專利名稱：利用硫氧化細菌消除黃銅礦浸出過程鈍化膜的方法
專利說明利用硫氧化細菌消除黃銅礦浸出過程鈍化膜的方法 本發明涉及到一種利用硫氧化細菌和鐵氧化細菌組成復合菌種，在微生物浸礦過程中消除因鐵氧化細菌代謝而在黃銅礦表面形成的鈍化膜，從而提高銅浸出速率和浸出率的方法。生物冶金現代工業應用主要有兩個方面硫化銅礦的生物浸出始于上個世紀五十年代；難處理金礦的預氧化技術廣泛地應用于黃金工業已有20多年的歷史。目前，鈾、錳、鉛、鎳、鈷、鋅、砷、鐵等幾乎所有的硫化礦都可利用細菌浸出。占我國銅礦資源70％以上的黃銅礦是細菌最難氧化的原生硫化礦。特別是細菌浸出過程中某些硫化物形成在礦物表面的鈍化膜影響了銅離子的進一步浸出。生物浸出黃銅礦反應速率低、浸出率低，限制了其工業化廣泛應用。本發明的目的是提供一種利用硫氧化細菌消除因鐵氧化微生物代謝而在黃銅礦表面形成的鈍化膜的方法，從而得到能明顯提高黃銅礦金屬浸出速度和浸出率的復配菌種。
黃銅礦細菌氧化浸出時的化學過程是三價鐵的氧化作用，可表示為MS+2Fe3++H+→M2++2Fe2++H2S+初始硫產物的形態則與礦物酸溶與否的性質有關，酸可溶性的黃銅礦產生H2S+(H2S2)按多硫化物途徑經化學氧化或細菌氧化，最終產出元素硫。元素硫在黃銅礦表面聚集形成鈍化膜阻止進一步的浸出。在硫氧化細菌的存在下，元素硫不斷被氧化成硫酸，硫酸和鐵氧化細菌產生的Fe3+又能促進黃銅礦的溶解。
具體步驟如下利用硫氧化細菌消除黃銅礦浸出過程鈍化膜的方法，將喜溫硫桿菌和鐵氧化細菌菌體分別用基本鹽培養基懸浮后，采用中高溫復合浸礦菌種對1％-5％礦漿濃度的黃銅礦進行浸出，浸礦溫度40-55℃，初始pH值1.6，攪拌轉速500-600rpm，每間隔一定時間取樣用原子吸收光譜測定法測定黃銅礦浸出液的Cu2+含量。所述中高溫復合浸礦菌種的細菌組成為嗜鐵鉤端螺旋菌∶嗜酸喜溫硫桿菌＝1∶0.5～2。
所述硫氧化細菌和鐵氧化細菌的篩選和培養方法為從酸性礦山廢水、溫泉等采集的樣品用含元素1％元素硫培養基在45℃下富集15天，用梯度稀釋法在Na2S2O3固體培養基上進行涂布，挑選培養基上生長出的乳白色單落，反復劃線分離純化，直至在顯微鏡下鏡檢菌體形態一致的純菌株，分離出大量喜溫硫桿菌菌株。對所篩選的細菌進行16SrRNA序列測定和生理生化鑒定，結果為中度嗜熱嗜酸的喜溫硫桿菌。采用1％元素硫培養基測定菌株氧化硫的能力，從中篩選出硫氧化能力最強的喜溫硫桿菌菌株在45℃下采用5％硫代硫酸鈉(Na2S2O3)培養基中添加0.1％的葡萄糖培養7天，得到大量硫氧化細菌，10000rpm離心10min收集菌體。
具有氧化亞鐵能力的嗜鐵鉤端螺旋菌為生物冶金重點實驗室分離得到保藏的菌株。采用測定亞鐵氧化能力和測定黃鐵礦、黃銅礦氧化能力的方法，從實驗室分離得到的大量菌株中篩選出高效的鐵氧化細菌。分別在45℃下采用9K培養基培養7d后10000rpm離心10min收集菌體。9K培養基(g/L):(NH4)2SO43；KCl 0.1；K2HPO40.5；MgSO4·7H2O 0.5；Ca(NO3)20.01g；FeSO4·7H2O 44.7。
本發明具有以下特點(1)廣泛篩選鐵和硫氧化細菌，分別測試對鐵和硫的氧化能力，篩選出能力強的菌株進行組合。無需誘變或者進行基因工程技術等復雜操作，技術相對簡單，周期短、成本低；與誘變育種和基因工程菌比較，復合菌種不會輕易發生退化或者回復突變以及質粒丟失等現象，遺傳性狀穩定，并且環境適應性好，易于在環境中定殖。
(2)篩選出的復合菌種兼有鐵氧化和硫氧化能力，浸出體系中酸度更低，不易在黃銅礦浸出過程中形成明顯的硫或黃鉀鐵礬覆蓋在礦物表面，從而有效消除鈍化膜。與單純的鐵氧化細菌相比，浸出速率更快，浸出率更高。實施例1.采用喜溫硫桿菌細菌與嗜鐵鉤端螺旋菌細菌濃度比例為1∶1的復合菌種在35℃、40℃、45℃和50℃條件下對黃銅礦精礦(成分分析見表1)進行10L攪拌槽浸出實驗。礦樣銅含量為29.06％，鐵含量25.96％，硫含量30.46％，以原生黃銅礦為主。礦漿濃度2％，接種后細菌濃度為1×107個/mL，初始pH值1.6，轉速500rpm。原子吸收光譜測定法測定黃銅礦浸出液的Cu2+含量，并間隔一定時間用蒸餾水補充所蒸發水分。平行實驗兩組。20天后浸出結果如表2。
表1所用黃銅礦的主要成分的質量百分比含量
表2不同溫度下黃銅礦浸出率與浸出速率的比較
結果表明，中高溫復合菌種浸出黃銅礦45℃效果最佳。
實施例2.采用喜溫硫桿菌細菌與嗜鐵鉤端螺旋菌細菌濃度比例分別為1∶1/2、1∶1和1∶2的中高溫復合菌種對黃銅礦精礦進行10L攪拌槽浸出實驗。礦樣成分如上。礦漿濃度2％，接種后細菌濃度為1～2×107個/mL，浸礦溫度45℃，初始pH值1.6，轉速500-600rpm。原子吸收光譜測定法測定黃銅礦浸出液的Cu2+含量，并間隔一定時間用蒸餾水補充所蒸發水分。同時采用嗜鐵鉤端螺旋菌純菌浸出黃銅礦作為對照。20天后浸出結果如表3。
表3復合菌種與純菌浸出黃銅礦浸出率與浸出速率的比較
結果表明，黃銅礦精礦的攪拌槽浸出過程，中高溫復合浸礦菌種最佳組合為嗜鐵鉤端螺旋菌∶喜溫硫桿菌＝1∶2。
實施例3.采用喜溫硫桿菌細菌與嗜鐵鉤端螺旋菌細菌濃度比例為1∶2的中高溫復合菌種對礦漿濃度為1％、3％和5％的黃銅礦精礦進行10L攪拌槽浸出實驗。礦樣成分如上。接種后細菌濃度為1～2×107個/mL，浸礦溫度45℃，初始pH值1.6，轉速500-600rpm。原子吸收光譜測定法測定黃銅礦浸出液的Cu2+含量，并間隔一定時間用蒸餾水補充所蒸發水分。20天后浸出結果如表4。
表4不同礦漿濃度下黃銅礦浸出率與浸出速率的比較
權利要求
1.利用硫氧化細菌消除黃銅礦浸出過程鈍化膜的方法，其特征在于將喜溫硫桿菌和鐵氧化細菌菌體分別用基本鹽培養基懸浮后，采用中高溫復合浸礦菌種對1％-5％礦漿濃度的黃銅礦進行浸出，浸礦溫度40-55℃，初始pH值1.6，所述中高溫復合浸礦菌種的細菌組成為嗜鐵鉤端螺旋菌嗜酸喜溫硫桿菌＝1∶0.5～2。
全文摘要
本發明涉及到一種利用硫氧化細菌在微生物浸礦過程中消除黃銅礦表面鈍化膜的方法。篩選嗜酸喜溫硫桿菌，與嗜鐵鉤端螺旋菌復配形成復合菌種。該復合菌種與單純的嗜鐵鉤端螺旋菌相比，對黃銅礦浸出速度和浸出率大大提高。鐵氧化細菌代謝產生元素硫在黃銅礦表面聚集形成鈍化膜阻止進一步的浸出，而在硫氧化細菌的存在下，元素硫不斷被氧化成硫酸促進黃銅礦的溶解。該菌種復配技術有利于開發利用占我國銅礦資源70％以上的原生硫化礦(黃銅礦)。
文檔編號C22B15/00GK101016583SQ200610032460
公開日2007年8月15日 申請日期2006年10月25日 優先權日2006年10月25日
發明者邱冠周, 周洪波, 符波, 曾偉民, 柳建設, 劉晰, 劉飛飛 申請人:中南大學