永平和铜陵两种硫化铜矿的微生物浸出研究

论文摘要

生物冶金技术提取矿石中金属具有成本低、投入小、能耗低、环境污染小等突出优点,特别适于处理贫矿和废矿。与单一细菌浸矿相比,混合菌对金属的浸出效率明显高于单一细菌,混合菌浸出研究成为生物冶金研究的重点。酸性矿坑水中存在广泛的自养、嗜酸的微生物,是生物冶金混合菌的重要来源。在本论文中,作者从中国不同硫化矿区的酸性矿坑水中搜集到17组混合菌,对永平和铜陵硫化铜矿进行混合菌的浸出实验,筛选出了浸出效率较高的混合菌。为提高两地硫化铜矿的浸出率,考查了矿粉驯化混合菌、矿石超声波处理和银离子对提高混合菌对两地黄铜矿浸出效率的影响。最后对永平和铜陵硫化铜矿浸出效率最高的两组混合菌,用CGAs（群落基因组芯片）对浸出过程不同时期微生物群落组成进行了研究。采自不同地域的混合菌浸出效率具有明显差别,接种微生物的浸出体系浸出铜的能力明显要好于无菌对照组。对不同性质硫化矿,同一组混合菌的浸出能力也存在差异。浸出24天,铜陵硫化铜矿混合菌YS2-2浸出率最高,其浸出率为68.69%;浸出16天,永平硫化铜矿混合菌G的浸出率最高,为27.12%。对矿石进行超声波处理,同样条件下浸出24天,铜陵矿各组的浸矿效率提高3%—41%;永平矿各组浸矿效率提高3%—4%,超声波对铜陵矿的浸出影响更明显。10mg/l的Ag+作为催化剂被加入到浸矿体系中,同等条件下浸出24天,铜陵矿浸出率提高17.53%-19.63%,其中混合菌YS2-2浸出率最高,为94.63%;永平矿浸出率提高32.31%-34.54%,其中混合菌G浸出率最高,为70.04%。对浸出永平硫化矿效率最高的混合菌G和浸出铜陵硫化矿混合菌YS2-2,应用CGAs芯片分析其群落结构得知,两浸出液中微生物群落结构和过程演变不同。混合菌YS2-2浸出铜陵硫化铜矿的体系中有A.ferrooxidans、A.thiooxidans、A.caldus、Sulfobacillus sp.、Alicyclobacillus sp.、actinobacterium 8ev、Arthrobacter globiformis、Acidisphaera sp.、Actinomyces naeslundii、Ferromicrobium sp.S-4、Leptospirillum sp.等11种菌生长,其中A.ferrooxidans、A.thiooxidans、Alicyclobacillus sp.为主要菌株,浸出过程中这三种菌在群落的比例先由开始的61.82%上升到第十天时的66.37%,后下降到第20天的53.75%。混合菌G浸出永平硫化铜矿的体系中有S.ferrooxidans、A.thiooxidans、Alicyclobacillus sp.、Acidisphaera sp.、Arthrobacterglobiformis、Sulfobacillus sp.、Leptospirillum sp.等7种菌生长,开始浸出时以A.ferrooxidans和Alicyclobacillus sp.Arthrobacterglobiformis为主要菌株,占总量的85.59%;到第10天,三者在群落中的比例下降到68.57%,到第20天上升到88.05%,其原因主要是Alicyclobacillus sp.从41.85%下降到11.82%又上升43.76%引起的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 微生物冶金产业化进展
• 1.2 微生物冶金细菌学研究进展
• 1.2.1 酸性矿坑水AMD中的微生物种类
• 1.2.2 硫化矿浸出体系中的微生物种类
• 1.2.3 AMD环境和浸矿体系中的微生物的协同作用
• 1.2.4 基因芯片技术及其在环境微生物研究中的应用
• 1.3 微生物冶金过程强化进展
• 1.3.1 菌种选育强化浸出
• 2+和Fe³⁺强化浸出'>1.3.2 Fe²⁺和Fe³⁺强化浸出
• 1.3.3 原电池效应强化浸出
• 1.3.4 表面活性剂强化浸出
• 1.3.5 外加电场磁场强化浸出
• 1.3.6 超声波强化浸出
• 1.3.7 其它强化浸出因素
• 1.4 课题的研究目的与研究内容
• 1.4.1 依据和目的
• 1.4.2 论文课题受资助情况
• 1.4.3 论文的主要研究内容
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 矿石性质
• 2.1.1 永平硫化铜矿性质
• 2.1.2 铜陵硫化铜矿性质
• 2.1.3 培养基
• 2.1.4 试剂与仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 矿粉驯化 AMD中混合菌
• 2.2.2 摇瓶实验条件
• 2.2.3 菌泥全 DNA提取
• 2.2.4 浸出液中基因组 DNA的提取
• 2.3 测试分析方法
• 2.3.1 X射线衍射测定黄铜矿组成变化
• 2.3.2 血球板对活性细菌计数
• 2+浓度'>2.3.3 原子吸收光谱测定浸出液中Cu²⁺浓度
• 2.3.4 pH计测定浸出液pH和E值
• 2+浓度'>2.3.5 重铬酸钾滴定法测定浸出液中Fe²⁺浓度
• 第三章 铜陵硫化铜矿微生物浸出实验研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 矿样预处理
• 3.1.2 混合菌驯化
• 3.2 各组混合菌群对铜陵硫化铜矿的浸出差异
• 3.2.1 矿粉驯化对各组混合菌浸出率的影响
• 3.2.2 经矿粉驯化后混合菌对铜陵硫化铜矿浸出能力的差异
• 3.3 过程强化对矿粉驯化后各组混合菌浸出效率的影响
• 3.3.1 矿粉超声波处理对混合菌浸出铜陵硫化铜矿的影响
• 3.3.2 银离子对混合菌浸出铜陵硫化铜矿的影响
• 3.4 讨论
• 3.4.1 铜陵矿石高浸出率的可能原因
• 3.4.2 Ag催化剂的成本和适用范围
• 3.4.3 铜陵矿石的生物浸出前景
• 3.5 本章小结
• 第四章 永平硫化铜矿生物浸出实验研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 矿样预处理
• 4.1.2 混合菌驯化
• 4.2 矿粉驯化后混合菌对永平硫化铜矿的浸出差异
• 4.2.1 混合菌矿粉驯化对各组混合菌浸出率的影响
• 4.2.2 经矿粉驯化后各组混合菌对永平硫化铜矿的浸出能力差异
• 4.3 过程强化对矿粉驯化后各组混合菌浸出效率的影响
• 4.3.1 矿粉超声波处理对混合菌浸出永平硫化铜矿的影响
• 4.3.2 添加银离子对混合菌浸出永平硫化铜矿的影响
• 4.4 讨论
• 4.5 小结
• 第五章 应用群落基因组芯片分析浸出过程中的群落结构
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 浸出液中混合菌总DNA的抽提和纯化
• 5.1.2 16S rRNA，iro，cbbQ，gyrB和pufM基因的PCR扩增和纯化
• 5.1.3 芯片的设计和构建
• 5.1.4 DNA的荧光标记
• 5.1.5 芯片杂交
• 5.1.6 图像处理和数据分析
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 铜陵硫化铜矿浸出过程中群落变化情况
• 5.2.2 永平硫化铜矿浸出过程中群落变化情况
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果