术； 生物冶金； 综述； 微生物； 原电池效应 中图分类号 “ 4 4 5， 4 4 “ ， 8 和A B B 4 “ 5 C 6 7等研究指出，’ 菌主要代谢是氧化 “ 为 “ 而获得能量， 亦可氧 化硫化矿物、 元素硫、 及可溶硫化合物， 如硫代硫酸 盐， 甚至可氧化溶液中的一价铜离子及二价锡离子， 并对溶液中的D 8 ， D E ， F ， “ ， - F ， - 8 等金属离子具有一定的耐受力， 同时固定二氧化碳 以生长 ［ . 1］ 。该菌种浸矿的适宜温度为 , / G， 温度过高或过低， 其浸矿性能均下降。根据浸矿的 实际需要 B D “ E H 7 I D 4 ’ G ’ 2E 4 I G 9 ’ E / 细菌对3 4 / 5及元素硫的氧化作用 在常规浸出条件下，6菌是硫化矿浸出过 程的主导菌种， 其对3 4 / 5及元素硫的氧化作用及 3 4 5的还原可用图/表示［/ ’ 7G 6； G N ’ I ’ 7 F C G F 4 ’ 2； 2 N ’ I ’ 7 F - 9 F ’ I 4G F 4 ’ 2； 7 7 4 7 O E I ’ 2 4 - 2 I ’ 7 F - 9 F - P ’ I D 4 - 2 4 8 9 - I I D ’ 7 4 3 ’ 8 6 / C 2 D 4 E 4 F - 9 F - 7 F 4 - N ’ I ’ 7G 6 自发现细菌浸矿作用以来， 研究工作者就对细 菌氧化亚铁离子而生长的规律即细菌生长动力学进 行了大量研究， 但由于好氧微生物生长过程中， 自然 氧对亚铁离子的氧化、 三价铁的存在对细菌氧化二 价铁的影响及铁矾沉淀的生成， 使建立该过程动力 学模型具有很大难度。早在 “ * 0年， Q 7 8和Q P H 7就研究了6菌氧化二价铁的动力学 ［/ ;］ ， 但 仅围绕细菌数量随时间变化， 未考虑其它因素的影 响。之后， R 2 2 9 4 I 7，M ’ S ’ ’ I 及 4 9 9 研究了在铀、 铜等离子存在时6菌对二价铁离子的氧化动力 学 ［/ * A / T］ ， 结果表明较低浓度的, - / 5和 U B 5离子对 细菌的生长无毒害作用。 “ T B年， 1 2 等人应 用连续培养槽研究了从金矿中分离出的6菌生 长动力学 ［/ “］ ， 应用连续培养槽既可尽量保证细菌生 长过程中培养基保持稳定， 又为金矿预氧化连续槽 浸提供动力学参数。研究认为， 应用连续培养槽可 使6菌生长及3 4 / 5离子的氧化速率加快。 “ T T 年， E 7 4 “ 6 8 ,和 2 6 ; 运 用 光 谱 荧 光 分 析 ［ ］ ， “ “ 9 9和 等人应用 ’ A B蛋白质固定等不同方法， 首先对 C“菌在矿物表面上的吸附及吸附特征进行研究， 试图通过测定溶液中及吸附于矿物表面上C“菌 的数量以说明细菌在浸矿中的作用 ［ A D E］ ， 研究证 实了C“菌在矿物表面的吸附。F 8 4 9 “ 应用扫 描电镜研究得知， 细菌在矿物上的吸附不是随意的， 而是较多吸附于晶体表面的离子镶布点、 位错点上， 使矿物表面形成腐蚀点 ［ ］ 。之后G 2 H - 0等人应用 放射学方法， 针对不同菌种， 研究其在硫化矿物表面 的吸附行为 ［ I］ ， 但由于浸出体系中不同离子的干扰 等复杂性， 并未获得满意结果。 在证明了细菌在矿物表面吸附之后， * - J K 2 与1 , 4 4 8 K 等人进一步提出， 细菌对硫化矿直接浸出 过程为 细菌吸附在矿物表面， 硫化物及硫化物氧化 产物如二价铁离子、 元素硫被细菌氧化， 这些物质的 氧化为细菌代谢和生长提供能量， 而化学氧化释放 的电子则通过细胞壁到达细胞质膜， 在那里作为电 子的最终点与细菌呼吸的氧结合 ［ L］ 。* , 0 8 , - 0 8等人 研究认为，C“在硫化矿表面的直接浸出作用依 赖于一系列如颗粒粒度、 吸附时间及搅拌速度等物 理化学参数， 同时， 这些因素亦影响溶液及固体中细 菌的生长速度、 数量及细菌的性能。* , 0 8 , - 0 8对黄铜 矿、 黄铁矿细菌浸出试验指出， 在这些参数中， 颗粒 粒度影响最大， 当粒度小于’ C ’ J J时， 随着粒度增 大， 矿物表面细菌吸附数量增加， 浸出率会明显提 高， 认为是细菌吸附点变化所致 ［ ］ 。 研究表明矿物粒度、 堆密度、 细菌培养时间、 搅 拌速度等为硫化矿细菌浸出作用的重要影响参数。 在证实了表面细菌吸附后， 需要进一步研究细菌对 于矿物的作用方式。* , - “ . . “ 0认为细菌是以化学吸 附方式在矿物表面作用 ［ - ; N -则认为是 通过物理吸附 ［A O］ 。在支持物理吸附的研究中， M - ; - ; N -与P 2 2 Q 0 “ , 06 - 等人认为静电力是细 菌在黄铁矿、 元素硫表面吸附的唯一有效途径， 并对 细菌对矿物表面接触角及表面电性的影响进行了研 究 ［A O D A ’］ ， R “ 6 - 8 -等人通过对细菌、 矿物及细菌吸附 于矿物表面时表面S “ 9 -电位的测定表明， 细菌和矿 物表面的作用使细胞和矿物表面S “ 9 -电位发生很 大变化 ［A 等人研究了 “ 对人工合成 U 8 *7 - “ 2， ，6 1，A ，0 ，B 5-等。 3 细菌对浸矿过程原电池效应的加强 原电池效应对硫化矿浸出影响的研究已有很长 历史。早在 M D 1 2 2 MF 1 8 S H “ MF J 1 2M 1 ; M “ Q ; D 1 2 N . ’ / 0 1 , “ * * ’ ’ 2 3 0 4 ［V］ .7 F “ 2 F “， D 1 2 2 M J 1 21 ; M D 1 2 E, “ E 8 J “ E1 Q9 J 1 [ D G ［V］ .U J F G J RQ 8 J I J 1 1 H 1 9 “， 9 7 / - ［］ 9I 6 ; / , 6，A B B C，E DA C B ［ C］I , 4 5 / 5“，7 4 ; 5 / 58 9F , / R / / 5 0 ; - 0 / - / ; / , 6，A B K A，JA E J ［ J］P - 0 / ; , 5 5 ，D L L L，A J ［ B］U 1 ; 1 ，3 4 V，N , 0 / - ; / 0 , / , 6，A B B M，E JA J M ［E L］H H，2 T / ; , / - ; / 0 1 ; 1 ; / , 0 , 6 1 0 , 6 5 5 / 5 , 6，A B K J，M A K B ［E D］W / / ;，I / , 6 9A B B K，E KA J A ［M A］F 5，I / O 5 / 5 9G 1 / 0 / , 6，A B B K，E KD J ［M D］U 4 H，3 H，2 5 / / / 5 , ; / 4 0 , S ’ , / - 5 , 1 / ; ; 673， 4 ; ;YP，I - . / 6 F 9N , / , / 4 ; 5 / , 6，A B J K， L B ［M C］ / 1 , ;YP 93 5 / , 0 - , 4 6 ; / 0 , / 0 , / 5 , 1 / 5 5 / / 0 , 5 , 1 / 7 / , 0 / / T； 0 ; ; 5 - ； 5 0 0 4 / C 第D期李宏煦等 生物冶金中的微生物及其作用 万方数据