·586· 北京科技大学学报 2004年第6期 120 一。不加Fe” 内，细菌利用其实现了自身的生长和复制.因此 100 s-Fe门=1kgm 下e"1-3kgm 细菌利用矿物中电子的多少决定了细菌的生长 80 60 8不 情况，而生长繁殖的细菌进一步加强了矿物的氧 化分解速度.可见细菌浸矿不是发生简单的催化 40 作用，而是细菌的生命活动H对生物代谢产生 20 很大影响.有学者认为，防止抑制作用和沉淀产 1 2 3 生的最佳pH=1.7~2.0,pH<1.5会降低细菌活性周. 时间d 本文同时进行了pH对游离菌浓度和Ni浸出 图4铁离子浓度对镍浸出率的影响 率影响的实验.实验条件：T℉菌的初始质量浓度 Fig.3 Fe"concentration influence on the leaching rate of 为(1-1.2)×102/m,温度30℃，搅拌器转速150r/ Ni min,矿浆浓度为50kgm2,不加Fe",pH分别1.4， 图3反映了用T℉菌浸出时，浸出液中不同 1.9和2.4. Fe初始质量浓度对镍浸出率的影响.在不加T℉ 由图5和图6可知，当pH为1.4和2.4时，浸出 菌的对照实验中，当浸出液Fe*初始质量浓度为 过程中游离的T℉菌生长很慢，镍的浸出率较低， 6kgm3时，镍的浸出率很低.相反地，当T℉菌存 而pH-.9时的细菌浓度为pH曰l.4和2.4时的2倍， 在时，镍的浸出大大加快.当浸出液中不加Fe, 而且还发现，此时浸出效率好， 仅用TF菌浸出时，镍浸出以微生物直接浸出为 实验表明，TF在临界pH条件下生长很缓慢， 主.在TF细菌溶液中，加入1,3和6kgm,除开 可能是在恶劣环境下生物代谢作用发生变化.在 始生物浸出的2~3d外，浸出率明显减少.初始 外部H变化的时候，为保特胞质内的中性，引起 Fe+质量浓度从0增加到6kg/m时，浸出5d的镍 细胞膜H梯度的变化，使菌种活性降低， 浸出率从85%降到60%.经检测，初始Fe为3和 70 6kgm时，浸出3d后，液相中总铁质量浓度降为 60 pHel.4 初始质量浓度的一半，经扫描电镜和X衍射分析 ◆pH=l.9 pH=2.4 形成诸如黄钾铁矾类的沉淀物，因沉淀沉积在镍 40 矿表面，阻碍了镍的浸出. 实验结果表明，氧化亚铁硫杆菌的细胞生长 20 速度决定于三价铁离子的质量浓度，从游离细菌 很长的繁殖滞后时间可以看出，这一行为可能与 3 34 微生物生理学特征有关向.由此可知，三价铁离子 时间/d 质量浓度与生物浸出率之间存在密切的关系.三 图5pH对游离T℉菌浓度的影响 价铁离子的存在也影响附着在矿物上的细菌的 Fig.5 pH influence on the density of free TF 浓度.当介质中含有低质量浓度三价铁离子时， 生物浸出速度增快 120 ◆-pH=1.4 2.4pH的影响 100 -pH=1.9 硫杆菌通常生长在pH=1.5~3.5范围内.较低 80 -pH=2.4 的pH将给细菌保持其胞质体内的pH=7带来困 60 难，使细菌会产生pH梯度 爽 T℉利用硫化刊矿中的自由能是通过电子传递 进行的，其膜上有电子传递链，电子在传递过程 中与ATP合成酶偶联，反能量存贮在ATP中，ATP 2 3 5 6 是一切生命活动的直接能源.硫化矿细菌氧化 时间d 时，硫化硫是电子传递链的最初电子供体，氧是 图6pH对镍浸出率的影响 最终电子受体，矿物中的能量最终转移到菌体 Fig.6 pH influence on the leaching rate of Ni. 86 5 北 京 科 技 大 学 学 报 2 . 0 年 第 期 6 4 1 2 0 1 0 0 目 , 卜- 不加 F已 …升份 价 、 日 ,侧说佃01)/ 时间 d/ 图 4 铁 离子 浓度 对镍 浸 出率 的影 响 Fi g . 3 F+c3 c o n c e n t r a it o n i n fl u e n c e o n ht e l e a e h in g r a t e o f N i 内 , 细 菌利 用 其实现 了 自身 的生 长和 复制 vI] . 因此 细 菌 利 用矿 物 中 电子 的多 少 决定 了细 菌 的 生长 J 清况 , 而 生长 繁殖 的细 菌进 一 步加 强 了矿物 的氧 化 分解 速 度 . 可 见细 菌浸 矿不 是发 生简 单 的催化 作 用 , 而是 细 菌 的生 命活 动 . p H 对 生 物代 谢 产 生 很 大 影 响 . 有 学者 认 为 , 防止 抑制 作 用 和沉 淀产 生 的最佳 p H月 . 7一2 . 0 , p H l< . 5 会 降低 细菌 活 性 `8] . 本 文 同 时进 行 了 p H 对游 离 菌 浓度 和 N i 浸 出 率影 响 的实 验 . 实验 条件 : T F 菌 的初 始 质量 浓度 为 ( l 一 1 . 2) x l o , 2 m/ , , 温 度 3 0 oC , 搅拌 器 转速 15 0 r/ m i n , 矿 浆浓 度 为 5 0 k g/ n 1 2 , 不 加 F e , + , P H 分别 1 . 4 , 1 . 9 和 2 . 4 . 由 图 5 和 图 6 可知 , 当p H 为 L4 和 2 .4 时 , 浸 出 过 程 中游 离 的 T F 菌 生长 很慢 , 镍 的浸 出率较 低 . 而 p H = Lg 时 的细 菌浓 度 为 p H = L4 和 .2 4 时 的 2 倍 , 而 且 还发 现 , 此 时浸 出效 率 好 . 实验 表 明 , T F 在 临界 p H 条件 下 生 长很 缓慢 , 可 能是 在 恶劣 环境 下生 物代 谢 作用 发 生变化 . 在 外 部 p H 变 化 的 时候 , 为保 持 胞质 内的 中性 , 引起 细 胞膜 p H 梯 度 的 变化 , 使 菌 种 活性 降低 . o n ùnU 0 0 ù 6峙月 2 一介- P H= 1 . 4 -月卜- P H= 1 . 9 - ` - P H= 2 . 4 八“0 ,产 6 曰nn ù 24 0 介 N日 一侧说短祖装。工í陌卜 时 间d/ 图 5 p H 对 游 离 T F 菌浓 度 的影 响 F i g . 5 PH i n fl u e n e e o n t h e d e n s i yt o f fer e T F `’ 0 厂一二不布不而 I UO 卜 ~ p H= 1 . 9 8 0 { 一 p H一 2 . ` 6 0 卜 4例0。| 山, 并王则骤芝 图 3 反 映 了用 FT 菌浸 出时 , 浸 出液 中不 同 F 日 + 初 始质 量 浓 度对 镍 浸 出率 的影 响 . 在 不加 TF 菌 的对 照 实 验 中 , 当浸 出液 eF 3 + 初 始 质 量浓 度 为 6 k g/ n 1 3时 , 镍 的浸 出率很 低 . 相 反地 , 当 T F 菌 存 在 时 , 镍 的浸 出 大大 加 快 . 当浸 出液 中不 加 F e +a, 仅 用 T F菌 浸 出 时 , 镍浸 出 以微 生 物 直接 浸 出为 主 . 在 T F 细 菌 溶 液 中 , 加 入 l , 3 和 6 k g/ m 3 , 除 开 始 生物 浸 出 的 2一3 d 外 , 浸 出率 明显 减 少 . 初始 F e +3 质量 浓 度 从 O 增 加 到 6 k g / n 1 3时 , 浸 出 s d 的镍 浸 出率 从 85 % 降到 60 % . 经 检测 , 初 始 F +es 为 3 和 6 k g/ m 3时 , 浸 出 3 d 后 , 液 相 中 总铁 质 量浓 度 降 为 初始 质量 浓 度 的一 半 , 经 扫 描 电镜 和 X 衍 射 分析 形成 诸如 黄钾 铁矾 类 的沉 淀物 . 因沉 淀沉 积在 镍 矿 表 面 , 阻碍 了镍 的浸 出 . 实验 结果 表 明 , 氧 化亚 铁硫 杆 菌 的细 胞 生长 速 度 决定 于三 价铁 离 子 的质 量 浓度 . 从游 离细 菌 很 长 的繁殖 滞 后 时间 可 以看出 , 这 一行 为 可 能与 微 生物 生理 学特 征有 关 l6[ . 由此 可 知 , 三价 铁离 子 质 量浓度 与生物 浸 出率 之 间存在 密 切 的关系 . 三 价 铁 离子 的存 在 也 影 响 附着 在 矿 物 上 的 细 菌 的 浓度 . 当介 质 中含 有低 质 量 浓度 三 价 铁 离子 时 , 生物 浸 出速 度 增 快 . 2 . 4 P H 的 影 响 硫 杆 菌通 常 生 长在 p H 月 . 5一 3 . 5 范 围 内 . 较 低 的 p H 将 给 细 菌保 持 其 胞 质 体 内 的p H= 7 带 来 困 难 , 使 细菌 会产 生 p H 梯度 . TF 利 用硫 化 矿 中的 自由能 是通 过 电子 传 递 进 行 的 . 其 膜上 有 电子传 递 链 , 电子 在传 递 过 程 中与 AT P 合 成 酶 偶联 , 反 能量 存贮 在 AT P 中 . AT P 是 一 切 生命 活 动 的 直 接 能源 . 硫 化 矿 细 菌 氧化 时 , 硫 化硫 是 电子传 递 链 的最 初 电子 供 体 , 氧是 最 终 电子 受 体 . 矿 物 中 的能 量 最 终 转移 到菌 体 F i g . 6 1 2 3 4 5 6 时间d/ 图 6 p H 对 镍浸 出率 的影 响 PH i n if u e n e e o n th e l e a e h in g ar t e o f N i