尾礦微生物浸出過程中的微生物

2020-12-04 生物愛生活

微生物浸出技術在低品位礦浸出回收有價金屬和難選精礦的預氧化上雖然已經取得了較大成功,然而,國內外研究者對微生物浸出尾礦的研究還處於起步階段,對於微生物浸出技術中高效浸礦細菌的選育,還有大量的基礎研究和應用研究必須進行。

浸礦微生物多屬於化能自養菌,生長緩慢,而且在浸礦體系中,高濃度的重金屬離子或有機物質都會導致菌體死亡。選育氧化活性高、適應能力強的高效菌株,是微生物浸出技術的重要研究方向

微生物按其代謝類型分為自養型微生物和異養型微生物兩大類群。某些異養菌也具有溶浸金屬礦物的能力,但研究比較充分,在生產中得到實際應用的主要還是自養型微生物。依據這些自養型微生物最適溫度範圍的不同可將其分為三組:中溫細菌、中等嗜熱細菌和極端嗜熱細菌。

中溫細菌是最先被發現,也是應用最為廣泛的細菌,應用較多的菌種有Acidithiobacillus屬的氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)和氧化硫硫桿菌(Acidithiobacillus thiooxidans)。隨著研究的深入,一些研究表明在攪拌浸出和堆浸的中後期,浸礦體系中的優勢菌群已不是中溫細菌,而是中等嗜熱細菌和極端嗜熱細菌。

目前,研究較多的中等嗜熱細菌Leptospirillum 屬的氧化亞鐵鉤端螺旋菌(Leptospirllum ferrooxidans)和嗜鐵鉤端螺旋菌(Leptospirllum ferriphilum)、Sulfobacillus屬的嗜酸硫化芽孢桿菌(Sulfobacillus acidophilus) 以及Acidithiobacillus屬的喜溫嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus caldus),最常用的極端嗜熱細菌有Sulfolobus屬的金屬硫化葉菌(Sulfolobus metallicus)。

極端嗜熱細菌都屬於古細菌,細胞壁中沒有肽聚糖,對礦漿濃度較敏感, 在實際應用中受到一定的限制。中等嗜熱細菌具有堅固的細胞壁結構,在堆浸中能耐受 45℃ 以上的相對高溫,在槽浸中能耐受較高的礦漿濃度和金屬離子濃度,工業應用前景良好。

除了主要的浸礦細菌外,一些輔助細菌在生物浸礦過程中也起了至關重要的作用,目前輔助細菌尚沒有明確分類,通常將單獨使用該菌種進行浸礦時不能有效浸出金屬,而將其與其它浸礦菌種混合使用時又能夠促進金屬浸出的這樣一些微生物,統稱為輔助浸礦細菌。

硫氧化細菌單獨使用時不能有效浸出黃銅礦中的有價金屬,而將其與氧化亞鐵硫桿菌或者氧化亞鐵鉤端螺旋菌混合使用時,在很大程度上促進了金屬離子的浸出,X射線衍射分析表明它們氧化了浸礦過程中在黃銅礦表面形成的硫層,從而促進了黃銅礦的浸出,被認為是主要的輔助細菌,另外,一些異養型細菌也在一定程度上促進了浸礦細菌的浸礦效率,一個可能的原因是微生物浸礦體系中微生物間存在的協同互助作用。大量研究表明,混合細菌對礦物的浸出效果要明顯優於單一菌種,這也引起了人們對開發混合浸礦菌劑的重視

在浸礦微生物篩選方面,經過廣大科技工作者的不懈努力,大量優良的浸礦細菌,包括中溫菌、中等嗜熱細菌和極端嗜熱細菌以及一些浸礦的輔助細菌被從不同的環境中篩選出來。在浸礦細菌的育種方面,國內外也做了大量研究。對於尾礦而言,尾礦專屬浸礦細菌的選育工作目前研究還很少,應用到尾礦生物浸出的菌種多是實驗室保存的菌株,或利用實驗室菌株做簡單的馴化,為數不多的定向選育也僅僅是誘變育種。

尾礦與原生礦不同,尾礦中除含有重金屬外,還含有大量的選礦藥劑,這些選礦藥劑對浸礦細菌的耐受性也提出了更高的要求,因此,選育出適合尾礦的高效浸礦菌種顯得尤為重要,選育符合我國尾礦浸出工藝需求的各類菌種,將是未來的一個重要研究方向

土著細菌比實驗室培養的細菌對本土礦的浸出效果更好,可能的原因是微生物經過長期的進化,形成了特有的對重金屬與有機物質的耐受性,故而對本土礦有更高的親和性。所以從我國典型環境中篩選優良菌株顯得很重要,而微生物群落的研究,又為新的微生物菌種的篩選提供了更多的選擇。

通過調查尾礦區微生物群落組成,一方面,可以為治理此類環境汙染提供參考依據;另一方面,對其微生物多樣性進行分析,對於高效尾礦專屬浸礦細菌的選育、混合浸礦菌劑的開發等都具有重要的理論指導意義

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