（微生物学专业论文）斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿生物浸出及机理.pdf

博士学位论文 摘要 摘要 斜方蓝辉铜矿( a n i l i t e ) 是c u s 体系中的一种，1 9 6 9 年被 m o r i m o t o 发现，化学式为c u l 7 5 s 或c u 7 s “m o r i m o t o ，1 9 6 9 ，2 0 0 0 年在我 国被首次报道 薛纪越，2 0 0 0 。斜方蓝辉铜矿生物浸出的研究至今没 有报道。本项目在国家重大基础研究( 9 7 3 ) 计划项目( 2 0 0 4 c b 6 1 9 2 0 4 ) 、 国家创新研究群体科学基金项目( 5 0 6 2 1 0 6 3 ) 的资助下，对斜方蓝辉铜 矿、铜蓝和黄铜矿的生物浸出及机理进行了研究，主要工作及创新点 如下： ( 1 ) 浸矿细菌的分离鉴定及理化性质分析 本文采用双层固体平板分离纯化和鉴定了两种浸矿细菌，嗜酸氧 化亚铁硫杆菌和喜温硫杆菌，分别对两种菌的理化性质和重金属离子 对其影响进行了研究。嗜酸氧化亚铁硫杆菌可以氧化亚铁和单质硫， 最适生长温度为3 5 ，最适p h 为2 o 2 5 之间，对c u 2 + 、c r ”、c d 2 + 和p b 2 + 有较好的抗性。喜温硫杆菌d x 一2 可以氧化单质硫和硫代硫酸 钠，不能氧化亚铁，最适生长温度为4 5 。c ，该菌对重金属离子的抗 性不如嗜酸氧化亚铁硫杆菌。 ( 2 ) 斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿的生物浸出 用嗜酸氧化亚铁硫杆菌和喜温硫杆菌进行了斜方蓝辉铜矿、铜蓝 和黄铜矿的浸出，考察了四个体系：不加单质硫也不加亚铁体系，添 加单质硫体系，添加亚铁体系，既加单质硫又加亚铁体系。在所有体 系中，喜温硫杆菌浸出液中铜离子浓度和无菌浸出液的铜离子浓度差 别不大，喜温硫杆菌对斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿氧化作用不明显。 当喜温硫杆菌和嗜酸氧化亚铁硫杆菌共同作用于矿物时，它能加强嗜 酸氧化亚铁硫杆菌对三种矿的浸出。单质硫的加入能提高斜方蓝辉铜 矿的浸出率，但不能提高铜蓝和黄铜矿浸出率。亚铁的添加能明显提 高斜方蓝辉铜矿铜的浸出，在一定范围内浸出液的铜离子浓度和加入 的亚铁浓度呈线性关系，加入亚铁的量越多，铜离子浓度越高；亚铁 的加入能提高铜蓝的浸出速率，但不能提高浸出率；亚铁的加入能提 高无菌黄铜矿的浸出率，但不能明显提高嗜酸氧化亚铁硫杆菌对黄铜 矿的浸出。 ( 3 ) 细菌氧化斜方蓝辉铜矿、铜蓝及黄铜矿的微观机理研究 对浸出后的固体残渣进行扫描电镜观察发现，有大量的细菌吸附 博士学位论文摘要 于斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿表面，且细菌大部分吸附于矿物表面 裂隙和晶体缺陷处；斜方蓝辉铜矿和铜蓝表面没有发现腐蚀小坑，黄 铜矿表面出现了细菌形状的腐蚀小坑，有细菌吸附的表面变得粗糙， 没有细菌吸附的地方仍然较为光滑。 在添加硫酸亚铁体系中，斜方蓝辉铜矿不同浸出周期产生浸渣的 能谱分析结果表明：在接种嗜酸氧化亚铁硫杆菌的矿物，表面铜元素 随着时间增加逐渐减少，元素硫随着浸出时间增加逐渐增加，最后在 表面形成了多孔的硫层。对嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出后的斜方蓝辉铜 矿矿渣进行x 一衍射分析发现，主要成分为黄钾铁矾，含有少量的铜 蓝和单质硫。斜方蓝辉铜矿的氧化分为两个步骤：第一是斜方蓝辉铜 矿被氧化成铜蓝，第二步是铜蓝进一步被氧化成铜离子。 在添加硫酸亚铁体系中，铜蓝不同浸出周期的固体残渣进行扫描 电镜和能谱分析结果表明：在接种嗜酸氧化亚铁硫杆菌体系中，矿物 表面铜元素随着时间增加逐渐减少，元素硫随着浸出时间增加缓慢增 加，但没有形成多孔的硫层。 在既不加硫也不加亚铁体系，黄铜矿浸出后固体残渣的能谱分析 显示，随着浸出时间的延长，矿物表面c u 原子的重量百分比是逐渐 降低，f e 原子的重量百分比逐渐增加，s o 在矿物表面积累，逐步形 成硫膜。 ( 4 ) 斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿氧化的电化学机理研究 采用循环伏安电化学研究方法对斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿在 有菌或无菌酸性体系中的电化学行为进行研究。斜方蓝辉铜矿一碳糊 电极在9 k 电解质溶液的循环伏安曲线表明，在- 0 6 5 v 和一0 2 5 v 左右 存在阳极峰a l 、a 2 ，在o v 和一o 7 v 左右存在阴极峰c 1 、c 2 。当浸矿 细菌加入该体系进行循环伏安曲线分析发现，在加菌体系中，阳极峰 a 1 的起始峰电位和峰电位都负移。 铜蓝一碳糊电极在9 k 电解质溶液条件下的循环伏安曲线表明， e = - 0 5 0 v 、e = 一0 1 5 v 、e = o 7 2 v 附近出现阳极峰a 1 、a 2 、a 3 ， 负向扫描时在e 一0 5 5 v 、e 一0 1 3 v 出现了阴极峰c 1 、c 2 。辉铜矿是 铜蓝氧化的中间产物。浸矿细菌加入9 k 电解质溶液中，阳极峰a 3 的 峰电流增大。 黄铜矿一碳糊电极在9 k 电解质溶液中的循环伏安曲线表明，在 0 0 7 2 、0 4 7 、i v 左右分别出现黄铜矿的阳极氧化峰a 3 、a 2 、a 1 。阴 极方向在o v 时出现还原峰c 1 。其中a 2 是黄铜矿的直接氧化峰，黄铜矿 l l 博士学位论文摘要 氧化后形成c u h f e h s ：一：中间产物，对矿物表面继续分解起钝化作用。 黄铜矿电极在高电位下形成氧化峰a 1 ，亚铁离子被氧化成铁离子，氧 化峰a 3 为中间产物辉铜矿的氧化峰。还原峰c 1 可能是阳极氧化反应的 产物为反应物的电流峰，单质硫还原形成铜蓝。当扫描速率大时，新 增氧化峰a 4 和还原峰c 2 ，是氧化还原产物积累在矿物电极的表面，来 不及扩散，形成峰。 关键词斜方蓝辉铜矿，铜蓝，黄铜矿，嗜酸氧化亚铁硫杆菌，喜 温硫杆菌，生物浸出 i i i 博士学位论文 a b s t ra c r a bs t r a c t a n i l i t ei sac o m p o u n do ft h ec u - sg r o u p i tw a sd i s c o v e r e db y m o r i m o t oi n19 6 9 ( m o r i m o t oe ta 1 ，19 6 9 ) i t sm a t r i xp h a s ec a nb e e x p r e s s e da sc u l7 5 s i nc h e m i c a lf o r m u l a a n i l i t ew a sf o u n di nt h e z i j i n s h a nc o p p e rm i n e ，f u j i a np r o v i n c eo fc h i n ab yx u ea n dc o - w o r k e r i n2 0 0 0 ( x u ee ta 1 ，2 0 0 0 ) t h er e p o r to fa n i l i t eb i o l e a c h i n gi sn o tf u n d t h i sr e s e a r c hw a ss u p p o r tb yt h en a t i o n a lb a s i cr e s e a r c hp r o g r a m ( 9 7 3 p r o g r a m ) o fp rc h i n a ( n o 2 0 0 4 c b 6 l9 2 0 4 1a n dc h i n e s es c i e n c e f o u n d a t i o nf o rd i s t i n g u i s h e dg r o u p ( n o 5 0 6 210 6 3 ) b i o l e a c h i n ga n d m e c h a n i s mo fa n i l i t e ，c o v e l l i t ea n dc h a l c o p y f i t ew e r es t u d i e di nt h i s p a p e r t h em a i nw o r k sa n di n n o v a t i o n sw e r ei n d i c a t e da sf o l l o w e d ： ( 1 ) i s o l a t i o n ，i d e n t i f i c a t i o n a n d p h y s i o l o g i c a l - b i o c h e m i c a l c h a r a c t e r so fb i o l e a c h i n gb a c t e r i a t w os t r a i n so fb i o l e a c h i n gb a c t e r i aw e r eu s i n ge n r i c h m e n tm e d i u m a n dt h e np u r i f i e do no v e r l a i ds o l i dm e d i u m t h e yw e r ea c i d i t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s 以f e r r o o x i d a n s ) a n da i c d t h i o b a c i l l u sc a l d u s 似c a l d u s ) t h e m o r p h o l o g i c a l ，p h y s i o l o g i c a l b i o c h e m i c a l c h a r a c t e r so f a f e r r o o x i d a n sa n da c a l d u sw e r es t u d i e d t h ee f f e c to fd i f f e r e n th e a v y m e t a l s ( c u 2 + ，c r 3 + ，c d 2 + ，s n 2 + ，p b 2 + ) o ng r o w t h i n h i b i t i o nw a s i n v e s t i g a t e d a f e r r o o x i d a n sw a sa b l et o o x i d i z ef e r r o u si r o na n d e l e m e n t a ls u l f u r t h eo p t i m u mt e m p e r a t u r ea n dp h so fa f e r r o o x i d a n s w e r e3 5 a n d2 o 2 5 a f e r r o o x i d a n se x h i b i t e dah i g hd e g r e eo f r e s i s t a n c et oc u 2 + 、c r 3 + 、c d 2 + a n dp b 2 + a c a l d u sw a sc a p a b l eo f g r o w t h b yu s i n ge l e m e n t a ls u l f u ro rs o d i u mt h i o s u l f a t ea st h es o l ee n e r g ys o u r c e s i tw a su n a b l et oo x i d i z ef e r r o u si r o n t h eo p t i m u mt e m p e r a t u r eo fa c a l d u sw a s4 5 t h er e s i s t a n c et oh e a v ym e t a l so fa c a l d u sw a sn o b e t t e rt h a na f e r r o o x i d a n s ( 2 ) b i o l e a c h i n go fa n i l i t e ，c o v e l l i t ea n dc h a l c o p y r i t e a n i l i t e ，c o v e l l i t ea n dc h a l c o p y r i t ew e r el e a c h e db yp u r ea n dm i x e d c u l t u r eo fa f e r r o o x i d a n sa n da c a l d u s f o u rs y s t e m sw e r ei n v e s t i g a t e d ： t h es y s t e mw i t h o u ts u l p h u ra n df e r r o u ss u l p h a t e ，t h es y s t e mw i t hs u l p h u r , t h es y s t e mw i t hf e r r o u ss u l p h a t e ，t h es y s t e mw i t hs u l p h u ra n df e r r o u s i v 博士学位论文 s u l p h a t e c o p p e rd i s s o l u t i o ni n t h ea c a l d u sc u l t u r ea n dt h es t e r i l e c o n t r o ll e a c h i n gw e r ea l m o s ts a m ei na l ls y s t e m s a c a l d u sw a su n a b l et o o x i d i z ea n i l i t e ，c o v e l l i t ea n dc h a l c o p y r i t e a f e r r o o x i d a n sa n da c a m u s w a sm o r ee f f i c i e n tt h a nap u r ec u l t u r eo fa f e r r o o x i d a n so ra c a l d u si n l e a c h i n ga n i l i t e ，c o v e l l i t ea n dc h a l c o p y f i t e s u p p l e m e n t a ls u l p h u rc o u l di m p r o v ec o p p e re x t r a c t i o no fa n i l i t e ，b u t c o u l dn o ti m p r o v ec o p p e re x t r a c t i o no fc u sa n dc h a l c o p y r i t e t h ee f f e c t o fs u p p l e m e n t a li r o nc l e a r l yi m p r o v e dc ul e a c h i n gb yt h ea f e r r o o x i d a n s c u l t u r ea n dt h em i x e dc u l t u r e c o p p e rc o n c e n t r a t i o no fa n i l i t eb i o l e a c h e d b ya f e r r o o x i d a n sw a si n c r e a s e db yq u a n t i t yo fs u p p l e m e n t a li r o n t 1 1 e r a t eo fc o v e l l i t eb i o l e a c h e db ya f e r r o o x i d a n sw a si n c r e a s e db u tc o p p e r e x t r a c t i o n tw a sn o ti n c r e a s e d b yq u a n t i t y o fs u p p l e m e n t a li r o n s u p p l e m e n t a li r o ni n c r e a s e do b v i o u s l yc o p p e re x t r a c t i o no fc h a l c o p y r i t e i nt h es t e r i l ec o n t r 0 1 h o w e v e r , i tc o u l dn o ti n c r e a s em a r d e d l yc o p p e r e x t r a c t i o no f c h a l c o p y r i t eb ya f e r r o o x i d a n sl e a c h i n g ( 3 ) m i c r o s c o p i cm e c h a n i s mo fb i o l e a c h i n go fa n i l i t e ，c o v e l l i t e a n dc h a l c o p y r i t e s o l i dr e s i d u e so fa f e r r o o x i d a n sl e a c h i n gs y s t e m sa f t e r15d a y s w e r ee x a m i n e db ys c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o s c o p e ( s e m ) t h er e s u l t s s h o wt h a tt h eb a c t e r i aa t t a c h e dt os i t e sw i t hv i s i b l es u r f a c es c r a t c h e s c e l l s i z e da n d - s h a p e dp i t sw a sf o u n do nt h ec h a l c o p y r i t es u r f a c e ，w h e r e a s n os u c hp i t sw e r eo b s e r v e do nt h ea n i l i t ea n dc o v e l l i t es u r f a c e t h e c h a l c o p y r i t es u r f a c eb e c a m er o u g hw i t hb a c t e r i aa t t a c h m e n t ，a n dt h e s u r f a c ew a ss m o o t hw i t h o u tb a c t e r i aa t t a c h m e n t i nt h es y s t e mw i t hf e r r o u ss u l p h a t e ，o nt h ea f e r r o o x i d a n sl e a c h e d a n i l i t es o l i dr e s i d u e s ，c o p p e rd r o p p e do f fa n ds u l f u ri n c r e a s e dg r a d u a l l y w i t hb i o l e a c h i n g s u l f u rc o a t i n gl a y e rw a sp r e s e n t e da sar e a c t i o np r o d u c t o nt h es u r f a c eo ft h eb a c t e r i a l l yl e a c h e da n i l i t e s o l i dr e s i d u eo fa f e r r o o x i d a n sl e a c h i n gs y s t e m sa f t e r 15d a y sw a se x a m i n e db yx - r a y d i f f r a c t i o np a r e r n s j a r o s i t ew a sc o n f i r m e da st h em a i np h a s eo fs o l i d r e s i d u e si na f e r r o o x i d a n sb i o l e a c h i n g s u l p h u rw a sa l s od e t e c t e db e s i d e c o p p e rs u l p h i d e ( c u s ) o nt h es o l i dr e s i d u e s i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a t l e a c h i n go fa n i l i t ew a sp e r f o r m e di nt w os t a g e s ：( a ) f o r m a t i o no f c o v e l l i t e ( c u s ) ，a n d ( b ) t h eo x i d a t i o no fc o v e l l i t e ( c u s ) v 博士学位论文 i nt h es y s t e mw i t hf e r r o u ss u l p h a t e t h ee d a xa n a l y s i so ft h ea 扣啪o x i d a n s l e a c h e dc o v e l l i t es o l i dr e s i d u e si n d i c a t e dc o p p e rd r o p p e do 髓 a n ds u l f u ri n c r e a s e dg r a d u a l l yw i t hb i o l e a c h i n g ，b u ts u l f u rc o a t i n gl a y e r w a sn o tp r e s e n t e da sar e a c t i o np r o d u c to nt h es u r f a c eo ft h eb a c t e r i a l l y l e a c h e dc o v e l l i t e s o l i dr e s i d u eo fa f e r r o o x i d a n s1 e a c h i n gs y s t e m sa f t e r l5d a y sw a se x a m i n e db yx r a yd i f f r a c t i o np a t t e m s j a r o s i t ew a sd e t e c t e d b e s i d ec o p p e rs u l p h i d e ( c u s ) o nt h es o l i dr e s i d u e s h o w e v e rs u l f u rw a s n o tf o u n do nt h er e s i d u e s i nt h es y s t e mw i t h o u ti n i t i a ls u l p h u ra n df e r r o u ss u l p h a t e t h ee d a x a n a l y s i so ft h ea f e r r o o x i d a n sl e a c h e dc h a l c o p y r i t es o l i dr e s i d u e s i n d i c a t e dc o p p e rd r o p p e do f f , a tt h es a m et i m ei r o na n ds u l f u ri n c r e a s e d g r a d u a l l yw i t hb i o l e a c h i n g j a r o s i t ew a sp r e s e n t e da sar e a c t i o np r o d u c t o nt h es o l i dr e s i d u e s ( 4 ) e l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o ro fa n i l i t e ，c o v e l l i t ea n de h a l c o p y r i t e e l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o ro fa n i l i t e c o v e l l i t ea n dc h a l c o p y f i t ew a s s t u d i e di nt h ep r e s e n c eo ra b s e n c eo fb a c t e r i ai n9km e d i a t h ec y c l i c v o l t a m m o g r a m so fa n i l i t e c a r b o np a s t ee l e c t r o d ef o u n dt h a tt w oa n o d i c c u r r e n tp e a k s ，a1a n da 2 ，a p p e a r e da t o 6 5 va n d o 2 5 vr e s p e c t i v e l y t h ec a t h o d i cc u r r e n tp e a kc1a n dc 2w a so b s e r v e d t h e yw e r em o n i t o r e d a to va n d 0 7 vr e s p e c t i v e l y t h ea n o d i cp e a k salw a so b v i o u s l ys h i f t e d t ot h en e g a t i v ew h e nb a c t e r i aw a sa d d e d t h ec y c l i cv o l t a m m o g r a m so fc o v e l l i t e c a r b o np a s t ee l e c t r o d ei n9 km e d i af o u n dt h a tt h r e ea n o d i cc u r r e n tp e a k s ，a1 ，a 2a n da 3 ，a p p e a r e d a t 0 0 5 v 0 15 va n d0 7 2 vr e s p e c t i v e l y t h ec a t h o d i cc u r r e n tp e a kc1 a n dc 2w a so b s e r v e d t h e yw e r em o n i t o r e da t 0 5 5 va n d 0 13 v r e s p e c t i v e l y a f e r r o o x i d a n sm a k e dp e a ka 3c u r r e n ti n c r e a s e t h ec y c l i cv o l t a m m o g r a m so fc h a l c o p y r i t e c a r b o np a s t ee l e c t r o d e i n9km e d i af o u n dt h a tt h r e ea n o d i cc u r r e n tp e a k s ，al ，a 2a n da 3 ， a p p e a r e da tiv , 0 4 7 va n do 0 7 vr e s p e c t i v e l y t h ec a t h o d i cc u r r e n tp e a k c1w a so b s e r v e da n dm o n i t o r e da t0 v i n t e r m e d i a t ep r o d u c t s ( c u l 一，f e l - y s 2 - 。) f o r m e do nt h em i n e r a ls u r f a c ea f t e rc h a l c o p y d t eh a db e e n o x i d i z e du n d e ra n o d i cc u r r e n tp e a ka 2 i tc a u s e df u r t h e ro x i d a t i o nv e r y d i 伍c u l t 、h e np o t e n t i a lw a s0 7 va n df o r m e dp e a ka 1 ，f e z + w a s o x i d i z e dt of e j 十i n t e r m e d i a t ep r o d u c t sc h a l c o c i t ew a so x i d i z e da ta n o d i c v l 博士学位论文a b s t r a c t c u r r e n tp e a ka 3 i nt h ea n t i s c a n n i n gp r o c e s s ，s u l f u rw a sd e o x i d i z e dt o c u sa tc a t h o d i cc u r r e n tp e a kc1 a n o d i cc u r r e n tp e a ka 4a n dc a t h o d i c c u r r e n tp e a kc 2w e r ea p p e a r e dw h e ns c a n n i n gr a t ew a sb i g g e r p r o d u c t s l u nu pt oo nt h es u r f a c eo fe l e c t r o d ea n df o r m e dp e a k k e y w o r d s a n i l i t e ，c o v e l l i t e ， c h a l c o p y r i t e ， a c i d i t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s ，a i c d t h i o b a c i l l u sc a l d u s ，b i o l e a c h i n g v h 博十学位论文第一章文献综述 1 1 生物浸出技术概况 第一章文献综述 生物浸出又称微生物浸出或细菌浸出，它是利用自然界中存在的某些细菌实 现从硫化矿石或精矿中提取贵金属和基本金属实质上是加速硫化物自然转 化成氧化物的湿法冶金过程 r o h w e r d e r ，2 0 0 3 。此法特别适于处理贫矿、废矿及 难采、难选、难冶矿的堆浸和就地浸出。与传统处理工艺相比，微生物浸出技术 具有设备投资少、生产费用低、环境污染轻并且容易治理等突出优点，而且具有 良好的发展前景 b o s e c k e r ，1 9 9 7 ：周吉奎，2 0 0 5 。 1 2 浸矿细菌种类及特点 1 2 1 浸矿细菌种类 目前，已知的浸矿菌种有多种，它们可在有氧的情况下，通过氧化硫化矿、 铁离子、元素硫等来获得能量，并通过固定碳或其它有机营养物而生长。用于硫 化矿生物浸出的菌种主要属于极端嗜酸细菌 r o h w e t d e v , 2 0 0 3 ，根据温度范围， 在生物冶金过程中起作用的浸矿菌主要可分为3 类。 ( 1 ) 嗜中温细菌( m e s o p h il e ) 。最佳生长温度3 0 - - 4 5 ，主要包括嗜酸氧 化亚铁硫杆菌( a j c d i t h i o b a c i l u sf e r r o o x i d a n s ) ，嗜酸氧化硫硫杆菌 ( a i c d i t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s ) ，氧化亚铁钩端螺旋菌( l e p t o s p i r i l l u m f e r r o o x i d a n s ) 姚国成，2 0 0 3 。 现在经典的生物浸矿细菌属于嗜酸硫杆菌属 k e l l y ，2 0 0 0 ，嗜酸氧化亚铁 硫杆菌( a c i d i t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s ，简称a t 3 是5 0 多年前从富集的酸性矿坑 废水中分离到的 c o l m e r ，1 9 4 7 ，至今在生物浸出中仍起着非常重要的作用，它 属于革兰氏阴性无机化能自养微生物，可以利用硫或还原性硫化合物以及亚铁作 为能源，二氧化碳为碳源生长 c a b r e r a ，2 0 0 5 ：m a h m o u d ，2 0 0 5 。对溶液中的 c u 2 + 、c a 2 + 、m 9 2 + 、f e 2 + 、a 9 2 + 、a u 2 + 等金属离子有一定的耐受力 d a s ，1 9 9 7 。这类细 菌的形状呈短杆状，长1 0 - - 一1 5 1 1m ，宽0 5 - - 0 8 pm ，端极生鞭毛。每个细胞 表面都有粘液层，能运动。最佳生长温度为3 0 ，最佳生长p h 是2 0 - - - , 3 0 。 它氧化二价铁的速度比同样条件下空气中的氧的纯化学氧化速度2 x1 0 5 倍，氧 化黄铁矿的速度快1 0 0 0 倍，氧化其它硫化物的速度可加快数十到数倍 l a c e y ， 1 9 7 0 ；姚英杰，2 0 0 4 。该菌种浸矿的适宜温度为3 0 , - - - 3 5 ( 2 ，温度过高或过低， 其浸矿性能均下降。 博士学位论文第一章文献综述 自从1 9 2 2 年w a k s m a n 和j o f f e 分离得到嗜酸氧化硫硫杆菌以来，嗜酸氧化硫硫 杆菌( a i c d i t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s ，简黼d 以其快速氧化单质硫以及还原 态的硫化物而为人们所熟知 姜国芳，2 0 0 5 。该菌为短杆状，0 5 x ( 1 0 - - 2 o ) um ，专性自养好气的革兰氏阴性菌，生长p h 为0 5 6 o ，最适p h 为2 o 3 5 ，生 长温度为1 0 - - - 3 7 ，最适温度为2 8 3 0 ，栖居于硫和硫化矿矿床，不能氧化亚 铁离子，但能够生长在元素硫及一些可溶性硫化合物上 s u z u k i ，1 9 6 5 ： s a n t h i y a ，2 0 0 0 ：c h e n ，2 0 0 4 ；l i u ，2 0 0 4 ，将浸出过程中产生的元素硫氧化，研 究认为嗜酸氧化硫硫杆菌能增强氧化亚铁硫杆菌的浸矿作用 k o n i s h i ，1 9 9 4 ： q i u ，2 0 0 5 。 氧化亚铁钩端螺旋菌( l e p t o s p i r i l l u mf e r r o o x i d a n s ，简称d 是一类专 性自养铁氧化细菌，革兰氏阴性，最适生长p h l 5 1 8 ，在p h l 2 时仍能很好的 生长 r a w l i n g s ，2 0 0 2 ，最适生长温度3 7 5 c ，最高4 5 c ，它只能氧化溶液中的 亚铁离子，对元素硫及硫化矿物无氧化作用。该菌在自然界常与氧化亚铁硫杆菌、 氧化硫硫杆菌及喜温硫杆菌等共同存在，并一起参与金属硫化矿的氧化和溶解过 程，因此，这类细菌被广泛地应用到微生物浸矿 刘缨，2 0 0 3 ；v d s q u e z ，1 9 9 7 ； c o r a m ，2 0 0 2 。 ( 2 ) 中等嗜热细菌( m o d e r a t et h e r m o p h i l e ) 。最佳生长温度4 5 - - 5 5 c ，主要 有s u l f o b a c i l l u s 菌属：已鉴定的有喜温硫杆菌( a c i d i t h i o b a c i l l u sc a l d u s ) ， 嗜热硫氧化硫杆菌( s u l f o b a c i l l u st h e r m o s u _ l f i d o o x i d a n s ) ，嗜酸硫化杆菌 ( s u l f o b a c i l l u sa c i d o p h i l u s ) 姚国成，2 0 0 3 。 喜温硫杆菌( a c i d it h i o b a c i l l u sc a l d u s , 简称a c ) 为革兰氏阴性细菌，短 杆状，菌体大小( 0 6 o 8 ) ( 1 2 ) l ai l l 。最适生长温度在4 0 - - 4 5 之间，最低 温度2 4 ，最高温在5 5 左右，最适生长p h2 0 , - 一3 0 ，代时8 h h a l l b e r g ， 1 9 9 4 ， 。化能自养，可利用硫磺、四硫酸盐、硫代硫酸盐等为能源生长 b u g a y t s o v a ，2 0 0 4 ；h a ll b e r g ，1 9 9 6 。近年来人们对一些中高温连续浸矿反应 体系进行微生物分子生态学研究发现，喜温硫杆菌作为浸矿过程中重要的硫氧化 细菌占着总数的较大比例 r a w l i n g s ，1 9 9 9 ：f o u c h e r a ，2 0 0 3 ；o k i b e ，2 0 0 3 ， 并从中分离到纯菌株 n o r r i s ，1 9 9 9 ；o k i b e ，2 0 0 3 ：刘缨，2 0 0 4 。a c 在浸矿中 可能的作用：去除矿表面抑制浸矿的硫层，释放有机化合物促进异养和混合营养 型菌生长，产生表面活性剂溶解固态硫 d o p s o n ，1 9 9 9 。 嗜热硫氧化硫杆菌( s m 五o b a c i l l u st h e r m o s u f i d o o x i d a n s ) ，能产生内 生孢子，以抵抗不利环境，最适生长温度5 3 ，最适生长p h1 5 ( f e 2 + 培养基) 或2 5 ( s 。培养基) 的杆状细菌，很强的f e 2 + 氧化能力，利用元素硫及还原型无 机硫化物的能力不强 丁健南，2 0 0 7 。 2 博士学位论文第一章文献综述 ( 3 ) 高温嗜热菌( e x t r e m et h e r m o p h il e ) 。最佳生长温度6 0 8 5 ，包括酸 菌属( a c i d i a n u s ) 、金属球菌属( m e t a l l o s p h a e r a ) 和硫叶菌属( s u l f o l o b u s ) 丁 健南，2 0 0 7 ， 万座酸菌( a c i d i a n u sm a n z a e n s i 曲最适生长温度6 5 。在f e 2 + 培养基中， 最适p h l 5 ：在9 k - s o 培养基中，最适p h 2 5 ，细胞为不规则的球形，大小和形态 在不同能源培养基中有较大差异，在以s o 为能源的9 k 培养基中，细胞表面凹陷， 而在以f e 2 + 为能源的培养基中，细胞近似饱满的球形，表面附着明显的胞外物质， 属于兼性化能自养菌。从y n 2 5 菌株对供试的4 种无机能源物质的利用情况来看， 以s o 、f e 2 + 最好，k 。0 。s 。次之，n a ：s ：0 。最差 丁健南，2 0 0 7 。 其中，嗜中温菌和中等嗜热菌己成功应用于硫化矿的生物氧化中，在低于4 5 时以嗜中温菌为主：在4 5 6 0 范围内，以中等嗜热细菌为主。高温嗜热细菌 在实验室已进行了扩大试验，但还未进行大规模的工业应用 姚国成，2 0 0 3 。 1 2 2 混合菌种 采用分子生物学方法对生物冶金环境中微生物的组成进行分析，结果表明存 在多种细菌。h a r r i s o n 和w o o d 等人研究了其它酸性菌株的特性及各浸矿菌株混合 使用效果，认为由于各菌株对铁离子、元素硫及其它金属离子的不同作用，混合菌 株具有优势互补作用 h a r r s i o n ，1 9 8 6 ：w o o d ，1 9 8 4 。b a t t a g li a - b r u n e te ta l 发 现嗜酸氧化亚铁硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌混合浸出黄铁矿时，混合浸出速率 比单独浸出的速率有显著提高 b a t t a 9 1 i a b r u n e t ，1 9 9 8 。i s h i g a k i 研究固体废 弃物焚烧成灰烬后的金属浸出时，发现用铁氧化细菌的浸出金属的能力较高，但 是耐受灰烬的能力有限；硫氧化细菌有较高的灰烬耐受能力，但金属浸出能力有 限，把两种细菌混合浸出时，显示了较好的浸出效果 i s h i g a k i ，2 0 0 5 。o i u 等 用嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌浸出黄铜矿时，发现两种菌混合浸出 的铜高于一种菌单独浸出的结果 q i u ，2 0 0 5 。嗜酸氧化亚铁硫杆菌、氧化亚铁 钩端螺旋菌和嗜酸氧化硫硫杆菌三