单质硫、亚铁和浮选药剂对黄铜矿生物浸出的影响.pdf

中图分类号Q 窆三窆窆2 U D C5 7 9 硕士学位论文 学校代码 密级 1 0 5 3 3 单质硫、亚铁和浮选药剂对黄铜矿生物浸出的影响 E f f e c to fe l e m e n ts u l f u r , f e r r o u sa n df l o t a t i o nr e a g e n t so n b i o l e a c h i n g o f c h a l c o p y r i t eb ym i x e d b a c t e r i a 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 孙文娟 生物工程 生物冶金 资源加工与生物工程学院 夏乐先副教授 论文答辩日期翌 兰查塾答辩委员会主席 中南大学 二。一三年五月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位 论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用 复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。 作者签名鱼盟导师签名鳓乒期盟年』月上日 硕士学位论文摘要 单质硫、亚铁和浮选药剂对黄铜矿生物浸出的影响 摘要分别用煮沸裂解法和试剂盒法提取6 种浸矿菌的基因组D N A ， 从所提取的基因组D N A 浓度、纯度、回收率和对P C R 扩增反应的影 响方面比较了两种方法的提取效果；用两种方法来处理不同浓度梯度 的一种菌，通过实时定量P C R 来比较两种方法的灵敏性。结果表明 相同处理量 1 0 8 个 的革兰氏阳性菌 1 株 、革兰氏阴性菌 4 株 、 古菌 1 株 经两种方法提取的基因组D N A 差异较大，煮沸裂解法 所得的6 组基因组D N A 更纯，其O D 2 6 0 ／O D 2 8 0 的值更接近1 ．8 “ - 2 ．0 纯 D N A 的O D 2 6 0 ／O D 2 8 0 在1 ．8 ～2 ．0 之间 ，前者所提D N A 回收率最大 可达后者的1 6 ．7 倍；煮沸裂解法只需较少菌 1 0 2 个 便能让实时定 量P C R 检测到所提D N A 模板浓度，比试剂盒法灵敏。 此部分实验分三组，第一组单独添加O ．1g 和0 ．3 2g 单质硫，第 二组单独加O ．2g 、1 ．Og 、1 ．8g 硫酸亚铁，第三组同时添加O ．1g 单质 硫和O ．2g 硫酸亚铁，比较三种情况下浸矿液中的p H 、细菌的铁氧化 活性和硫氧化活性及浸出率。结果显示，添加不同的能源物质，菌群 的氧化活性不同，浸出率也不同，同时添加浓度为O ．1g 单质硫和O ．2 g 硫酸亚铁时，铜的浸出率最高，达到6 6 ．1 1 ％，单独添加这几种物质 时浸出过程都被抑制。 用A ．f e r r o o x i d a n s 和A ．t h i o o x i d a n s 混合浸出黄铜矿，比较添加 5 0m g ／L 乙基黄药和1 0 0m g ／L 丁胺黑药的浸出体系与未加这两种药 剂的浸出体系中浸出率的差异及两种菌的吸附差异，同时比较分析了 加药剂与未加药剂黄铜矿表面的基团变化及比较分析了两种矿的浸 出残渣。结果表明，A ．f e r r o o x i d a n s 在加药剂黄铜矿表面的吸附量最 大，可达到4 ．3 7 1 0 1 0 个／m L ，是它在未加药剂的矿上吸附量的2 0 倍， A ．t h i o o x i d a n s 在两种条件的吸附并异不大，这可能是因为药剂的介 导，增加了细菌在矿表面的吸附位点，但针对不同的菌作用不尽相同。 同时，未加药剂浸出体系中，由于浸出中细菌的铁氧化活性高，生成 较多的F e 3 ，导致后期浸出残渣中有较多的黄钾铁钒。基于药剂的作 用，第2 7 天时，加药剂黄铜矿中铜的浸出率达到9 7 ．1 ％，而不含药 剂黄铜矿中的铜浸出率只有5 8 ％。 关键词黄铜矿；中温浸矿菌；能源物质；浮选药剂；吸附 分类号Q 9 3 9 ．9 7 硕士学位论文 A b s t r a c t E f f e c to fe l e m e n ts u l f u r ，f e r r o u sa n df l o t a t i o nr e a g e n t so n b i o l e a c h i n go fc h a l c o p y r i t eb ym i x e db a c t e r i a A b s t r a c t B o i l i n ga n dK i tm e t h o d sw e r eu s e dt oe x t r a c tg e n o m i cD N A f r o ms i xd i f f e r e n t1 e a c h i n gb a c t e r i a ．T h ee x t r a c t i n ge f f e c t so ft h et w o m e t h o d sw e r ec o m p a r e di nt e r m so ft h ec o n c e n t r a t i o n ，p u r i t ya n d r e c o v e r yo ft h ee x t r a c t e dg e n o m i cD N Aa n dt h ei n f l u e n c eo fe x t r a c t e d g e n o m i cD N A o nP C R ．T h el e v e l so fs e n s i t i v i t yo ft h et w om e t h o d sw e r e c o m p a r e dt h r o u g hR e a l ．t i m eP C Rw h e r et h es a m em e s o p h i l i ca c i d o p h i l e w a st r e a t e dw i t hd i f f e r e n td e c i m a la m o u n t so fc e l l s ．T h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h eg e n o m i cD N Ae x t r a c t e df r o mg r a mp o s i t i v eb a c t e r i a 1s t r a i n ， g r a mn e g a t i v eb a c t e r i a 4s t r a i n s ，a n da r c h a e a 1s t r a i n r e s p e c t i v e l yw i t h t h es a m ea m o u n to fb a c t e r i af10 8c e l l s o fb yt h et w om e t h o d sd i f f e r e dt o l a r g ee x t e n t ．1 1 1 es i xg r o u p so fg e n o m i cD N Ae x t r a c t e dt h r o u g ht h e b o i l i n gm e t h o da r em u c hp u r e rt h a nt h o s ee x t r a c t e dt h r o u g h 瞄tm e t h o d w i t hO D 2 6 0 ／O D 2 8 0v a l u e so ft h ef o r m e rn e a rt h er a n g eo f1 ．8t o2 ．0 t h e O D 2 6 0 ／O D 2 8 0v a l u eo fp u r eD N A f a l l sb e t w e e n1 ．8t o2 ．O ．R e c o v e r yo f g e n o m i cD N At h r o u g ht h ef o r m e rm e t h o dC a nb eu pt o16 ．7t i m e st h a to f t h e1 a R e r ．Ⅵm i l ec o m p a r e dt ot h ek i tm e t h o d ，t h ec o n c e n t r a t i o no f e x t r a c t e dD N At e m p l a t ec o u l db ed e t e c t e db yR e a l t i m eP C Rw i t ha s m a l l e rn u m b e ro fc e l l sf10 zc e l l s w h e nD N Aw a se x t r a c t e db yt h e b o i l i n gm e t h o d ，i nw h i c ha s p e c tt h es e n s i t i v i t y o fb o i l i n gm e t h o di s h i g h e rt h a nt h a to f k i tm e t h o d ． I nt h es t u d y ，t h r e eg r o u p so fe x p e r i m e n tw e r ec a r r i e do u t ．I nt h ef i r s t e x p e r i m e n t ，O ．1ga n dO ．3 2gS uw e r ea d d e dr e s p e c t i v e l y ；i nt h es e c o n d ， O ．2g ，1 ．Oga n d1 ．8gF e S 0 4 ’7 H 2 0w e r ea d d e dr e s p e c t i v e l y ；w h i l ei nt h e t h i r d ，O ．3 2gS ua n d0 ．2gF e S 0 4 。7 H 2 0w e r ea d d e ds i m u l t a n e o u s l y ．p H v a l u e s ，i r o n o x i d i z i n ga c t i v i t ya n ds u l f u r - o x i d i z i n ga c t i v i t yo f t h eb a c t e r i a a n dl e a c h i n gr a t eo ft h et h r e ee x p e r i m e n t sw e r ec o m p a r e d ．T h er e s u l t s s h o wt h a tt h eo x i d i z i n ga c t i v i t yo fb a c t e r i aa n dt h el e a c h i n gr a t eo fo r e a r ed i f f e r e n tw i t ht h ea d d i t i o no fd i f f e r e n te n e r g ym a t e r i a l s ．I nt h et h i r d e x p e r i m e n tw h e r eO ．1ge l e m e n t a ls u l f u ra n d0 ．2gf e r r o u ss u l f a t ew e r e a d d e ds i m u l t a n e o u s l y ，t h ec o p p e rl e a c h i n gr a t ei st h eh i g h e s ta m o n gt h e 硕士学位论文 t h r e ee x p e r i m e n t s ，w i t hav a l u eo f6 6 ．1 ％．I nt h ef i r s ta n ds e c o n d e x p e r i m e n t s ，t h el e a c h i n gi si n h i b i t e d ． 1 1 1 ec h a l c o p y r i t ew a sl e a c h e df r o mm i x e dc u l t u r eo fA ．f e r r o o x i d a n s a n dA ．t h i o o x i d a n s ．T w ol e a c h i n gs y s t e m sw e r ei n v o l v e di nt h i sp a r t ．I n t h ef i r s t l e a c h i n gs y s t e m ，5 0 m g ／Le t h y l x a n t h a t ea n d10 0 m g m b u t y l a m i n ea e r o f l o a tw e r ea d d e dt ot h em i x e dc u l t u r e ，w h i l ei nt h eo t h e r l e a c h i n gs y s t e m ，n o t h i n gw a sa d d e d ．1 1 1 el e a c h i n gr a t e so ft w os y s t e m s w e r ec o m p a r e d ；t h ea d s o r p t i o nd i f f e r e n c e so fA ．f e r r o o x i d a n sa n dA ． t h i o o x i d a n so n t oc h a l c o p y r i t ew i t ha n dw i t h o u tf l o t a t i o nr e a g e n t sw e r e s t u d i e dr e s p e c t i v e l y ；t h es u r f a c eg r o u pc h a n g eo fc h a l c o p y r i t ew i t ha n d w i t h o u t r e a g e n t sw a sa n a l y z e d ；a n dac o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h el e a c h e d r e s i d u e so ft h et w os y s t e m sw e r ec o n d u c t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e m a x i m u m a d s o r p t i o n o fA ．f e r r o o x i d a n sc o u l db ea c h i e v e do n c h a l c o p y r i t ew i t hr e a g e n t s ，u pt o4 ．3 7 x10 川c e l l s ／g ，2 0t i m e st h a to fA ． f e r r o o x i d a n s o n c h a l c o p y r i t e w i t h o u t r e a g e n t s ，w h i l e t h em a x i m u m a d s o r p t i o no fA ．t h i o o x i d a n so nc h a l c o p y r i t ew i t ho rw i t h o u tr e a g e n t sa r e a l m o s tt h es a m e ，w h i c hi sp r o b a b l yd u et ot h er e a s o nt h a tt h em e d i a t e d a c t i o no ff l o t a t i o nr e a g e n t si Sd i f f e r e n tf o rd i f f e r e n tb a c t e r i a ．a l t h o u g hi t i n c r e a s e st h eb a c t e r i a la d s o r p t i o ns i t e so nt h es u r f a c eo fc o n c e n t r a t i o n ．O n t h eo t h e rh a n d ，i nt h el e a c h i n gs y s t e mo fc h a l c o p y r i t ew i t hr e a g e n t s ，al o t o f ja r o s i t ew a sf o u n di nt h ep r e c i p i t a t i o na tt h el a t e rs t a g ed u et ot h el a r g e a m o u n to fF e “ g e n e r a t e db yt h eh i g hi r o n - o x i d i z i n ga c t i v i t yo fb a c t e r i ai n l e a c h i n gp r o c e s s ．O nt h e2 7 md a y ，d u et ot h ea c t i o no ff l o t a t i o nr e a g e n t s ， t h ec o p p e rl e a c h i n gr a t eo fc h a l c o p y r i t ew i t hr e a g e n t si s9 7 ．1 ％，w h i l et h a t o fc h a l c o p y r i t ew i t h o u t r e a g e n t si so n l y58 ％． K e y w o r d s C h a l c o p y r i t e ；M o d e r a t et h e r m o p h i l e s ；E n e r g ym a t e r i a l s ； F l o t a t i o nr e a g e n t s ；A d s o r p t i o n 。 C l a s s i f i c a t i o n Q 9 3 9 ．9 7 V 硕士学位论文目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V 1 绪{ 仑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 生物冶金技术的概念及应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 浸矿微生物种类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．3 细菌在矿物表面的吸附⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 ．1 细菌吸附对矿物表面性质的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 ．2 硫化矿表面性质对细菌吸附的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 ．3 ．3 细菌表面性质对细菌吸附的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．3 ．4 浸矿细菌在硫化矿表面吸附量的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．4 硫化矿浸出的能源物质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．5 浮选药剂在选矿中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．6 本论文的研究目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 煮沸法提基因组D N A 在浸矿菌中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．1 主要仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．2 菌株来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．3 菌体的培养与收集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．2 ．4 方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．3 结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．3 ．1 两种方法提取的D N A 浓度和纯度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 2 ．3 ．2P C R 产物电泳结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯j 2 0 2 ．3 ．3 灵敏度检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 外加不同的能源物质对黄铜矿浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 ．1 菌株及培养条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 V 硕士学位论文 目录 3 ．2 ．2 黄铜矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 ．3 金属离子及硫酸根离子浓度测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 ．4 细胞计数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．2 ．5p H 和电位测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．2 ．6 称重补水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．2 ．7 群落结构分析⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．2 ．8 生物浸出实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 3 ．2 ．9 浸矿菌种驯化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．3 结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．3 ．1 加S o 与加亚铁对混合菌硫氧化活性的对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 3 ．3 ．2 加S o 与加亚铁对混合菌亚铁氧化活性的对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 3 ．3 ．3 对比分析加S o 与加亚铁对黄铜矿浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 浮选药剂对黄铜矿浸出的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 4 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．2 材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．2 ．1 菌株与矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．2 ．2 生物浸出实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．2 ．3 双环己酮乙二酰二腙 B C O 法测C u 2 浓度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．2 ．4 细菌吸附实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．2 ．5 付里叶红外光谱变换 F T ．I R 和残渣分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．3 结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．3 ．1 生物浸出实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．3 ．2 吸附实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．3 ．3F T ．I R 光谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 4 ．3 ．4 浸矿残渣分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 全文结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 V 硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 ．1 生物冶金技术的概念及应用 随着工业的发展，各国对矿产资源的需求量急剧增加，使世界上的高品位、 易选矿石储备量大大降低，随之国际矿产品价格也越来越高，因此人们越来越关 注低品位矿产资源和各种固体废弃物的处理和利用，同时也着力于研究新的矿石 处理工艺。传统的冶金技术主要适合于高品位矿物，但是矿物利用率低、能耗大、 环境污染严重【l 】。从2 0 世纪中叶开始，为了解决这个问题，已经开始研究利用 微生物来处理各种矿石，以期回收其中的有价金属，这种方法为微生物湿法冶金 B i o h y d r o m e t a l l u r g y ，是指利用特殊微生物的代谢活动或代谢产物从矿物或其它 物料中浸取金属的过程，根据微生物所起的作用可分为生物浸出、生物吸附和生 物累积【2 1 。其中关于生物浸出技术的研究较广泛。生物浸出又称生物冶金，是利 用以矿物为能源的微生物将矿物氧化分解，从而使有价金属进入从矿石中溶浸出 来，使其进入溶液，通过进一步的分离、纯化、浓缩来提取金属的高新技术。它 是综合了湿法冶金，矿物加工，化学工程，环境工程和微生物学的多学科的研究 成果【3 】o 这种技术与传统的矿物加工工艺相比，有生产成本低、投资少、流程简 单、回收率高、资源利用广、环境污染少等优点【4 ，5 。。 生物冶金技术在低品位矿的有价金属回收，难处理复杂硫化矿生物预氧化及 矿山污染治理等方面取得重大进展，在工业生产中有广阔的应用前景。在外国， 铀、铜的生物提取及含砷金矿的预氧化己实现产业化。在铀的提取方面，加拿大 利用微生物用浸铀的规模最大、历史最久，美国、法国、西班牙、葡萄牙等国也 实现了微生物浸铀的产业化【6 】。在铜的提取方面，用生物法提取的铜约占世界总 铜产量的2 0 ％，在智利、加拿大、美国、澳大利亚等2 0 多个国家已经实现铜的 生物提取工业化【7 ，引。在含砷金矿的预氧化方面，由于可自然开采的金矿逐渐减 少，含砷难处理金矿己成为开采对象，在这些含砷金矿中，金以微粒成亚显微形 态被包裹在硫化物中或侵染在黄铁矿、毒砂的晶格中，细磨和直接氰化法处理很 难提取出来，用生物的方法，以氧化亚铁硫杆菌等细菌浸出，将外部的包裹层分 解，使金裸露出来，有利于化学浸出，提高金的回收率。目前国外已有1 0 多个 生物氧化提金厂，主要集中在澳大利亚、南非、巴西、美国等地【9 J ，国内也建成 了2 个生物预氧化黄金生产厂。最近2 0 年，已经有近3 0 个国家开展了微生物在 矿冶工程中的研究工作，使生物冶金技术得到了快速发展。 硕士学位论文 l 绪论 1 ．2 浸矿微生物种类 早期的生物冶金实验中研究对象主要为A c i d i t h i o b a c i l l u s 属的嗜酸氧化亚铁 硫杆菌 A c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a F I S 和嗜酸氧化硫硫杆菌 A c i d i t h i o b a c i l l u s t h i o o x i d a n s 这两种菌。随着对浸矿微生物研究的深入，越来越多的浸矿微生物 被发现，包括真菌、细菌和原生动物【l o 】。这些微生物已发展到数十种，涵盖了8 个属【l l 1 2 J ，营养类型从专性自养菌到兼性自养菌、混养菌和异养菌，分别为 嗜酸硫杆菌属 A c i d i t h i o b a c i l l u s 、钩端螺旋菌属 L e p t o s p i r i l l u m 、硫化叶菌 属 s u l f o l o b u s 、硫化杆菌属 S u l f o b a c i l l u s 、酸菌属 A c i d i a n u s 、嗜酸菌 属 A c i d i p h i l i u m 、生金球菌属 M e t a l l o s p h a e r a 和铁质菌属 F e r r o p l a s m a 。 它们有不同的结构特征、营养类型和生理特性，其中硫化矿浸出用的微生物主要 是化能自养型，这些微生物在一定的条件下将元素S 和一些还原态的硫化物氧化 成S 0 4 } ，或者是将F e 2 离子氧化成F e ”离子，从中获得生长所需的能量，并吸 收空气中的C 0 2 合成自身所需要的有机物，以无机氮化合物作为氮源合成细胞 物质【3 J 。在S o 氧化的过程中有H 2 S 0 4 的产生，所以这些微生物通常是在p H 较低 的条件下生长，也可被称为极端嗜酸菌。浸矿微生物受环境影响较大，除了p H 外，影响菌群数量的环境因素还有温度、营养物质、培养基、溶解金属离子和表 面活性剂。目前常用的浸出微生物有细菌、古菌或真菌，主要为铁氧化菌和硫氧 化菌。按这些菌种的最适生长温度可将其分为以下三类【1 3 1 4 】 1 嗜中温菌 A c i d o p h i l em e s o p h i l i cm i c r o o r g a n i s m s 此类微生物是生物浸 出中最常用菌种，适宜生长的温度为2 0 0 C - - 一3 5 0 C ，在3 5 0 C 以上生长受到抑制， 4 5 0 C 以上不能生长，包括硫杆菌属和小螺菌属等。此类常用于硫化矿浸出的菌 种有嗜酸氧化亚铁硫杆菌 A c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s ，简称A ．f e r r o o x i d a n s ， 嗜酸氧化硫硫杆菌 A c i d i t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s ，简称A ．t h i o o x i d a n s ，嗜铁钩 端螺旋菌 L e p t o s p i r i l l u mf e r r o o x i d a n s ，简称三．f e r r o o x i d a n s 等。 A ．f e r r o o x i d a 埘被认为是生物浸矿中的主导菌种，对此种菌的研究也较多。 属假单孢杆菌目中的硫化菌，有鞭毛，具有运动性。化能自养型，能利用简单有 机物和无机盐合成自身的糖、蛋白质、核酸、维生素等复杂细胞物质，主要代谢 是氧化F e 2 为F e ”获得能量，也可氧化S 、硫化矿物及可溶性硫化合物，甚至能 氧化溶液中的c u 、s n 2 ，并能通过驯化提高其对溶液中c u 2 、F e “ 、A 矿、A u 等重金属离子的耐受性。由于依赖硫氧化生存，所以在硫化物矿床氧化带的矿坑 水、硫温泉、硫和硫化矿矿床、煤和含金矿矿矿床等处含量较多。该菌最初用于 铀矿和低品位铜矿的堆浸，后来在难处理金矿的细菌预氧化中也有用到，目前在 矿山废水废渣处理、煤炭和燃油脱硫、去除生活和工业废水的金属离子、清除放 射性水泥等方面都有涉及。 硕士学位论文 1 绪论 A ．t h i o o x i d a n s 为革兰氏阴性菌，棒状，最佳生长p H 范围为2 “ - - 2 ．5 ，最适生 长温度范围为2 8 0 C - - 一3 0 0 C 。不能氧化F e 2 ，以元素硫和一些可溶性硫化合物为 能源。研究表明，在一定的条件下A ．t h i o o x i d a n s 能增强A ．f e r r o o x i d a n s 的浸出效 果【1 5 】。 L ．f e r r o o x i d a n s 为革兰氏阴性菌，呈曲杆状，最适p H 范围为2 ．5 - - 一3 ．0 ，最适 生长的温度为3 0 0 C - - 一3 5 0 C 。不能氧化S o 及硫的化合物，通过氧化F e 2 获得能量， 能降解黄铁矿，但对黄铜矿精矿等其它硫化矿，缺少氧化能力。D S M 2 7 0 5 ，也 即L 1 5 ，是此种菌的代表菌株，由H i p p e 于2 0 0 0 年在亚美尼亚A l a v e r d a 铜矿分 离出来的【1 6 】，一般情况下此种菌与其它的嗜酸菌混合培养可提高其浸矿能力。 T s u c h i y a 等人研究表明L e p t o s p i r i l l u m f e r r o o x i d a n s 及其它菌株的存在能够加速4 ． t h i o o x i d a Y I S 对铜镍硫化矿的浸出【l 7 ，博J 。 2 中等嗜热菌 M o d e r a t ea c i d o p h i l et h e r m o p h i l em i c r o o r g a n i s m s 该类最适 合生长的温度范围在4 0 0 c - - - ．5 5 。C ，可通过氧化F e 2 和硫化矿获得能源，具有自 养、兼养及异养的能力等各不相同。代表性菌种有铁氧化酸微菌 A c i d i m i c r o b i u m f e r r o o x i d a n s ，嗜热硫氧化芽孢杆菌 S u l f o b a c i l l u st h e r m o s u l f i d o o x i d a n s ，简称 ＆t h e r m o s u l f i d o o x i d a n s ，嗜酸硫化芽孢杆菌 S u t f o b a c i l l u sa c i d o p h i l u s ，简称S a c i d o p h i l u s ，喜温硫杆菌 A c i d i t h i o b a c i l l u sc a l d u s ，简称A ．c a l d u s ，嗜热嗜酸 铁质菌 F e r r o p l a s m at h e r m o p h i l u m ，简称Ft h e r m o p h i l u m ，研究最多的