·1274 北京科技大学学报 第35卷 7.5 MPas,此后继续浸矿三者浸出液的黏度略有降低. 7.0 诱变菌株产酸与产多聚物的能力明显要比出发菌株 ◆一HJ07 强，其中紫外诱变菌株UV-2的代谢能力最强.因 6.5 ●-NTG-5 此可以进一步确认，出发菌株经紫外与NTG诱变 UV-2 60 后引起了菌种遗传变异，筛选所得到的诱变菌株产 酸与产胞外聚合物的能力及风化降解铝硅酸盐矿物 5.5 并释放其中的S的性能较出发菌株有了较大的提 高.同时结合图3的结果，说明细菌产酸与产胞外 5.0 聚合物的能力与其对铝土矿的脱硅能力存在一定的 4.5 正相关性 123456789101112 时间/d 2.5铝土矿浸渣扫描电镜分析 图4不同实验菌株浸矿时浸出时间对浸出液pH值的影响 对铝土矿原矿样及被菌株UV-2与HJ07浸出 Fig.4 Effects of leaching time on the pH values of leachates 12d后浸渣表面进行了扫描电镜及能谱分析，检测 when different experimental strains were used to leach miner- 结果见图6所示，具体能谱分析结果如表5所示. als 从图6中扫描电镜图可以看出，诱变前后的HJ07 菌株均对矿物表面产生了腐蚀作用，但UV-2菌株 570 对矿物的溶蚀作用更加明显，浸出后的矿物表面细 小颗粒明显增加，矿粉颗粒浑圆，边缘变得更加模 470 糊不清，表明凹凸不平状更加显著：同时，矿物表 面聚集了大量絮凝状物质，这可能是被细菌溶解的 370 水铝石或Al2O3在多糖的絮凝作用下又沉淀到了 矿物表面，形成了一层A12O3膜.为了验证这一 270 -◆一HJ07 观点，本研究采用细菌-矿物间接接触模式进行实 ◆-NTG-5 验，即先将5g铝土矿粉用灭菌后的微孔滤膜（孔 170 ▲一UV-2 径=0.22um)包裹并密封，然后投入90mL灭菌 70 的改性胶质芽孢杆菌培养基中，按照1.4节所述方 123456789101112 法进行浸矿实验，经HJ07菌株浸出12d后，发 时间/d 现滤膜表面覆盖了一层白色絮状沉淀物，经扫描电 图5不同实验菌株下浸出时间对浸出液黏度的影响 镜及X射线衍射分析表明（见图7），该白色沉淀 Fig.5 Effects of leaching time on the viscosity of leachates 物主要由A12O3组成，因此验证了上述观点.从图 when different experimental strains were used to leach miner- 6中能谱图可以看出，铝土矿被菌株HJ07与UV- als 2浸渍前后矿样表面的主要化学成分基本相同.从 HJ07、UV-2和NTG-5三种浸出体系浸出液pH值 表5中可以看出，被细菌浸出后的铝土矿表面元素 随时间变化趋势相似，浸出开始时浸出液pH值均 Si、Fe、Ca、K、Mg等元素的质量分数均有不同程 随浸出时间而降低，但UV-2浸出体系在各浸出时 度的降低，而A1的质量分数却明显增加，特别是 间内pH值均最低，NTG-5浸出体系其次，HJ07浸 被菌株UV-2作用后的浸渣表面元素的质量分数变 出体系pH值最高；浸矿7d后，HJ07、UV-2和 化效果更加显著.根据以上实验结果及文献[10,14 NTG-5浸出体系中的pH值分别达到其最低值，为 报道分析可知：铝土矿被细菌浸出后的矿物表面富 5.6、4.9和5.3：继续浸矿三者的pH值略有升高，集了大量的Al203,并形成Al2O3膜：在浸出过程 但趋势并不明显.HJ07、UV-2和NTG-5三种浸出 中，Fe、Ca、K和Mg在细菌作用下通过酸解、氧化 体系浸出液黏度随时间变化趋势也大致相似，浸矿 还原和络合作用形成离子状态并释放到浸出液中， 初期三者浸出液黏度随时间迅速增加，其中UV-2 而Si和A1两种元素在细菌对矿物的各种生物物理 浸出体系浸出液最高，NTG-5浸出体系其次，HJ07 化学作用下以水铝石、石英或离子形态释放到浸出 浸出体系黏度最低：浸矿7d后，HJ07、UV-2和液中.在铝硅酸盐矿物的浸出实验过程中发现，高 NTG-5浸出体系浸出液黏度分别为467、524和470 岭石、伊利石和石英的微细颗粒在含微生物胞外聚· 1274 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 图 4 不同实验菌株浸矿时浸出时间对浸出液 pH 值的影响 Fig.4 Effects of leaching time on the pH values of leachates when different experimental strains were used to leach miner￾als 图 5 不同实验菌株下浸出时间对浸出液黏度的影响 Fig.5 Effects of leaching time on the viscosity of leachates when different experimental strains were used to leach miner￾als HJ07、UV-2 和 NTG-5 三种浸出体系浸出液 pH 值 随时间变化趋势相似，浸出开始时浸出液 pH 值均 随浸出时间而降低，但 UV-2 浸出体系在各浸出时 间内 pH 值均最低，NTG-5 浸出体系其次，HJ07 浸 出体系 pH 值最高；浸矿 7 d 后，HJ07、UV-2 和 NTG-5 浸出体系中的 pH 值分别达到其最低值，为 5.6、4.9 和 5.3；继续浸矿三者的 pH 值略有升高， 但趋势并不明显. HJ07、UV-2 和 NTG-5 三种浸出 体系浸出液黏度随时间变化趋势也大致相似，浸矿 初期三者浸出液黏度随时间迅速增加，其中 UV-2 浸出体系浸出液最高，NTG-5 浸出体系其次，HJ07 浸出体系黏度最低；浸矿 7 d 后，HJ07、UV-2 和 NTG-5 浸出体系浸出液黏度分别为 467、524 和 470 MPa·s，此后继续浸矿三者浸出液的黏度略有降低. 诱变菌株产酸与产多聚物的能力明显要比出发菌株 强，其中紫外诱变菌株 UV-2 的代谢能力最强. 因 此可以进一步确认，出发菌株经紫外与 NTG 诱变 后引起了菌种遗传变异，筛选所得到的诱变菌株产 酸与产胞外聚合物的能力及风化降解铝硅酸盐矿物 并释放其中的 Si 的性能较出发菌株有了较大的提 高. 同时结合图 3 的结果，说明细菌产酸与产胞外 聚合物的能力与其对铝土矿的脱硅能力存在一定的 正相关性. 2.5 铝土矿浸渣扫描电镜分析 对铝土矿原矿样及被菌株 UV-2 与 HJ07 浸出 12 d 后浸渣表面进行了扫描电镜及能谱分析，检测 结果见图 6 所示，具体能谱分析结果如表 5 所示. 从图 6 中扫描电镜图可以看出，诱变前后的 HJ07 菌株均对矿物表面产生了腐蚀作用，但 UV-2 菌株 对矿物的溶蚀作用更加明显，浸出后的矿物表面细 小颗粒明显增加，矿粉颗粒浑圆，边缘变得更加模 糊不清，表明凹凸不平状更加显著；同时，矿物表 面聚集了大量絮凝状物质，这可能是被细菌溶解的 水铝石或 Al2O3 在多糖的絮凝作用下又沉淀到了 矿物表面，形成了一层 Al2O3 膜. 为了验证这一 观点，本研究采用细菌 - 矿物间接接触模式进行实 验，即先将 5 g 铝土矿粉用灭菌后的微孔滤膜 (孔 径 =0.22 µm) 包裹并密封，然后投入 90 mL 灭菌 的改性胶质芽孢杆菌培养基中，按照 1.4 节所述方 法进行浸矿实验，经 HJ07 菌株浸出 12 d 后，发 现滤膜表面覆盖了一层白色絮状沉淀物，经扫描电 镜及 X 射线衍射分析表明 (见图 7)，该白色沉淀 物主要由 Al2O3 组成，因此验证了上述观点. 从图 6 中能谱图可以看出，铝土矿被菌株 HJ07 与 UV- 2 浸渍前后矿样表面的主要化学成分基本相同. 从 表 5 中可以看出，被细菌浸出后的铝土矿表面元素 Si、Fe、Ca、K、Mg 等元素的质量分数均有不同程 度的降低，而 Al 的质量分数却明显增加，特别是 被菌株 UV-2 作用后的浸渣表面元素的质量分数变 化效果更加显著. 根据以上实验结果及文献 [10,14] 报道分析可知：铝土矿被细菌浸出后的矿物表面富 集了大量的 Al2O3，并形成 Al2O3 膜；在浸出过程 中，Fe、Ca、K 和 Mg 在细菌作用下通过酸解、氧化 还原和络合作用形成离子状态并释放到浸出液中， 而 Si 和 Al 两种元素在细菌对矿物的各种生物物理 化学作用下以水铝石、石英或离子形态释放到浸出 液中. 在铝硅酸盐矿物的浸出实验过程中发现，高 岭石、伊利石和石英的微细颗粒在含微生物胞外聚