第五章细菌漫铀
第五章 细菌浸铀
细菌浸铀 5.1概述 52细菌的生物化学特性 53细菌浸铀(矿)的基本原理 5.4微生物培养基 5.5菌种的保藏 56细菌的驯化培养 57细菌浸出的影响因素
细菌浸铀 ◼ 5.1 概述 ◼ 5.2 细菌的生物化学特性 ◼ 5.3 细菌浸铀（矿）的基本原理 ◼ 5.4 微生物培养基 ◼ 5.5 菌种的保藏 ◼ 5.6 细菌的驯化培养 ◼ 5.7 细菌浸出的影响因素
5.1 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 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
5.1 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
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、氧化铁硫杄菌、氧化铁杄菌和氧化硫杆菌 尊。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
◼ 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
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U3O6804kg,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
◼ 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
■将可直接或间接参与金属硫化矿物的氧化和溶解 过程称为微生物浸出,用于微生物浸出的微生物 菌种,称为浸矿微生物。在微生物湿法冶金过程 中参与浸出的主要微生物类群有以下几种: (1)中温细菌:硫杆菌属及钩端螺菌属 ■(2)中等嗜热细菌:硫化杆菌属 ■(3)极端嗜热细菌:嗜酸嗜热古生菌纲中的硫化 叶菌属、酸菌属、生金球菌属及硫球菌属
5.2 浸矿微生物的种类、特性 ◼ 将可直接或间接参与金属硫化矿物的氧化和溶解 过程称为微生物浸出，用于微生物浸出的微生物 菌种，称为浸矿微生物。在微生物湿法冶金过程 中参与浸出的主要微生物类群有以下几种： ◼ (1)中温细菌：硫杆菌属及钩端螺菌属 ◼ (2)中等嗜热细菌：硫化杆菌属 ◼ (3)极端嗜热细菌：嗜酸嗜热古生菌纲中的硫化 叶菌属、酸菌属、生金球菌属及硫球菌属
521硫杆菌属( Thiobacillus) 硫杆菌属是小杆状细胞,以单根极生鞭毛运 动,无休眠阶段,属革兰氏阴性菌种。能量获自 种或多种还原态的或部分还原的含硫化合物, 包括各种硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、连多硫 酸盐和亚硫酸盐。该菌属属无机化能营养类型, 专性好氧。最适温度约28~30°,pH范围较宽 发现于海水、海泥、土壤、淡水、各种酸性矿水 污水、含硫矿泉中和硫沉积物内或附近 硫杆菌属包括至少14个种,其中在生物浸 铀中应用最广泛的是氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫 杄菌、排硫硫杄菌及蚀阴沟硫杄菌这四个种
5.2.1硫杆菌属（Thiobacillus） ◼ 硫杆菌属是小杆状细胞，以单根极生鞭毛运 动，无休眠阶段，属革兰氏阴性菌种。能量获自 一种或多种还原态的或部分还原的含硫化合物， 包括各种硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、连多硫 酸盐和亚硫酸盐。该菌属属无机化能营养类型， 专性好氧。最适温度约28~30℃，pH范围较宽。 发现于海水、海泥、土壤、淡水、各种酸性矿水、 污水、含硫矿泉中和硫沉积物内或附近。 ◼ 硫杆菌属包括至少14个种，其中在生物浸 铀中应用最广泛的是氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫 杆菌、排硫硫杆菌及蚀阴沟硫杆菌这四个种
1)氧化亚铁硫杆菌( Tferrooxidans) 该菌属于短杆菌,0.5微米×1.0微米,具有圆钝的 末端,单生或对生,成短链者较少,显微镜下的照 见图2-1。其能源为Fe2+和还原态硫,能将Fe2+氧化 成Fe3,硫代硫酸盐氧化成硫酸。在pH值1.5~3.5 范围内生长良好,生长的最佳pH值为2.0 16~40°C存活,最佳生长温度为30~35℃ 该菌在含亚铁的液体培养基中由于能将亚铁氧化 成高铁,而使培养基由浅绿色变为红棕色,最后由于 Fe3水解生成氢氧化物或铁矾而生成沉淀。在硫酸亚 铁固体培养基上,借助显微镜可以见到有微小菌落, 直径约为1.0mm,颜色由红变褐,并在菌落周围可见 褐色沉淀。 在硫代硫酸盐固体培养基上形成圆形的微小菌落(直 径05~1.0mm 有时会形成不规则的边缘,菌落 也会因为有硫磺的沉淀而呈白色
1）氧化亚铁硫杆菌（T.ferrooxidans） ◼ 该菌属于短杆菌，0.5微米×1.0微米，具有圆钝的 末端，单生或对生，成短链者较少，显微镜下的照片 见图2-1。其能源为Fe2+和还原态硫，能将Fe2+氧化 成Fe3+ ，硫代硫酸盐氧化成硫酸。在pH值1.5~3.5 范围内生长良好，生长的最佳pH值为2.0，在 16~40℃存活，最佳生长温度为30~35℃。 ◼ 该菌在含亚铁的液体培养基中由于能将亚铁氧化 成高铁，而使培养基由浅绿色变为红棕色，最后由于 Fe3+水解生成氢氧化物或铁矾而生成沉淀。在硫酸亚 铁固体培养基上，借助显微镜可以见到有微小菌落， 直径约为1.0mm，颜色由红变褐，并在菌落周围可见 褐色沉淀。 ◼ 在硫代硫酸盐固体培养基上形成圆形的微小菌落（直 径0.5~1.0mm），有时会形成不规则的边缘，菌落 也会因为有硫磺的沉淀而呈白色
1)氧化亚铁硫杆菌 图2-1氧化亚铁硫杆菌C-3菌株的细胞形态 A:菌体为赤藓红染色,259投影,X1800 B:电镜观察照片,×10000
1） 氧化亚铁硫杆菌 图2-1 氧化亚铁硫杆菌C-3 菌株的细胞形态 A：菌体为赤藓红染色，25º投影，×1800 B：电镜观察照片，×10000
2)氧化硫硫杆菌(T. thiooxidans) 短杆菌,0.5微米×1.0~2.0微米,单生对 生或成短链,显微镜下的照片见图2-2,其能源 为硫及其化合物。该菌在pH=1.4~60的范围 内能生长,更低的范围可延至1.4以下,最适pH 值在2.5~5.8之间,最适温度为25~30°C。该 菌的亚铁液体培养基保持清澈,由于三价铁的产 生,迅速由琥珀色转为红褐色。如果pH上升至 1.9以上,会产生高铁沉淀的水合物,并形成 层由三价铁的水合物和细胞组成的膜。在硫代硫 酸盐的固体培养基上生长的微小菌落呈透明状或 随着培养时间的延长而变成黄白色,菌落边缘整 齐
2) 氧化硫硫杆菌（T．thiooxidans） 短杆菌，0.5微米×1.0~2.0微米，单生对 生或成短链，显微镜下的照片见图2-2，其能源 为硫及其化合物。该菌在pH=1.4~6.0的范围 内能生长，更低的范围可延至1.4以下，最适pH 值在2.5~5.8之间，最适温度为25~30℃。该 菌的亚铁液体培养基保持清澈，由于三价铁的产 生，迅速由琥珀色转为红褐色。如果pH上升至 1.9以上，会产生高铁沉淀的水合物，并形成一 层由三价铁的水合物和细胞组成的膜。在硫代硫 酸盐的固体培养基上生长的微小菌落呈透明状或 随着培养时间的延长而变成黄白色，菌落边缘整 齐