中等嗜热菌生物强化促进黄铜矿精矿浸出研究

摘要

黄铜矿作为重要的铜矿资源，占世界已探明硫化铜矿资源的70％。生物冶金是一种有效的金属提取方法，已被广泛用于黄铜矿浸出研究。但由于生物浸出黄铜矿动力学缓慢，浸出率低，致使其工业化应用受到限制，因而开展有效且经济的黄铜矿生物促进浸出研究将无疑是缓解中国及世界铜资源危机的重要举措。生物强化概念源自于生物修复，而本研究中主要利用生物强化调控措施，探究了生物强化在促进黄铜矿氧化分解中的可行性，结合浸出理化参数及Real-time QuantitativePCR(Q-PCR)群落结构分析结果阐明了不同代谢特性中等嗜热浸矿菌在不同时间、不同投加量条件下的强化措施对黄铜矿浸出的影响。
　　 本研究中首先构建了一个含有铁/硫氧化代谢、自养菌/兼性自养菌、古菌/细菌的 Acidithiobacillus caldus/Leptospirillumferriphilu/Ferroplasma thermophilum(分别简写为 At.caldus/L.ferriphilum/F.thermophilum)共培养体系。根据黄铜矿精矿生物浸出所有结果（包括理化参数、群落结构及矿渣分析）将后续生物强化研究分为三个时期:前期强化（浸出第5天）、中期强化（浸出第13天）和后期强化（浸出第24天）。
　　 兼性自养的古菌F.thermophilum生物强化浸出黄铜矿研究中，主要探究了不同时期不同强化投加量对黄铜矿浸出的影响。研究结果显示:古菌F.thermophilum前期生物强化促进Cu2+浸出，且促进浸出效果与强化投加量正相关;而中后期F.thermophilum生物强化对Cu2+浸出产生抑制作用，且强化投加菌量越大，抑制效应越强。古菌F.thermophilum L1在不同时期加入时，均能促进L.ferriphilum YSK和At.caldus s2在体系中的生长繁殖;而L.ferriphilum YSK的大量存在反过来抑制F.thermophilum L1过多生长。
　　 严格自养的亚铁氧化细菌L.ferriphilum生物强化实验中分别进行了前期和中期强化研究，研究结果表明:L.ferriphilum前期两种投加量均显著提高了Cu2+浸出速率。在浸出第15天时，前期强化实验组Cu2+浸出率为100％，而对照实验组的Cu2+浸出率为34.80％;另外，中期强化伴随投加菌量的增加，对Cu2+的浸出由促进浸出作用转为抑制作用。L.ferriphilum前、中期强化均促进了硫氧化细菌At.caldus生长繁殖，但均抑制了F.thermophilum的生长。
　　 自养的硫氧化细菌At.caldus在黄铜矿生物调控浸出研究中分别进行了前期和中期不同投加量的强化研究，研究结果表明:At.caldus的前期和中期强化均能促进黄铜矿的浸出，但前期强化效果较佳，且其最终Cu2+浸出率(约为100％)显著高于对照实验组(88.2％);Cu2+被促进浸出效率与强化投加菌量有关:伴随添加菌量的增加，更多的黄铜矿被氧化分解。At.caldus s2于前期或中期加入，均促进了L.ferriphilum YSK的生长繁殖，并导致F.thermophilum L1生长受限制，但F.thermophilum L1一直存在。
　　 由上述结果证实了生物强化促进黄铜矿的氧化分解的可行性，且亚铁氧化严格自养细菌L.ferriphilum前期强化促进Cu2+浸出效果最佳;F.thermophilum L1、At.caldus s2和L.ferriphilum YSK三种中等嗜热菌之间存在竞争、协同、互惠共生或偏利等作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 中国铜矿资源概况

1．2 生物冶金研究现状

1．2．1 生物冶金及其原理

1．2．2 浸矿微生物

1．2．3 生物冶金的工业应用

1．3 黄铜矿浸出影响因素

1．4 促进黄铜矿浸出的调控措施

1．4．1 理化调控

1．4．2 生物调控

1．5 浸矿微生物群落多样性分析的分子生物学方法

1．6 本文研究目的与主要内容

1．6．1 本文研究的目的及意义

1．6．2 本文主要研究内容

1．7 论文资助情况

第二章 三种中等嗜热菌混合浸出黄铜矿精矿研究

2．1 材料和方法

2．1．1 微生物和培养基

2．1．2 矿物来源及成分分析

2．1．3 黄铜矿生物浸出实验设计

2．1．4 分析方法

2．2 实验结果

2．2．1 中等嗜热菌混合浸出黄铜矿精矿理化参数变化

2．2．2 三种中等嗜热菌群落结构及动态变化

2．3 结果讨论

2．4 本章小结

第三章 兼性自养古菌F．thermophilum生物强化对黄铜矿精矿浸出及群落结构的影响

3．1 材料及方法

3．1．1 微生物和培养基

3．1．2 矿物来源及成分分析

3．1．3 古菌F．thermophilum L1生物强化实验方案

3．1．4 分析方法

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 F．thermophilum L1前期(第5天)生物强化实验

3．2．2 F．thermophilum L1中期(第13天)生物强化实验

3．2．3 F．thermophilum L1后期(第24天)生物强化实验

3．3 本章小结

第四章 自养的铁氧化细菌L．ferriphilum生物强化对黄铜矿精矿浸出及群落结构的影响

4．1 材料及方法

4．1．1 微生物和培养基

4．1．2 矿物来源及成分分析

4．1．3 L．ferriphilum YSK生物强化实验方案

4．1．4 分析方法

4．2 实验结果与讨论

4．2．1 L．ferriphilum YSK前期(第5天)生物强化实验

4．2．2 L．ferriphilum YSK中期(第13天)生物强化实验

4．3 本章小结

第五章 硫氧化细菌At．caldus生物强化对黄铜矿精矿浸出及群落结构的影响

5．1 材料及方法

5．1．1 微生物和培养基

5．1．2 矿物来源及成分分析

5．1．3 At．caldus s2生物强化实验方案

5．1．4 分析方法

5．2 实验结果与讨论

5．2．1 At．caldus s2前期(第5天)生物实验

5．2．2 At．caldus s2中期(第13天)生物强化实验

5．3 本章小结

第六章 结论和展望

6．1 结论

6．1．1 三种中等嗜热菌共培养浸出黄铜矿精矿

6．1．2 古菌F．thermophilum生物强化对黄铜矿精矿浸出及群落结构的影晌

6．1．3 细菌L．ferriphilum生物强化对黄铜矿精矿浸出及群落结构的影响

6．1．4 细菌At．caldus生物强化对黄铜矿精矿浸出及群落结构的影响

6．1．5 三种中等嗜热菌生物强化浸出黄铜矿结果比较

6．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间研究成果