嗜中温混合菌对含砷金矿预氧化的研究

论文摘要

随着金矿资源的不断开采,易处理矿日益减少,难处理金矿将成为今后黄金工业的主要资源。因此,品位低、难处理金矿资源的合理、高效、环保地开发利用已成为全球面临的重大课题。而利用生物预氧化方法对硫化矿进行处理,能够解离包裹在硫化矿中的自然金,提高后续的氰化浸出效果,从而使金的回收率得以大幅度提高。本文采用嗜中温混合菌对含砷金矿的预氧化进行了研究:本文从富集筛选嗜中温混合菌出发,用含砷金矿将取自山东某地的野生菌群进行富集,经过长时间驯化后得到了脱砷能力较强的菌群,以该菌群为研究对象,采用限制性酶切片段多态性分析（RFLP）方法对菌群进行了16S rRNA基因的系统发育分析,分析了菌群中的群落组成。利用此菌群进行生物预氧化摇瓶实验,本文研究了生物预氧化过程中活化条件对细菌浸出效率的影响,接着利用正交试验方法获得了最佳的预氧化浸出条件,为了提高使其具有更好的脱砷效果,本文还从酸性矿坑水中筛选出一株嗜中温嗜酸的红藻,加入到预氧化体系,使菌群的脱砷能力有了进一步的提高。本文对富集得到的混合菌群进行了微生物群落组成分析,通过对富集体系中的嗜中温混合菌中的细菌、古菌的16S rRNA基因进行的扩增、克隆、RFLP分析以及测序,最后将测序结果与核酸序列数据库中的序列进行比较发现该混合高温菌中细菌主要为Leptospirillum ferriphilum,Acidithiobacillus caldus,未发现有古菌。针对浸矿过程中经常发生菌种退化,活性降低,导致浸出率下降等问题,本文对菌种活化条件进行研究,通过使用不同能源对保藏菌种的活化,并利用活化后菌群进行了生物预氧化实验,实验结果表明,在以9K基本盐为培养基,pH为1.5,接种量为30%,温度为40℃的条件下,以10g/L的FeSO4·7H2O和5%的金矿为活化能源最佳,经此条件活化后,菌种预氧化金矿6天脱砷率达到75%。本文还用低浓度矿浆对菌群进行了二次活化,经过二次活化的菌预氧化金矿6天,脱砷率较一次活化后提高15%左右,达到89%,细菌的氧化活性和脱砷率显著提高。得到了最优活化条件后,本文对该菌群的最佳脱砷条件进行了研究,首先本文对不同温度对脱砷率的影响进行了研究,结果表明45℃时,该菌群的脱砷能力最强,接着本文利用正交试验方法研究了pH值、矿浆浓度、接种量以及充气量这四个因素对预氧化实验的影响,结果表明矿浆浓度为最强影响因素,当pH值为1.6,充气量为0.5L/min,矿浆浓度为5%,接种量为40%时,所得到菌种对金矿的脱砷能力最强,金矿的脱砷率达到91%。为了提高菌群对较高矿浆浓度的适应性,本文通过不断提高矿浆浓度对菌群进行驯化,并引入了其他生物到该菌群中以提高其脱砷效果。本文从从江西德兴某酸性矿坑水中分离得到一株利中温嗜酸的、能利用酵母生长的YSK-1,通过经形态观察和16SrDNA鉴定为Cyanidium caldarium。以酵母浸膏为能源,其最佳生长温度为45℃,最佳生长pH值为1.5。YSK-1单独在浸矿中没有明显作用,而在浸矿混合菌中加入YSK-1,对浸矿效果有显著作用,在矿浆浓度为8%的条件下,在摇瓶实验中金矿预氧化中脱砷率可达86%,比原始脱砷率以提高近10%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物冶金研究进展
• 1.2 生物浸出的工业化技术
• 1.2.1 堆浸法（heap leaching）
• 1.2.2 槽浸（stirred tank leaching）
• 1.2.3 原位浸出工艺（leaching in situ）
• 1.3 嗜热细菌在生物冶金中的研究及应用进展
• 1.3.1 浸矿细菌种类
• 1.3.1.1 浸矿高温菌的种类
• 1.3.1.2 中等高温菌
• 1.3.1.3 极端高温菌
• 1.4 硫化金矿的微生物浸金的原理及工艺
• 1.4.1 硫化金矿的微生物浸金技术原理
• 1.4.2 硫化金矿的微生物浸金主要工艺
• 1.5 本文的研究目的和意义
• 1.5.1 课题受资助情况
• 1.5.2 本文研究的主要内容
• 第二章 中等嗜热混合菌的筛选和群落组成分析
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 矿物来源及分析
• 2.1.2 菌种
• 2.1.3 培养基
• 2.2 中等嗜热高温富集物的微生物群落组成分析
• 2.2.1 总DNA的提取
• 2.2.2 嗜中温混合菌群落组成分析
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 混合高温菌的形态
• 2.3.2 混合高温菌的群落组成分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 生物预氧化菌种活化条件的研究
• 3.1 材料和实验方法
• 3.1.1 菌种
• 3.1.2 培养基
• 3.1.3 矿样
• 3.1.4 菌种活化方法
• 3.1.5 菌种的二次活化
• 3.1.6 脱砷率的测定
• 3.1.7 电位和pH值的测定
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 不同条件活化后脱砷情况
• 3.2.2 不同活化条件下氧化还原电位的变化情况
• 3.2.3 二次活化的脱砷率和氧化还原电位的变化情况
• 3.3 本章小结
• 第四章 中等嗜热混合菌对含砷金矿的生物预氧化
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 菌种
• 4.1.2 培养基
• 4.1.3 矿样
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 温度对脱砷效果的影响
• 4.2.2 正交实验
• 4.2.3 高矿浆浓度的驯化
• 4.2.4 PH值和电位的测定
• 4.2.5 砷离子的测定
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 温度对脱砷效果的影响
• 4.3.2 正交实验结果
• 4.3.3 高矿浆浓度驯化实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 YSK-1的筛选以及其混合浸矿
• 5.1 实验材料
• 5.1.1 菌种来源
• 5.1.2 培养基
• 5.1.3 其他试剂
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 种子液的培养
• 5.2.2 固体平板分离
• 5.2.3 菌株形态观察
• 5.2.4 16S rRNA基因的扩增和测序
• 5.2.5 系统发育树的构建
• 5.2.6 YSK-1最佳生长条件的测定
• 5.2.7 YSK-1生长曲线的测定
• 5.2.8 YSK-1混合浸矿研究
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 细菌的形态特征
• 5.3.2 16S rRNA鉴定结果
• 5.3.3 YSK-1最佳生长条件的测定
• 5.3.4 YSK-1生长曲线的测定
• 5.3.5 YSK-1混合浸矿情况
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果