提高金矿生物氧化细菌耐温性能试验研究.pdf

4 8 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第5 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 5 ．0 5 ．0 1 1 提高金矿生物氧化细菌耐温性能试验研究 刘新艳，刘丹丹，张呜昕 吉林省冶金研究院，长春1 3 0 0 1 2 摘要目前国内金精矿生物预氧化一氰化提金工艺生产应用的细菌活性温度为3 5 ～4 5 ℃。对氧化亚铁硫杆菌菌种进 行筛选、培育、分离提纯、诱变、驯化、金矿石氧化试验等一系列的菌种培养试验后，已经基本分离出适合温度为5 l ℃的嗜热 菌。该菌种使某金精矿从原来的细菌氧化时间1 5d 缩短为9 1 0d ，金的浸出率达9 6 ．0 4 ％。 关键词菌种诱变；耐高温菌种；生物氧化 中图分类号T D 9 2 5 ．5 ；T F S 0 3 ．2 1文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 5 0 5 - 0 0 4 8 - 0 4 R e s e a r c ho nI m p r o v i n gB a c t e r i aR e s i s t a n c eT e m p e r a t u r ei nG o l dB i o l o g i c a lO x i d a t i o n L I UX i n y a n ，L I UD a n d a n ，Z H A N G M i n g x i n J i l i nP r o v i n c eM e t a U u r g yR e s e a r c hI n s t h u t e ，C h a n g c h u n1 3 0 0 1 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h eb a c t e r i a la c t i v i t yt e m p e r a t u r ei sb e t w e e n3 5 ～4 5 ℃d u r i n gt h ep r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o no f b i o l o g i c a lo x i d a t i o n c y a n i d el e a c h i n gg o l dt e c h n o l o g y a tt h ec u r r e n td o m e s t i c ．T h et h e r m o p h i l i cb a c t e r i aw h i c ha l e b a s i c a l l yf o rt h et e m p e r a t u r eo f51 ℃h a sb e e ni s o l a t e da f t e ras e r i e so fb a c t e r i a lc u l t u r et e s t si n c l u d i n gs c r e e n i n g ． c u l t i v a t i o n ，s e p a r a t i o n ，p u r i f i c a t i o n ，m u t a g e n e s i s ，d o m e s t i c a t i o na n dt h ee x p e r i m e n to fg o l do r eo x i d a t i o nt ot h e t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n ss t r a i n s ．U s i n gt h i sk i n do fs t r a i n s ，t h eb a c t e r i ao x i d a t i o nt i m eo fag o l dc o n c e n t r a t eC a n d e c r e a s ef r o m1 5d a y st o9 ～1 0d a y s ．a n dt h eg o l dl e a c h i n gr a t ec a nr e a c ht o9 6 ．0 4 ％． K e yw o r d s s t r a i ni n d u c e d ；h i g ht e m p e r a t u r er e s i s t a n ts t r a i n s ；b i o l o g i c a lo x i d a t i o n 目前国内难选冶含金矿石或金精矿生物预氧 化一氰化提金工艺生产应用的细菌活性温度为3 5 4 5 ℃，本研究拟培育出适宜在5 0 ～5 5 ℃矿浆温度环 境下正常生长的嗜热菌后可以有效地缩短细菌氧化 时间，从而减少细菌氧化设备的投资、降低冷却成 本，对提高金精矿生物预氧化一氰化提金工艺的市 场竞争力，充分开发利用低品位难选冶黄金矿产资 源具有极其重要的意义。 微生物能不断改变自身以适应外界环境变化， 直至发生性状的改变。菌种自然改变率低，可通过 外界物理、化学作用使构成微生物遗传物质的D N A 和R N A 改变，从而使微生物遗传物质发生变异。 诱变方法主要有紫外线诱变和微波诱变。紫外 线诱变机理通过紫外线照射能够引起微生物D N A 性状的变化，造成D N A 对紫外线具有强烈的吸收 性。紫外线照射后能引起D N A 断裂、交联等遗传学 性质的突然变化。微波诱变机理微波能引起水、蛋 白质、核苷酸、脂肪以及碳水化合物等极性分子转 动，从而使分子间的摩擦变得强烈，引起D N A 分子 结构发生变异；微波照射瞬时引发的强烈热效应，容 易引起酶失活，从而引发微生物生理生化的变异。 本次试验的菌种为采自福建某矿山地下酸性水 的中度嗜热菌，为氧化亚铁硫杆菌。菌种经过筛选、 培育、分离提纯、诱变、驯化、金矿石氧化等一系列的 菌种培养试验后，分离出适合温度为5 1 ℃的Z W 4 3 、 Z W 4 9 及W B 4 3 、W B , 1 4 氧化亚铁硫杆菌。该菌种使某 金精矿从原来的细菌氧化时间1 5d 缩短为9 ～1 0d ， 试验效果较为理想。 1 菌种的诱变 把采自福建某矿山地下酸性水中的中度嗜热菌 经过驯化培养后作为试验用的种子菌液。吸取5 0 l I l l 种子菌液，于40 0 0r ／m i n 转速下的离心机中离心 2 0m i n ，去除上清液得到沉淀菌种，先配好稀硫酸 投稿日期2 0 1 4 - 0 2 - 2 0修回日期2 0 1 5 - 0 7 - 2 8 作者简介刘新艳 1 9 7 3 一 ，女，吉林榆树人，高级工程师，主要从事难选金矿石生物预氧化工艺研究。 万方数据 2 0 1 5 年第5 期刘新艳等提高金矿生物氧化细菌耐温性能试验研究 4 9 p H2 ．0 左右 ，并对其进行消毒灭菌，然后用其对 沉淀菌种洗涤、用离心机进行离心，除去上清液，重 复4 次，用稀硫酸调节细胞浓度为2 0 0 个／m L 的悬 液，即为无铁细胞悬液备用。富集培养主要是制定 特定的环境条件，使适应该条件的微生物大量繁殖， 从而大大增加其在群落中的数量，使从自然界中分 离到所需的微生物变得更加容易⋯。 紫外线诱变处理在无菌实验室中分别取1 5m L 无铁细胞悬液加入5 个已消毒除菌的培养皿中，用 功率1 5w 紫外灯，调节灯距2 5e m ，进行不同时间、 波长的照射。照射完成后，取5m L 加入配制好的 9 K 培养基中，将恒温振荡培养箱调到4 2 ℃，将培养 基置于其中，于黑暗处振荡培养。 把菌体制成无铁细胞悬液再转入更高温度的选 择培养基中培养，温度从4 2c c 逐步调节至4 8 ℃。 4 8 ℃的菌株再与紫外线处理交替重复多次，筛选出 表1 T a b l e1 耐高温的菌株。 用显微镜不断跟踪观测，培养基中菌数达1 0 7 ～ 1 0 8 个／m L 时，把菌体制成无铁细胞悬液再转入更高 温度的选择培养基中培养，温度从4 2 ℃逐步调节至 4 8 ℃。4 8 ℃的菌株再与紫外线处理交替重复多次， 筛选出耐高温的菌株。 微波诱变处理在无菌实验室中分别取1 0m L 无铁细胞悬液加入5 个无菌的培养皿中，微波处理 时间为5 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5S 。微波作用后迅速取5m L 加入选择的9 K 培养基中，于黑暗处恒温振荡培养箱 4 2 ℃ 中振荡培养。通过显微镜观测，当选择培养 基中菌数达1 07 ～1 0 8q “ ／m L 时，把菌体制成无铁细 胞悬液再转入更高温度 4 2 4 8 ℃ 的选择培养基 中培养。温度从4 2 ℃逐步调节至4 8 ℃。与微波处 理交替重复四次，筛选出耐高温的菌株。试验结果 见表1 、表2 。 紫外线诱变试验结果 T e s tr e s u l t so fU Vm u t a g e n e s i s 从表1 结果可以看出，经过六次不同波长紫外 光交替重复照射后移至恒温振荡培养箱中，温度此 时达到4 8 ℃，筛选出耐高温的菌株Z W 4 2 、Z W 4 3 、 Z W 4 4 、Z W 4 7 、Z W 4 8 、Z W 4 9 。 从表2 结果可以看出，经过四次不同时间微波 交替重复照射后移至恒温振荡培养箱中，此时温度 达到4 8 ℃，筛选出耐高温的菌株W I M 3 、W B 4 4 。 2 诱变菌种耐温性试验 采取诱变后耐温菌株Z W 4 2 、Z W 4 3 、Z W 4 4 紫外 线波长2 5 3 ．7n m ，Z W 4 7 、Z W 4 8 、Z W 4 9 紫外线波长 3 6 5 ．0B i l l ，W B 4 3 、W B 4 4 微波诱变 分别移至实验室 高温培养槽中，进行耐温性能试验。菌种采用9 K 培 养基，p H 为1 ．2 2 ．0 ，温度从4 8 ℃逐渐调节至5 2 ℃。 万方数据 5 0 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第5 期 试验结果见表3 。 表3诱变菌种耐温性试验结果 T a b l e3T e s tr e s u l t so fm u t a t i o ns t r a i n sr e s i s t a n t 有研究表明不同细菌菌种生活在不同的温度环 境中心J 。菌种在其自身代谢繁殖过程中，是通过将 F e 2 氧化成F e 3 获取能量一o 。在4 0 ℃左右的环境 中，主要是氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌大量存活； 在温度为5 0 ℃左右的环境中，主要是硫片菌属等中 等嗜高温菌种存活HJ 。温度达到5 2 ℃时，三价铁的 转化率明显降低，同时经由显微镜镜下观察可见菌 种在矿物表面的吸附性减低HJ ，表明该菌种不适合 该温度，故该紫外线诱变、微波诱变菌种适宜的温度 可高达5 1 ℃。选择5 1 ℃时活性最好的Z W 4 3 、 Z W 4 9 、W B 4 4 号菌种分别进行金精矿的氧化一氰化 提金试验的菌种驯化试验。 在该驯化试验中，在培养基中逐渐加入金精矿， 试验从5 ％的矿浆浓度开始，根据细菌的活性逐渐加 大矿浆浓度至1 0 ％，矿浆p H 为1 ．2 2 。0 ，细菌氧化 时间为1 5d 。为使该菌种完全适应该精矿性质，对 其进行反复多达五次驯化试验，使得该5 1 ℃的嗜热 菌种完全适应该金精矿，通过显微镜镜下观察检验 及三价铁转化率的化验分析，在菌种活性最好时候 再进行菌种的接种，进行金精矿的氧化一氰化提金 试验。 3 诱变菌种的金精矿细菌氧化 一氰化试验 研究表明，矿物粒度不同、细菌与矿物接触作用 时间以及不同的培养方式瞪1 对细菌在矿物表面的吸 附行为起决定作用，经过驯化后的诱变菌种已经基 本适应了该金精矿，此时提高金精矿的矿浆浓度为 1 3 ％，进行诱变后的菌种细菌氧化一氰化提金试验。 试验流程见图1 ，试验结果见表4 。 细菌氧化试验条件精矿细度一4 0 岬 8 4 ．5 0 ％；菌种Z W 4 3 、Z W 4 9 、W B 4 4 ；培养基O K ；氧 化矿浆浓度1 3 ％；氧化矿浆温度5 l ℃；矿浆p H1 ．2 ～2 ．0 ；细菌氧化时间9 1 0d ；接种菌量1 0 ％。氰 化条件C a O 用量l Ok g ／t 浓度0 ．0 2 ％ ；N a C N 用量 1 2k g ／t 浓度0 。2 2 ％ ；碱预浸时间2h ；矿浆浓度 4 0 ％；浸出时间2 4h 。 金精矿 氧化 洗液氰渣 图l诱变菌种的金精矿细菌氧化 一氰化试验流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fb a c t e r i a lo x i d a t i o n - - g o l d c o n c e n t r a t ec y a n i d i n gu s i n gi n d u c e ds t r a i n s 表4 试验结果表明，该经过紫外线诱变、微波诱 变后温度为5 l ℃的高温嗜热亚铁硫杆菌对该金精 矿的氧化效果良好，在氧化时间为9 1 0d 时的氧化 效果和普通菌种1 5d 的氧化效果相同。 4结论 1 嗜热氧化亚铁硫杆菌菌种，通过不同波长不 同时间的紫外线照射及不同时间的微波照射后，菌 种产生了诱变，通过多次的培养、驯化及对金精矿的 氧化试验，培养出了5 l ℃时的耐温菌种。 万方数据 2 0 1 5 年第5 期刘新艳等提高金矿生物氧化细菌耐温性能试验研究 5 1 表4诱变菌种细菌氧化一氰化提金试验结果 T a b l e4T e s tr e s u h so fb a c t e r i ao x i d a t i o n - - c y a n i d el e a c h i n gg o l du s i n gi n d u c e ds t r a i n s 菌种 詹珏氧化时间／产率／ 品位／％脱除率／％ 氰渣品位1 ’ 浸出率／％ 种类 ⋯d ％A u l A 9 1 A sF eSA sF eSA u A g A u A g 金精矿 1 0 0 ．0 2 7 ．1 06 3 ．1 7 4 ．2 52 6 ．6 3 3 3 ．4 01 6 ．1 44 0 ．2 l 柏．“ 3 6 ．3 5 普通 氧化渣 9 8 5 ．4 43 1 ．7 27 3 ．9 42 ．1 21 6 ．5 51 7 ．5 85 7 ．3 44 6 ．9 05 5 ．0 39 ．1 l2 0 ．2 47 1 ，2 87 2 ，6 3 菌种 氧化渣 1 57 0 ．1 63 8 。6 39 0 ．0 4O ．3 58 ．2 09 ，4 09 4 ．2 278 ．4 08 0 ．2 51 。6 56 ．4 29 5 ．7 39 2 ．8 7 z W 4 3氧化渣96 9 ．8 0 3 8 ．8 3 9 0 ．5 00 ．3 27 ．8 9 9 ，0 0 9 4 ．7 47 9 ．3 28 1 ．1 91 ．5 46 ．5 89 5 ．9 99 2 ．7 3 Z W 4 9 氧化渣 96 9 ．6 0 3 8 ．9 49 0 ．7 60 ．3 4 7 ．8 2 8 ．9 69 4 ．4 37 9 ．5 68 1 ．3 31 ．5 56 ．6 09 6 ．0 2 9 2 ．7 3 W B 4 4 氧化渣 l O6 9 ．2 03 9 ．1 69 l ，2 9o ．3 37 ．4 58 ．9 01 ．5 56 ．2 09 6 ．0 49 3 ．2 1 1 单位为g ／t 。 2 通过紫外线诱变、微波诱变后培养的耐温菌 种可适应5 l ℃的温度。温度再升高后菌种的活性 开始下降。 3 耐温菌种培养的成功，可大大缩短细菌氧化 的时间，在氰化浸出率基本一致的情况下，本次试验 培养的耐温菌种使金精矿由原来普通菌种氧化时间 1 5d 缩短为9 1 0d ，试验效果较为理想。 参考文献 [ 1 ] 沈萍．微生物学[ M ] ．北京高等教育出版社，2 0 0 0 ． [ 2 ] D o u g l a sER a w l i n g s ．B i o m i n i n g T h e o r y ，M i c r o b e sa n d I n d u s t r i a l P r o c e s ∞s [ M ] ．S p r i n g e r V e r l a ga n d L a n d e s B i o s c i e n c e ．1 9 9 7 ． [ 3 ] 刘玉德，王西林，石文天，等．氧化亚铁硫杆菌的诱变机理 研究[ J ] ．北京理工大学学报，2 0 L O 7 8 6 9 - 8 7 2 ． [ 4 ] I n o u eT a k a o ，K a m i m u r aK a z u o ，S u g i oT s u y o s h i ．I s o l a t i o n a n d8 0 m ep r o p e r t i e so fam e s o p h i l i ca n dm i x o t r o p h i ci r o n - o x i d i z i n g b a c t e r i u m ， O K M - 9 [ J ] ． B i o s c i e n c e ， B i o t e c h n o l o g y ，a n dB i o c h e m i s t r y ，2 0 0 0 ，6 4 1 0 2 0 5 9 - 2 0 6 7 ． [ 5 ] S c h a e f f rWL ，H o l b e r tPE ，U m b r e i tW W ．A t t a c h m e n to f T h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n st os u l f u rc r y s a t l [ J ] ．JB a c t e r i o l ， 1 9 6 3 ，8 5 1 3 7 ．1 4 0 ． 上接第4 7 页 工艺矿物学研究表明，损失在尾矿中的辉钼矿 主要以微细粒存在，并被包裹于脉石矿物中，统计占 有率为9 5 ．2 8 ％，其次为辉钼矿与黄铁矿、黄铜矿等 硫化物连生体；钼精矿中的杂质矿物主要为与辉钼 矿连生的黄铜矿、黄铁矿、脉石矿物及少量黄铜矿、 黄铁矿、脉石单体颗粒等。 4结论 I 该矿石中主要金属矿物含量较少，黄铜矿、黄 铁矿、方铅矿、闪锌矿是影响钼精矿质量的有害矿 物，辉钼矿与这些硫化物的分离是本次试验研究的 关键。 2 该矿石中辉钼矿与脉石矿物嵌布关系最为密 切，主要浸染在脉石矿物或沿脉石裂缝侵入，分布甚 为普遍，同时有的脉石矿物颗粒分布在辉钼矿解理 缝或有的包裹在辉钼矿集合体颗粒中；少量的条纹 状辉钼矿沿脉石矿物片理充填胶结。辉钼矿粒度以 细粒为主，其中在一3 8p x n 粒级中占3 4 ．3 6 ％，可见， 通过细磨矿，使辉钼矿与其它矿物解离开来是获得 合格钼精矿质量的前提条件。 3 该矿石中目的回收元素为钼，钼氧化率为 7 ．8 7 ％。钼的氧化率是影响钼回收率低的因素 之一。 4 试验中强化回收钼的关键在于一是采用对 辉钼矿选择性较好的捕收剂M 1 0 6 ，二是钼粗精矿再 磨时采用细磨矿，三是辉钼矿与黄铁矿、黄铜矿等硫 化物分离时采用有机抑制剂Q 1 和硫化钠组合抑制 剂，四是辉钼矿与黄铁矿等硫化物分离后的尾矿进 行四次扫选作业。试验获得钼精矿钼品位为 4 7 ．8 5 ％，钼回收率为8 5 ．3 5 ％。 参考文献 [ 1 ] 张相一，赵宝华，杨刘晓，等．中国钼业现状及振兴钼业 的建议[ c ] ．／／中国有色金属学会第五届学术年会论文 集．长沙矿冶工程编辑部，2 0 0 3 5 0 - 5 5 [ 2 ] 张成强，李洪潮，张颖新，等．我国复杂难选钼矿资源选 矿技术进展[ J ] ．中国矿业，2 0 0 9 1 0 6 4 - 6 6 [ 3 ] 于雪．某低品位钼矿石浮选试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 4 1 2 1 - 2 5 ． [ 4 ] 李迎国，曹进成．某大型斑岩型铜钼矿选矿试验研究[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 0 5 1 1 4 一1 7 ． [ 5 ] 崔权祥．钼铜综合回收浮选工艺技术总结与分析[ J ] ．有 色矿山，1 9 9 8 3 1 7 - 2 1 ． 万方数据