第五章细菌浸铀
第五章 细菌浸铀
细菌漫铀 ÷1概述 2细菌的生物化学特性 3细菌浸铀(矿)的基本原理 4微生物培养基 今5菌种的保藏 ÷6细菌的驯化培养 7细菌浸出的影响因素
细菌浸铀 ❖ 1 概述 ❖ 2 细菌的生物化学特性 ❖ 3 细菌浸铀（矿）的基本原理 ❖ 4 微生物培养基 ❖ 5 菌种的保藏 ❖ 6 细菌的驯化培养 ❖ 7 细菌浸出的影响因素
利用细菌的生物化学作用进行铀(矿)的 浸出,叫做细菌浸铀(矿),又称细菌冶金、 微生物浸矿等。细菌浸矿是用浸矿微生物将矿 石或精矿中有用组份有选择地转化为可溶化合 物,实现有用组份与杂质的分离,达到回收有 用金属的目的。 ÷16世纪,匈牙利人从矿坑水中回收铜; 1953年,葡萄牙的“镭公司”应用细菌浸出 铀矿石; 令中国微生物研究所、核工业北京化冶院和711 矿联合开展了含铀贫矿细菌浸出试验
概 述 ❖ 利用细菌的生物化学作用进行铀（矿）的 浸出，叫做细菌浸铀（矿），又称细菌冶金、 微生物浸矿等。细菌浸矿是用浸矿微生物将矿 石或精矿中有用组份有选择地转化为可溶化合 物，实现有用组份与杂质的分离，达到回收有 用金属的目的。 ❖ 16世纪，匈牙利人从矿坑水中回收铜； ❖ 1953年，葡萄牙的“镭公司”应用细菌浸出 铀矿石； ❖ 中国微生物研究所、核工业北京化冶院和711 矿联合开展了含铀贫矿细菌浸出试验
吣细菌浸出铀矿石最早被葡萄牙的“镭公司”应用。他 们从1953年开始进行铀矿石的自然浸出研究,利用铀 矿石中存在的或外加的黄铁矿(FeS2),在水和空气 的作用下产生Fe3和SO42,使铀氧化为UO2+而溶解 出来。在1956年的第二届国际和平利用原子能会议上 他们发表了“铀的自然浸出法”的研究报告。从此, 细菌浸出研究和应用开始受到各国的重视,许多国家 相继开展了从贫矿、废矿及表外矿中细菌浸出回收铀 的研究工作。从20世纪60年代起细菌浸出铀的技术用 于工业生产。加拿大的安大略州伊利奥特湖曾是世界 上规模最大的原地生物浸出铀矿的场所,该地区的斯 坦洛克矿从1964年起在采空区利用细菌浸出铀,平均 每月回收U3O86804kg,产量占当时全矿总产量的7% 且生产成本由原来的每磅5美元降至33美元。其他产 铀国如美国、法国、前苏联、澳大利亚等也在不同程 度上利用细菌浸出贫矿石的铀
❖ 细菌浸出铀矿石最早被葡萄牙的“镭公司”应用。他 们从1953年开始进行铀矿石的自然浸出研究，利用铀 矿石中存在的或外加的黄铁矿（FeS2），在水和空气 的作用下产生Fe3+和SO4 2-，使铀氧化为UO2 2+而溶解 出来。在1956年的第二届国际和平利用原子能会议上， 他们发表了“铀的自然浸出法”的研究报告。从此， 细菌浸出研究和应用开始受到各国的重视，许多国家 相继开展了从贫矿、废矿及表外矿中细菌浸出回收铀 的研究工作。从20世纪60年代起细菌浸出铀的技术用 于工业生产。加拿大的安大略州伊利奥特湖曾是世界 上规模最大的原地生物浸出铀矿的场所，该地区的斯 坦洛克矿从1964年起在采空区利用细菌浸出铀，平均 每月回收U3O8 6804 kg，产量占当时全矿总产量的7%， 且生产成本由原来的每磅5美元降至3.3美元。其他产 铀国如美国、法国、前苏联、澳大利亚等也在不同程 度上利用细菌浸出贫矿石的铀
2细菌的生物化学特性 令浸矿细菌是一种特殊性质的微生物。用于工业生 产的主要有:氧化硫硫杄菌、聚生硫杄菌、氧化铁硫 杆菌、氧化铁杆菌和氧化硫杆菌等。一般在pH=2~4, 温度30~35℃条件下生长良好、繁殖速度快。对于铜 和铀浸出工艺最有价值的为氧化铁硫杆菌,能氧化金 属硫化物、硫酸亚铁、硫代硫酸盐以及元素硫 氧化硫硫杆菌为化能自氧菌,它把元素硫氧化生 成硫酸,利用这一反应生成的能量作为其生活能源, 以C02和氨为原料合成菌体进行繁殖;氧化铁硫杄菌 和氧化铁杄菌,以Fe3-作为能源在含有矿物盐类强酸 性介质中生长
2 细菌的生物化学特性 ❖ 浸矿细菌是一种特殊性质的微生物。用于工业生 产的主要有：氧化硫硫杆菌、聚生硫杆菌、氧化铁硫 杆菌、氧化铁杆菌和氧化硫杆菌等。一般在pH=2～4， 温度30～35℃条件下生长良好、繁殖速度快。对于铜 和铀浸出工艺最有价值的为氧化铁硫杆菌，能氧化金 属硫化物、硫酸亚铁、硫代硫酸盐以及元素硫。 ❖ 氧化硫硫杆菌为化能自氧菌，它把元素硫氧化生 成硫酸，利用这一反应生成的能量作为其生活能源， 以CO2和氨为原料合成菌体进行繁殖；氧化铁硫杆菌 和氧化铁杆菌，以Fe3+作为能源在含有矿物盐类强酸 性介质中生长
①氧化亚铁硫杆菌 种类和特性 该菌在含亚铁的培养基中能将亚铁氧化成高铁。生长条件 pH值1.5~3.5(2.0最佳)。温度16-40%(30-35最尽 ②氧化硫硫杆菌: 该菌的亚铁培养基保持清澈生长条件:pH=14~6.0能生长, 但最佳值为pH=25-58,最适温度为25~30°C。 ③排硫硫杆菌: 该菌靠氧化硫代硫酸盐成硫酸盐获得能量:Na2S八○3、 生存条件:pH=4.5~7.8能生长,最佳pH=66-72,最适温 28°C ④蚀阴沟硫杆菌: 该菌与氧化硫硫杄菌相类似,但它可以利用硝酸盐或氨离子 作氮源,不能利用亚硝酸盐
❖ ①氧化亚铁硫杆菌：种类和特性 该菌在含亚铁的培养基中能将亚铁氧化成高铁。生长条件： pH值1.5~3.5（2.0最佳）。温度16—40℃（30—35℃最佳） ❖ ②氧化硫硫杆菌： 该菌的亚铁培养基保持清澈生长条件：pH=1.4~6.0能生长， 但最佳值为pH=2.5~5.8，最适温度为25~30℃。 ❖ ③排硫硫杆菌： 该菌靠氧化硫代硫酸盐成硫酸盐获得能量：Na2S2O3 生存条件：pH=4.5~7.8能生长，最佳pH=6.6~7.2，最适温度： 28℃。 ❖ ④蚀阴沟硫杆菌： 该菌与氧化硫硫杆菌相类似，但它可以利用硝酸盐或氨离子 作氮源，不能利用亚硝酸盐
3细菌浸铀(矿)的基本原理 自20世纪50年代发现浸矿微生物以来,经过许 多人的研究和试验,人们已基本掌握了微生物 浸出过程的规律和作用原理,细菌浸矿的机理 主要有直接作用、间接作用以及复合作用三种 理论。也有学者提出了破硫膜作用学说 直接作用理论: 所谓细菌直接浸出是指不依赖于Fe3+的触 媒作用,细菌的细胞和金属硫化矿固体之间直 接紧密接触,通过细菌细胞内特有的铁氧化酶 和硫氧化酶直接氧化金属硫化物,使金属溶解 出来
3 细菌浸铀（矿）的基本原理 ❖ 自20世纪50年代发现浸矿微生物以来，经过许 多人的研究和试验，人们已基本掌握了微生物 浸出过程的规律和作用原理，细菌浸矿的机理 主要有直接作用、间接作用以及复合作用三种 理论。也有学者提出了破硫膜作用学说。 ❖ 直接作用理论： 所谓细菌直接浸出是指不依赖于Fe3+的触 媒作用，细菌的细胞和金属硫化矿固体之间直 接紧密接触，通过细菌细胞内特有的铁氧化酶 和硫氧化酶直接氧化金属硫化物，使金属溶解 出来
间接作用理论: 氧化硫硫杄菌、氧化铁铁杄菌等具有氧化低价铁和元素 硫生成高价铁和硫酸的能力,利用这些细菌所生成的氧化j 物硫酸高铁和硫酸对沥青铀矿等主要铀矿物进行溶解和氧化。 Fe2(SO4)3能将不溶于水的四价铀氧化成溶于水的六价铀, 从而达到浸出的目的。 复合作用理论: 是指在细菌浸出过程中,既有细菌直接作用,又有通过 Fe3+氧化的间接作用,有时以直接作用为主,有时则以间接作 用为主。这是至今为止绝大多数学者所赞同的观点。 令破硫膜作用: 有的学者认为,在浸矿过程中,矿块表面覆盖着硫的薄 膜,阻碍了溶浸液与矿块表面的直接作用,若有细菌存在, 可以将硫薄膜氧化或破坏,使金属得以继续浸出
❖ 间接作用理论： 氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌等具有氧化低价铁和元素 硫生成高价铁和硫酸的能力，利用这些细菌所生成的氧化产 物硫酸高铁和硫酸对沥青铀矿等主要铀矿物进行溶解和氧化。 Fe2（SO4）3能将不溶于水的四价铀氧化成溶于水的六价铀， 从而达到浸出的目的。 ❖ 复合作用理论： 是指在细菌浸出过程中，既有细菌直接作用，又有通过 Fe3+氧化的间接作用，有时以直接作用为主，有时则以间接作 用为主。这是至今为止绝大多数学者所赞同的观点。 ❖ 破硫膜作用： 有的学者认为，在浸矿过程中，矿块表面覆盖着硫的薄 膜，阻碍了溶浸液与矿块表面的直接作用，若有细菌存在， 可以将硫薄膜氧化或破坏，使金属得以继续浸出
4微生物培养基 培养基是指用人工方法配制的专供微生物生 长繁殖的营养混合物。用于细菌浸矿的主要微 生物培养基有以下三种: ①液体培养基,是指营养物质以溶质状态溶 解于液体中,使微生物能更充分地接触和利用 养分,因而也能更好地积累代谢产物 今②半固体培养基,在液体培养基中加入0.2% 的琼脂作凝固剂,就可得到半固体培养基。 ③固体培养基,在液体培养基中加入1~2%琼 脂或者512%明胶,可制成固体培养基
4 微生物培养基 ❖ 培养基是指用人工方法配制的专供微生物生 长繁殖的营养混合物。用于细菌浸矿的主要微 生物培养基有以下三种： ❖ ①液体培养基，是指营养物质以溶质状态溶 解于液体中，使微生物能更充分地接触和利用 养分，因而也能更好地积累代谢产物。 ❖ ②半固体培养基，在液体培养基中加入0.2% 的琼脂作凝固剂，就可得到半固体培养基。 ❖ ③固体培养基，在液体培养基中加入1~2%琼 脂或者5~12%明胶，可制成固体培养基
5菌种的保藏 令。活性优良菌种应及时进行保藏,菌种的保 藏要达到不死亡、不变异两个要求。因此 要达到这两点必须使菌种处于不活跃状态 长期保藏菌种的方法很多,但对浸矿菌种 来讲,采用砂土——黄铁矿保藏法和冰冻干 燥法较为有效
5 菌种的保藏 ❖ 活性优良菌种应及时进行保藏，菌种的保 藏要达到不死亡、不变异两个要求。因此， 要达到这两点必须使菌种处于不活跃状态。 长期保藏菌种的方法很多，但对浸矿菌种 来讲，采用砂土——黄铁矿保藏法和冰冻干 燥法较为有效