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D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.0L.005 第29卷第1期 北京科技大学学报 Vol.29 No.1 2007年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2007 高温浸矿菌sulfolobus的生长及浸矿性能 李宏煦) 董清海2)苍大强)王淀佐2) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，教育部生态与循环冶金重点实验室，北京1000832)北京有色金属研究总院，北京100088 摘要系统地研究了耐高温菌sulfolobus的生长特性·sulfolobus在65℃以上能良好地生长，并对亚铁和元素硫均具有较 好的氧化作用：在75℃时，sulfolobus氧化Fe2+和元素硫的活性最强，细菌的生长曲线和细菌氧化Fe2+和元素硫的趋势一致. 给出了细菌生长过程溶液S0￥和pH的变化趋势：以黄铜矿精矿为培养基对sulfolobus进行了适应性培养，并在75℃下进行 了黄铜矿摇瓶浸出研究.结果显示：适应性驯化后的sulfolobus在黄铜矿精矿上生长与浸矿性能良好：当矿浆质量分数在 10%以下，浸出150h,Cu浸出率可达90%以上：而矿浆质量分数在15%以上时，浸出350h,浸出率仅80%.同时还研究了浸 出体系溶液氧化还原电位E.和pH随时间的变化规律. 关键词生物治金；黄铜矿精矿；细菌浸出：高温菌；sulfolobus 分类号TF11131;Q93999:TF80321 堆浸过程的中后期及天气炎热的季节，堆内一 能源，F2+的氧化为细菌的生长提供足够的能量； 般具有较高的温度，黄铜矿精矿的搅拌浸出反应器 另一方面，Fe2+的氧化产生大量Fe3+,Fe3+作为氧 中的温度一般也在60℃以上，此时低、中温菌如 化剂氧化浸出硫化矿，产生的F2+又被细菌氧化为 Acithiobacillus ferrooxidans,Leptospirillum fer- F3+以供浸矿，如此反复作用，称为细菌浸矿的间 rooxidan,Thiobacillus thiooxidans等生长繁殖和浸 接作用].在硫化矿细菌浸出过程中，硫化矿分 矿作用受到很大影响，而耐高温菌可以起重要的作 解产生的元素硫覆盖在矿物表面阻碍矿物的进一步 用.对于硫化矿，sulfolobus是良好的耐高温浸矿菌 氧化，此时细菌氧化元素硫为可溶性硫酸，使矿物进 株，生长温度可在60℃以上].尽管高温菌在生 一步氧化浸出.用F+和元素硫的氧化速率可以 物治金的实际应用中非常重要，但以往对于浸矿菌 标度细菌生长状况，F+和元素硫被氧化的速率越 生长特性的研究主要集中在中低温典型性菌种 大，说明细菌sulfolobus的生长状况越好 Acithiobacillus ferrooxidans上，而对如sulfolobus 1.2菌株与材料 一类的高温菌研究较少，随着生物冶金的发展和工 浸矿菌株sulfolobus取自某煤矿，经分离、纯化 业应用的实际需要，研究诸如sulfolobus一类高温 得到.所用培养基组成为（质量浓度，gdm3): 菌的生长便十分必要[]. (NH4)2S04,0.4;KCl,0.1;KzHP04,0.2; 1 原料及实验 MgS045H0,0.5;Fe2+,4.5;加入化学纯元素硫 3gdm-3.初始pH为2.5，根据需要pH用6mol, 1.1实验原理 dm3的HSO4调节.中和所用BaCl2为分析纯.溶 对于在60℃以上，并通过氧化Fe2+和氧化元 液均用去离子水配制，黄铜矿为较纯天然矿物，取 素硫获得能量生长的sulfolobus菌，其体外反应式 自大治铜矿，其基本成分（质量分数）为： 为8]： Cu,29.78%;Fe,29.50%;S,32.58%.矿物经过破 Fe2++1/402+H+sulfolob s℉e3++1/2H20(1) 碎磨矿后，粒度<25m的占90%以上， s+3/202十H20oos0f+2Ht(2) 1.3方法与实验 细菌培养采用动态培养方式，将转接数次具有 Fe+氧化具有非常重要的意义：一方面，作为 较高活性的纯sulfolobus菌株接入含有200mL培 收稿日期：2005-11-19修回日期：2006-05-11 养基的500mL摇瓶中，接种量10%（体积分数），放 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50204001):国家重点基 于摇床中动态培养，培养期间保持温度恒定，摇瓶 础研究“973计划资助项目(No.2004CB619205) 作者简介：李宏煦(1971一)，明，副教授，博士：王淀佐(1934一)， 转速200rmim,培养过程用软管给培养液充气， 男，教授，博士生导师，中国科学院院士，中国工程院院士 保证氧和二氧化碳的供应，可以认为在细菌生长过高温浸矿菌 sulfolobus 的生长及浸矿性能 李宏煦1） 董清海2） 苍大强1） 王淀佐2） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院教育部生态与循环冶金重点实验室北京100083 2） 北京有色金属研究总院北京100088 摘 要 系统地研究了耐高温菌 sulfolobus 的生长特性．sulfolobus 在65℃以上能良好地生长并对亚铁和元素硫均具有较 好的氧化作用；在75℃时sulfolobus 氧化 Fe 2＋和元素硫的活性最强细菌的生长曲线和细菌氧化 Fe 2＋和元素硫的趋势一致． 给出了细菌生长过程溶液 SO 2－ 4 和 pH 的变化趋势；以黄铜矿精矿为培养基对 sulfolobus 进行了适应性培养并在75℃下进行 了黄铜矿摇瓶浸出研究．结果显示：适应性驯化后的 sulfolobus 在黄铜矿精矿上生长与浸矿性能良好；当矿浆质量分数在 10％以下浸出150hCu 浸出率可达90％以上；而矿浆质量分数在15％以上时浸出350h浸出率仅80％．同时还研究了浸 出体系溶液氧化还原电位 Eh 和 pH 随时间的变化规律． 关键词 生物冶金；黄铜矿精矿；细菌浸出；高温菌；sulfolobus 分类号 TF11131；Q93999；TF80321 收稿日期：20051119 修回日期：20060511 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50204001）；国家重点基 础研究“973”计划资助项目（No．2004CB619205） 作者简介：李宏煦（1971－）男副教授博士；王淀佐（1934－） 男教授博士生导师中国科学院院士中国工程院院士 堆浸过程的中后期及天气炎热的季节堆内一 般具有较高的温度黄铜矿精矿的搅拌浸出反应器 中的温度一般也在60℃以上此时低、中温菌如 Acithiobacillus ferrooxidansLeptospirillum ferrooxidanThiobacillus thiooxidans 等生长繁殖和浸 矿作用受到很大影响而耐高温菌可以起重要的作 用．对于硫化矿sulfolobus 是良好的耐高温浸矿菌 株生长温度可在60℃以上［1－3］．尽管高温菌在生 物冶金的实际应用中非常重要但以往对于浸矿菌 生长特性的研究主要集中在中低温典型性菌种 Acithiobacillus ferrooxidans 上而对如 sulfolobus 一类的高温菌研究较少随着生物冶金的发展和工 业应用的实际需要研究诸如 sulfolobus 一类高温 菌的生长便十分必要［4－8］． 1 原料及实验 1∙1 实验原理 对于在60℃以上并通过氧化 Fe 2＋ 和氧化元 素硫获得能量生长的 sulfolobus 菌其体外反应式 为［8］： Fe 2＋＋1／4O2＋H ＋ sulfolobus Fe 3＋＋1／2H2O （1） S＋3／2O2＋H2O sulfolobus SO 2－ 4 ＋2H ＋ （2） Fe 2＋氧化具有非常重要的意义：一方面作为 能源Fe 2＋的氧化为细菌的生长提供足够的能量； 另一方面Fe 2＋的氧化产生大量 Fe 3＋Fe 3＋作为氧 化剂氧化浸出硫化矿产生的 Fe 2＋又被细菌氧化为 Fe 3＋以供浸矿如此反复作用称为细菌浸矿的间 接作用［9－10］．在硫化矿细菌浸出过程中硫化矿分 解产生的元素硫覆盖在矿物表面阻碍矿物的进一步 氧化此时细菌氧化元素硫为可溶性硫酸使矿物进 一步氧化浸出．用 Fe 2＋ 和元素硫的氧化速率可以 标度细菌生长状况．Fe 2＋和元素硫被氧化的速率越 大说明细菌 sulfolobus 的生长状况越好． 1∙2 菌株与材料 浸矿菌株 sulfolobus 取自某煤矿经分离、纯化 得到．所用培养基组成为（质量浓度g·dm －3）： （ NH4）2SO40∙4； KCl0∙1； K2HPO40∙2； MgSO4·5H2O0∙5；Fe 2＋4∙5；加入化学纯元素硫 3g·dm －3．初始 pH 为2∙5根据需要 pH 用6mol· dm －3的 H2SO4 调节．中和所用 BaCl2 为分析纯．溶 液均用去离子水配制．黄铜矿为较纯天然矿物取 自大 冶 铜 矿其 基 本 成 分 （ 质 量 分 数 ） 为： Cu29∙78％；Fe29∙50％；S32∙58％．矿物经过破 碎磨矿后粒度＜25μm 的占90％以上． 1∙3 方法与实验 细菌培养采用动态培养方式．将转接数次具有 较高活性的纯 sulfolobus 菌株接入含有200mL 培 养基的500mL 摇瓶中接种量10％（体积分数）放 于摇床中动态培养．培养期间保持温度恒定摇瓶 转速200r·min －1培养过程用软管给培养液充气 保证氧和二氧化碳的供应．可以认为在细菌生长过 第29卷 第1期 2007年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．1 Jan．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．01．005