氧化亚铁硫杆菌诱变育种与对碲矿强化浸出改善

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1、氧化亚铁硫杆菌诱变育种与对碲矿强化浸出改善第1章引言1.1生物湿法冶金生物湿法冶金法是冶金的一种新工艺，通过微生物对矿石的直接作用、间接作用或两者共同作用来浸出矿石中的有用金属，其最大特点是能够应用于传统工艺难以处理的矿石，并具有工艺简单、流程短、易操作、成本低、投资少、对环境友好、能耗少等优点[1]，且其对低品位、难选冶的矿产资源的开发利用有着广阔的工业应用前景[2]。在一个与生物湿法冶金相关的项目启动会上，邱冠周教授在报告中指出：微生物冶金作为一门前言的新兴技术，可直接通过微生物对矿物的作用将矿石中的有价金属浸出，制成高纯度目标金属及其材料，其对资源的利

2、用率比传统的工艺要高出两倍以上。以金属铜为例，用传统的工艺从矿物中提取金属铜的开发率只有28%，而微生物冶金的开发率甚至可以接近100%[3]。作为微生物冶金的领头羊，美国、澳大利亚及南非等国一直走在世界的前列。而这些年来，随着矿物资源的急剧减少，具有高利用率的微生物冶金技术逐渐为研究者所重视，欧盟在2004年就启动了生物矿业工程计划，此计划的预算高达1800万欧元，涉及14所大学、12个国家和9个研究机构[4]。同国内的湿法冶金相比，国外对于此技术的研究都比较早。以金属铜为例，世界上第一座微生物堆浸工厂Kelmecott铜业公司于1950年建成投产，至19

3、世纪80年代，在全球范围内已经有14座微生物氧化提取厂建成并投入运营[5]。这其中比较著名的当属智利北部的QuebradaBlanca堆浸厂，它是世界上海拔最高的微生物湿法冶金厂(海拔4400m)。，QuebradaBlanca公司应用SMP薄层堆浸技术在低氧、低温、低压的严苛环境下对低品位铜矿进行微生物浸出，其浸出铜矿的效果高达82%，此技术已逐步把微生物浸出技术用于处理铜矿上，在当时尚属罕见，这也成为了微生物湿法冶金发展史上的里程碑。1.2浸矿微生物的种类浸矿微生物是指可以直接或间接参与矿物溶解及氧化的微生物，其主要使用的是化能自养微生物，这类细菌可以从

4、氧化无机物过程中获得能量，并以无机含氮化合物作为氮源、CO2作为碳源合成细胞物质。在硫化矿生物浸出中，当以硫化细菌的应用最为广泛，其主要特征见表1-2。这类细菌通常可在酸性矿水、矿泉、矿泥、淡水、海水[29-32]、土壤及其它含硫丰富的地方被发现。氧化硫硫杆菌（Thiobacillusthiooxidans，简称T.t.）、氧化亚铁微螺菌（Leptospirillumferrooxidans，简称L.f.）和氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans，简称T.f.）是当前生物浸出的主要浸矿细菌。在微生物湿法冶金上，浸矿细菌多为硫杆菌属，

5、而其中应用最为广泛的当属At.f菌。At.f菌的广泛运用，从环境角度看，减少了资源的开发，也减少了固体废物的污染；从经济角度看，增加了废物的利用率，使我们能够从中获得更多利润。At.f菌属于原核生物界，化能营养原核生物门，细菌纲硫化细菌科，硫杆菌属，腺嘧啶和鸟嘌呤的摩尔百分含量约为57%~62%，而且其广泛生存于淡水、土壤、垃圾、海水、沉积硫和硫磺泉内，尤以煤矿和金属硫化矿等矿山的酸性矿坑水中最为常见。其生长的适宜pH为2.0~3.5，温度为28~35℃[33-37]。在At.f菌的作用下，Fe2+转换成Fe3+，无论是元素硫还是S2+、S2O32-、S4O

6、62-这些不溶性和可溶性硫化物都可能被该菌分解并转换成SO42-，从而获得能量进行生命活动，同时吸收空气中的氧气、二氧化碳和其他无机物，如钙盐等合成自身的细胞组织，进行生长繁殖。At.f菌氧化Fe2+离子的速度比空气自然氧化Fe2+快1000倍。第2章氧化亚铁硫杆菌的鉴定及生长条件研究2.1材料和方法2.1.1菌种实验中所用的菌种是从四川省成都热电厂采集的土样中分离纯化得到的一株菌株Z1，保存在成都理工大学测试楼生物工程实验室-72℃的低温冰箱中。2.1.2药品和设备2.1.2.1实验药品实验所采用的化学药品主要有硫酸铵[(NH4)2SO4]、磷酸氢二钾（K

7、2HPO4）、硝酸钙[Ca(NO3)2]、硫酸镁（MgSO47H2O）、硫酸亚铁（FeSO47H2O）、浓硫酸（H2SO4）、琼脂[(C12H18O9)X]、核酸染料和上养缓冲液。2.1.2.2实验设备实验中所应用的主要仪器设备主要有电子分析天平（SartoriusBS2248）、托盘天平（JPT-5C）、酸度计（PHS-2C）、高压蒸汽灭菌锅（LAC-5060S）、单人单面超净工作台（SJMiniOption）、电泳仪（DYY-12C）、凝胶成像系统（GelX1520）、电热鼓风干燥箱（1012AS）、台式离心机（TKA）、涡旋混匀器（XH-B）、分光光度

8、计（721）和紫外灯（MHMQZgSO47H2O)、