中温菌混合浸出黄铜矿过程中群落结构变化及矿物表面硫形态转化的研究

1、 中南大学硕士学位论文中温菌混合浸出黄铜矿过程中群落结构变化及矿物表面硫形态转化的研究姓名：汤露申请学位级别：硕士专业：微生物学指导教师：夏金兰；夏乐先201105 本 文 比 较了 三种典 型铁硫 代谢菌 彳 绕 龌 口 ， ， 凇及 撷 亩 騍 等分析 手 段 比 较分析 了 三 种细 菌 单 独 混合 浸出 黄 铜 矿过程 中 矿 物组成 成 分变 化和 矿 物表 面 硫 的 形 态 转 化。 结 果 如 下 ： 混合 菌 浸出 时 ， 体 系 的 硫 铁氧 化活 性 较单 菌 浸出 有 明显 提高 ，硫的 唔隨分析 结 果 表 明， 黄 钾铁矾 会 在实验 中 逐渐累积， 是钝化作 用

2、 的 主 要 因素， 而元素 硫 的 产量 呈逐 步 下 降 趋势 。 彳 硫 形 态 ； 群 落结 硕 士 学 位 论文， 彳 拗 如 赾 川螂 乃 ， 加锨良 勉 瑚 ， 三 甲 幻 印 护 川“聊甅 ， 猺 巾 】 巧琣 鷒 硕 士 学 位 论文緃 緄 甌撕 曲 祝 痠赃 髈簊 如 喇 ； 譑 硕 士 学 位 论文 黄 铜 矿 微生 物 冶 金 技 术 硕 士 学 位 论文现 在人们认 为 生物 冶 金 过 程 是 一个 化 学 过 程 ， 微 生物 的 作 用主要 是 氧 化可 通 过 硫 代硫 酸 盐 途 径 分 解 瞄 如 图 。 硕 士 学 位 论文够 参 与元 素 硫 及 其

3、他 还 原 性硫 化 物的 氧 化 ， 并生成 质子 以保 持 溶液的 酸 性环 境图 】 揭 示了 在细菌 的 作用下 ， 金 属硫 化 矿 的 溶解 、 硫 氧 化 的 硫 代硫 酸盐 的 途 径 及 多 聚 硫 化 氢 的 途 径 。硫 代硫 酸 盐 的 途 径 中， 在细菌 作 用下 ， 生成 的 ”能氧 化 金 属硫 化 矿 中的 硫 元 素 ， 使金 属硫 化 矿 溶解 ， 而 金 属硫 化 矿 溶解 生成的 徊 奖 谎 趸 蓅 和 最 终 生成 了 。回由黔甲丁 琁圈黄 铜矿 属于 酸 可 溶型 矿 物， 主要 以多 聚 硫 化 氢 途 径 被 细菌 氧 化 浸 出 。张 在海度

4、 的 高 低， 被 细菌 转 化 成 主矿 物 丛 涌 笕 缌 蝾 馕 罄 。 出 现 在较 硕 士 学 位 论文 细菌 群 落 结构 研究 对 生 物 冶 金 应 用 的意义 及 研究 进展文库， 用分 子生 物 学技 术 鏻强、然蛱秸对 文库进行 筛选。 是 经常 被扩增的 酥 庥 糜谏 镆苯 鹬 械 幕 褂 術灿等 基 硕 士 学 位 论文 玛 锄 嬲 等 【 】 运 用 法对 智 利的一个 低 品 位 粗制 硫 化 铜矿 堆 浸 中 微 生 物 群 落 变 化 进行 了长期 的监 测 。研 究贺 治 国等 【 墙 】 利用 技 术 对 镍铜硫 化 矿 生 物 浸 出过 程矿 和 云 浮

5、 硫 铁 矿 中 采得 的共 六 个 酸性 矿 水 样 品 中 的细菌 和 古单 链 构 象 多 硕 士 学 位 论文态 性 浸出 含 钴 黄 铁 矿 过程 中的 细 菌 群 落 演 替 情 况。并 通过荧光 原 位 杂交技 术随 机扩 增 多析 ， 鉴 定 出 了 多个 不 同 的 菌 株 。肖升 木【 擞 肊甈 技 术分析 了 酸 性 矿 水样 品经不同 能 源培养后 其微生物 群 落 结构 变 化 情 况， 结果表 明， 样 品通过不 同 能 源培养后 微生物 群 落 结构 发 生较 大 变 化 ；同 时 ，结合 矿 物 元 素 分析 结果， 发 现 了 培养中使 用的 能 源其组 成

6、越相 似 ， 培养后 的 微生物 群 落 结构 也 越相 似 。是微生物 生态 变 化 规律 ， 是提 高生物 冶 金工 艺水平 的 关键 ， 要 实 现 生物 浸出 过程控 制就必须发 展 快速、 准 确 的 微生物 监控 技 术。目 前， 尽 管生物 冶 金技 术已经 得到 较 快的 发 展 ， 但研 究浸矿 体 系 中的 微生物 生态 学的 时间 还 并 不 长， 对 金属 硫 化矿 物 生物 浸出 过程 中的 微生物 群 落 结构 变 化 、微生物 之 间 的 相 互 作用也 还 不 是很清楚 。 硕 士 学 位 论文深入 研究酸 性环境 或硫 化 矿 浸 出 体 系 中 的微 生物

7、生态 学， 特 别 是 利 用 现 代 分子 生物 学技 术 与传 统微 生物 技 术 结 合 ， 会 发 现 更多 特 殊 的、 具有 浸 矿 应 用 潜 力 的在细菌 作用 下 ， 金 属硫 化 矿 中 的硫 经 过一系 列 的氧 化 反 应 后最 终生成硫 酸 ，氧 化 过程 中 会 产 生多 种 硫 的中 间 产 物及 含 硫 衍生物 ， 如元素硫 、黄 钾 铁 矾 等还 会在矿 物表 面沉 积 ， 形 成钝 化 层 ， 阻 碍 生物 浸 出 的有 效 进行 。 显 然 ， 针 对 金 属硫 化矿 生物 浸 出 过程 中 硫 的分 子 形 态 及 转化 进行 研究， 将 有 助于 阐

8、明 金 属硫 化 矿 的生物浸 出 途 径 。国 内 外 的研究表 明 ， 金 属硫 化 矿 生物 浸 出 过程 中 ， 可能 存 在多 种 硫 的分 子 形 取 舅摹 坑明 脸 淞册 感 瞔淞在 生物 浸 出 黄 铜矿 过程 中 用 高 效 液 相法 检 测 可溶 的硫 化 物 时 ， 发 现 溶 液 中 含物 旌 吓 嘌 龌铺 笫 保 铺 笾 械牧 蚧 颈 谎 趸 A蛩 嵫巍 硕 士 学 位 论文目 前，硫形 态测 定 方 法 主 要 有 电 泳 法 、 色谱 法 、 化学 法 、 伏安 法 、 核磁 共 振法 及 湎 吖獾缱 幽 芷 追 等。 化学法 是 通 过化学反 应 ，直 接或 间

9、 接得 到含 硫化合 物 的含 量 ，此 法 主 要 见 于硫氧 化物 滴定 分 析 【 删 ，由 于操作复 杂， 条 件苛 刻、 重复 性 不好等 缺 点 ，其 后逐 渐 被仪 器分 析 技 术 所 取 代 。 随 着科 技 发展 ，硫化合 物 定 性 与定 量 分 析 开始 运 用 大量 的仪器分 析 技 术 ，且取 得 了 很 好的 效 果 。 例如广 泛 应 用 于煤和 环境样品中总 硫的 分 析 中的 硫的 库伦 分 析 仪，但 这种分 析 仪不能具体检 测 到 硫化学 形 态。 同 样， 电 泳 法 及 离子 色谱 法 也 是 测 定 硫化合 物 非常广谱 的方 法 ，早期 的色谱

10、 法 研究主 要 集中于离子 交 换 法 ，后期 离子 对色谱 也 取 得 快速 的发展 ，近 年来离子 对色谱 与质谱 连用 法 在硫形 态测 定 方 面 己 取 得 很 好的 研究结 果 ，但 色谱 法 需 要 对样品进 行预处 理， 处 理的 过程可 能会 对样品状 态造 成一定的破坏【 】。 毛细 管 电 泳 法 是 近 几 年来才 发展 起 来的 硫分 离法 ，其 分 析 时 间 较短 、 州 摇 匏鑔构 光 谱 酳 仇 ，虹 是 一种理想 的硫的 分 子 形 态原 盖 元素硫 。 何环等 【 】 已 经 在 该 实 验 站采 用 硫 的 遆射 线吸收 近边 结 构光 谱法验 研 究

11、，包括 彳 砌 面 甜秘 嬲 作用 下单质 硫 的 化 学形态变化 ，率 先在 国 内建 立 了 騭 龟 鷄 蛾 耹 噦 辵 呦 宥 昊 豰 耹 緄 硕 士 学 位 论文通 过 研究 不 同 典 型 能 量代 谢 菌作 用 下 黄 铜 矿 生 物 浸 出过 程 中 浸 出情况及 硫铁氧 化情况； 混合 菌浸 出过 程 中 群 落 演替 ，及 元 素 硫对 群 落 演替 、细 菌硫 铁氧化活 性 的影响； 单 一 混合 菌 浸 出 黄 铜 矿 其 表 面硫 形 态 转化，有 助 于揭 示不 同 典型 能 量代 谢 菌作 用 下 黄 铜 矿 物 生 溶出 过 程 中 硫的分 子 形 态 转化信 息

12、和 规 律 ，获 得与细 菌群 落 结 构变 化相 对 应 的浸 出化学 规 律 ，以 及 在不 同 外界 影响下 细 菌的硫铁氧 化活 性 ，为 进 一步阐 明 典 型 能 量代 谢 菌作 用 下 黄 铜 矿 生 物 溶出 机 理 提 供 理 论依据。 硕 士 学 位 论文合 浸 出黄 铜 矿 过 程中 矿 物 表 面 硫 形 态 转化。 为 混 合 菌在浸 矿 过程 中 可产 生共 生、 合 作 等 关系 ， 例 如 赾 埘 印 ， 淞 和 么 目前 研 究 广泛认为 彳 口 刀 淞 居 ， 阳 似 触 刀 嚣 菌是酸 性 环 境 中 浸 矿 的 主导 硕 士 学 位 论文似力 ， 艋 状

13、 袁 黄 铜 矿 的 主要 成份 组 成 硕 士 学 位 论文治 龃縉 苡澹 剖 苯 涟 鑜比 色 皿 ， 用 蒸馏 水做 对照， 测 得数 第 二章 单 一及混 合 菌浸 出黄 铜 矿 的 比 较分 析内 ， 硫 酸根浓 度 与 吸光 度 呈 良 好 的 线性 关系， 相 硕 士 学 位 论文 硕 士 学 位 论文第 二章 单 一及混 合 菌浸 出黄 铜 矿 的 比 较分 析 波长 处 测 定 吸 光 度 值 。关 系数 ， 标准曲线 为： 总 细 菌浓度 用 混 匀后 矿 浆加 入 鬳 上 清 液 ， 用 血 细 胞 计数 在 光 学 显 微 镜 下 中细 菌浓度 较高时 需 进 行适 当

14、稀 释 后 重新 计数 。 苯 蛹 剖 ， 当溶液 结果 与讨 论 硕 士 学 位 论文由图 中我 们发 现 ， 混 合 菌浸 出黄 铜 矿 过程中溶 液 中 值 低 于 单 菌浸 。 浓度 高于 细菌单 独 浸 出， 而彳 珐 似涵 嬲浸 出时 几 乎 看不到 。 浓 硕 士 学 位 论文实验 通过 检 测 浸 出过 程 中 铜 浸 出率 、 氧 化 还 原 电位 、 浓 度 以 比 较单 一及 硕 士 学 位 论文丝丝丛堑 丝丝垒垡丝驾 硕 士 学 位 论文第 二章 单 一及混 合 菌 浸 出黄 铜 矿 的 比 较分 析，奄暑蓉詈禹 钉 豫 巧眃 另外 ，混 合 菌浸 出黄 铜 矿 其 最

15、 低 ，硫 氧化 能 力 最 高 。 第 三章 元 素硫对混 合 菌浸出 黄 铜矿 的 影 响物 的 消耗，促 进 反应 的 进 一 步 进 行 ，否则硫会由于 积累而 悬浮于 溶 液中或 者 覆 盖金 属硫化 物 降 低 金 属硫化 物 的 溶 解 速 率，因此 可以说 硫氧 化 菌能 够影 响 浸出 动力活 性不同，同时 不同条 件 下 ，细 菌因受 到环 境因素的 影 响 ，其 硫氧 化 活 性也 受 到 硕 士 学 位 论文第 三章 元 素硫对混 合 菌漫出 黄 铜矿 的 影 响实 验 所采 用 的 菌株 与 黄 铜矿 矿 样 见第 二章 。 疞 元 素硫能 使矿 物中所有 铜与 铁

16、溶 解 氧 化 ， 而为 了 对照 ， 转 速 的 恒 温 摇 床培养。 通过 分 析 细菌生 长 过 程中亚 铁 离 子 浓 度 、 三价 铁 离 子 、 铜离 子 浓 度 、 硫酸根 离 子 浓 度 ， 值、 值、 细菌数 目 来 监 测 黄 铁 矿 生 物浸 出 特 性。 其 中金 属离 子 浓 度 通过 原 子吸 收 光谱来 测 定， 亚 铁 离 子 浓度 用重 铬酸钾 滴 定法来 测 定， 细胞 数 目 通过 显 微 计数 法来 分 析 ， 硫酸根 离 子 浓 度 通过 氯 化 钡 法测 定 咛寮 诙 。 所有 实 验 均做 三次 平 行 。射线 衍 射仪 锄 ， 痭 分 析 其 中

17、矿 物组 成 。 硕 士 学 位 论文取 上 清 液 印 胄 氖 占 覶 振 荡的 目的 是 使 矿 物表面 吸附 的 细菌基 因组 崛 褂孟妇 蜃镈 提取 试 剂 盒 篻 管 壁水 珠：提取 完 毕 后 加 入 罫 妇 第 三章 元 素硫对混 合 菌浸出 黄 铜矿 的 影 响 ！ 疓 虻腜 扩增 的 反应 体 系如下 ： 渤 混 匀，用 的 琼 脂糖凝 胶 电 泳 “ 娜 芤 築 ， 充 分混 匀： 硕 士 学 位 论文 加 入 试剂盒组成 为： ； 皿 硕 士 学 位 论文第 三章 元 素硫对混 合 菌浸出 黄 铜矿 的 影 响 取 置 于 中，热 休 克 ，使 转 化 细 菌表 达 质

18、粒 编 码 的 氨 卞 青 霉 素标记 基因 ； 裕 簄 的 固 体 培 养 皿 上。 将 平 板 正置 培 养 箱 中直到 表 面 液体 被吸收 。 銹 产物 的 双 酶 切 及电 泳 硕 士 学 位 论文 硕 士 学 位 论文第 三章 元 素硫对混 合 菌浸出 黄 铜矿 的 影 响化 浸出 黄 铜矿 ， 因而吸 附 在矿 物表面 的 细 菌在 浸矿 中起主 要 作 用。 而本实 验 中，矿 物表面 由于 铁 离 子 的 沉降使 矿 物与 细 菌的 界面 作 用被 打破 ， 同时黄 铜矿 被 表面的 钝 化 层 包 裹 在其 中， 质 子 及 三价铁 离 子 等 化 学氧化 浸出 作 用也

19、受到 影 响 ， 因而浸出 速 率 受到 影 响 。 在细 菌浸矿 中期， 我们 发现 溶液 中铁 浓 度呈 波动上升趋 势 ， 硕 士 学 位 论文这 与 瑚】 等 【】 的 研 究结 果 相 似 ， 这 可能 是矿 物在 混 合菌的 作 用下， 降低 ， 硕 士 学 位 论文第 三章 元 素硫对混 合 菌漫出 黄 铜矿 的 影 响尊笙至中 ， 电位 在 浸出 初 期快速 上升并于 贝锏 有大量黄 钾铁 矾 大量积累 在 黄 铜矿 表面 ， 添 加 图 未 添 加元 素硫及 添 加辪 疞元 素硫后 妇 天 后 黄 铜矿 残渣 表面 组 成 分 析时黄 钾铁 矾 的 生 成 量大于 第 三章

20、元 素硫对混 合 菌浸出 黄 铜矿 的 影 响生成 会 受到 抑 制，而 在甇 间 ，黄 钾铁 矾 最易 生成 缤 。同样 ，根 据 杨益等【 】的 研究 发现，较 高 的 温度也会 促 进 黄 钾铁 矾 的 生成 。响 很 重 要，但细 菌的 铁 氧化 活 性 ，三价铁 离子对矿 物 的 氧化 浸出 也很 重 要。 硕 士 学 位 论文譴 硕 士 学 位 论文本 实验 中 ，大 量元 素硫的 添加 ，使细 菌的 铁氧化 活性 受 到抑制 ，溶 液 中 铁主要以 二价铁离 子形 式 存 在 。 硫氧化 活性 得到提 高的 同时 ，并 非对铁氧化 作 用抑制作 用越强 越有利 于 浸出 。 同样

21、我 们发 现 在 加 入与 化学直 接氧化 溶解 所需 的 元 素硫量的 情 况下 ，矿 物 的 浸出 率 最 大 ，硫的 氧化 是 矿 物 溶 出 的 关 键 。 双酶 切 图 谱 第 三章 元 素硫对混 合 菌浸出 黄 铜矿 的 影 响 强 双酶切 图 谱图 砑 K亓 蚝蠡 旌 暇 龌 仆 蠊 讨 硕 士 学 位 论文第 三章 元 素硫对混 合 茵浸出 黄 铜矿 的 影 响罢芎分罢暑芑岳：图 混 合 茵浸出 黄 铜矿 过程 中 群落 结 构变 化 霸 K亓 蚨 匀郝 浣 峁褂跋 籹 譴 硕 士 学 位 论文期 黄 铜矿 继 续溶出 的 重 要原 因 。 底 物减 少 ，最 终影 响 其 生

22、长 。 同 时 也 说 明 彳 腑场 似胁 珊 菌可 能在抑 制 钝 化 层 生 硕 士 学 位 论文混 合 菌 体 系的 硫氧化 活性及浸出 率较 单一 菌 浸出 时 高， 同 时 用 硫的 乙 禨等 方 法 发现， 浸出 过 程 中 出 现铜蓝 等 次 生 硫化 矿物 。存 在能促进姿奇趸龌 仆螅瞝【】研究 表明在低 及高相 比 ， 居 鹉 薴 ， 堋对二 价 铁 离子的 亲 和力更 高。 硕 士 学 位 论文第 四章 三种典型 能 量代谢 菌 浸出 黄铜矿过 程 中 矿物 表面 硫形 态 转 化 研究 籏 疞 作 为 能 源 。 培 养 基初 始 值 甇硫酸 洗涤 三次好 的 硫酸 调节

23、 至 。 另外设置空 白 酸 性 培 养 基作 为 浸出 实验 空 白 对照 。 将接种后 的 培 养 液置于 硕 士 学 位 论文第 四章 三种典型 能 量代谢 菌 浸出 黄铜矿过 程 中 矿物 表面 硫形 态 转 化 研究 ； 平 面 双晶单 色器 获取 实 验 所需 能 量。 结果 与讨 论 硕 士 学 位 论文議 堰 觚 菀 瞞 虻 腒边 疬 裇 法分析 单 一及 混 合 细菌 浸出 黄铜矿表面 硫形 态 变化 第 四章 三种典型 能 量代谢 菌 浸出 黄铜矿过 程 中 矿物 表面 硫形 态 转 化 研究硕 士 学 位 论文 揪 籲蚴 日 凇删 一 匾轤 衅 广 忡 一堕 塑 懋熊旦

24、堕 燕照髓燕荩型图 蚕 篠软件 拟 合 界 面 硕 士 学 位 论文第 四章 三种典型 能 量代谢 芮 浸出 黄铜矿过 程 中 矿物 表面 硫形 态 转 化 研究 K亓 蛞 约 辉 铜矿。 其 他 时 间段 的 拟 合 结 果 如 表 所 示 。 单 一或混 合 菌 浸出 过 程 中 ， 不 同 时 间段 内黄铜矿的 硫的 谋乙心厄 兹缤 所 示 。结 果 显 示 自 第 炱鸬 钠淄 贾性 随 后含 量逐 渐 减少 ， 同 时 在 整个 时 间段 内黄钾铁矾在 不 断积 累 钪 沾 。多 的 元 素 硫， 浸出 效果 也并 不 明 显 。成的 黄钾铁矾及 元 素 硫减少 ， 这 可能 是 由

25、于 彳 崩 面 甜地 嬲 的 存 在 增加了 体系 的硫氧 化 活 性， 从 而 使得 降低 ， 有 效的 抑 制 了 黄钾铁矾的 生 成， 同 时 更为 有 效的 消解 表面 元 素 硫层 【韶】 ， 使得黄铜矿的 浸出 持续 进 行 ， 而 玻瑀 励矾册 进 一步提 高 了 体 系 的 铁氧 化 活 性。 本 实 验 中 ， 结 合 第 三章 ， 我 们 发 现 在 混 合 菌 浸出 过 程中 ， 彳 店肿弧 眺栅在 浸出 前 期 占 优 势地 位 ， 随着 浸出 的 进 行 彳 珐弧 以 卿逐 渐 第 四章 三种典型 能 量代谢 菌 浸出 黄铜矿过 程 中 矿物 表面 硫形 态 转 化

26、研究时 问 段 硫 撷 你 酳谱：廿【甪 鄆 綼 【溶 的 辉 铜矿缓 笤 僭 谌厶淖 饔 孟卤谎 趸 纸狻 齟和 硕 士 学 位 论文第 四章 三种典型 能 量代 韠 菌 浸出 黄铜矿过 程 中 矿物 表面 硫形 态 转 化 研究 焖 俦 谎 趸 狥 ， 此 时 辉 铜矿等 次 生 硫化 铜矿在 高 浓 度 的 作用下 蚰挑盜妇肘前 期 占 优 势地 位 ， 随着 漫 出 的 进 行 彳 历 幻 甜触 嬲 逐 渐 增多 ， 在 后期 的 浸出 中 ， 硕 士 学 位 论文矿物 表面 积 累 的元素 硫层， 使 铜浸出 率 明显 提 高 。显 高 于 单 一细菌 浸出 ， 这 可 能 是 混

27、合 菌 浸出 效率提 高 的一个主 要原 因 。 笛 榻 峁 砻 髟诘 缥 坏 陀 诨 蚋沾 锏 硕 士 学 位 论文本文 在 比较种典型铁 硫代谢菌 一 触 历 赾谢淞 店 阿 囚 椎秙 ，混 合菌 较单 菌 浸 出 黄 铜矿 有 更高 的 硫氧化 活 性 ， 铜浸 出 率 也 高 于 单 菌 浸 出 ；彳珐 锻 姗菌 在 抑 制 黄钾铁矾生成及消解钝化层 K亓 虿 ，使黄铜矿 持续溶 出 过 程 中 起 重 要 作用 ；在 浸 矿 初期 ， 添 加适量 的 元 素硫， 能 促 进 硫氧化 细 菌 的生长 ， 使硫氧化 细 菌 优 先利用 元 素硫， 产 生的 酸 抑 制 了黄 钾铁矾 的 生成 ， 促 进 了矿 物 的 溶出 。 硕 士 学 位 论文参 考 文 献【 客 趵 蛎 龋 仆蟮纳 锝隹尚 新 阴 有色 冶 金 设 计与 研 究 ， 甴 他彻 巧 砌 缸 。 ： 【 縎 瞤 碅 ， 窹 ， 【 縍 琄 【 硕 士 学 位 论文【 】 尹 华 群 在 铜 矿 矿 坑 水 微 生物 群 落 结 构 与 功 能 研 究 中 基 因 芯 片 技 术