CN102162029B

CN102162029B - 氧化锰矿中有价金属的微生物氧化还原耦合浸出方法

Info

Publication number: CN102162029B
Application number: CN 201110024759
Authority: CN
Inventors: 韩一凡; 郑承纲; 张小霞; 温丹; 黄志勇
Original assignee: HEBEI HENGJI MANGANESE INDUSTRY Co Ltd; Tianjin Institute of Industrial Biotechnology of CAS
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102162029A

Abstract

本发明涉及一种氧化锰矿中有价金属的微生物氧化还原耦合浸出方法，其特征在于，所采用的浸矿微生物是保藏号为CGMCC4500的脂环酸芽孢杆菌BM菌株；且脂环酸芽孢杆菌BM菌株的培养基中添加有亚铁离子。本发明利用一种浸矿菌株脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus)BM来进行氧化锰矿中有价金属的浸出。这种微生物不仅可以利用二氧化碳作为碳源，利用氧化亚铁离子获得能量，也可以利用有机物实现快速，大量的增殖。从而能够提高浸矿的速率和浸矿的效果，克服了化能自养微生物生长缓慢，数量低的缺陷，使生物浸矿也能应用于工业上浸出低品位的锰矿。

Description

氧化锰矿中有价金属的微生物氧化还原耦合浸出方法

技术领域

本发明属于微生物冶金选矿技术领域，具体涉及一种氧化锰矿中有价金属的微生物氧化-还原耦合浸出方法。

背景技术

软锰矿，特别是低品位的软锰矿，是我国目前锰矿资源的主要组成。我国素有北铁南锰的锰铁矿分布特征，但随着南方中、高品位锰矿资源的逐步消耗，科研人员和矿山企业已将眼光转向北方的含量丰富的低品位锰矿。但北方低品位的锰矿具有杂质较多，锰含量低等缺点，使得传统的物理化学浸出工艺并不适用于北方锰矿的开采。

微生物冶金由于具有浸出率高、能耗低、工艺简单和绿色环保的特点，特别是对一些低品位的珍稀矿藏，能够达到传统物理化学工艺无法企及的浸出率，一直是研究者和各国政府关注的焦点。虽然微生物浸出方法具有高效稳定的浸出率，但常用的微生物浸矿菌株均为化能自养微生物，其生长缓慢，数量低，一般多用于浸出金、铀等贵重金属或作为污泥重金属淋滤、尾矿、废矿的处理所用，不适和用于工业上浸出低品位的锰矿。并且传统的化能自养微生物的生长会被体系中的有机物抑制，无法利用添加有机物的方法提高菌株的生长速度。因此，急需从微生物菌株等方面进行相关的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化锰矿中有价金属的微生物氧化-还原耦合浸出方法，即利用兼性异养微生物脂环酸芽孢杆菌BM菌株进行低品位软锰矿的浸出，可适用于低品位锰矿的提取，以弥补现有技术的不足。

本发明的脂环酸芽孢杆菌BM于2010年12月22日保藏于北京市朝阳区北辰西路1号院的中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号：CGMCC NO.4500，分类名为脂环酸芽孢杆菌Alicyclobacillus ferriphillum。

本发明的浸出方法，所采用的浸矿微生物是保藏号为：CGMCC NO.4500的脂环酸芽孢杆菌BM菌株。

浸矿所用的培养基中含有亚铁离子。所用的培养基可以是BAM培养基，或其他能够满足脂环酸芽孢杆菌BM生长的培养基。

为了更好的利用资源，培养基中的亚铁离子可以由黄铁矿提供。

本发明的浸出方法包括菌株的扩大培养，菌株的驯化和浸出步骤，其中菌株的驯化是使脂环酸芽孢杆菌BM菌株适应黄铁矿和氧化锰矿。

本发明利用一种浸矿菌株脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus)BM菌株来进行氧化锰矿中有价金属的浸出。这种微生物不仅可以固定二氧化碳作为碳源，氧化亚铁离子获得能量，也可以利用有机物实现快速，大量的增殖。从而能够提高浸矿的速率和浸矿的效果，相比传统的化能自养微生物，本发明中的菌株具有生长快、总生物量高的优点，且生长不受浸出中后期累积的有机物的抑制，从而显著地提高了浸出的效率，使得低品位锰矿的微生物浸出技术有了实际的应用价值。

具体实施方式

本发明阐述了利用兼性异养嗜酸微生物从软锰矿(主要成份二氧化锰)中浸出一水硫酸锰的发明。浸矿菌株脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus)BM具有氧化亚铁离子成为铁离子获得能量，并固定空气中的二氧化碳作为碳源进行生长的能力。同时，该菌株还可以利用有机物进行快速大量的增殖，在浸出过程后期，随着细菌的死亡，有机物质的积累不会像采用自养微生物浸矿一样，对其生长造成抑制。本发明利用该菌这一特点，将一定量的有机营养加入到浸出体系中，使得菌株通过主要消耗有机营养迅速达到一个理想的生物数量。当有机营养消耗殆尽后，微生物转而氧化黄铁矿(主要成份FeS2，其中含亚铁含量为14％左右)中的亚铁离子为高铁离子获得能量(黄铁矿具有酸不溶性)，由此游离出来的还原态S对软锰矿中的锰进行亲核攻击，成为电子供体，将软锰矿中的正四价锰还原为二价锰，还原态S被氧化为S单质或亚硫酸根，并被高铁离子进一步氧化为硫酸根，从而形成硫酸锰浸出。高铁离子被重新还原为亚铁离子，为微生物的生长提供能量，同时亚铁离子也可以直接还原软锰矿中的四价锰为二价锰离子浸出。

由于黄铁矿石和软锰矿石中的杂质会对微生物的生长产生影响，因此需要先对微生物进行驯化，在培养微生物逐步适应最佳浸矿条件的浓度后，运用微生物育种方法，将微生物连续传代，最终获得具有很好的适应性驯化菌株。

本发明所用到的脂环酸芽孢杆菌BM菌株的形态、理化参数如下

1、脂环酸芽孢杆菌BM菌株的形态特征

脂环酸芽孢杆菌Alicyclobacillus ferriphillum BM菌株为杆状，其菌体长约0.9-1.5μm，菌体宽度为0.3-0.5μm。染色结果显示为革兰氏阳性菌，其芽孢端生，为椭圆形，不膨大。菌体不具有荚膜，具有端生的鞭毛。

2、培养条件

脂环酸芽孢杆菌BM菌在普通培养基上即可生长，当在细菌完全琼脂培养基上30℃培养24小时，菌落呈光滑型，表面光泽，浅黄色不透明，边缘整齐，直径1-2mm。在BAM+4％七水硫酸亚铁液体培养基上培养时会混浊生长，形成菌膜，无沉淀现象。脂环酸芽孢杆菌BM菌的生长温度范围为25～35℃，通过细胞计数检测，发现在30℃，细胞传代繁殖时间最短，是该菌的最佳生长温度。

另外，脂环酸芽孢杆菌BM菌培养是在好氧条件下进行培养基的pH范围为1.5-5，即该菌在酸性条件下生长繁殖，pH为3.0是其最适的生长条件。

在细菌完全培养基上培养产生黄色色素；在含铁培养基中产生红色色素。

下面结合具体实施方式对本发明的浸出方法进行描述：

实施例1：利用黄铁矿作为硫酸亚铁的提供物

一、浸矿菌种的驯化

(1)浸矿菌的扩大培养

将脂环酸芽孢杆菌BM菌株接种到培养基中，在25～35℃下培养，至OD₆₀₀达到0.8-1.0时停止培养，得到BM菌株的扩大培养液；

所述的培养基为BAM培养基。为了增加培养基碳源，并使BM菌株适应较高浓度的亚铁离子溶液，在BAM培养基中添加了质量百分浓度为0.5％至1％的葡萄糖和质量为4～20％的硫酸亚铁；调节培养基的pH至1.5至5。培养采用摇瓶培养，转速为100rpm至180rpm，培养温度为25至35℃。

(2)浸矿菌的驯化：

a.驯化种子液中细菌适应黄铁矿

以BAM培养液为基础，加入0.5％的葡萄糖，再按质量比1∶100至1∶20加入黄铁矿粉(含亚铁30％)，用10N的硫酸调节溶液pH 1.5～3，然后将步骤1中得到的扩大培养液按体积比1∶10加入到添加有低浓度黄铁矿的BAM培养液中，在25～35℃摇养，至培养液的OD₆₀₀为0.8～1.0时，按体积比1∶10的比例转入下一个添加有高浓度黄铁矿的BAM培养液中培养，按黄铁矿添加浓度由高到低进行至少5个梯次的培养；当细菌在含有5％黄铁矿的培养基中生长到OD₆₀₀＝0.8～1.0之后，再次以1∶10的比例转接到含5％黄铁矿的BM培养基中，进行连续传代，连续传代不少于30次后获得驯化好的适应黄铁矿的细菌培养液。

b.驯化细菌适应软锰矿

以上一步驯化好适应黄铁矿的细菌培养液，以1∶10的比例加入到含5％黄铁矿、不同比例软锰矿粉和0.5％葡萄糖的BAM培养基中，软锰矿粉的质量终浓度范围为1～25％，按软锰矿粉浓度递增的方式来对细菌进行驯化，驯化梯度不少于6次，每个阶段以OD₆₀₀达到0.8～1.0为准，以1∶10的比例转接到下一个浓度梯度；当细菌在含有25％软锰矿粉的培养基中生长到OD₆₀₀＝0.8～1.0之后，再次以1∶10的比例转接到含5％黄铁矿、25％软锰矿粉的BAM培养基中，进行连续传代，连续传代不少于30次后获得驯化好的适应软锰矿的细菌培养液；

二、软锰矿的浸出操作

(1)浸出种子液的制备

在BAM培养液中，加入质量比为3～5％的黄铁矿，再加入15～25％的软锰矿，使得黄铁矿与软锰矿的比例为1∶5，用10N的硫酸调节pH为1.5～3，以1∶10的比例加入步骤C中的细菌培养液，在25～35℃，180rpm的条件下，培养OD₆₀₀至0.8～1.0作为浸出种子液。

(2)接种

在BAM培养基中加入黄铁矿粉和软锰矿粉，软锰矿粉(氧化锰矿粉)与培养基的质量比分别为5∶100到10∶100或10∶100到20∶100，并使得黄铁矿与软锰矿的比例为2∶1，再加入1％的农副产品如米糠、麦麸等作为有机碳源，用10N的硫酸调节pH到1.5～3制成浸出培养液，再以上面步骤中制备的浸出种子液，以1∶10的比例加入到浸出培养液中。

3、浸出

浸出操作可采用池浸，堆浸和耐酸发酵罐进行浸出反应，在10L浸出体系中加入1kg软锰矿和200g黄铁矿，100ml废糖蜜，温度控制在25～35℃，在浸出过程中，以每分钟1～10ml的速度向体系中通入空气或以每分钟50rpm的速度进行搅拌，监测浸出体系中的pH变化，体系pH值会经历一个先上升然后下降的过程，当其pH降到2左右时，视为完成浸出。

在完成浸出后，通过原子火焰吸收分光光度法对浸出液中的金属离子进行检测，结果如下：浸出时间为1天，浸出率为：锰离子97.7％，镁离子76.3％，铝离子63.5％，钙离子62.9％，镍离子95.8％。本发明的浸出效果不但好于现有技术，并且对环境也没有造成污染。

上述结果表明，本发明应用脂环酸芽孢杆菌BM进行氧化锰矿中有价金属的浸出效果明显，具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种氧化锰矿中有价金属的微生物氧化还原耦合浸出方法，其特征在于，使用的浸矿微生物是保藏号为CGMCC4500的脂环酸芽孢杆菌BM菌株，包括有菌株的扩大培养，菌株的驯化和浸出步骤，其中菌株的驯化是使脂环酸芽孢杆菌BM菌株适应黄铁矿和氧化锰矿；其中脂环酸芽孢杆菌BM菌株的培养基为添加有含有亚铁离子组分的BAM培养基，且BAM培养基中还添加有有机碳源，培养基的pH值为1.5-3；所述的含亚铁离子的组分为黄铁矿，有机碳源为米糠、麦麸或废糖蜜。

2.如权利要求1所述的浸出方法，其特征在于上述的脂环酸芽孢杆菌BM菌株浸出反应的温度为25～35℃。