CN103805778B - 利用氨基酸加强微生物对黄铜矿中金属铜浸出的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用氨基酸加强微生物对黄铜矿中金属铜浸出的方法，微生物对黄铜矿中金属铜浸出方法为：微生物吸附在黄铜矿表面与黄铜矿发生作用，使黄铜矿晶格中金属铜离子进入溶液，同时微生物产生的代谢产物与黄铜矿发生化学反应使黄铜矿中的金属铜溶出，在微生物浸出黄铜矿中金属铜的过程中添加浓度为5×10-3～5×10-4mol/L的半胱氨酸。与现有技术相比，本发明在微生物浸出黄铜矿的过程中，添加一定浓度的半胱氨酸，以提高黄铜矿生物浸出的效率；同时本发明操作简便，所添加的半胱氨酸容易获取、无毒、无害，因此本发明的利用半胱氨酸提高黄铜矿微生物浸出速率的方法简便易行，适用于各种黄铜矿微生物浸出过程。
Description
技术领域
本发明属于矿冶技术领域和微生物领域，尤其是涉及一种利用氨基酸加强微生物对黄铜矿中金属铜浸出的方法。
背景技术
微生物浸出黄铜矿是一种新型的湿法冶金技术，与传统的火法炼铜技术相比，微生物湿法浸出黄铜矿不仅可以经济合理地从黄铜矿中回收金属，尤其对低品位黄铜矿及其尾矿，且不产生二氧化硫副产品，而且对环境友好并能节省经济成本。
中国专利CN101792728B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。
专利CN1955279B公开了一种硫氧化细菌及其在硫化的铜矿物的生物浸出方法中的应用，这种Licanantay菌株DSM17318在原生和次生硫化的矿物中都具有硫氧化活性，特别是对于黄铜矿，铜蓝，斑铜矿，辉铜矿，硫砷铜矿和砷黝铜矿而言。
上面两篇专利均是采用微生物对黄铜矿中金属铜浸出的方法，具有环境友好、经济成本低等优点，但是其浸出速率均有待进一步提高，同时浸出速率较低也是限制生物浸出黄铜矿大规模工业化的主要原因。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简单、无毒无害的利用氨基酸加强微生物对黄铜矿中金属铜浸出的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用氨基酸加强微生物对黄铜矿中金属铜浸出的方法，微生物对黄铜矿中金属铜浸出方法为：微生物吸附在黄铜矿表面与黄铜矿发生作用，使黄铜矿晶格中金属铜离子进入溶液，同时微生物产生的代谢产物如Fe3+等也可与黄铜矿发生化学反应使黄铜矿中的金属铜溶出，在微生物浸出黄铜矿中金属铜的过程中添加浓度为5×10-3～5×10-4mol／L的氨基酸，以提高黄铜矿的生物浸出速率。
所述的微生物的浓度为108～2×108个／mL。
所述的氨基酸为半胱氨酸。
所述的微生物为Leptospirillumferrooxidans菌。
微生物浸出黄铜矿中金属铜的时间为12h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用氨基酸，尤其是半胱氨酸提高黄铜矿生物浸出速率，与现有微生物浸出黄铜矿的方法相比，在微生物浸出黄铜矿的过程中，添加一定浓度的氨基酸，尤其是半胱氨酸，以提高黄铜矿生物浸出的效率。黄铜矿微生物浸出过程中，由于黄铜矿具有半导体性质，在其微生物浸出过程中存在电子转移。微生物氧化Fe2+为Fe3+，Fe3+具有将矿物浸出功能，微生物氧化浸出过程中产生单质硫，细菌通过呼吸得到电子具有加强阴极的作用，微生物浸出中的各个过程都涉及到电子转移，故半胱氨酸中的巯基(-SH)可以与黄铜矿中的金属铜离子结合，加快了微生物浸出黄铜矿过程中的电子传递，从而加快了微生物浸出黄铜矿的效率。
(2)本发明操作简便，所添加的半胱氨酸容易获取、无毒、无害，因此本发明的利用半胱氨酸提高黄铜矿微生物浸出速率的方法简便易行，适用于各种黄铜矿微生物浸出过程。
附图说明
图1为L.f菌添加不同浓度半胱氨酸的微生物浸出黄铜矿极化曲线图；
图2为L.f添加不同浓度半胱氨酸的微生物浸出黄铜矿自腐蚀电流曲线图；
图3为混合菌添加不同浓度半胱氨酸的微生物浸出黄铜矿极化曲线图；
图4为混合菌添加不同浓度半胱氨酸的微生物浸出黄铜矿自腐蚀电流曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施例中所用各种仪器：
TS-200B型恒温摇床(上海天呈实验仪器制造有限公司)；
SYQ-DSX-280B型手提式不锈钢压力蒸汽灭菌锅(上海申安医疗器械厂)；
HeraeusMultifugeX1R冷冻离心机(赛默飞世尔科技公司)；
F15-6x100y型转头(赛默飞世尔科技公司)；
CHI-660c型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)；
FA2204B型电子天平(上海精密科学仪器有限公司)；
217-01型参比电极(上海仪电科学仪器股份有限公司)；
213型铂电极(上海仪电科学仪器股份有限公司)；
黄铜矿工作电极(自制)；
PHS-3C精密pH计(上海精密科学仪器有限公司)。
以下实施例中所用的各种试剂
半胱氨酸(国药集团化学试剂有限公司)；
氯化钾(国药集团化学试剂有限公司)；
硫酸铵(国药集团化学试剂有限公司)；
硫酸镁，七水(国药集团化学试剂有限公司)；
无水磷酸氢二钾(国药集团化学试剂有限公司)；
七水合硫酸亚铁(国药集团化学试剂有限公司)；
硫酸(杭州高晶精细化工有限公司)；
无水乙醇(江苏强盛功能化学股份有限公司)；
以上试剂均为分析纯级别。
实施例1
半胱氨酸加强L.f(Leptospirillumferrooxidans)菌浸出黄铜矿，包括如下步骤：
(1)、细菌的培养
即使用9k培养基(有铁)：硫酸铵3g/L、硫化钾0.1g／L、硫酸镁，七水0.5g／L、无水磷酸氢二钾0.5g/L、硝酸钙0.01g/L、七水合硫酸亚铁44.3g／L、2.5mol／L硫酸调pH至2.0，以10％的接种量接种细菌并在TS-200B型恒温摇床中进行培养，培养温度为40℃，摇床转速180rpm；培养至对数期时停止培养，使用HeraeusMultifugeX1R冷冻离心机以及F15-6x100y型转头对菌液进行离心并收集菌体。
(2)、添加半胱氨酸黄铜矿微生物浸出
将步骤(1)中离心收集到的菌体转移至9k基础培养基(无铁)：硫酸铵3g／L、硫化钾0.1g／L、硫酸镁，七水0.5g／L、无水磷酸氢二钾0.5g/L、硝酸钙0.01g/L、2.5mol／L硫酸调pH至2.0中，并稀释至108个细菌／ml；然后添加半胱氨酸，半胱氨酸的添加浓度分别为0mol／L，10-2mol／L，10-3mol／L，5×10-4mol／L，10-4mol／L；将自制黄铜矿工作电极用无水乙醇清洗后放入上述菌液中，浸泡12h。
自制黄铜矿电极浸泡至12h后进行电化学测试，通过测量其极化曲线得到其自腐蚀电流以评价其浸出效果，自腐蚀电流越大，腐蚀越严重，即其浸出效果越好。电化学测试使用CHI-660c型电化学工作站，以及三电极体系进行测量；所使用工作电极为自制黄铜矿电极，参比电极为饱和甘汞电极，比对电极为铂电极，测量时将电极线路连接好，利用CHI-660c型电化学工作站自带软件进行测试，极化曲线测试过程中起始电位为-0.3V，终止电位为1.0V，扫描速率为1mV／S。
图1为L.f菌添加不同浓度半胱氨酸的微生物浸出黄铜矿极化曲线，可以看出在L.f菌对黄铜矿微生物浸出的过程中添加不同浓度氨基酸后其自腐蚀电位的变化，如图所示其中氨基酸浓度在5×10-3～5×10-4mol／L范围内其自腐蚀电位较未添加半胱氨酸及其他浓度较大，这说明添加一定浓度的半胱氨酸加强了L.f菌对黄铜矿的浸出。
图2为L.f添加不同浓度半胱氨酸的微生物浸出黄铜矿自腐蚀电流曲线，自腐蚀电流的大小直接反应了腐蚀的程度，即黄铜矿L.f菌生物浸出的程度，自腐蚀电流越大说明浸出效果越好，从图2中我们可以看出，在半胱氨酸浓度范围为5×10-3～5×10-4mol／L时，半胱氨酸对L.f菌浸出黄铜矿的加强作用最显著。
实施例2
半胱氨酸加强混合菌(Leptospirillumferriphilum和Sulfobacillusthermotolerans)浸出黄铜矿，包括如下步骤：
(1)、细菌的培养(同实施例1)；
(2)、添加半胱氨酸黄铜矿微生物浸出
将步骤(1)中离心收集到的菌体转移至9k基础培养基(无铁)：硫酸铵3g/L、硫化钾0.1g/L、硫酸镁，七水0.5g/L、无水磷酸氢二钾0.5g／L、硝酸钙0.01g／L、2.5mol／L硫酸调pH至2.0中，并稀释至108个细菌／ml；然后添加半胱氨酸，半胱氨酸的添加浓度分别为0mol／L，10-2mol／L，10-3mol／L，5×10-4mol/L，10-4mol/L；将自制黄铜矿工作电极用无水乙醇清洗后放入上述菌液中，浸泡12h。
自制黄铜矿电极浸泡至12h后进行电化学测试，通过测量其极化曲线得到其自腐蚀电流以评价其浸出效果(请详细描述其方法)，自腐蚀电流越大，腐蚀越严重，即其浸出效果越好。电化学测试使用CHI-660c型电化学工作站，以及三电极体系进行测量(需要说明具体方法)；所使用工作电极为自制黄铜矿电极，参比电极为饱和甘汞电极，比对电极为铂电极，测量时将电极线路连接好，利用CHI-660c型电化学工作站自带软件进行测试，极化曲线测试过程中起始电位为-0.3V，终止电位为1.0V，扫描速率为1mV／S。
图3为混合菌添加不同浓度半胱氨酸的微生物浸出黄铜矿极化曲线，可以看出在混合菌对黄铜矿微生物浸出的过程中，添加不同浓度氨基酸后其自腐蚀电位的变化，如图所示其中氨基酸浓度在5×10-3～5×10-4mol／L范围内其自腐蚀电位较未添加半胱氨酸及其他浓度较大，这说明添加一定浓度的半胱氨酸加强了混合菌对黄铜矿的浸出；
图4为混合添加不同浓度半胱氨酸的微生物浸出黄铜矿自腐蚀电流曲线，自腐蚀电流的大小直接反应了腐蚀的程度，即黄铜矿混合菌生物浸出的程度，自腐蚀电流越大说明浸出效果越好，从图2中我们可以看出，在半胱氨酸浓度范围为5×10-3～5×10-4mol／L时，半胱氨酸对混合菌浸出黄铜矿的加强作用最显著。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用氨基酸加强微生物对黄铜矿中金属铜浸出的方法，微生物对黄铜矿中金属铜浸出方法为：微生物吸附在黄铜矿表面与黄铜矿发生作用，使黄铜矿晶格中金属铜离子进入溶液，同时微生物产生的代谢产物与黄铜矿发生化学反应使黄铜矿中的金属铜溶出，其特征在于，在微生物浸出黄铜矿中金属铜的过程中添加浓度为5×10-3～5×10-4mol/L的半胱氨酸，所述的微生物的浓度为1×108～2×108个/mL，所述的微生物为Leptospirillumferrooxidans菌。
2.根据权利要求1所述的一种利用氨基酸加强微生物对黄铜矿中金属铜浸出的方法，其特征在于，微生物浸出黄铜矿中金属铜的时间为12h。
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