中度嗜热氧化硫细菌及中度嗜热氧化亚铁细菌在难处理铜精矿浸出中.pdf

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1、中度嗜热氧化硫细菌及中度嗜热氧化亚铁细菌在难处理铜精矿浸出中的应用骆海朋,杨秀山(北京市疾病预防控制中心,北京100013;首都师范大学 生物系,北京100037)摘要:从山西某大型煤矿的煤矸石堆中取样,用选择性培养基筛选到了一株中度嗜热氧化硫细菌和一株中度嗜热氧化亚铁细菌,并对其生理特性进行了初步研究。中度嗜热氧化亚铁细菌最适温度为55左右,为专性化能自养菌,通过将二价铁氧化成三价铁获得生长能量。嗜热的氧化硫细菌最适温度为55左右,为兼性化能自养细菌,可以通过氧化硫、二价铁获得生长能量,同时还能在LB培养基上以异养方式生长。对比这两种细菌对铜精矿的浸出能力,中度嗜热氧化硫细菌较中度嗜热氧化亚

2、铁细菌更易使浸出体系维持较低的pH,浸出能力更强。关键词:微生物冶金;中度嗜热菌;铜精矿中图分类号:TF18 文献标识码:A文章编号:1009-2617(2003)02-0079-03收稿日期:2002-12-30作者简介:骆海朋,1976-,男,北京人,硕士研究生,现从事微生物检验工作。在我国,铜矿资源非常紧缺,并且易开采铜矿日趋减少,每年需要大量进口。采用传统的火法冶金技术处理难选冶的高含硫铜矿石会对环境造成污染,并且效果也不是很好。微生物冶金是一项非常有前景的技术,它对环境的污染几乎为零,而且成本低,易于操作。自1958年美国Kennecot(肯尼柯特)公司用细菌法浸出铜成功以后,微生物

3、冶金技术取得了很大的进展。在美国,采用细菌法提取的 铜 占 美 国 铜 年 产 量 的11%,在 智 利 占 到20%1,2。但微生物冶金的氧化速度慢是其重要缺点。堆浸、地浸通常要持续几个月甚至几年。一年内铜矿废石堆的最大浸出率也只有60%,速度较快的搅拌浸出也需至少一周左右的时间。采用嗜高温细菌进行微生物浸出是解决这个问题的有效途径之一。目前应用于铜精矿微生物浸出的菌种主要是常温细菌,如氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌,这类细菌的生长温度在2040之间。国外曾有人用人工培育的耐高温细菌进行微生物冶金,这种细菌可以耐受6080的高温,但这种细菌的细胞壁很脆弱,经不起矿浆系统的搅拌摩擦,在对矿石进行

4、氧化时,一般矿浆浓度不能超过5%3。中度嗜热细菌的耐受温度范围是4060,研究比较多的有Sulfobacillus、A cidi m irobium、Leptospirillum thermoferrooxidans。在澳大利亚的M t.leyll铜矿,1 a的浸出试验证明,用中度嗜热菌处理铜精矿在经济上和技术上是可行的。在国内,用中度嗜热菌对铜精矿进行微生物浸出的研究尚未见有报道,所以进行此项研究具有重要的理论及实践意义。1材料和方法1.1菌种取自山西一大型煤矿的煤矸石堆中,堆表面温度为78,pH为3.0左右。煤矸石中富含硫及铁。1.2培养基改良的9K培养基4,以亚铁(Fe2+)为唯一的能源

5、;改良的W akesman5培养基,以元素硫为唯一的能源;pH2.0的LB培养基6。第22卷第2期(总第86期)2003年6月湿法冶金Hydrometallurgy of ChinaVol.22 No.2(Sum.86)Jun.20031.3 培养条件嗜热氧化亚铁细菌接种于锥形瓶中的9K培养基中,于55恒温水浴摇床中振荡培养。摇床转速140 r?m in。氧 化 硫 细 菌 在55条 件 下,接 种 于W akesman培养基中,补充5%的二氧化碳后静止培养。1.4 营养类型的鉴定氧化二价铁能力的鉴定:将菌种接种于9K培养基中,摇床振荡培养,根据二价铁离子浓度的变化判断氧化亚铁的能力。氧 化

6、硫 能 力 的 鉴 定:将 菌 种 接 种 于W akesmans培养基中,根据氧化过程中pH及硫酸根浓度的变化判断氧化硫的能力。异养生长能力的鉴定:将菌种接种于pH2.0的LB培养基中,根据菌量的增长情况判断是否能够进行异养生长。1.5 对铜精矿的浸出矿石成分:Cu 15.57%,Fe 41.11%,S 34.26%,A s 0.81%。矿石中60%70%的颗粒小于200目。矿浆浓度为1%。培养基:改良的9K培养基,其中FeSO47H2O质量浓度为20 g?L。接种量:单菌种试验时,氧化硫细菌和氧化亚铁细菌的接种量各为10%,混合菌试验时,氧化硫细菌和氧化亚铁细菌的接种量各为5%。在培养基被

7、氧化成红棕色时,加入矿石浸出铜。对浸出过程中铜离子、pH值的变化随时进行测定。1.6测定方法用K2Cr2O7氧化法测定Fe2+的浓度,用原子吸收法测定浸出液中铜的浓度,用EDTA络合滴定法测定硫酸根的浓度。2 结果与讨论2.1 菌种的筛选用改良的9K培养基获得嗜热的氧化亚铁细菌,用补充5%二氧化碳的改良W akesmans培养基获得嗜热的氧化硫细菌。2.2 细菌的生理特性2.2.1 中度嗜热氧化亚铁细菌该菌在9K培养基中于55、搅拌转速为140 r?m in的 恒 温 水 浴 摇 床 中 生 长 迅 速,在W akesman培养基中生长缓慢,在LB培养基中生长受到抑制。为化能专性自养菌。在9K

8、培养基中,于55恒温水浴摇床中培养36 h,亚铁氧化率为85%,最大氧化速度为0.503 kg?(m3h),而一般的常温氧化亚铁硫杆菌的氧化亚铁最大速率为0.105 kg?(m3h)6。2.2.2中度嗜热氧化硫细菌该菌在补充5%二氧化碳的W akesmans培养基中,静止条件下生长良好,最终培养基的pH值降到1.0。在9K培养基中也能通过氧化亚铁获得生长能量。在9K培养基中,于55、恒温水浴摇床中培养36 h,亚铁氧化率为79.5%。在LB培养基上也能以异养方式生长。由此判断该菌为兼性化能自养细菌。2.3 对铜精矿的浸出结果这两种细菌的生理特性不同,在浸出过程中pH值的变化也不同。未加入矿石的

9、菌液初始pH值在2.0左右。无菌试验中,加入矿石后,pH值迅速上升到2.5,表明浸出过程耗酸。单独用嗜热氧化亚铁细菌进行试验,前期体系pH保持在2.0左右,后期上升,主要原因是这类铜精矿的浸出过程耗酸,并且嗜热氧化亚铁细菌不具有氧化硫的能力。而单独用嗜热氧化硫细菌浸出时,体系pH值在中期即下降到1.5,并保持在1.52.0之间,表明此菌有较强的氧化硫的能力,可以使浸出液维持在较低的pH水平上。混合菌的试验结果表明,体系pH值一直保持在1.52.0之间。pH值是细菌浸出过程中一个十分重要的因素,对铜精矿的浸出速度影响非常大。铜精矿的浸出结果如图1所示。图1铜浸出率随浸出时间变化曲线08湿法冶金2

10、003年6月在初始阶段,中度嗜热氧化亚铁细菌、氧化硫细菌和混合菌的氧化速率均较稳定,到后期,中度嗜热氧化硫细菌对铜精矿的浸出速度加快,可能的原因是中度嗜热氧化硫细菌可以将铜精矿浸出过程中形成于矿粒表面的硫膜氧化形成硫酸使体系pH保持在较低的水平。两种菌混合浸出的效果并不理想。浸出16 d后,中度嗜热氧化亚铁细菌的浸出率最终为58.0%,中度嗜热氧化硫细菌的浸出率最终为93.20%,混合菌的浸出率为58.8%,无菌对照的浸出率为28.0%。所以,针对该类型铜精矿,宜采用中度嗜热氧化硫细菌进行浸出。3 结论用改良的9K培养基分离出一株中度嗜热氧化亚铁细菌。氧化亚铁细菌的最适生长温度为55左右,最适

11、pH值为2.22.3,能够迅速氧化亚铁,但是氧化硫的能力比较弱。所以在铜精矿的浸出过程中不能维持较低的pH值,不利于对铜的浸出。用W akesman培养基,于55条件下,分离出一株中度嗜热氧化硫细菌。该菌的最适温度为55左右,以硫粉为能源,补充5%二氧化碳后,生长良好。除具有氧化硫的能力外,也具有氧化亚铁的能力,并且能够在LB培养基上以异养方式生长,为兼性化能自养细菌。在对铜精矿进行浸出时能维持体系较低的pH值,有利于铜的浸出。参考文献:1Henry L,Ehrlich.Past,Present and Future of biohydromet2allurgyJ.Hydrometallurg

12、y,2001,59(1):127-134.2Brierley J A,Brierley C L.Present and Future CommercialApplicaions of Biohydrometallurgy J.Hydrometallurgy,2001,59(2):233-239.3Douglas E.Biom ining:Theory,M icrobes and Indurstrial Pro2cessM.Gegetoun tex:Landes bioscience.1997.4M elvinp Silvernman andDonald GLungdgren.Studieson

13、 theAutotrophilic Iron Bacterius Ferrobacillus FerrooxidansJ.Bacteriol,年号,77(5):642-647.5 邱定藩,杨显万.湿法冶金M.北京:冶金工业出版社,1998.6 Nemati M,Harri won S T L.A Comparative Studies ofThermophile and M esophile Bioleaching of Ferrous J.M inerals Engneering,2000,13(1):19-24.Leachi ng of Copper from Copper Concent

14、rate withM oderately ThermophilicIron-oxidizi ng Bacterium and Thermophilis Sulfur-oxidi ai ng BacteriumLUO Hai2Peng,YAN G Xiu2shan(B eijing Center f or D isease P revention and Control,B eijing100013;D epartm ent of B iology,Cap ital N orm al U niversity,B eijing100037)Abstract:A moderately thermop

15、hilic iron2oxidizing bacterium and amoderately thermophilic sulfur2oxidiz2ing bacterium were isolated from gangue heap in Shanxi using selective culturemedium.The thermophiliciron2oxidizing bacteriums tolerative temperature and pH is 55and 2.22.3,respectively.It isobligatechemolithotroph and can gro

16、w by oxidizing Fe2+to Fe3+.Themoderately thomophilic sulfur2oxidizing bac2terium tolerative temperature is 55,it is facultative autotroph,can grow by oxidizing Fe2+and elementalsulfur in LB culture medium.Results of bioleaching of copper concentrate using the two bacterium showthat themoderately thermophilic sulfur2oxidizing bacterium can keep system at low pH in favor of bioleach2ing of copper concentrate.Key words:moderately thermophilic bacteria;m icrobioleaching;copper concentrate18第22卷第2期骆海朋,等:中度嗜热细菌在难处理铜精矿浸出中的应用