CN101792728B

CN101792728B - 一种从金属矿石中浸取金属的方法及其专用菌株

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Publication number: CN101792728B
Application number: CN2010101397316A
Authority: CN
Inventors: 刘双江; 姜成英; 刘丽君; 郭旭; 尤晓颜; 王保军; 刘志培
Original assignee: Institute of Microbiology of CAS
Current assignee: Institute of Microbiology of CAS
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: CN101792728A

Abstract

本发明公开了一种从金属矿石中浸取金属的方法及其专用菌株。该菌株为嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4，其保藏编号为CGMCC No.3402。实验证明，该菌能在低pH值、高温、高矿化度环境中生长，该菌可从黄铜矿中浸出铜离子，浸取率为10.6％；该菌还可从黄铁矿(黄铁矿)中浸出铁离子，铁浸取率为2.9％。该高温浸矿菌从至少两个方面提高了硫化物的氧化效率：第一，随着温度的升高，反应速率提高；第二，提高温度会增加金属从某些矿物中提取的范围，弥补了中温菌浸出某些矿物并不成功，且投资较高、效率较低等缺点。对于浸出效率低的矿物如黄铜矿等，用本发明菌株尤为合适。另外，本发明菌株具有超强的耐酸性能，因此，在生物浸出过程中，产生的酸性不会影响该菌的效力，更加提高了浸出效率。

Description

一种从金属矿石中浸取金属的方法及其专用菌株

技术领域

本发明涉及一种从金属矿石中浸取金属的方法及其专用菌株。

背景技术

生物湿法冶金也称微生物浸出，是利用某些微生物或其代谢产物对某些矿物(主要是硫化矿物)和元素所具有的氧化、还原、溶解、吸收(吸附)等作用，从矿石中溶浸金属或从水中回收有价金属或脱除有害金属的湿法冶金过程。其发展已有数十年的历史，由于成本低、无污染、操作简单等有利因素日益受到人们的重视，已成为从低品位、难处理矿石中提取多种有用金属的具有显著经济和环保利益的先进技术，在世界范围内得到了推广、完善和提高。

但是在实际应用中，矿物氧化放热常导致浸出槽和浸堆中产生较高的温度，如果使用常见的浸矿中温菌用于浸出，则由于温度太高，会造成菌种失活，出现浸出速度慢、浸出率低的缺点，而且中温菌对某些难溶矿如黄铜矿等也不能有效浸出。同时，在生物浸矿过程中，硫磺被氧化成硫酸，释放能量和氢离子，使pH值降低，易使不适应酸性环境的菌丧失活力。因此，生物浸矿亟需寻找耐高温、耐酸性的菌株。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可用于从金属矿石中浸取金属的菌株。

本发明所提供的菌株为嗜酸嗜热古菌生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4，其保藏编号为CGMCC No.3402。

该菌株已于2009年11月5日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101)，保藏号为CGMCC No.3402，该菌株分类命名为(Metallosphaerasp.)Ar-4。

嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402在从金属矿石中浸取目的金属中的应用属于本发明的保护范围。

上述应用中，所述金属矿石为硫化金属矿；所述硫化金属矿可为硫化铜矿、黄铁矿、砷黄铁矿、辉铜矿、硫化镍矿、硫化锰矿、硫化锌矿或硫化铅矿；所述硫化铜矿具体为黄铜矿。

本发明的另一个目的是提供一种从金属矿石中浸取目的金属的方法。

本发明所提供的从金属矿石中浸取目的金属的方法，包括如下步骤：以金属矿石为底物，用培养基培养嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402，得到游离目的金属离子或目的金属单质；

其中，所述培养基为基础培养基、自养培养基或异养培养基；

所述自养培养基由基础培养基与下述物质中的至少一种组成：可溶性亚铁盐、单质S和K₂S₄O₆；

所述异养培养基由基础培养基与有机碳源组成。

上述方法中，所述异养培养基中，所述酵母浸膏与所述基础培养基的配比为(0.2g-1g)∶1L，具体为1g∶1L或0.2g∶1L。

所述方法中，当所述培养基为异养培养基且所述金属矿石为黄铜矿时，所述方法中，在所述培养前，包括向培养的体系中加入可溶性亚铁盐的步骤；所述可溶性亚铁盐中亚铁离子与所述基础培养基的配比为1g∶1L。

上述方法中，所述金属矿石与所述基础培养基的配比为(30-50)g∶1L，具体为50g∶1L；所述嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402与所述基础培养基的配比具体可为1×10⁷cell/ml。

无论是用基础培养基培养、自养培养基培养还是异养培养基培养，金属矿石与所述基础培养基的配比均为(30-50)g∶1L，所述嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphacra sp.)Ar-4CGMCC No.3402与所述基础培养基的配比均为1×10⁷cell/ml。

上述方法中，所述培养的温度为55-75℃，优选为65℃；所述基础培养基的pH值为2.0-6.0，具体为2.5-5.5；所述白养培养基的pH值为2.0-6.0，具体为2.5-5.5，再具体为2.0或2.5；所述异养培养基的pH值为2.0-6.0，具体为2.5-5.5，再具体为2.0或3.5。

上述方法中，在所述培养前，包括将所述金属矿石进行如下酸化的步骤：用酸的水溶液浸泡所述金属矿石直至酸化液pH值在1.5-1.6之间维持24h以上不变为止；

上述方法中，在所述培养前，包括将所述金属矿石粉碎至粒径为45μm-50μm的步骤；

上述方法中，所述基础培养基由(NH₄)₂SO₄，K₂HPO₄，MgSO₄·7H₂O，KCl，CaCl₂·2H₂O，微量元素溶液组成；

(NH₄)₂SO₄在所述基础培养基中的浓度为3.0g/L，K₂HPO₄在所述基础培养基中的浓度为0.5g/L，MgSO₄·7H₂O在所述基础培养基中的浓度为0.5g g/L，KCl在所述基础培养基中的浓度为0.1g/L，CaCl₂·2H₂O在所述基础培养基中的浓度为0.01g/L，微量元素溶液在所述基础培养基中的浓度为2ml/L；

所述微量元素溶液由FeCl₃·6H₂O、CuSO₄·5H₂O、H₃BO₃、MnSO₄·H₂O、Na₂MoO₄·2H₂O、CoCl₂·6H₂O和ZnSO₄·7H₂O组成；

FeCl₃·6H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为1.1g/L，CuSO₄·5H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.05g/L，H₃BO₃在所述微量元素溶液中的浓度为0.2g/L，MnSO₄·H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.2g/L，Na₂MoO₄·2H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.08g/L，CoCl₂·6H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.06g/L，ZnSO₄·7H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.09g/L。

上述方法中，所述金属矿石为硫化金属矿；所述硫化金属矿为硫化铜矿、黄铁矿、砷黄铁矿、辉铜矿、硫化镍矿、硫化锰矿、硫化锌矿或硫化铅矿；所述硫化铜矿具体为黄铜矿。

嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402在氧化二价铁中的应用也属于本发明的保护范围；

嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402在氧化硫中的应用也属于本发明的保护范围；所述硫可为单质硫及还原型硫化物。

在从金属矿石中浸取目的金属中的应用或方法中，可适用于多种金属矿，如硫化金属矿为硫化铜矿、黄铁矿、砷黄铁矿、辉铜矿、硫化镍矿、硫化锰矿、硫化锌矿或硫化铅矿。其原理均是本发明菌株利用所述矿石中的硫作为能源进行生长，同时氧化溶解矿物，使目的金属游离出来。

本发明生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402具有耐高温、耐酸性的特性，可以在低pH值，高温条件下生长，其最高生长温度达到75℃，其最适生长温度为65℃，其最适pH值自养生长时2.5，异养生长时为3.5。

该菌可在低pH值和高温下生长，能以二价铁离子、单质硫或其他还原型硫化合物和硫化矿物为能源进行自养生长，也可以利用酵母浸膏或其他有机碳源进行异养生长。

该菌株具有强的氧化硫、二价铁，金属硫化矿物的能力，具有较强的浸矿能力。上述两种培养方式获得的生长细胞、细胞悬浮液和固定化细胞均可溶浸金属硫化矿从中获得金属离子或与矿物伴生的贵金属。

实验证明，该菌能在低pH值、高温、高矿化度环境中生长，该菌可从黄铜矿中浸出铜离子，浸取率为10.6％；该菌还可从黄铁矿(硫精矿)中浸出铁离子，铁浸取率为2.9％。

该高温浸矿菌从至少两个方面提高了硫化物的氧化效率：第一，随着温度的升高，反应速率提高；第二，提高温度会增加金属从某些矿物中提取的范围，弥补了中温菌浸出某些矿物并不成功，且投资较高、效率较低等缺点。对于浸出效率低的矿物如黄铜矿等，用本发明菌株尤为合适。另外，在生物浸矿过程中，硫磺被氧化成硫酸，释放能量和氢离子，使pH值降低，而本发明菌株具有超强的耐酸性能，因此，在生物浸出过程中，产生的酸性不会影响该菌的效力，更加提高了浸出效率。

综上所述，该菌不仅适合于高品位硫化矿中金属的浸取，还可用于废矿、贫矿、矿冶废渣，和难处理复杂硫化矿中贵金属或稀有金属的深化提取，同时还可用于酸性矿水的治理。该菌在生物浸矿领域具有重要的工业应用前景。

附图说明

图1：Ar-4透射(A)及扫描(B)电镜照片；

图2：不同pH条件下，菌株Ar-4的生长曲线；

图3：不同温度条件下，菌株Ar-4的生长曲线；

图4：基于菌株Ar-4与相关菌株的16S rRNA基因序列构建的系统发育进化树；

图5：菌株Ar-4浸出黄铁矿的浸出率

图6：菌株Ar-4浸出黄铜矿的浸出率。

具体实施

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、菌的分离及鉴定

一、分离

本发明菌株是从中国云南省腾冲县富含硫的热泉泥样中分离纯化得到的，分离纯化时间为2008年6月6日。

微生物的富集通过在250mL的摇瓶中加入100mL基础培养基，称取5克热泉泥样加入灭菌基础培养基，再加入5-10g硫磺，65℃富集培养。培养一周后，在显微镜下检测菌生长情况。富集三次后，将富集培养基稀释10倍，取0.2mL稀释后的培养基涂平板分离单克隆，固体培养基在液体培养基的基础上加入7g/L的Gelrite胶，以连四硫酸钾替换单质硫为能源。通过多次的划线培养，分离纯化得到单克隆菌株，将该菌株编号为Ar-4。

基础培养基组成：由(NH₄)₂SO₄，K₂HPO₄，MgSO₄·7H₂O，KCl，CaCl₂·2H₂O，微量元素溶液组成；

(NH₄)₂SO₄在基础培养基中的浓度为3.0g/L，K₂HPO₄在基础培养基中的浓度为0.5g/L，MgSO₄·7H₂O在基础培养基中的浓度为0.5g/L，KCl在基础培养基中的浓度为0.1g/L，CaCl₂·2H₂O在基础培养基中的浓度为0.01g/L，微量元素溶液在基础培养基中的浓度为2ml/L；用1mol/L H₂SO₄调pH至2.5，高压灭菌。

微量元素溶液组成：由FeCl₃·6H₂O、CuSO₄·5H₂O、H₃BO₃、MnSO₄·H₂O、Na₂MoO₄·2H₂O、CoCl₂·6H₂O和ZnSO₄·7H₂O组成；

FeCl₃·6H₂O在微量元素溶液中的浓度为1.1g/L，CuSO₄·5H₂O在微量元素溶液中的浓度为0.05g/L，H₃BO₃在微量元素溶液中的浓度为0.2g/L，MnSO₄·H₂O在微量元素溶液中的浓度为0.2g/L，Na₂MoO₄·2H₂O在微量元素溶液中的浓度为0.08g/L，CoCl₂·6H₂O在微量元素溶液中的浓度为0.06g/L，ZnSO₄·7H₂O在微量元素溶液中的浓度为0.09g/L。

二、菌的鉴定

(一)菌形态及生理生化特征鉴定

(1)形态观察：菌落形状：将液体培养基中的菌在固体平板上稀释涂布培养7d-10d，观察菌落的形状、大小、色素产生、透明度、湿润、边缘及突起。菌落呈圆形、透明、表面光滑，边缘整齐、凸起，菌落大小0.5-1mm。形态特征：利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察对数生长期菌体细胞的形态及鞭毛着生情况。细胞呈球状或不规则球状(图1)，直径1μm，单生鞭毛。

(2)菌株Ar-4生理生化特征：

生长pH：先确定生长的pH范围，250ml三角瓶，每瓶加50ml异养培养基，用H₂SO₄和NaOH分别将pH调为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，接种量为3％(v/v)，65℃烘箱培养。培养三天后，用紫外可见分光光度计测定OD₅₂₀，并绘制pH曲线。再确定生长的最适pH，250ml三角瓶，每瓶中加50ml异养培养基，在菌体能生长的pH范围内，pH按0.5变化，接种量3％(v/v)，65℃烘箱培养，3天后用紫外分光光度计测定OD₅₂₀，并绘制pH曲线。每个pH做三个平行。培养证明：菌株Ar-4生长pH范围为2.5～5.5，最适生长pH值为3.5。

生长温度：在最佳pH条件下，进行生长温度实验。500ml三角瓶中加100ml异养培养基，接种量3％(v/v)，在50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃和80℃培养。3天后用紫外可见分光光度计测定OD₅₂₀，观察生长情况。培养证明：菌株Ar-4生长温度范围为55～75℃，最适生长温度65℃。

生长NaCl浓度：250ml三角瓶，每瓶加50ml异养培养基，NaCl浓度分别为：0、5、10、20、30、40、50g/L，pH与培养温度均采用实验所得的最适条件，接种量3％(v/v)，每一组均设置三个平行，另有一个无菌对照。培养3天后用紫外可见分光光度计测定各瓶中菌液的OD₅₂₀，观察生长情况。培养证明：菌株Ar-4生长的NaCl浓度为0～10g/L。

革兰氏染色：采用Dussault方法，载玻片上加一滴20％盐水，涂片风干后，用2％乙酸覆盖5min，固定并脱盐，移去多余的乙酸，晾干。单染色直接用蕃红或结晶紫覆盖3min，水洗，晾干后镜检；革兰氏染色用结晶紫染90s，水洗，碘液覆盖，水洗，酒精脱色20s，水洗，蕃红复染90s，水洗后晾干镜检。实验证明菌株Ar-4革兰氏反应呈阴性。

有机底物利用：接种7％自养Ar-4菌体于含待测底物(2g/L)的相应基础培养基中，pH为2.5，于最适温度条件下培养，测定OD₅₂₀，确定是否生长。所用碳源分别为：糖类(如蔗糖，L-(+)-树胶醛糖，D-(-)-果糖，D-(+)-半乳糖，D-葡萄糖，麦芽糖，D-甘露糖，山梨糖，α-乳糖，棉子糖，D-(-)-核糖，淀粉和D-(+)-木糖)、牛肉膏、酸水解酪素、鱼蛋白胨等。

实验结果显示：菌株Ar-4能利用有机底物牛肉膏、酸水解酪素和鱼蛋白胨，以及L-(+)-树胶醛糖，D-(-)-果糖，D-(+)-半乳糖，D-葡萄糖，麦芽糖，D-甘露糖，α-乳糖，棉子糖，D-(-)-核糖，山梨糖，D-(+)-木糖，淀粉和蔗糖等多种糖类为能源异养生长。

无机底物利用：K₂O₆S₄、FeSO₄·7H₂O、Na₂S₂O₃·5H₂O和单质硫分别加入基础培养基中作为能源物质，接种7％自养Ar-4菌体，pH2.5以及最适温度条件下培养，测定OD₅₂₀，确定是否生长。

实验结果显示：Ar-4可利用FeSO₄·7H₂O、单质硫和还原型硫化物K₂S₄O₆为能源好氧自养生长。

(二)对菌株Ar-4的16S rRNA基因序列进行系统学分析

将菌株Ar-4接种于异养培养基，待生长3天后，离心收集菌体，经缓冲液洗涤后，采用溶菌酶破碎细胞，酚：氯仿抽提法提取基因组总DNA并作为模板，采用古菌引物8aF和1512uR扩增菌株Ar-4的16S rRNA基因。正向引物8aF：5’-TCY GGT TGA TCCTGC C-3’，反向引物1512uR：5’-ACG GHT ACC TTG TTA CGA CTT-3’。PCR反应体系(100μl)：10×Taq酶Buffer 10μl，25mmol/L MgCl₂ 6μl，10mmol/L dNTP 2μl，Taq DNA酶2.5U，30pmol/L上、下游引物各2μl，模板DNA 2μg，蒸馏水补至100μl。PCR反应条件为：95℃ 5min，95℃ 1min，58℃ 5min，72℃ 1.5min，30个循环，72℃ 10min，4℃保存。扩增产物经琼脂糖凝胶电泳分离后进行柱纯化，与T-easy vector连接并转化到E.coil DH5α中，筛选阳性克隆，提取质粒并测序，测序由上海生物工程公司完成。菌株的16S rRNA基因序列长度为1430bp，如序列表中序列1所示。与菌株Metallosphaera hakonensis，Metallosphaera prunae和Metallosphaera sedula的序列相似性分别为97.8％，97.2％和97.1％。以16S rRNA基因同源性为基础，构建了包括Ar-4在内的16株相关嗜酸热古菌的系统发育树，如图4。系统发育分析表明，Ar-4与Metallosphaera属的三个菌种聚成一支，并有很高的支持率，属于Metallosphaera属的新成员。

综上鉴定结果表明，本发明菌株Ar-4属于生金球菌属(Metallosphaera)，该菌株已于2009年11月5日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101)，保藏号为CGMCC No.3402，该菌株的分类命名为(Metallosphaera sp.)Ar-4

实施例2、菌的培养

一、培养方法

(一)自养培养

自养培养基组成：向基础培养基中分别加入FeSO₄·7H₂O或单质硫或还原型硫化物K₂S₄O₆，得到自养培养基；FeSO₄·7H₂O在自养培养基中的浓度为13.9g/L，单质硫在自养培养基中的浓度为5g/L，还原型硫化物K₂S₄O₆在自养培养基中的浓度为10g/L；调pH值为2.0-3.5。

培养方法：将嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402接种于自养培养基中，在65℃的条件下培养。

(二)异养培养

异养培养基组成：向基础培养基中加入酵母浸膏，酵母浸膏与基础培养基的配比为1g∶1L；调pH值为2.5-3.5，高压灭菌。其中，酵母浸膏为能源物质。

培养方法：将嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402接种于异养培养基中，在65℃的条件下培养。

结果：自养培养中，菌浓度OD₅₂₀达到0.6(约为8.7×10⁷cfu/ml)，需要5-7天；异养培养中，菌浓度OD₅₂₀达到0.6(约为8.7×10⁷cfu/ml)，需要3-5天。异养培养中菌的生长速度快。

二、菌的最适pH值

用异养培养基进行培养，以酵母浸膏为能源。250ml三角瓶，每瓶加50ml培养基，用H₂SO₄或NaOH分别调pH为0.0-9.0之间，以1.0为间隔，每组做三个平行，65℃烘箱培养。培养3天后，用紫外可见分光光度计测定OD₅₂₀，并绘制pH对OD₅₂₀曲线，得出适合菌株Ar-4生长的pH范围。结果如图2(A)，结果表明，该菌株在pH值为2.0-6.0的范围内均可生长。

调异养培养基pH在2.0-6.0之间，以0.5为间隔，每组做三个平行，65℃烘箱培养。培养3天后，用紫外可见分光光度计测定OD₅₂₀，绘制pH对OD₅₂₀曲线，得出菌株Ar-4最适生长pH值，结果如图2(B)。结果表明，Ar-4菌株在pH2.5-5.5之间均可生长，最适pH为3.5。

三、菌的最适培养温度

使用异养培养基，以酵母浸膏为能源。500ml三角瓶，每瓶加100ml培养基，调pH值为2.5，在50-80℃之间培养，温度间隔5℃，每组做三个平行。培养3天后，用紫外可见分光光度计测定OD₅₂₀，绘制温度对OD₅₂₀曲线。

实验设3次重复，结果取平均数。结果如图3。结果表明，Ar-4菌株在55-75℃之间均可生长，最适生长温度为65℃。

实施例3、菌的应用

酵母浸膏购自Oxoid Ltd，产品目录号为1039501；

一、嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402溶解黄铁矿的能力研究

嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402从黄铁矿中浸取总铁(Fe²⁺和Fe³⁺)。

黄铁矿的矿石组成：S 45.57％，Fe 42.63％，Cu 0.063％，Zn 0.0076％，As 0.02％：％表示质量百分含量；黄铁矿的来源：内蒙古霍格旗铜矿。

实验前，将黄铁矿过300目筛(颗粒平均大小为48μm)，然后用1∶1H₂SO₄水溶液(硫酸水溶液中硫酸的浓度为50％，v/v)浸泡3-5天，至酸化液pH值在1.5-1.6之间维持24h不变为止。

用异养培养基培养嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402，得到浓度约为2.0×10⁸cell/ml的菌液，用于浸矿接种。异养培养基的组成：由基础培养基和酵母浸膏组成，酵母浸膏与基础培养基的配比为1g酵母浸膏：1L基础培养基；异养培养基的pH值为3.0。

实验组：500mL锥形瓶加100mL灭菌基础培养基，再加入酵母浸膏(酵母浸膏与基础培养基的配比为0.2g∶1L)，按照5％(v/v)的接种量接菌Ar-4(所述嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402与所述基础培养基的配比为1×10⁷cell/ml)，加紫外灭菌的黄铁矿(黄铁矿与基础培养基的配比为50g∶1L)，将体系的pH值调至2.0，65℃培养，每天取样(即浸出液)进行Fe²⁺及Fe³⁺浓度分析，以浸出时间对Fe³⁺浓度作图。

对照组1：除不加菌Ar-4外，其余与实验组相同；

对照组2：除培养温度为30℃外，其余与实验组相同；

浸矿过程中总铁(Fe²⁺和Fe³⁺)采用1，10-邻菲罗啉分光光度法测定。Fe²⁺与1，10-邻菲罗啉在pH3～9的介质中形成橘红色络合物，络合物的组成为：Fe²⁺∶1，10-邻菲罗啉＝1∶3。络合物在510nm下有稳定的吸收峰，在一定的浓度范围内，络合物的浓度与吸光度呈线性关系，根据所测样品的吸光度，可以计算得出相对应的Fe²⁺浓度。浸出液中总铁(Fe²⁺和Fe³⁺)测定：用盐酸羟胺将其中的Fe³⁺还原生成Fe²⁺，再通过1，10-邻菲罗啉法测定。浸出液中Fe³⁺浓度等于总铁浓度减浸出液中Fe²⁺浓度。

铁离子(Fe²⁺)测定方法：

a.标准曲线的绘制

取50ml容量瓶12个。分别准确吸取10mg/L硫酸亚铁铵标准溶液0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11ml于已加入适量水的容量瓶中，各加10％盐酸羟胺(还原可能存在的Fe³⁺)溶液1ml，摇匀，经2min后再各加醋酸钠缓冲液2.5ml和0.12％1，10-邻菲罗啉溶液2.5ml，以水稀释至刻度，摇匀。在分光光度计上用1cm比色皿，在最大吸收波长510nm处以未加硫酸亚铁铵标准溶液的溶液为参比，测定各溶液的吸光度，以Fe²⁺浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

b.浸出液中铁含量的测定

吸取浸出液50μl两份，一份不加盐酸羟胺(用于检测总铁中Fe²⁺，记作A组)，一份加10％盐酸羟胺溶液1ml(用于检测总铁，记作B组)，按上述标准曲线相同条件和步骤测定其在波长510nm处的吸光度。根据所测浸出液的吸光度，在标准曲线上查出浸出液相对应Fe²⁺和总铁浓度，然后计算试样中Fe³⁺的含量，浸出液中铁含量用g/L表示。

用B组Fe²⁺浓度减去A组Fe²⁺浓度，即得到还原Fe³⁺得到的Fe²⁺的浓度，从而计算出总铁中Fe³⁺的浓度。

铁浸取率的计算公式为：浸取率＝检测时浸取液中Fe³⁺质量/用于实验的硫铁矿中铁的质量×100％。

实验设3次重复，结果取平均数。结果如图5所示。结果具体如下：

实验组：从接种当天计起(接种当天记作第0天)，第24天，浸出液中Fe³⁺的浓度为0.617g/L，铁浸取率为2.9％。

对照组1：从接种当天计起(接种当天记作第0天)，第24天，浸出液中Fe³⁺的浓度为0.044g/L。

对照组2：从接种当天计起(接种当天记作第0天)，第24天，浸出液中Fe³⁺的浓度为0.101g/L。

上述结果表明，菌株Ar-4具有溶解黄铁矿的能力，本发明菌株在65℃的条件下浸取铁的能力比在30℃的条件下要强得多。

二、嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402从黄铜矿中浸取Cu²⁺。

黄铜矿的矿石组成：Cu 30.99％，Fe 25.69％，S 30.10％，微量SiO₂)；％表示质量百分含量；黄铜矿的来源：内蒙古霍格旗铜矿；

实验前，将黄铜矿过300目筛(颗粒平均大小为48μm)，然后用1∶1H₂SO₄水溶液酸化3-5天，至酸化液pH值在1.5-1.6之间维持24h不变为止。

用异养培养基培养嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402，得到浓度约为2.0×10⁸cell/ml的菌液，用于浸矿接种。异养培养基的组成：由基础培养基和酵母浸膏组成，酵母浸膏与基础培养基的配比为1g酵母浸膏：1L基础培养基；异养培养基的pH值为3.0.

实验组1：500mL锥形瓶加100mL灭菌基础培养基，再加入酵母浸膏(酵母浸膏与基础培养基的配比为0.2g∶1L)，按照5％(v/v)的接种量接菌Ar-4(所述嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402与所述基础培养基的配比为1.0×10⁷cell/ml)，加紫外灭菌的黄铜矿(黄铜矿与基础培养基的配比为50g∶1L)，再加入FeSO₄水溶液，使Fe²⁺与基础培养基的配比为1g∶1L，将体系的pH值调至2.0，65℃培养，每天取样(即浸出液)进行Cu²⁺浓度分析，以浸出时间对Cu²⁺浓度作图。

实验组2：除不加入FeSO₄水溶液外，其余与实验组1相同；

对照组1：除不加菌Ar-4外，其余与实验组1相同；

对照组2：除不加菌Ar-4外，其余与实验组2相同；

浸出铜离子的浓度采用双环己酮草酰二腙(BCO)分光光度法测定，在pH8.0～9.7的弱碱性介质中，铜(II)与BCO形成蓝色络合物，络合物在590nm有稳定的吸收峰。

铜离子测定方法：

a.标准曲线的绘制：取50ml容量瓶14个。分别准确吸取10mg/L标准铜溶液0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13ml于已加入适量水的容量瓶中，加入2ml柠檬酸和1滴中性红，滴加1∶1氨水至溶液由红变黄后，再过量2～3ml浓氨水。加入15ml BCO溶液，用水稀释至刻度，摇匀。参比液是加入同量柠檬酸及氨水不加BCO的溶液。测定各溶液OD₅₉₀，以Cu²⁺浓度为横坐标，OD₅₉₀为纵坐标，绘制标准曲线。

b.浸出液中铜含量的测定：吸取浸出液100μl，按上述标准曲线相同条件和步骤，测定其在波长590nm处的吸光度。根据所测浸出液的吸光度，在标准曲线上查出浸出液相对应的Cu²⁺浓度，然后计算试样中铜的含量，浸出液中铜含量用g/L表示。

铜浸取率计算公式：铜浸取率＝浸取液中Cu²⁺质量/用于实验的黄铜矿中铜的质量×100％。

实验设3次重复，结果取平均数。结果如图6所示。

结果表明，经过80天，菌株Ar-4在有初始Fe²⁺存在时(即实验组1)，浸出液中铜的浓度为2.86g/L，铜浸取率为18.5％，而在初始不加Fe²⁺(即实验组2)或无菌只有Fe²⁺存在(即对照组1和2)时，铜浸取率较低，分别为9.02和4.26％，而无菌对照组，只有酸作用下，铜浸取率只有3.43％。表明，菌株Ar-4在Fe²⁺存在时具有强的氧化黄铜矿的能力。

以自养培养方式或异养培养方式得到的嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402的生长细胞、细胞悬浮液、固定化细胞均具有较高的单质硫氧化能力、二价铁氧化能力和金属硫化矿物氧化能力，可以用于金属硫化矿物的生物浸出。

序列表

<110>中国科学院微生物研究所

<120>一种从金属矿石中浸取金属的方法及其专用菌株

<160>1

<210>1

<211>1430

<212>DNA

<213>嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)

<400>1

ggacccgatc gctatagggg tagggataag ccatgggagt cgtacgctct cgggaagagg 60

gcgtggcgga cggctgagta acacgtggct aacctgccct tgggacccgg ataaccccgg 120

gaaactgggg ctaatccggg gcagataagg ggatctggaa cgacctctta tctaaatgcc 180

tcccggctga tcccgtcggg aggtgcccaa ggatggggct gcggcccatc aggctgttgg 240

gggagtaaag gtcccccaaa ccgataacgg gtaggggccg tgggagcggg agcccccagt 300

tgggcactga gacaagggcc caggccctac ggggcgcacc aggcgcggaa cgtccccaat 360

gcgggaaacc gtgagggcgt tacccctagt gccctcgcaa gagggctttt ctccacttta 420

gaacggtgga ggaataagcg gggggcaaga ctggtgtcag ccgccgcggt aataccagcc 480

ccgcgagtga tcgggacgtt tattgggctt aaagcgcccg tagccggcct gtaaagtcac 540

cgtttaaaga cccgggctca actcggggaa cggcggtgat acttacaggc tagggggcgg 600

gagaggtcgg aggtactccc ggagtagggg cgaaatcctc agatcccggg aggaccacca 660

gtggcgaaag cgtccggcta gaacgcgccc gacggtgagg ggcgaaagcc ggggtagcaa 720

ataggattag ataccctagt agtcccggct gtaaacgatg caggctaggt gtcgcgtagg 780

ctttgggcct acgcggtgcc gcaggaaaac tggtaagccc gccgcctggg gagtacggcc 840

gcaaggctga aacttaaagg aattggcggg ggagcaccac aaggggtgga acctgcggct 900

caattggagt caacgcctgg aatctcaccg ggggagaccg caggatgacg gccaggctaa 960

cgaccttgcc agactcgcgg agaggaggtg catggccgtc gccagctcgt gttgtgaaat 1020

gtccggttaa gtccggcaac gagcgagacc cccacttcta gttggtaatt gtctctctgg 1080

agacggtcca cactagaagg actgccggtg ttaaaccgga ggaaggaggg ggccacggca 1140

ggtcagcatg ccccgaaact tccgggccgc acgcgggtta caatggcagg gacagcggga 1200

tctgaccccg aaaggggaag gcaatcccac aaaccctgcc tcagttggga tcgagggctg 1260

aaactcgccc tcgtgaacga ggaatcccta gtaaccgcgg gtcaacaacc cgcggtgaat 1320

acgtccctgc tccttgcaca caccgcccgt cgctccaccc gagtggaggg gaagtgaggc 1380

ctcttgccct tcggggtggg aggtcgagct tctcctccgc gaggggggag 1430

Claims

1.嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4，其保藏编号为CGMCC No.3402。

2.嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402在从金属矿石中浸取目的金属中的应用，所述金属矿石为硫化金属矿。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述硫化金属矿为黄铜矿、黄铁矿、砷黄铁矿、辉铜矿、硫化镍矿、硫化锰矿、硫化锌矿或硫化铅矿。

4.一种从金属矿石中浸取目的金属的方法，包括如下步骤：以金属矿石为底物，用培养基培养嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No.3402，得到游离目的金属离子或目的金属单质；

所述培养基为基础培养基、自养培养基或异养培养基；

所述基础培养基的pH值为2.0-6.0；所述基础培养基由(NH₄)₂SO₄，K₂HPO₄，MgSO₄·7H₂O，KCl，CaCl₂·2H₂O，微量元素溶液组成；(NH₄)₂SO₄在所述基础培养基中的浓度为3.0g/L，K₂HPO₄在所述基础培养基中的浓度为0.5g/L，MgSO₄·7H₂O在所述基础培养基中的浓度为0.5g/L，KCl在所述基础培养基中的浓度为0.1g/L，CaCl₂·2H₂O在所述基础培养基中的浓度为0.01g/L，微量元素溶液在所述基础培养基中的浓度为2ml/L；所述微量元素溶液由FeCl₃·6H₂O、CuSO₄·5H₂O、H₃BO₃、MnSO₄·H₂O、Na₂MoO₄·2H₂O、CoCl₂·6H₂O和ZnSO₄·7H₂O组成；FeCl₃·6H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为1.1g/L，CuSO₄·5H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.05g/L，H₃BO₃在所述微量元素溶液中的浓度为0.2g/L，MnSO₄·H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.2g/L，Na₂MoO₄·2H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.08g/L，CoCl₂·6H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.06g/L，ZnSO₄·7H₂O在所述微量元素溶液中的浓度为0.09g/L；

所述自养培养基的pH值为2.0-6.0；所述自养培养基由所述基础培养基与下述物质中的至少一种组成：可溶性亚铁盐、单质S和K₂S₄O₆；

所述异养培养基的pH值为2.0-6.0；所述异养培养基由所述基础培养基与有机碳源组成；所述异养培养基中，所述有机碳源为酵母浸膏，所述酵母浸膏与所述基础培养基的配比为(0.2g-1g)∶1L；

所述方法中，所述培养的温度为55-75℃；

所述方法中，在所述培养前，包括将所述金属矿石进行如下酸化的步骤：用酸的水溶液浸泡所述金属矿石直至酸化液pH值在1.5-1.6之间维持24h不变为止；

所述金属矿石为硫化金属矿，所述硫化金属矿为黄铜矿、黄铁矿、砷黄铁矿、辉铜矿、硫化镍矿、硫化锰矿、硫化锌矿或硫化铅矿；

所述培养基为异养培养基且所述金属矿石为黄铜矿时，所述方法中，在所述培养前，包括向培养的体系中加入可溶性亚铁盐的步骤，所述可溶性亚铁盐中亚铁离子与所述基础培养基的配比为1g∶1L。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述异养培养基中，所述酵母浸膏与所述基础培养基的配比为1g∶1L或0.2g∶1L。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述金属矿石与所述基础培养基的配比为(30-50)g∶1L。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述金属矿石与所述基础培养基的配比为50g∶1L。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4 CGMCC No.3402与所述基础培养基的配比为1×10⁷cell/ml。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述培养的温度为65℃。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述基础培养基的pH值为2.5-5.5。

11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述自养培养基的pH值为2.5-5.5。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述自养培养基的pH值为2.0或2.5。

13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述异养培养基的pH值为2.5-5.5。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述异养培养基的pH值为2.0或3.5。

15.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在所述培养前，包括将所述金属矿石粉碎至粒径为45μm-50μm的步骤。

16.嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4 CGMCC No.3402在氧化二价铁中的应用。

17.嗜酸嗜热生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4 CGMCC No.3402在氧化硫中的应用；所述硫为单质硫或还原型硫化物。