·148· 工程科学学报，第41卷，第2期 菌培养基按化学因素分为天然培养基、组合培养基 获取并被应用于全球铜矿生物浸出过程，如表2 半组合培养基三种.当前，大量浸矿细菌已被成功 所示. 表2世界范围内已分离获得的浸铜细菌（不完全统计）【] Table 2 Leaching bacteria after being isolated and identified around the world (incomplete statistics)(9) 细菌种类 NCBI编号 菌种采样位置及国家 Acidithiobacillus ferrivorans CF27 CCCS000000000 某铜钻矿的酸性矿坑水，美国 Acidiplasma sp.MBA-1 JYHS00000000 某铜矿浸出反应器，俄罗斯 Acidiplasma cupricumulans BH2 LKBH00000000 某硫化铜矿，缅甸 Ferrovum sp.JA12 LJWX00000000 某硫化铜矿矿坑水，德国 Ferrorum sp.Z-31 LRRD00000000 某铜矿酸性矿坑水，德国 Acidithiobacillus thiooxidans Licanantay JMEB00000000 某铜矿，智利 "Ferrotum myxofaciens"P3CT P0Q00000000 某铜矿矿坑水，英国 “Acidibacillus ferrooxidans”DSM5130T LPVJ00000000 某低品位黄铜矿矿坑水，巴西 Ferrimicrobium acidiphilum DSM 19497 JQKF00000000 某铜矿矿坑水，英国 Leptospirillum sp.Sp-Cl LGSH00000000 某铜矿，智利 Sulfobacillus thermosulfidooxidans Cutipay ALWJ00000000 某铜矿渗滤液，智利 Acidithiobacillus ferrooxidans (4664533.3)÷ 德兴铜矿，中国 Sulfobacillus thermosulfidooxidans DSM 9293 (2506210005)· 某自热矿床，哈萨克斯坦 Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 53993 NC011206 某铜矿，亚美尼亚 Acidithiobacillus caldus SM-1 NC_015850 微生物资源前期开发国家重点实验室，中国 在我国，该领域研究已深人到宏基因组学、蛋白 65℃以上高温的浸矿菌种，并揭示了其生长动力学 质组学层面.以邱冠周院士等专家为代表o],重点 与浸矿参数等 开展了浸出过程中细菌分子多样性鉴定、多种浸矿 3.2生物浸出机理与界面反应 细菌增殖及协同作用、基因芯片技术与定向改性等 矿石浸出过程中，细菌与矿物之间具有显著的 研究[61-62].其中，重要突破主要包括：自矿区酸性 选择性，不同种类的细菌对同种矿物，或者同种细菌 矿坑水的复杂菌群中原位提取、分离原始浸矿菌 对不同种矿物的浸出机制与效果不同，易导致酸过 种[]：利用紫外线诱变、化学诱变、基因芯片技 剩或碱积累等现象[6].此外，浸出过程中生物群落 术[6等手段获取浸矿菌株并改良性状[6s]:揭示接 处于复杂的动态演替[]，极大地阻碍了目标矿物的 种浓度及时间、环境温度、菌种配比、培养基种类、 高效浸出.因此，探索生物浸出机理及界面反应，是 pH值、矿浆浓度、可矿石粒径、CO2含量、O,含量、Ag 从浸出反应这一根本环节解决制约铜金属回收率 等金属离子等影响因素对细菌增殖及浸矿活性的作 低、回收不均衡等技术难题的关键 用机制[6-6)；由于浸矿酸液的环境污染问题，碱性 生物浸出机理主要包括“接触浸出”、“非接触 浸菌株的获取与研究逐渐开展，相继获取了碱性 浸出”与“非接触-接触浸出联合机制”三种[]，浸 产氨细菌、碱性中高温浸矿菌等高效浸矿菌 种[s-69]:针对矿堆内部的浸矿细菌群落结构复杂 矿体系中同时存在游离菌和吸附菌，如图5所示. 性，利用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应(real- 对于硫化铜矿、氧化铜矿而言，浸矿后反应界面极易 time quantitative polymerase chain reaction,RT-PCR) 形成一层致密抗酸的产物层，称之为钝化膜(passi-- 法对浸矿细菌进行DNA测序与菌种鉴定，如图4所 vation layer),阻碍矿石内部有价元素的持续浸出， 示，揭示了堆内不同环境下浸矿细菌增殖特性及其 铜浸出率逐渐趋于峰值.近十余年来，有关钝化膜 种群结构[0-)，探讨了不同种类细菌的浸出作用. 的物质组成与形成机制被广泛探讨，通过扫描电镜- 面向未来，深地原位生物浸出技术是深部开采的重 能谱分析等多种检测手段，黄钾铁矾类、胞外多聚 要手段，对此，耐高温、高压等适应极端环境的浸矿 物、多硫化物及硫膜等钝化物质及其作用已被证 菌种研究不断推进，相继获取Sulfolobus]、Acidia- 实[9).其中，作为由多糖、蛋白质和脂肪构成的一 nus manzaensis)】、Metallosphaera sedula4]等可耐受 层微米量级厚度的生物膜，胞外多聚物(extracellular工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 菌培养基按化学因素分为天然培养基、组合培养基、 半组合培养基三种. 当前,大量浸矿细菌已被成功 获取并被应用于全球铜矿生物浸出过程,如表 2 所示. 表 2 世界范围内已分离获得的浸铜细菌(不完全统计) [59] Table 2 Leaching bacteria after being isolated and identified around the world (incomplete statistics) [59] 细菌种类 NCBI 编号 菌种采样位置及国家 Acidithiobacillus ferrivorans CF27 CCCS000000000 某铜钴矿的酸性矿坑水,美国 Acidiplasma sp郾 MBA鄄鄄1 JYHS00000000 某铜矿浸出反应器,俄罗斯 Acidiplasma cupricumulans BH2 LKBH00000000 某硫化铜矿,缅甸 Ferrovum sp郾 JA12 LJWX00000000 某硫化铜矿矿坑水,德国 Ferrovum sp郾 Z鄄鄄31 LRRD00000000 某铜矿酸性矿坑水,德国 Acidithiobacillus thiooxidans Licanantay JMEB00000000 某铜矿,智利 “Ferrovum myxofaciens冶 P3G T JPOQ00000000 某铜矿矿坑水,英国 “Acidibacillus ferrooxidans冶 DSM 5130 T LPVJ00000000 某低品位黄铜矿矿坑水,巴西 Ferrimicrobium acidiphilum DSM 19497 T JQKF00000000 某铜矿矿坑水,英国 Leptospirillum sp郾 Sp鄄鄄Cl LGSH00000000 某铜矿,智利 Sulfobacillus thermosulfidooxidans Cutipay ALWJ00000000 某铜矿渗滤液,智利 Acidithiobacillus ferrooxidans (4664533郾 3) # 德兴铜矿,中国 Sulfobacillus thermosulfidooxidans DSM 9293 T (2506210005) * 某自热矿床,哈萨克斯坦 Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 53993 NC_011206 某铜矿,亚美尼亚 Acidithiobacillus caldus SM鄄鄄1 NC_015850 微生物资源前期开发国家重点实验室,中国 在我国,该领域研究已深入到宏基因组学、蛋白 质组学层面. 以邱冠周院士等专家为代表[60] ,重点 开展了浸出过程中细菌分子多样性鉴定、多种浸矿 细菌增殖及协同作用、基因芯片技术与定向改性等 研究[61鄄鄄62] . 其中,重要突破主要包括:自矿区酸性 矿坑水的复杂菌群中原位提取、分离原始浸矿菌 种[63] ;利用紫外线诱变、化 学 诱 变、基 因 芯 片 技 术[64]等手段获取浸矿菌株并改良性状[65] ;揭示接 种浓度及时间、环境温度、菌种配比、培养基种类、 pH 值、矿浆浓度、矿石粒径、CO2含量、O2含量、Ag + 等金属离子等影响因素对细菌增殖及浸矿活性的作 用机制[66鄄鄄67] ;由于浸矿酸液的环境污染问题,碱性 浸矿菌株的获取与研究逐渐开展,相继获取了碱性 产氨 细 菌、 碱 性 中 高 温 浸 矿 菌 等 高 效 浸 矿 菌 种[68鄄鄄69] ;针对矿堆内部的浸矿细菌群落结构复杂 性,利用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应( real鄄 time quantitative polymerase chain reaction, RT鄄PCR) 法对浸矿细菌进行 DNA 测序与菌种鉴定,如图 4 所 示,揭示了堆内不同环境下浸矿细菌增殖特性及其 种群结构[70鄄鄄71] ,探讨了不同种类细菌的浸出作用. 面向未来,深地原位生物浸出技术是深部开采的重 要手段,对此,耐高温、高压等适应极端环境的浸矿 菌种研究不断推进,相继获取 Sulfolobus [72] 、Acidia鄄 nus manzaensis [73] 、Metallosphaera sedula [74] 等可耐受 65 益以上高温的浸矿菌种,并揭示了其生长动力学 与浸矿参数等. 3郾 2 生物浸出机理与界面反应 矿石浸出过程中,细菌与矿物之间具有显著的 选择性,不同种类的细菌对同种矿物,或者同种细菌 对不同种矿物的浸出机制与效果不同,易导致酸过 剩或碱积累等现象[76] . 此外,浸出过程中生物群落 处于复杂的动态演替[77] ,极大地阻碍了目标矿物的 高效浸出. 因此,探索生物浸出机理及界面反应,是 从浸出反应这一根本环节解决制约铜金属回收率 低、回收不均衡等技术难题的关键. 生物浸出机理主要包括“接触浸出冶、“非接触 浸出冶与“非接触鄄鄄 接触浸出联合机制冶三种[78] ,浸 矿体系中同时存在游离菌和吸附菌,如图 5 所示. 对于硫化铜矿、氧化铜矿而言,浸矿后反应界面极易 形成一层致密抗酸的产物层,称之为钝化膜( passi鄄 vation layer),阻碍矿石内部有价元素的持续浸出, 铜浸出率逐渐趋于峰值. 近十余年来,有关钝化膜 的物质组成与形成机制被广泛探讨,通过扫描电镜鄄鄄 能谱分析等多种检测手段,黄钾铁矾类、胞外多聚 物、多硫化物及硫膜等钝化物质及其作用已被证 实[79] . 其中,作为由多糖、蛋白质和脂肪构成的一 层微米量级厚度的生物膜,胞外多聚物(extracellular ·148·