JPH0841553A - 鉱石又は濃厚物中の鉱物質化合物をバイオ酸化により可溶化及び分離するバイオ冶金法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉱石又は濃厚物に含まれ、微生物の基質を構
成する鉱物質化合物をバイオ浸出性細菌により速い速度
でバイオ酸化してそれら化合物を可溶化及び分離するバ
イオ冶金法を提供する。 【構成】 直径５．５ｃｍのポリスチレン平板に、スチ
ームを流すことによって殺菌された粉砕天然黄鉄鉱０．
５ｇ及び０．４５Ｎ硫酸溶液０．５マイクロリットルを
加える。平板を回転運動させることによってその培地を
平板の表面全面に薄い膜として広げる。平板に０．０６
Ｎ硫酸溶液２０マイクロリットル中に含まれるＣＭ_１菌
株の細胞３６０個を接種し、３０℃でインキュベートす
る。２２時間後、平板が乾燥した外観を獲得したとき、
生物学的酸化が開始される。接種された平板の可溶性鉄
を吸光分光分析法により測定して、２６時間から出発し
て８時間にわたって最高の生物学的酸化速度が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

【０００１】本発明は鉱石又は濃厚物に含まれ、微生物
の基質を構成する鉱物質化合物をバイオ酸化してそれら
を可溶化及び分離する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】序論 金属のバイオテクノロジーは微生物又はそれらの代謝産
物の標準圧力及び５〜９０℃における作用によって鉱
物、濃厚物、岩石及び溶液から金属を抽出する科学のこ
とである。その技術開発領域の１つはバイオ冶金で、そ
れは硫化物鉱物、元素硫黄、第一鉄及び多数の還元金属
の好酸性微生物による酸化、それらの可溶性で容易に分
離可能な化合物への転化に関する。この技術を最適化す
ると通常の抽出冶金法との競争に有利になる可能性があ
る。

【０００３】細菌による浸出によって次の硫化物類を酸
化することが可能であることが証明されている：黄鉄鉱
及び白鉄鉱（ＦｅＳ_２）、磁硫鉄鉱（ＦｅＳ）、黄銅鉱
（ＣｕＦｅＳ_２）、斑銅鉱（Ｃｕ_５ＦｅＳ_４）、銅藍
（ＣｕＳ）、輝銅鉱（Ｃｕ_２Ｓ）、四面銅鉱（Ｃｕ_８Ｓ
ｂ_２Ｓ_７）、硫砒銅鉱（３Ｃｕ_２Ｓ・Ａｓ_２Ｓ_５）、輝
水鉛鉱（ＭｏＳ_２）、閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）、硫砒鉄鉱
（ＦｅＡｓＳ）、鶏冠石、（ＡｓＳ）雄黄、（Ａｓ_２Ｓ
_３）、輝コバルト鉱（ＣｏＡｓＳ）、硫鉄ニッケル鉱
［（Ｆｅ，Ｎｉ）_９ｓ_８］、紫ニッケル鉱（Ｎｉ_２Ｆｅ
Ｓ_４）、黄鉄ニッケル鉱［（ＮｉＦｅ）Ｓ_２］、針ニッ
ケル鉱（ＮｉＳ）、ポリジマイト（Ｎｉ_３Ｓ_４）、輝安
鉱（Ｓｂ_２Ｓ_３、鉄閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）、方鉛鉱（Ｐｂ
Ｓ）、硫安鉛鉱［（Ｐｂ_５（Ｓｂ，Ａｓ_２）Ｓ_８，Ｇａ
_２Ｓ_３及びとりわけＣｕＳｅ］。

【０００４】微生物種が不溶性の硫化物鉱物を直接、間
接のいずれかで酸化して可溶性の硫酸塩にすることは公
知である。直接酸化の場合、活動している微生物の酵素
系によって硫化物鉱物物質の結晶構造の破壊が起こされ
る。硫化物鉱物の間接酸化は第二鉄イオン（Ｆｅ^３＋）
の作用によるもので、その第二鉄イオンは第一鉄及び鉄
を含有する硫化物鉱物物質の細菌酸化生成物である。

【０００５】黄鉄鉱の生物学的酸化の化学を最も可能性
のある反応で解析すると、次の通りである：

【化１】

【０００６】上記の反応は黄鉄鉱の直接細菌酸化を説明
するものである。得られる硫酸第二鉄は次の通り順次黄
鉄鉱を酸化し、硫酸第一鉄と元素硫黄を形成する：

【化２】

【０００７】第一鉄と硫黄とは次のように細菌酸化され
る：

【化３】

【０００８】輝銅鉱の場合（Ｃｕ_２Ｓ）、第一銅イオン
（Ｃｕ^１＋）とスルフィド（Ｓ^２−）が微生物の酵素系
によってそれぞれＣｕ^２＋、Ｓ°ｙＳＯ_４ ⁻に酸化され
る。

【０００９】同様の機構で広範囲の硫化物鉱物の細菌酸
化が可能である。

【００１０】チオバチルス フェロオキシダンス（Ｔｈ
ｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ）及
び関連細菌が第一ウランイオンを次の反応式：

【化４】 に従って酸化する。

【００１１】ウラン浸出における主要な役割は第二鉄イ
オンによって果たされる。Ｆｅ^３＋がＵ^４＋を次のよう
に、硫酸溶液中で可溶化されるＵ^６＋に酸化する：

【化５】

【００１２】細菌はＦｅ^３＋をＦｅ^２＋又はＦｅＳ_２の
酸化によって再生する。

【００１３】上記と同様の反応によって広範囲の鉱物質
化合物を酸化することができる。バイオ湿式冶金におけ
る最も重要な微生物を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に示したように、バイオ湿式冶金法の
主たる適用領域は金属の浸出、石炭の脱硫及び貴金属の
精製である。これらの適用領域について以下で簡単に説
明する。

【００１６】金属の浸出 現在、金属の微生物による浸出は色々な方法で行われて
いる。これらの方法は関係する鉱物の規模と特性に依存
する。

【００１７】微生物による現場浸出はカットオフ等級以
上からいわゆる基準以下又はミリング以下（ｓｕｂｍｉ
ｌｌｉｎｇ）の等級までの範囲の等級を持つ粗鉱から金
属有価物の溶解を微生物学的に高めることにある特別化
された地下抽出系と考えることができる。浸出溶液が岩
石塊に注入され、それを通してパーコレートする。所望
とされる金属有価物の溶解が達成されたとき、溶液が集
められ、金属回収プラントに給送される。

【００１８】微生物によるダンプ浸出は、貧鉱石、通常
は露天堀り操作の等級が基準以下のオーバーバーデン、
即ち等級がカットオフ以下の岩石を含有する鉱石体の１
部であって、鉱化作用のより富んだ部分に近付くのを可
能にするために除去されなければならない部分から金属
有価物を回収するのに採用される“金属掃去”法と定義
することができる。これらの岩石は露天堀り付近の場所
にダンプとして集積される。ダンプの頂部に微生物を含
有する浸出溶液を流す。これらの溶液は破砕された岩石
塊を通してパーコレートし、金属有価物を可溶化する。
満たされた溶液はダンプの底から流出し、最後に池に集
められ、次いで金属回収プラントに給送される。

【００１９】微生物による野積み浸出、即ちヒープ浸出
は、粉砕された鉱石を適切に用意した領域に規則的な層
として積み重ねる方法である。ヒープ、即ち積み重ねら
れた粉砕鉱石の山は切頭ピラミッド形となっている。大
きさのコントロールはヒープの高さで行い、これは鉱物
のグラジュエーション（ｇｒａｄｕａｔｉｏｎ）、即ち
等級に関係する。ヒープの頂上部分に微生物を含有する
浸出溶液を流し、鉱物を通して連続的にパーコレートす
る。

【００２０】微生物によるタンク浸出は、一旦微生物が
接種された鉱物と浸出用溶液によって形成されたパルプ
を撹拌し、そしてサーモスタット付きの系の中で空気混
和するパーチュカタンク（Ｐａｃｈｕｃａ ｔａｎ
ｋ）、反応器又はコンディショニングタンクの中で鉱石
及び濃厚物から金属を浸出する方法である。

【００２１】バイオテクノロジーの実施において、所定
のパルプ塊中に含まれる液体対固体塊の比率として表さ
れるパルプの希釈度は４〜１０の範囲である。

【００２２】これまでに開発され、実施されてきた色々
な浸出法がたとえはっきりした特徴を持つものであって
も、全ての方法に、微生物を水性環境に閉じ込めるよう
にして鉱石又は濃厚物を懸濁し、溢れさせ及び／又は水
性溶液によるパーコレーションに付す、と言う共通の特
徴があることを指摘しなければならない。

【００２３】石炭の脱硫 石炭は元素硫黄を色々な量で、そして主として黄鉄鉱形
（ＦｅＳ_２）として含有する。石炭の燃焼は存在してい
る硫黄をＳＯ_２に転化させ、これが大気を汚染し、植
物、動物及び人間の健康を損ねると言う結果をもたらす
酸性雨の原因となる。石炭が大規模に燃焼される地域の
大気中二酸化硫黄を適切なレベルに保つために、一般的
には総硫黄含量が１〜１．５％以下の低硫黄石炭を利用
すべきである。

【００２４】石炭鉱山の酸排水からのチオバチルス フ
ェロオキシダンスの分離は硫黄及び黄鉄鉱鉱物の酸化に
よって石炭を脱硫するチオバチルス フェロオキシダン
スの潜在能に起因して関心を呼んだ。

【００２５】石炭からの硫黄化合物の微生物による浸出
は同様の指針に沿って、及び金属の微生物による浸出に
ついて説かれた基準の下で、即ち微生物は水性環境中で
作用しなければならない、と言う基準の下で実施されて
きた。

【００２６】数種の微生物が常法による石炭の脱硫にお
いて有効であることが分かった。しかし、この方法は微
生物の活性が低い結果、本質的に、必要とされる処理時
間が長く、しかも処理容量が大きいことに起因してその
ような条件下では工業的規模で実施することはできな
い。

【００２７】硫化物鉱物の遊離による貴金属の精製 黄鉄鉱、硫砒鉄鉱及び微分散された金を含有する濃厚物
をシアン化に先立ってバイオ浸出に付すと硫化物鉱物の
大部分が溶解され、次のシアン化で金の収率が実質的に
増加することが明らかにされた。

【００２８】バイオ冶金技術の最適化についての考察 この技術は従来の抽出冶金法を凌駕するその潜在的利
点、即ち： −低エネルギー消費、 −低い化学試剤の消費、 −低投資コスト、 −環境を汚染しないクリーンな方法であること、及び −低品位鉱床の経済的利用を可能にすること の故に世界的な関心を呼び起こした。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在の開発状
態では、この技術の適用は許容できる回収率を達成する
ために数カ月から数年の長い処理時間を必要とする。そ
の浸出速度は遅いが、これは介在している細菌の増殖速
度が遅いことに原因がある。

【００３０】処理時間はそれ自体工業的適用の目的に対
して著しい技術的−経済的障壁をなしている。また、低
浸出速度は大量の鉱物を用いて操作することを必要とす
るが、このことは一般に気候の変動に支配されて系の精
密な制御を妨げ、系が変動し、かつ調子を乱し、結果と
して処理時間を変動させ、予測不能にしてしまう。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記の技術的課題の解決
に適用される、金属化合物の酸化に関係する微生物の生
理学的特性、増殖条件及び発育に関する研究は本発明の
基礎となる原理を包含する重要な研究領域を構成する。

【００３２】発明の記述 序論 本発明は鉱石又は濃厚物に含有され、微生物の基質を構
成する鉱物質化合物をバイオ酸化してそれら化合物の可
溶化及び分離を可能にするバイオ冶金法に関する。更に
詳しくは、本発明は鉱物質化合物の微生物による酸化速
度を相当に増加させる方法に関する。本発明の方法の本
質的原理は水に対するバイオ浸出性細菌の挙動の発見に
基づく。

【００３３】本発明の方法は次の： （ａ）鉱石又は濃厚物を中和し、固結を防ぎ、かつ微生
物にとって適正な酸性度となすために最も都合がよいと
前以て決定された量であって、好ましくは可能な最低容
量の溶液に含有されるそのような量の酸を用いて鉱石又
は濃厚物をコンディショニングするか、又は可能な最低
量の水を系に導入しつつ基質を均一に酸性化するように
鉱石又は濃厚物を酸蒸気と接触させる工程； （ｂ）工程（ａ）と同時か若しくは工程（ａ）とは独立
に、関心の対象になっている鉱物質化合物を酸化するこ
とができる、又は鉱石自体の微生物フローラを富化させ
ることができる微生物の接種物を加える工程； （ｃ）熱力学的に利用可能な水が微生物のコロニーを順
次構成することになるバイオ酸化生成物を固体状態で得
るために十分に低くなるまで、蒸発によってか又は空気
を流しながら乾燥することによって系に存在するだろう
過剰の水が自然に失われるのを可能にするか、又は失わ
れるように導くのを可能にする工程；及び （ｄ）バイオ酸化生成物を分離する工程；を特徴とする
ものである。

【００３４】バイオ浸出性微生物と固体の無機基質との
相互作用の第一段階はそれら微生物の基質表面に対する
付着にあり、その結果被酸化性基質は生化学的に攻撃さ
れる。付着はエネルギー源となる鉱物質化合物に対して
特異的であるが、そのような付着は頻繁に起こるのでは
なく、これまで試みられた系では常に起こる訳ではな
い。安定かつ効率的付着を可能にするか又は促進し、か
くして細菌が基質を転換させ、かつ速やかに増殖するこ
とを可能にする条件について今まで説明されたことはな
い。

【００３５】後記の生理学的特性化及び発育条件から、
これらの微生物が明白な疎水性を有することは明らかで
ある。言い換えると、従来の系における水又は少なくと
も水のレベルは基質に対する細胞の安定な付着を困難に
する。

【００３６】細胞と鉱物質化合物の表面とが相互作用す
るときに起こる現象及び硫化物鉱物の格子が破壊される
機構は明らかではない。それには色々な理論があるけれ
ども、この相互作用には酵素機構が関与していると一般
的には考えられる。そのような場合、介在している酵素
を希釈したり、或は反応している表面から洗い落とした
りしてはならない。

【００３７】以下に記載される条件における鉱物質化合
物の培養とバイオ酸化を表２に示す菌株を使用すること
によって実施した。これらの菌株は例として挙げるもの
であって、それらに限定されるものではない。これらの
菌株のあるものはアルゼンチンの鉱床である“バジョ
デ ラ アランブレラ（Ｂａｊｏ ｄｅ ｌａ Ａｌｕ
ｍｂｒｅｒａ）”及び“カンパナ マフイダ（Ｃａｍｐ
ａｎａ Ｍａｈｕｉｄａ）”からの鉱物から分離したも
のであった。

【００３８】

【表２】

【００３９】本発明を、発明の基礎となった研究及び着
想を添付図面を参照して経時的順でここに説明する。

【００４０】寒天化第一鉄培地中での増殖に関する予備
的研究 チオバチルス フェロオキシダンスはバイオ冶金におい
て最も一般的に用いられる細菌である。チオバチルス
フェロオキシダンスに似た微生物の効果的な基質とし
て、第一鉄に加えて、多数の不溶性硫黄化合物があるけ
れども、第一鉄イオンの溶解性から実験室での培養には
寒天化された（ａｇａｒｉｚｅｄ）培地中でのその使用
が勧められている。

【００４１】コロニーを得るために固体の寒天化培地中
でのチオバチルス フェロオキシダンスの培養は多くの
問題をもたらした。

【００４２】これまでに数種の固体第一鉄培地が設計さ
れた。これらの培地は総てコロニーの増殖を支える。し
かし、そのコロニーは小さく、増殖が遅く（１〜６週
間）、そして時には再現性のない結果をもたらす。これ
らの困難は細菌の増殖速度が遅いことに起因するとされ
ている。更に、ゲル化剤として用いられる寒天、即ちア
ガロースの加水分解生成物は増殖を抑制すると思われ
る。

【００４３】寒天化された第一鉄培地中でコロニーを得
ることについての諸観察によって、以下において説明さ
れる硫黄化合物に対するバイオ酸化の条件が確立され
た。

【００４４】ペトリ平板を常用の第一鉄培地と０．５％
のアガロースを用いて調製し、それに菌株としてＡＴＣ
Ｃ１９．８５９、ＢＡ_１及びＢＡ_２を接種し、３０℃で
培養し、そして６〜８時間毎に立体顕微鏡法で観察し
た。約４０日間増殖の徴候は認められなかった。コロニ
ーの現れた日に増殖の開始が立体顕微鏡法で観察可能と
なり、そして数時間後に直径０．５〜１ｍｍのコロニー
が直接はっきりと観察された。細菌の増殖速度が本来的
に遅いためにコロニーを得るのに４０日と言う期間を要
したとすれば、その増殖は進行性であったにちがいない
と言うことになる。

【００４５】厚さに勾配がついた寒天化培養培地を得る
ために僅かに傾斜した平面に置いたペトリ平板を第一鉄
寒天化培地を用いて調製した。かくして、培養培地の厚
さは平板の一方の端で最も厚く、直径方向反対側の端で
最も薄い。図１に矢印で示されるように、平板の最も厚
い端の位置に液状接種物を保持するループで触れること
によって平板に接種した。３日目又は４日目に、図１に
示されるように、接種場所に対して直径方向反対側の最
も薄い端にコロニーが形成された。コロニーが形成され
た日以前に発育の徴候は認められなかった。図１に示し
たケースにおいて、平板の側壁に付着した培地の薄膜に
も若干のコロニーが形成された。ゲルが薄ければ薄いほ
どゲルは速く脱水されることを考慮に入れなければなら
ない。

【００４６】寒天又はアガロースの濃度を変え、そして
増殖を前記の指針に従って分析して非常に多数の試験を
行った。これら試験の結論は、寒天又はアガロースは他
の細菌の場合に一般に起こるようには前記細菌の接種場
合における付着を支配しないと言うことである。

【００４７】コロニー形成の必須条件は寒天化培地に対
する細胞の付着である。時が来ればあたかもそのような
付着を可能にする条件が達成されたかのごとくあらゆる
ことが起こった。

【００４８】水を約９５％含有する固体の寒天化培地に
おいて時間と共に自然に変化するだろうと言う条件は蒸
発により水が失われることと、その結果として成分の塩
の濃度が増加することである。

【００４９】成分塩の濃度を広い勾配で変えて試験を行
ったが、コロニーの出現期間に対する有意の影響は観察
されず、また接種場所における細胞の付着に対してもい
かなる影響もなかった。あらゆることが、基質に対する
細胞の付着に要する水含量が非常に低いことを示してい
た。

【００５０】等容量の培養培地を平板全面に均一に分布
して有する平板を用いた試験において、平板を層流フー
ドに付すことによって、及び／又は接種前の水の自然減
の目的から平板を３０℃に保つことによって脱水度を上
げた。コロニーの出現時間に相当の増加が観察された。
溶質を生物学的浸透圧調節系に相溶し得ることが知られ
ている化学薬剤の添加を上記の戦略と組み合わせた方法
を用いると、１２〜２４時間でコロニーを得ることが可
能であった。表面活性剤の添加及び水の活性を低下させ
るポリエチレングリコールの添加もまた寒天化培地中で
の増殖を改善する。

【００５１】図２〜６に示される通り、コロニーの形態
と大きさは問題にしている菌株、平板当たりの接種細胞
数に、そして本質的に培地の組成と水の活性を低下させ
るのに使用される方法に依存する。

【００５２】しかし、得られる全てのコロニーには共通
の因子がある。即ち、それは結晶のように見える幾何形
状である。この様子は走査顕微鏡で分析したが、これに
ついては後記する。

【００５３】寒天化培地において、水の蒸発による減損
は遅いことを考慮して、平板上にコロニーを速やかに形
成するために追加の方法を採用した。前の試験では、使
用した第一鉄培地（寒天化せず）の塩濃度に関して１０
Ｘの塩溶液３ｃｍ^３を平板毎に分布させ、次いでそれら
平板に接種した。この場合、寒天化培地の場合よりも水
の量は少なく、その蒸発速度は速かった。平板ガラスの
表面に塩類の薄い膜が付着し、過剰の湿分の典型的な輝
きが失われると直に、コロニーが、図５に示されるよう
に、数時間で発現し、平板のガラスに付着した。

【００５４】もう１度言うと、この培養形は高度に脱水
された環境では接着能を強め、高い細菌増殖速度をもた
らす。

【００５５】表面を通る微生物の運動 上記の試験で細菌はかなり乾燥した寒天化培地でも平板
をくまなく運動することができることが明らかになっ
た。液状接種物で処理する場合は、培地が高度に脱水さ
れているときでも接種場所での細菌の直接付着を達成す
るのは不可能であった。

【００５６】湿った硫化物及び鉱物上での微生物の運動
も、後記において議論されるように、検出された。

【００５７】寒天化表面がかなり乾燥したものであって
もその表面を通る微生物の運動、及び細胞の付着とコロ
ニーの形成には高度に脱水された寒天化培地が必要とさ
れることは、いわゆる滑走細菌の特性である。それら滑
走細菌は分類学上不均一細菌類属を構成し、植物発生学
上は異なるルートから発生していると考えられている。

【００５８】更に、滑走細菌の大部分又は全てにはそれ
らが共通して有する幾つかの特性がある。即ち、細胞壁
は、典型的には、グラム陰性である。多くの場合、リポ
多糖類成分が単離され、そのことが特徴となっている。
ある種の滑走細菌は粘滑性物質の分泌と関連し、液状培
地中で細胞を培養容器の壁に集め、又は接着させる。こ
れらの特性はバイオ浸出性細菌に見いだされるものと同
様である。

【００５９】滑走細菌が関与している環境と代謝が表面
上での運動性の発現に有利であった。−般に、滑走細菌
は拡散しない基質を転換し、そのためそれら微生物は基
質を見い出すために動き回らなければならない。合成培
地上では、滑走は栄養分の湿度と濃度に本質的に依存す
ることが明らかにされている。

【００６０】バイオ浸出能を有する微生物は鉱物質環境
中で進化し、不溶性基質は低濃度で、細かくまき散らさ
れることを考慮すべきである。表面拡大機構又は表面転
移の発現だけがそれら微生物を進化させたのである。

【００６１】これらの特性は技術開発の大きなポテンシ
ャルとなる。鉱石に撒き散らされる化合物のバイオ酸化
において高い収率を達成するために、細菌の安定付着を
可能にする所要脱水条件を達成する時期に、転換される
べき各粒子は少なくとも１個の細胞と接触していなけれ
ばならないことを考慮すべきである。これが違う場合
は、続く水分添加段階及び脱水段階で細胞が運動し、広
がって新しい粒子に到達する。

【００６２】世代時間の研究 前に指摘したように、これまでに実験された条件でのバ
イオ浸出プロセスの遅さは本質的に細菌の低増殖速度に
起因する。

【００６３】数時間での細菌コロニーの発育は、細菌が
水活性の低い固体基質に付着するとき細菌は速やかに増
殖することをはっきり示している。

【００６４】ＡＴＣＣ１９．８５９、ＢＡ_１及びＢＡ_２
の各菌株の世代時間をそれらを２つの系で比較するため
に測定した。一方は３０℃で振盪した常用の第一鉄培地
であった。コロニーの発育に続いてサンプルを毎日抽出
し、そして平板中での希釈と計測によって細胞数を求め
た。

【００６５】最高増殖速度に対応する指数期中に最短世
代時間が求められた。それら世代時間を液状培地中での
自由増殖に対応する世代時間として表３に示す。

【００６６】他方の系は上記と同じ組成の培地における
発育に相当するが、これは０．３５％のアガロースで固
化され、かつ高度に脱水されている。平均世代時間は、
各コロニーが１個の細胞に起源すると言うことを考慮し
て、また増殖の第一の徴候が、楊枝で完全に単離される
明確に明らかなコロニーが存在する時期までに立体顕微
鏡法で検出される前３０分に始まる期間を発育時間とし
て取って測定した。各コロニーを、細胞を分離させるた
めに渦巻き状態にされているある測定された容量の溶液
に懸濁させた。各コロニーの細胞数を平板中で再計測す
ることによって求め、そして３つの異なるコロニーの平
均として考察した。

【００６７】表３は菌株が高度に脱水された固体培地に
付着して増殖したときの平均世代時間を示す。

【００６８】

【表３】

【００６９】これらの結果は、最適の微生物発育は低水
活性条件に、即ちかなり乾燥した環境に対応することを
証明している。

【００７０】固体生成物−細菌の関係についての走査顕
微鏡による研究 既に述べたように、試験した菌株のコロニーは共通して
アンギュラーフォーム（ａｎｇｕｌａｒ ｆｏｒｍｓ）
と結晶様外観を有するが、ただしそれらを液状培地に懸
濁させて顕微鏡観察すると密な細菌集団が存在する。予
想されるように、非常に低い水活性条件におけるそれら
の代謝による酸化生成物は固体状態にある。

【００７１】このようなコロニーの分布と細菌−固体生
成物の関係とを調べるために顕微鏡による走査観察を行
った。

【００７２】１例として、図６において矢印で示される
もののような直径約１ｃｍの星型細菌コロニーに対して
行った観察について説明する。これらのコロニーは水含
量が前記の方法に従って低下された第一鉄の寒天化培地
から得られたものである。

【００７３】図７は標準的なコロニーの模式図である。
図７では、（ａ）中央、（ｂ）境界及び（ｃ）中央−境
界間の中間ゾーンと言うコロニーの区別可能な特徴的ゾ
ーンが示されている。

【００７４】（ａ）で示されるもののようなコロニーの
中央部は、直接観察下では、粒状外観又は崩壊状態を示
いている。対応する走査顕微鏡写真は、図８に示される
ように、砕解した立方形の小単位を示している。それら
単位の壁には図９及び１０に示されるようにひどい穴が
あいている。このことは、細菌が形成した固体生成物の
中にそれら細菌が一時的に閉じ込められたままになり、
その後に細菌が固体生成物に穴をあけてその生成物を去
ることを示唆している。

【００７５】（ｃ）で表される中央−境界間ゾーンの表
面を走査して調べたところ、図１１に示されるように固
体化合物だけが観察され、その固体化合物はコロニーの
平面に対して平行に配向した結晶のように見えた。しか
し、走査によって分析するために、固定する前にコロニ
ーを僅かに酸性の溶液で洗滌すれば内部の細菌を観察す
ることができ、それは、図１２に示されるように、組織
化された分布を持たない。しかし、走査による観察に先
立って、このゾーンからの結晶様固体を殺菌した楊枝で
機械的に破壊すれば、図１３に示されるように、細菌が
色々な平面にかつ配向した方向に分布して見える。

【００７６】図７において（ｂ）で示されるコロニーの
境界を前以ていかなる変更も導入せずに走査することに
よって分析すると結晶様物体が観察されるが、これら
は、図１４及び１５に示されるように、コロニーの平面
から立っており、それらの群がクラスターの形態を取っ
ているので、それら物体はゾーン（ｃ）のものとは異な
る。この境界からの物体は全て同様の形態を有している
けれども、それらの中の相違は空気により多く暴露され
る、基部から隔たっている上端に基本的に見ることがで
きる。これら物体のあるものは上端が閉じられている
が、他のものは、図１６及び１７に示されるように、開
口している。これら物体のあるものは、図１８に示され
るように、上端が破壊されていることを示す。

【００７７】コロニーの境界で行った観察は、分析した
コロニーが得られてから２４〜４８時間後にその基質を
通して連絡があったと言う何んらの徴候もないのに小コ
ロニーが元のコロニーの回りに形成し始めたと言う事実
と相俟って、その現象を微生物学において“ダーティン
グ（ｄａｒｔｉｎｇ）”として知られる細菌の一種の表
面転移に関連付けることを可能にする。それは１つの共
通莢膜内の細胞集合体に発生する膨張力によってつくら
れ、その結果として細胞をその集合体から押し出す。

【００７８】窒素源に関係した細菌の発育 バイオ浸出性細菌はアンモニアの形の窒素を掃去する際
に極めて効率的であるけれども、浸出液中の窒素の不足
は細菌による浸出操作の効率を制限するだろう。他方、
浸出用溶液に対するアンモニアの添加は追加コストが要
ることを意味する。

【００７９】窒素の固定能は窒素が与えられていない環
境中に存在しているいかなる生物にとっても重要であ
る。

【００８０】少なくともチオバチルス フェロオキシダ
ンスは酸素供給の制限された条件下で大気の窒素を固定
することができ、ニトロゲナーゼ系を有すると特徴付け
られており、そしてこの系からのｎｉｆ遺伝子がクロー
ンされていることが証明されている。

【００８１】しかし、現場研究では野積み浸出操作での
窒素固定活性は証明されなかった。窒素を固定する生理
的条件は変化するけれども、ニトロゲナーゼ酵素は保存
され、それは通常感酸素性であるのである。ｎｉｆ蛋白
質は酸素によって変化を起こし易く、窒素固定に対して
応答性の系は酸素から保護されているときだけ機能する
ことが見いだされた。

【００８２】ニトロゲナーゼ系を有するフリーライフ
（ｆｒｅｅ ｌｉｆｅ）の偏性好気性微生物の生理学は
今日まで未解決の科学分野であって、明らかに生物学的
に矛盾していることを述べている。それにもかかわら
ず、ニトロゲナーゼ系により細菌が進化していたならば
この系が効率的に機能する条件が存在しなければならな
いことが期待された。

【００８３】基質として合成硫化物を用いたときに以下
において述べられる条件（低水活性によって特徴付けら
れる）下で表２に示される、対応する酸化された固体
の、細菌を含有する結晶様生成物をもたらすバイオ酸化
能を有する微生物の増殖は窒素の添加からは完全に独立
している。

【００８４】窒素源、及び少量であるけれども微生物の
増殖に必要とされれ元素（例えば、燐、カリウム、マグ
ネシウム）の確証として、分析級硫酸第一鉄を効果的な
基質として使用して細菌の発育を培地の組成と関連させ
て分析した。

【００８５】分析系に可能な最少量の成分を導入するた
めに、そしてゲル化剤が不純物を運んでくるだろうこと
を考慮して、平板ガラスに付着した塩の中にコロニーを
形成する方法を用いた。

【００８６】各平板に次の培地のいずれかを分布させて
直径９ｃｍの平板を調製した： （ａ）ｐＨ１．８に調整された分析級ＳＯ_４Ｆｅ・７Ｈ
_２Ｏの１０％溶液３ｍＬ、（ｂ）ｐＨ１．８に調整され
た分析級ＳＯ_４Ｆｅ・７Ｈ_２Ｏの２０％溶液１．５ｍＬ
プラスＫＣｌ：０．１ｇ、Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．２５ｇ、
Ｍ_５ＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．２５ｇ、Ｃａ（Ｎ
Ｏ_３）_２：０．０１ｇ、Ｈ_２Ｏ：８００ｍＬを含有する
ｐＨ１．８に調整された溶液１．５ｍＬ。

【００８７】種々の菌株が同等の結果を与えた。分析級
の硫酸第一鉄だけを含有する平板ではコロニーの形成は
なかった。ある場合には、図１９（ａ）に示されるよう
に“社会的滑走”と称される細菌の一種の表面転移の典
型的な粘性トラックが刻み込まれたままであった。この
現象は栄養欠失によって誘発されることが知られてい
る。

【００８８】硫酸第一鉄の外に生活維持元素となる少量
の塩を含有する平板では、窒素源の添加はないけれど
も、図１９（ｂ）に示されるように約５ｍｍのコロニー
が発育した。

【００８９】これは高脱水条件においてはニトロゲナー
ゼ系が大気窒素の固定に効率的であることを示唆してい
る。このことについては、細菌が少なくとも一時的に閉
じ込められたままでいる固体生成物が酸素のためのニト
ロゲナーゼ系を保護すると推測することができるだろ
う。

【００９０】これら細菌のフリーライフ微生物としての
特徴付けについては科学的に議論し、かつ深く研究しな
ければならない。

【００９１】微生物の発育と硫化物鉱物のバイオ酸化 バイオ浸出性細菌に関して前に述べた水についての原理
を合成硫化物、天然試験体、濃厚物及び鉱石のバイオ酸
化に適用した。

【００９２】秤量し、殺菌したある量の各関係基質をペ
トリ平板に入れ、全表面に均一に分布させた。その後、
基質に次の基準を考慮して硫酸溶液を用いて湿気を与え
た。硫酸溶液の最も都合のよい容量と濃度は個々のケー
スについて測定して求めた。

【００９３】−考えている基質の単位質量当たりの最も
都合のよい容量は基質を全て均一、確実に酸性化する最
少容量である。

【００９４】この容量は個々の基質の物理的、化学的特
性に依存し、そして多孔質鉱物の場合は孔を通しての酸
性化が必ず達成されるようにしなければならない。それ
にもかかわらず、この容量は続く基質の脱水に固有の時
間のロスを少なくするためにできるだけ少量でなければ
ならない。

【００９５】−酸の最も都合のよい濃度は、最も都合の
よい容量において鉱物を確実に中和し、固結を防ぎ、細
菌の効率的な発育によい酸の容量を与え、そして蒸発に
よる酸の起こり得るロスを考慮に入れた酸の量である。

【００９６】液状培地中での微生物の増殖についての最
適ｐＨに関して確立された基準は、幾つかの理由からこ
こに提案される発育条件には有効でない。酸性化容量は
多くの場合液状系に与えられた酸溶液の容量より少な
い。酸濃度が同じか同等であるとすれば、酸の有効性は
この新しい系では非常に低いはずである。このような多
様な環境における細菌の代謝条件と、恐らくは細胞表面
の組成とは異なっている。また、この系が細菌の速やか
な発育に要する高脱水度に達すると、ｐＨの概念は適用
できない。

【００９７】天然試験体において、そして試験される合
成硫化物においても存在する不純物は、一般に、細菌の
増殖に必須の元素、例えば燐、カリウム、マグネシウム
等の必要とされる少量を与えるに十分であったと言わね
ばならない。それにもかかわらず、これは各基質につい
て分析しなければならない。

【００９８】平板に表２に示される菌株のどれかを接種
し、続いて蒸発による酸性化中に導入された水の速やか
な減損を促進するそのような方法でインキュベートし
た。いずれの場合も、基質が乾燥外観を獲得すると、対
応するバイオ酸化された固体生成物と結びついた微生物
の発育が数時間で得られた。

【００９９】限定するものではないが、異なる基質を用
いた試験についてここに記載する。

【０１００】（ａ）殺菌された乾燥合成硫化銅の薄層を
直径９ｃｍのペトリ平板に分布させた。次に、それを
１．５ｃｍ^３の殺菌された硫酸の０．１Ｎ溶液を滴下し
て酸性にした。その平板の中央に先の培養菌からの硫酸
銅結晶を０．０６Ｎ硫酸溶液に溶解させることによって
調製したＢＡ_２菌株の接種物１０マイクロリットルを接
種した。接種物はその細菌を可能な最短時間の間液状培
地に保持するように新しい平板に接種する時期に調製し
た。それを３０℃でインキュベートした。基質が乾燥外
観を獲得したとき、発育の最初の徴候が観察され、数時
間後に硫酸銅の青色結晶が得られた。それら結晶は、図
２０に示されるように、０．５ｃｍ幅×１．５〜２．５
ｃｍ長であった。これら結晶はそれら自体細菌コロニー
である。

【０１０１】（ｂ）（ａ）におけるようにして調製した
平板の中央にＢＡ_３菌株の密な接種物２０マイクロリッ
トルを接種し、蒸発による水の減損を促進するために平
板を中途まで開けたままにしておいて３７℃で培養し
た。１２時間後に、図２１に示されるように、発育物が
得られた。それは湿分が存在していた間の細菌の運動能
力を証明している。

【０１０２】（ｃ）前に述べたようにして調製した平板
をこれに２ｃｍ^３の０．０６Ｎ硫酸溶液を添加すること
によって酸性にした。その平板に前に記載した通りに調
製したＣＲＴ菌株の接種物１０マイクロリットルを接種
し、８５℃でインキュベートした。６時間後に、発育の
最初の徴候が検出された。その２時間後に、図２２に示
されるもののごとき発育物が得られた。

【０１０３】（ｄ）酸性化後、脱水されたときに、−１
００メッシュに粉砕された高純度の天然黄鉄鉱試験体
（ＦｅＳ_２）を基質として用いた。この基質は高い固結
傾向を示し、細菌の発育を妨げるものであった。それは
黄鉄鉱の重量と酸性化容量との間で１：１の比率を用い
ることによって確認された。最も都合のよい酸の濃度は
０．４５Ｎである。かくして、殺菌した黄鉄鉱０．５ｇ
を直径５．５ｃｍのプラスチック平板に入れ、これに殺
菌した０．４５Ｎ硫酸溶液０．５ｍＬを加え、そして回
転運動によって酸性化された基質の薄い均一な層を得
た。この平板の中央に前の培養によって黄鉄鉱中で増殖
するようにされたＣＭ_１菌株の接種物を接種した。平板
を閉じたままにして３０℃でインキュベートした。これ
らの条件下で、基質が乾燥外観を獲得するのに２４時間
要した。この時点で、発育の最初の徴候が観察され、１
０時間後に発育物が、図２３に示されるように、得られ
た。

【０１０４】（ｅ）−４０メッシュに粉砕された高純度
の天然方鉛鉱試験体（ＰｂＳ）を基質として用いた。殺
菌した方鉛鉱１ｇを直径５．５ｃｍのプラスチック平板
に入れた。これを殺菌した０．２４Ｎ硫酸溶液１ｍＬに
より酸性化し、それに前のＣｕＳ中での培養菌からのＣ
Ｍ_２菌株を接種した。それを３７℃でインキュベートし
た。１８〜２２時間後に増殖の開始が検出された。６時
間後に結晶性外観を有するガラス様の白色物体が得られ
た。大きさは方鉛鉱粒子と同じであったが、後者の灰色
がかった色調とは対照的であった。それらは密な細菌集
団を持っていることが顕微鏡観察で確認された。

【０１０５】（ｆ）（ｅ）と同じ基質２ｇをガラス平板
に入れた。３．０Ｎ硫酸溶液２ｍＬを加えた。これにＣ
ＲＴ菌株を接種した。それを９０℃でインキュベートし
た。６時間後に発育の最初の徴候が観察された。４時間
後に（ｅ）に記載されるものと同様の特性を有する白色
固体物体が得られた。

【０１０６】（ｇ）亜鉛を５６％含有する閃亜鉛鉱（Ｚ
ｎＳ）濃厚物を基質として用いた。この基質２ｇを直径
９ｃｍのプラスチック平板に入れた。これに殺菌した
０．２４Ｎ硫酸溶液１．５ｍＬを加えた。回転運動によ
って、この酸性化された基質を平板にくまなく分布させ
た。この平板の中央に前以てＺｎＳ中で増殖するように
されたＡＴＣＣ１９．８５９菌株を接種し、この接種時
期に０．０６Ｎ ＳＯ_４Ｈ_２中に懸濁させた。平板を閉
じたままにして３０℃でインキュベートした。４８時間
後に発育の最初の徴候が観察され、その１２時間後に図
２４に示される、硫酸亜鉛の典型的な白色と関連した発
育物が得られた。

【０１０７】（ｈ）（ｇ）におけると同じようにして、
ただし接種することなく調製した平板を酸性化中に重量
減によって測定して水の９０％が失われるまで３０℃で
インキュベートした。その後平板に図２５において矢印
で示される場所に液状接種物を接種した。１２時間後に
接種場所を取り囲む領域に典型的な白色の発育物が得ら
れた。接種場所には発育は観察されず、その場所には接
種物に起因してより高度の湿分が存在していた。これは
細菌が最も湿った領域から細菌が付着して基質を転換さ
せる湿分がより少ない領域に移動することを示す。

【０１０８】（ｉ）（ｇ）及び（ｈ）において使用した
ものと同じ閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）の濃厚物２ｇを有するガ
ラス平板を殺菌した０．１８Ｎ硫酸溶液２ｍＬを用いて
酸性にした。これに前のＺｎＳ中での培養菌からの、た
だし接種物を溶液中に懸濁させることに代えて、ＣＲＴ
菌株を接種した。接種は太い針を用いて固体の硫酸亜鉛
を図２６において矢印で示される平板の印が付けられた
端に直接移動させることによって行った。これを、湿分
が速やかに失われるのを可能にするように平板の半分を
開けて、９６℃でインキュベートした。２時間後に発育
の最初の徴候が検出され、その２時間後に硫酸亜鉛の典
型的な白色に関連した発育物が、図２６に示されるよう
に、接種領域に得られた。

【０１０９】（ｊ）−１００メッシュに粉砕された高純
度の天然輝安鉱（Ｓｂ_２Ｓ_３）試験体を基質として用い
た。試験した基質の内でこの基質はその疎水性の故に最
も酸性化しずらいものであった。平板の表面に均一な酸
性化されたパルプを分布させて得るのに前の場合より多
い酸溶液容量を要した。加えて、均一なパルプを得るた
めには平板上で混合させるときに殺菌したスパチュラを
使用すべきであった。この系も高い固結傾向を有し、細
菌の発育を妨害するものであった。これは前のケースよ
りも高濃度の酸を使用する必要があることを説明するも
のである。広範囲の試験を行って最も都合のよい容量と
酸濃度を決定した。表２に示される菌株のいずれについ
ても、直径５．５ｃｍのポリスチレン平板に０．５ｇの
Ｓｂ_２Ｓ_３と１．５ｍＬの０．６Ｎ酸溶液を均一に分布
させることによって最良の結果が得られた。即ち、平板
を蒸発による水の減損を可能にするために開いたままに
して３０℃でインキュベートした。３〜４日後に微生物
の発育が、図２７に示されるように、固体状態の潮解性
白色バイオ酸化生成物と結び付いて起こった。酸性化用
溶液の容量はサルコシル（１％）のようなテンソアクチ
ブ剤（ｔｅｎｓｏａｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ）を加える
ことによって少なくすることが可能である。この添加は
微生物の発育を更に高める。このようにして、２４〜３
０時間で発育物を得ることが可能となった。

【０１１０】（ｋ）乾燥、殺菌した合成硫化コバルト
（ＣｏＳ）の薄層を有する直径９ｃｍの平板を調製し
た。全ての基質を均一に酸性化するように殺菌した０．
３Ｎ硫酸溶液０．５ｍＬを滴下して酸性化した。平板に
前の硫化コバルト中での培養からの色々な菌株を接種
し、そして３０℃でインキュベートした。２４時間後に
図２８に示される発育物が得られた。この発育物は硫化
コバルトの典型的なピンク乃至赤の色を示した。得られ
た固体状態のバイオ酸化生成物はふるい分けによって分
離することができる。

【０１１１】（１）銅の濃厚物を基質として用いた。ベ
ースを１００％硫化銅鉱物と見なしてこの鉱物組成物は
主要試験体が輝銅鉱（６４．２９％）と硫砒銅鉱（２
１．９６％）であることを示す。直径９ｃｍの各平板に
基質１ｇを入れた。それを０．３Ｎ硫酸溶液１ｍＬを用
いて酸性化した。これらの平板に前の同じ濃厚物中での
培養菌からのＢＡ_１及びＣＭ_１菌株を接種した。それ
を、平板を開いたままにして３０℃でインキュベートし
た。２４時間後に、図２９に示されるように、発育物が
得られた。図３０は同じ発育物の写真を示すが、もっと
短い距離で撮ったものである。

【０１１２】（ｍ）アルゼンチンの鉱床である“カンパ
ナ マフイダ”からの、主たる銅試験体として輝銅鉱
（Ｃｕ_２Ｓ）を含んで成る、１／４インチに摩砕された
鉱石を試験した。この鉱石３０ｇを直径９ｃｍの平板に
入れた。これに０．４５Ｎ硫酸溶液２０ｍＬを加えて酸
性化した。この平板に合成硫化銅中での培養菌からのＣ
Ｍ_１菌株を接種した。平板を急速脱水を促進するように
開いたままにして３７℃でインキュベートした。１２時
間後、鉱石が乾燥外観を獲得したとき増殖が始まった。
４時間後に、乾燥した鉱石を覆って硫化物の酸化と結び
付いた細菌の発育物が得られた。図３１ａはバイオ酸化
に付されなかった鉱石とバイオ酸化に付された鉱石（そ
れぞれ左と右）を示す。図３１ｂはバイオ酸化された鉱
物を示す。図３２はコロニーを作ったバイオ酸化された
鉱石の更に短い距離で撮った写真を示す。

【０１１３】（ｎ）輝銅鉱（Ｃｕ_２Ｓ）を２．１％含ん
で成る、−１００メッシュに粉砕された銅鉱物を基質と
して用いた。殺菌した鉱物５ｇを直径８．５ｃｍのポリ
スチレン平板に入れた。これを殺菌した０．４Ｎ硫酸溶
液５ｍＬを用いて酸性化し、そのパルプを回転運動によ
って平板にくまなく均一に分布させた。ＣｕＳ中での培
養菌からのＣＭ_２菌株の接種物１００ミリリットルを滴
下によって分布させ、接種された基質を３７℃でインキ
ュベートした。４８時間後、そして基質が乾燥外観を獲
得したとき、平板のより脱水された端に突出物のように
見える発育物が現れ始めた。１２時間後に、図３３に示
される通りの発育物が得られた。これは青色の小さい結
晶に関係した鉱物層の不規則物によって特徴付けられる
ものであった。

【０１１４】（ｏ）（ｎ）に示したものと同じ組成を持
つ平板を用いたが、平板をインキュベートし、僅かに傾
斜した平面上で調整した。そのためパルプは１端でそれ
とは直径方向反対側の端より薄くなった。パルプに図３
４において矢印で示されるより厚い端に接種した。即
ち、パルプに（ｎ）で述べた同じ接種物２０マイクロリ
ットルを接種した。これを３７℃でインキュベートし
た。予想通り、薄い端がまず脱水された。２６時間後に
発育の最初の徴候とその薄い端での微生物による転換が
検出され、そして６時間後に図３４に示される発育物が
得られた。

【０１１５】数日後、酸性化において加えられた湿分に
関して平板が完全に脱水されたとき、平板の残部には発
育の徴候は認められなっかた。このことは過剰の湿分が
存在している間は細菌が基質を通り、奇妙にも通路の中
を、そして負の湿分等級と結び付いて移動し、最初に脱
水された領域に安定な付着を生むことを示している。

【０１１６】バイオ浸出性微生物の生理学に関する最も
適切な結論 これら微生物の生理学に関する知識は生物学的酸化法を
それら方法を強化する目的で最適化すると言う特定の課
題を解決することを可能にする。

【０１１７】種々の細菌種による、また同じ種の異なる
菌株による基質の酸化活性は変化可能で、それはそれら
の存在の前歴によって決まるけれども、効率的な生物学
的酸化、例えば安定な基質−細胞の付着及び硫化物鉱物
の格子の破壊のために達成されなければならない前記の
機構は同様の条件によって支配される。

【０１１８】前記の試験から次のことが導かれる：

【０１１９】（１）これらの細菌は低水含量の鉱物質環
境又は少なくとも液体系に浸漬されない鉱物質環境で進
化している。鉱物に含まれる水及び環境湿分はそれらの
発育に十分である。

【０１２０】（２）固体の不溶性基質の生物学的酸化は
接着機構による基質−細胞の相互作用を意味する。安定
な接着は基質の急速転換と、従ってまた高い細菌増殖速
度とを可能にする。過剰の水はそのような接着を妨げる
か、又は困難にする。

【０１２１】（３）硫化物鉱物の格子の破壊に関与する
酵素系が存在する場合、そのような酵素を希釈したり、
反応している表面から洗い流すべきではない。

【０１２２】（４）低水活性の条件では、微生物による
代謝が活性化され、世代時間を相当に短縮し、従って高
い基質酸化速度に結び付いた高い微生物増殖速度をもた
らす。

【０１２３】（５）このような条件下で、微生物は増殖
し、少なくとも一時的に固体の結晶様バイオ酸化生成物
の中に閉じ込められたままになっている。

【０１２４】（６）少なくとも試験された微生物の菌株
は高脱水培地中で増殖するとき、窒素源の添加を必要と
しない。これは大気窒素の効率的固定が存在することを
示唆している。

【０１２５】（７）微生物のほとんどは水の応力（ｗａ
ｔｅｒ ｓｔｒｅｓｓ）度を処理する機構を持っている
が、低水活性度（ａ_ｗ）の環境中で微生物が十分に増殖
するのを可能にするように生理的に適応して進化したも
のは比較的少ない。これらの微生物を述べるのに多くの
用語が用いられた。即ち、好塩性、好濃性、オスモトレ
ラント性（ｏｓｍｏｔｏｌｅｒａｎｔ）、キセロフィテ
ィック性（ｘｅｒｏｐｈｙｔｉｃ）、キセロフィリック
性（ｘｅｒｏｐｈｉｌｉｃ）等である。これらの用語の
内、キセロフィリック性（ギリシャ語の“乾燥を好む
（ｄｒｙ−ｌｏｖｉｎｇ）”から）が多分本発明で試験
した微生物を記述する最も適切な用語である。

【０１２６】これらの細菌が従来そのような条件の枠組
みの中で分析されなかったことは、これらの細菌が進化
して、自然には通常見い出されない、水の多い環境で懸
濁されている鉱物（鉱物は乾燥して、又は脱水されて見
えるけれども、それらはある割合の、少なくとも環境の
湿分と平衡している水を含有している）を転換すると言
うことを考えることなく、生活の唯一の方法が大量の水
を伴う系にあると言う先入観の下で、鉱山の酸排水から
出発してそれら細菌を分離すると言う方法にその原因が
ある。

【０１２７】本発明者の経験では、明らかに脱水されて
いる鉱物の試料は、特に空気に露出されている表面に細
菌に富むフローラを有するが、それらは価値のある細胞
である。

【０１２８】バイオ湿式冶金に含まれる旧来の方法とこ
こに記載される微生物によるバイオ酸化条件との間の水
に関する基本的に相反している関係を考慮して、“バイ
オ湿式冶金”と言う用語を提案することができる。

【０１２９】これら原理の技術的適用から導かれる利点 本発明の原理の適用で得られる利点は次の諸点を考慮す
れば明らかであろう。即ち、

【０１３０】−ここに開発されるまでは、今までのバイ
オ湿式冶金における系、即ちタンク浸出、現場浸出、廃
棄ダンプ浸出及び野積み浸出のいずれの下でも微生物フ
ローラは水性環境中で発育するように強制されている。
このような条件では、微生物の増殖速度及び基質のバイ
オ酸化速度は制限される。これらは数カ月と言うオーダ
ーの長い処理期間を伴うもので、技術的、経済的障壁に
なっている。本発明者が述べる原理の適用によって、数
日の期間で同等の抽出収率を達成することが可能とな
る。微生物が発育し、数時間で基質を転換させると言う
ことを考慮すると、総処理時間の決定パラメーターは各
系における脱水速度、及び酸性化と適正な接種に用いら
れる、系に可能な最少量の水を配合する方法である。

【０１３１】−相当に短い処理時間は、同等の生産につ
いて処理容量がはるかに少なくてよく、結局資本投資が
節約されるだろうことを意味する。

【０１３２】−少量の処理容量の管理は正確に制御され
た系を操作する可能性を開く。

【０１３３】−旧来の系には重要なエネルギーコストが
要る。パルプはタンク又は反応器中で連続的に振盪及び
空気混和されねばならない。他方、鉱物は酸浸出用溶液
のパーコレーションに付されるが、これにもエネルギー
コストと資本コストが付随する。これらのコストは所要
の長い処理期間にとっては非常に重要になる。速い方法
は運転コストがより少ないことを意味する。

【０１３４】本発明の最も都合のよい実施形態 鉱石又は濃厚物を中和し、それらの固結を防ぎ、そして
微生物の発育にとって十分は環境を提供するために、各
系について最も都合のよい容量と酸濃度を前記の基準に
従って決定しなければならない。

【０１３５】一旦基質が酸性化され、接種されたら、過
剰の水の減損を脱湿機によって誘発される自然蒸発か、
又は鉱石若しくは濃厚物を通して空気を流通させるかの
いずれかによって起こさなければならない。

【０１３６】微生物の作用によって酸化されるべき基質
は一般に小粒子として撒き散らされる鉱石に見い出され
る。各粒子の転換には少なくとも１個の細胞の付着が必
要とされる。粒子が都合のよい脱水レベルに達した時点
で上記条件を満足する粒子が数時間で転換されて可溶性
の固体生成物に変わり、それは同時に微生物のコロニー
を構成する。それに続く段階で鉱石が湿化されて既に形
成された固体生成物を少なくとも部分的に溶解すると、
細菌が放出され、そして湿った条件下でそれら細菌は他
の何んらかの手段で新しい基質粒子に滑走する、即ち到
達することができる。

【０１３７】期待する抽出率を達成するために、前の操
作は必要とされる通りに何回でも繰り返すことができる
が、これは個々の粒子系の特性、即ち基質が鉱石である
かそれとも濃厚物であるかに依存する。

【０１３８】最後に、バイオ酸化された固体生成物は洗
滌によって、又は濃厚物をバイオ酸化に付す場合は他の
方法、例えばふるい分けによって分離しなければならな
い。可溶化を用いる場合、洗滌溶液のｐＨは伴われる酸
化された化合物の溶解度に依存する。

【０１３９】金属の溶解も間接的に起こる可能性がある
こと、即ち微生物による酸化の結果生ずる第二鉄は硫化
物と化学的に反応してそれら硫化物を可溶性形態に酸化
する可能性があることを考慮して、直接法で最終的に抽
出率を高めるのを可能にするために鉱物とある一定時間
接触している洗滌溶液をある一定時間保持することが都
合がよいかどうかは個々のケースについて分析して決め
なければならない。

【０１４０】金属のバイオ浸出法の場合、洗滌溶液が関
心の対象である生成物を有しているが、それに対して固
体は残留物を組成する。微生物による精製法の場合、例
えば石炭の脱硫又は貴金属の精製の場合は、洗滌溶液が
残留物を有し、一方固体は関心の対象である生成物を組
成する。

【０１４１】

【実施例】本発明の性能を次の実施例により証明する。
ただし、これらの実施例は本発明を限定するものではな
い。

【０１４２】実施例１及び２は金属化合物の液状培地に
おける、低水含量条件での酸化の生物学的活性の定量的
差異を例証するものである。

【０１４３】実施例３は鉱石に対する本発明の適用を説
明するものである。

【０１４４】実施例１ Ｆｅ４３．５％、硫黄４９．６７％及び不純物６．８３
％を含有する高純度の、−１００メッシュに粉砕され、
連続３日間スチームを流すことによって殺菌された天然
の黄鉄鉱試験体（ＦｅＳ_２）を基質として用いた。

【０１４５】前以て黄鉄鉱中で増殖するようにされたＣ
Ｍ_１菌株に相当する接種物を用いた。いずれの場合も、
対応する殺菌された対照についても同時に実施した。

【０１４６】生物学的酸化をアンモニアが添加され又は
添加されない常用の液体系で、及び本発明の原理による
低水含量の系で試験した。

【０１４７】生物学的活性は可溶性の鉄を吸光分光分析
法で測定することによって求めた。細胞数は寒天化第一
鉄培地中の平板を再計測することによって求めた。

【０１４８】液状培地において、試験は黄鉄鉱５ｇ及び
硫酸溶液９５ｍＬが入っている、硫酸アンモニア０．３
ｇが添加され又は添加されない、ｐＨ＝１．７に調整さ
れた３００ｍＬのエルレンマイヤー中で行った。それに
細胞を２×１０^８個／ｍＬ含有するＣＭ_１菌株の培養菌
を接種した。殺菌された対照においては、１００ｍＬの
硫酸溶液を９５ｍＬの代わりに加えた。エルレンマイヤ
ーを振盪器中、３０℃でインキュベートした。

【０１４９】鉄の可溶化の動力学を、浸出用溶液から採
取した既知少量中の可溶性鉄の濃度を周期的に測定する
ことによって追跡した。

【０１５０】鉄の抽出速度は生物学的に溶解された総鉄
量を時間の関数として表し、この値を系中の各接種細胞
に対して関係付けるプロットの直線部分から見積もっ
た。

【０１５１】鉄の可溶化速度は時間当たり及び接種細胞
当たりの可溶化された鉄のミリグラム数として表した。
アンモニア窒素を用いた試験において、この値は１．６
８×１０^−９ｍｇ／時・細胞であった。アンモニア窒素
を用いない試験では、殺菌された対照に対して相違は基
本的に無かった。

【０１５２】脱水された固体培地については、最も都合
のよい容量と酸濃度を前以て決定しておいた。最良容量
は黄鉄鉱のグラム数としての重量のミリリットルとして
の酸溶液容量に対する比率として１：１比に相当するも
のである。最も都合のよい酸濃度は０．４５Ｎであっ
た。

【０１５３】可溶性鉄の動力学を追跡するために、直径
５．５ｃｍのポリスチレン平板を用いた。各平板は黄鉄
鉱０．５ｇ及び０．４５Ｎ硫酸溶液０．５マイクロリッ
トルを含有していた。回転運動によって表面全面に薄い
膜が広がった。各平板に０．０６Ｎ硫酸溶液２０マイク
ロリットル中に含まれるＣＭ_１菌株の細胞３６０個を接
種した。細胞数は寒天化第一鉄培地の平板中コロニー数
を計測することによって測定した。これは黄鉄鋼平板中
に計測することができるコロニー数と誤差±７％で一致
した。最高発育に達した後のこれら平板は図２３に示さ
れるものと同様の外観のものであった。殺菌された０．
０６Ｎ硫酸溶液２０マイクロリットルを対応する殺菌さ
れた対照に添加した。平板は全て３０℃でインキュベー
トした。

【０１５４】周期的に、１個の殺菌され、接種された平
板を吸光分光分析法による可溶性鉄の測定に付した。生
物学的酸化によって可溶化された鉄を時間の関数として
プロットした。

【０１５５】２２時間後、平板が乾燥した外観を獲得し
たとき、生物学的酸化が開始された。２６時間から出発
して８時間にわたって最高の生物学的酸化速度が得られ
た。それは８．７９×１０^−４ｍｇ／時・細胞であっ
た。

【０１５６】この値をアンモニアを有する液状培地から
得られた値と比較すると、５のオーダーの大きさの差が
ある。

【０１５７】実施例２ 基質として合成ＣｕＳを用いた。これにＢＡ_１菌株を接
種した。

【０１５８】実施例１におけると調度同じようにして、
常用の液状培地中での、アンモニア集合体を用い又は用
いずに生物学的酸化、及び既に記載した基準に従って脱
水された固体培地中での生物学的酸化を行った。いずれ
の場合も、対応する殺菌された対照についても同時に行
った。吸光分光分析法で可溶性銅を測定した。各場合に
おいて、生物学的酸化は接種された系と対応する殺菌さ
れた対照との間の可溶化された銅の差として求めた。

【０１５９】液状培地中での浸出はＣｕＳ５ｇ及び硫酸
溶液９５ｍＬが入っている、硫酸アンモニア０．３ｇが
添加され又は添加されないエルレンマイヤー中で行っ
た。硫酸溶液のｐＨは２に調整した。それに細胞を２×
１０^８個／ｍＬ含有するＢＡ_１菌株の活性培養菌５ｍＬ
を接種した。殺菌された対照において、酸溶液は９５ｍ
Ｌの代わりに１００ｍＬ加えた。エルレンマイヤーを振
盪器中、３０℃においてインキュベートした。

【０１６０】銅の可溶化の動力学を、浸出用溶液から採
取した既知少量中の可溶性銅を周期的に測定することに
よって追跡した。生物学的に溶解された銅を時間の関数
として表したプロットの直線部分に相当する銅の生物学
的可溶化の速度を測定した。これを時間当たり及び接種
細胞当たりの可溶化された銅のミリグラム数で表した。
アンモニア窒素を用いた試験において、この値は５．１
×１０^−９ｍｇ／時・細胞であった。アンモニア窒素を
用いない試験では、殺菌された対照に対して相違は基本
的に無かった。

【０１６１】脱水された固体培地における試験ついて
は、直径９ｃｍの平板をその各々に２ｇのＣｕＳ及び２
ｍＬのＨ_２Ｏを加えることによって調製した。パルプを
形成し、そして回転運動によってそれを平板の全表面を
覆って均一に分布させた。平板を層流フラックスフード
の中で恒量が達成されるまで乾燥した。各平板に殺菌さ
れた０．３Ｎ硫酸溶液０．５ｍＬを均一に酸性化するよ
うに１滴ずつ添加、分布させた。各平板に０．０６Ｎ硫
酸溶液２０マイクロリットル中に含まれるＢＡ_１菌株の
細胞約４０個を接種した。この接種物に含まれる細胞数
（細胞２，０００個／ｍＬ）を第一鉄寒天化培地中の平
板中コロニー数を計測することによって求めた。これは
発育終点でＣｕＳを有する平板中で得られたコロニー数
と誤差±８％で一致した。

【０１６２】殺菌された対照に殺菌された０．０６Ｎ酸
溶液２０マイクロリットルを添加した。平板は全て３０
℃でインキュベートした。

【０１６３】殺菌された平板からの及び接種された平板
からの可溶性銅を周期的に分析した。１８時間後、平板
が乾燥した外観を有するようになったとき、生物学的酸
化が開始され、８時間中殆ど一定速度で続いた。この段
階の終点で固体の結晶様硫酸銅によって構成されるコロ
ニーの大きさで表して最大発育が達成された。

【０１６４】この期間中の時間当たり及び接種された細
胞当たりの可溶化銅として表される生物学的酸化速度は
０．３１９ｍｇ／時・細胞であった。この値は液状培地
から得られる対応する値と比較すべきである。

【０１６５】注釈：固体の結晶様生成物によって構成さ
れる細菌コロニーを溶液中に懸濁させとき、また細菌コ
ロニーを渦巻きに付し、次いで顕微鏡で調べるときも、
図３５の模式図に示されるものに似た形態を観察するこ
とが可能である。小さい可動性細胞、中間の及び非常に
長い非可動性細胞、及び出現する細胞群は非常に細いフ
ィラメントによって互いに似ていた。この結果、接種物
中に存在する細胞数を平板中のコロニー数を計測するこ
とによって測定する時点では、各コロニーが１個の細胞
にその起源があるのか、細胞群にその起源があるのか不
確かである。それにもかかわらず、対応する液状培地と
固体培地中の適用接種物が同じ起源を有し、同じように
して処理されていることを考慮すると、細胞の接種に関
係した生物学的活性度値は絶対値とは見なされるべきで
はないけれども、比較の目的には有効である。

【０１６６】実施例３ 本発明の原理を適用することによる銅の抽出率とそれを
達成する必要時間を測定するために、銅鉱石のバイオ酸
化を試験した。

【０１６７】鉱石の特性 ａ．化学的特性

【０１６８】

【表４】 総銅 １．２５％ 可溶性銅 ０．１５％ 総鉄 ２．６６％ 総硫黄 １．７８％ 不溶性物質 ７８．５０％

【０１６９】ｂ．鉱物学的特性 鉱物学的分析の結果得られる主たる鉱物種を以下に示
す。各鉱物種の百分率は鉱石を１００％として表され
る。

【０１７０】

【表５】

【０１７１】主たる銅試験体は輝銅鉱であり、黄銅鉱、
銅藍及び斑銅鉱が重要さの順序で後に続くことが分か
る。

【０１７２】ｃ．グラニュロメトリー分析 １／４インチに摩砕された鉱物をタイラー（Ｔｙｌｅ
ｒ）系列の＃４、＃８、＃１６、＃４０、＃６５及び＃
１００スクリーンを使用するグラニュロメトリー分析に
付した。グラニュロメトリー分布を以下に示す：

【０１７３】

【表６】

【０１７４】ｄ．自然湿度の測定 恒量が達成されるまでの１００℃における鉱物の重量減
により自然湿度を測定した。

【０１７５】ｅ．酸消費試験 標準試験法で鉱石の硫酸消費量を測定した。この値は鉱
物のキログラムで９．９ｇの酸に相当する。

【０１７６】試験：トレー上でのバイオ酸化 ３５×４５ｃｍのステンレス鋼製トレー上で２つの平行
テストを行った。各トレーに１ｋｇの鉱物を装填し、そ
れを以下に示すように処理した。

【０１７７】試験は脱湿機が入っているシールしたドア
を備える密閉した部屋の中で行った。脱湿機で凝縮され
た水をホースで外に排水した。かくして、鉱物の脱水が
促進された。

【０１７８】部屋の温度は試験中２８〜３２℃に保持し
た。

【０１７９】各トレーに均一に分布された鉱物を酸消費
試験で測定された酸量、即ち９．９ｇの硫酸を含有する
溶液８００ｍＬで酸性化した。

【０１８０】各々のトレーにＣＭ_２菌株の接種物１０ｍ
Ｌを接種した。接種物はこの菌株の硫化亜鉛中培養菌に
対応する白色の硫酸亜鉛発育物を０．０６Ｎ硫酸溶液に
懸濁させることによって調製した。接種物は接種時期に
調製し、それをトレー全面に滴下することによって均一
に分布させた。トレーを前記の条件下でインキュベート
した。

【０１８１】２６時間後、鉱物は乾燥外観と小さい淡青
色の結晶に関連した強い細菌の発育を与えた。それは、
基本的には、鉱物の表面と、空気により多く露出された
鉱物の区域とに観察された。前に示したように、これら
微生物はより速やかに脱水される領域の方に移動する。

【０１８２】この段階の終点で、及び次の諸段階の各々
の終点で、各トレーから鉱物３０ｇの試料を吸光分光分
析法により可溶性銅を分析するために採取した。それら
試料はスプーンで採取した。その採取は代表的試料を得
るために鉱物の厚さを通してできた層を総て含むように
試みた。

【０１８３】続いて、３段階の湿化と脱水を行った。各
段階で加えられた酸溶液はスプリンクラーにより均一に
分布させた。

【０１８４】最後に、鉱物を６時間にわたってその溶液
と接触させておいて洗滌し、最終的に銅回収を間接的に
増加させるようにした。濾過された上澄み液の中の可溶
性銅を測定し、最終的な抽出率を計算した。

【０１８５】表７は各段階における操作条件と所要時間
に関する関係情報を、また２つのトレーについて各段階
から得られた銅の抽出率を示す。

【０１８６】表７はまた鉱物のｋｇ当たりの各段階で添
加された酸溶液の容量と酸の量を示す。実際には、それ
は前以て除去され鉱物試料を考慮して残留鉱物の実際の
量に対応する酸の比例量で添加されたものである。

【０１８７】表７に示した条件下で操作すると、約３日
で６６〜６８％の銅抽出率を達成することが可能である
ことが分かる。同様の規模で操作する常用の系によれ
ば、同等の抽出率に到達するのに要する必要時間は７０
〜９０日の範囲であることが知られている。

【０１８８】

【表７】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は寒天化第一鉄の培地を持つ平板の脱水さ
れたもっとも薄い端にあるコロニーを示す写真図であっ
て、矢印は接種場所を示す。

【図２】図２は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真図である。

【図３】図３は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真図である。

【図４】図４は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真図である。

【図５】図５は平板のガラス上の塩付着物中に得られた
コロニーを示す写真図であって、塩は濃縮された３ｃｍ
^３の第一鉄の液状培地（ゲル化剤なし）の脱水に由来す
るものである。

【図６】図６は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真図である。

【図７】図７は図６において矢印で示されるコロニーと
同様の星型コロニーを示す模式図であって、（ａ）は中
央を、（ｂ）は境界を、（ｃ）は中央と境界の中間ゾー
ンをそれぞれ示す。

【図８】図８は図７の模式図の（ａ）で示されるコロニ
ーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真
図である。

【図９】図９は図７の模式図の（ａ）で示されるコロニ
ーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真
図である。

【図１０】図１０は図７の模式図の（ａ）で示されるコ
ロニーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１１】図１１は図７の模式図の（ｃ）で示されるコ
ロニーの中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得
られた写真図である。

【図１２】は図７の模式図の（ｃ）で示されるコロニー
の中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１３】図１３は図７の模式図の（ｃ）で示されるコ
ロニーの中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得
られた写真図である。

【図１４】図１４は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１５】は図７の模式図の（ｂ）で示されるコロニー
の境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真図
である。

【図１６】は図７の模式図の（ｂ）で示されるコロニー
の境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真図
である。

【図１７】図は図７の模式図の（ｂ）で示されるコロニ
ーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真
図である。分の、

【図１８】鏡で得られた写真図である。は図７の模式図
の（ｂ）で示されるコロニーの境界に相当する部分の、
走査顕微鏡で得られた写真図である。

【図１９】図１９ａは“社会的滑走”と呼ばれる細菌の
表面転移機構（この機構によって細菌が群として移動す
る）の、平板ガラス上に付着した分析級硫酸第一鉄のフ
イルムの中に生成した典型的な軌条、即ちトラックを示
す写真図であり、図１９ｂは硫酸第一鉄に加えて細菌の
発育に必要とされる他の塩を含有する塩類のフイルムの
中に得られたコロニーを示す写真図である。

【図２０】図２０は３０℃でインキュベートされた、Ｂ
Ａ_２菌株を接種することによって、酸性化された合成Ｃ
ｕＳの中に得られた結晶性外観を持つ青色のコロニーを
示す写真図である。

【図２１】図２１は酸性化された合成ＣｕＳを持つ平板
の中の、平板中央にＢＡ_３菌株の濃縮懸濁液を接種し、
平板を半分開いた状態にして３７℃で培養することによ
って得られた、淡青色の結晶と結び付いた細菌の発育物
を示す写真図である。

【図２２】図２２は８５℃でインキュベートされたＣＲ
Ｔ菌株が接種された、酸性化合成ＣｕＳを持つ平板の中
の淡青色の結晶と結び付いた細菌の発育物を示す写真図
である。

【図２３】図２３は基質として−１００メッシュに粉砕
された高純度の天然黄鉄鉱試験体を用いることによって
得られた可溶性鉄化合物に結び付いた、３０℃でインキ
ュベートされたＣＭ_１菌株のコロニーを示す写真図であ
る。

【図２４】図２４は基質として酸性化閃亜鉛鉱濃厚物を
用いることによって得られた白色の硫酸亜鉛と結び付い
た、ＡＴＣＣ １９．８５９菌株が接種され、３０℃で
インキュベートされた細菌の発育物を示す写真図であ
る。

【図２５】図２５は図２４の平板と同じようにして調製
された、酸性化中に加えられた水の９０％が失われるま
で脱水され、矢印で示される場所に液状接種物が接種さ
れた平板を示す写真図である。

【図２６】図２６は矢印で示される接種場所における、
硫酸亜鉛に結び付いた、固体培養菌からＣＲＴ菌株が接
種され、平板を中程まで開けたままにして９６℃でイン
キュベートされた細菌の発育物を示す写真図である。

【図２７】図２７は基質として天然Ｓｂ_２Ｓ_３試験体を
使用し、３０℃でインキュベートされたＢＡ_２菌株の発
育物を示す写真図である。

【図２８】図２８ａ〜ｄは酸性化された合成硫化コバル
ト（ＣｏＳ）に色々な菌株を接種することによって得ら
れた赤色コロニーを示す写真図である。

【図２９】図２９ａ〜ｂは銅の主試験体として輝銅鉱
（Ｃｕ_２Ｓ）及び硫砒銅鉱（３Ｃｕ_２Ｓ・Ａｓ_２Ｓ_５）
を含んで成る酸性化された濃厚物中にＢＡ_１菌株及びＣ
Ｍ_１菌株を接種し、平板を開いたままにしておいて３０
℃でインキュベートすることによって得られた淡青色の
コロニーを示す写真図である。

【図３０】図３０ａ〜ｂは図２９に示される同じ平板か
らもっと短い距離で撮った写真図である。

【図３１】図３１ａは銅の主試験体としてバイオ酸化に
付されていない輝銅鉱（Ｃｕ_２Ｓ）（左）と、平板を開
いたままにして３７℃において１６時間インキュベート
された、ＣＭ_１菌株によるバイオ酸化に付された輝銅鉱
（右）から成る１／４インチに摩砕された鉱石を示す写
真図であり、図３１ｂはバイオ酸化に付されたその鉱石
を示す写真図である。

【図３２】図３２ａ〜ｂはもっと短い距離で撮った、図
３１のコロニー化され、バイオ酸化された同じ鉱石を示
す写真図である。

【図３３】図３３は−１００メッシュに粉砕され、かつ
酸性化された、２．１％の輝銅鉱を含有する銅鉱物中
の、３７℃でインキュベートされたＣＭ_２菌株の発育物
を示す写真図である。

【図３４】図３４は平板領域中での、始めに脱水された
ＣＭ_２菌株の発育物を示す写真図あって、矢印は接種場
所を示し、基質は図３３の基質と同じであった。

【図３５】図３５は細菌コロニーの液状培地中懸濁液か
ら得られた顕微鏡による観察結果の模式図である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年１２月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 鉱石又は濃厚物中の鉱物質化合物をバ
イオ酸化により可溶化及び分離するバイオ冶金法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】

【０００１】本発明は鉱石又は濃厚物に含まれ、微生物
の基質を構成する鉱物質化合物をバイオ酸化してそれら
を可溶化及び分離する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】序論 金属のバイオテクノロジーは微生物又はそれらの代謝産
物の標準圧力及び５〜９０℃における作用によって鉱
物、濃厚物、岩石及び溶液から金属を抽出する科学のこ
とである。その技術開発領域の１つはバイオ冶金で、そ
れは硫化物鉱物、元素硫黄、第一鉄及び多数の還元金属
の好酸性微生物による酸化、それらの可溶性で容易に分
離可能な化合物への転化に関する。この技術を最適化す
ると通常の抽出冶金法との競争に有利になる可能性があ
る。

【０００３】細菌による浸出によって次の硫化物類を酸
化することが可能であることが証明されている：黄鉄鉱
及び白鉄鉱（ＦｅＳ_２）、磁硫鉄鉱（ＦｅＳ）、黄銅鉱
（ＣｕＦｅＳ_２）、斑銅鉱（Ｃｕ_５ＦｅＳ_４）、銅藍
（ＣｕＳ）、輝銅鉱（Ｃｕ_２Ｓ）、四面銅鉱（Ｃｕ_８Ｓ
ｂ_２Ｓ_７）、硫砒銅鉱（３Ｃｕ_２Ｓ・Ａｓ_２Ｓ_５）、輝
水鉛鉱（ＭｏＳ_２）、閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）、硫砒鉄鉱
（ＦｅＡｓＳ）、鶏冠石（ＡｓＳ）、雄黄（Ａｓ
_２Ｓ_３）、輝コバルト鉱（ＣｏＡｓＳ）、硫鉄ニッケル
鉱〔（Ｆｅ，Ｎｉ）_９Ｓ_８〕、紫ニッケル鉱（Ｎｉ_２Ｆ
ｅＳ_４）、黄鉄ニッケル鉱〔（ＮｉＦｅ）Ｓ_２〕、針ニ
ッケル鉱（ＮｉＳ）、ポリジマイト（Ｎｉ_３Ｓ_４）、輝
安鉱（Ｓｂ_２Ｓ_３）、鉄閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）、方鉛鉱
（ＰｂＳ）、硫安鉛鉱〔（Ｐｂ_５（Ｓｂ，Ａｓ_２）
Ｓ_８，Ｇａ_２Ｓ_３及びとりわけＣｕＳｅ〕。

【０００４】微生物種が不溶性の硫化物鉱物を直接、間
接のいずれかで酸化して可溶性の硫酸塩にすることは公
知である。直接酸化の場合、活動している微生物の酵素
系によって硫化物鉱物物質の結晶構造の破壊が起こされ
る。硫化物鉱物の間接酸化は第二鉄イオン（Ｆｅ^３＋）
の作用によるもので、その第二鉄イオンは第一鉄及び鉄
を含有する硫化物鉱物物質の細菌酸化生成物である。

【０００５】黄鉄鉱の生物学的酸化の化学を最も可能性
のある反応で解析すると、次の通りである：

【化１】

【０００６】上記の反応は黄鉄鉱の直接細菌酸化を説明
するものである、得られる硫酸第二鉄は次の通り順次黄
鉄鉱を酸化し、硫酸第一鉄と元素硫黄を形成する：

【化２】

【０００７】第一鉄と硫黄とは次のように細菌酸化され
る：

【化３】

【０００８】輝銅鉱の場合（Ｃｕ_２Ｓ）、第一銅イオン
（Ｃｕ^１＋）とスルフィド（Ｓ^２−）が微生物の酵素系
によってそれぞれＣｕ^２＋、Ｓ^０ _ｙ，ＳＯ_４ ⁻に酸化さ
れる。

【０００９】同様の機構で広範囲の硫化物鉱物の細菌酸
化が可能である。

【００１０】チオバチルス フェロオキシダンス（Ｔｈ
ｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ）及
び関連細菌が第一ウランイオンを次の反応式：

【化４】 に従って酸化する。

【００１１】ウラン浸出における主要な役割は第二鉄イ
オンによって果たされる。Ｆｅ^３＋がＵ^４＋を次のよう
に、硫酸溶液中で可溶化されるＵ^６＋に酸化する：

【化５】

【００１２】細菌はＦｅ^３＋をＦｅ^２＋又はＦｅＳ_２の
酸化によって再生する。

【００１３】上記と同様の反応によって広範囲の鉱物質
化合物を酸化することができる。バイオ湿式冶金におけ
る最も重要な微生物を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に示したように、バイオ湿式冶金法の
主たる適用領域は金属の浸出、石炭の脱硫及び貴金属の
精製である。これらの適用領域について以下で簡単に説
明する。

【００１６】金属の浸出 現在、金属の微生物による浸出は色々な方法で行われて
いる。これらの方法は関係する鉱物の規模と特性に依存
する。

【００１７】微生物による現場浸出はカットオフ等級以
上からいわゆる基準以下又はミリング以下（ｓｕｂｍｉ
ｌｌｉｎｇ）の等級までの範囲の等級を持つ粗鉱から金
属有価物の溶解を微生物学的に高めることにある特別化
された地下抽出系と考えることができる。浸出溶液が岩
石塊に注入され、それを通してパーコレートする。所望
とされる金属有価物の溶解が達成されたとき、溶液が集
められ、金属回収プラントに給送される。

【００１８】微生物によるダンプ浸出は、貧鉱石、通常
は露天堀り操作の等級が基準以下のオーバーバーデン、
即ち等級がカットオフ以下の岩石を含有する鉱石体の１
部であって、鉱化作用のより富んだ部分に近付くのを可
能にするために除去されなければならない部分から金属
有価物を回収するのに採用される“金属掃去”法と定義
することができる。これらの岩石は露天堀り付近の場所
にダンプとして集積される。ダンプの頂部に微生物を含
有する浸出溶液を流す。これらの溶液は破砕された岩石
塊を通してパーコレートし、金属有価物を可溶化する。
満たされた溶液はダンプの底から流出し、最後に池に集
められ、次いで金属回収プラントに給送される。

【００１９】微生物による野積み浸出、即ちヒープ浸出
は、粉砕された鉱石を適切に用意した領域に規則的な層
として積み重ねる方法である。ヒープ、即ち積み重ねら
れた粉砕鉱石の山は切頭ピラミッド形となっている。大
きさのコントロールはヒープの高さで行い、これは鉱物
のグラジュエーション（ｇｒａｄｕａｔｉｏｎ）、即ち
等級に関係する。ヒープの頂上部分に微生物を含有する
浸出溶液を流し、鉱物を通して連続的にパーコレートす
る。

【００２０】微生物によるタンク浸出は、一旦微生物が
接種された鉱物と浸出用溶液によって形成されたパルプ
を攪拌し、そしてサーモスタット付きの系の中で空気混
和するパーチュカタンク（Ｐａｃｈｕｃａ ｔａｎ
ｋ）、反応器又はコンディショニングタンクの中で鉱石
及び濃厚物から金属を浸出する方法である。

【００２１】バイオテクノロジーの実施において、所定
のパルプ塊中に含まれる液体対固体塊の比率として表さ
れるパルプの希釈度は４〜１０の範囲である。

【００２２】これまでに開発され、実施されてきた色々
な浸出法がたとえはっきりした特徴を持つものであって
も、全ての方法に、微生物を水性環境に閉じ込めるよう
にして鉱石又は濃厚物を懸濁し、溢れさせ及び／又は水
性溶液によるパーコレーションに付す、と言う共通の特
徴があることを指摘しなければならない。

【００２３】石炭の脱硫 石炭は元素硫黄を色々な量で、そして主として黄鉄鉱形
（ＦｅＳ_２）として含有する。石炭の燃焼は存在してい
る硫黄をＳＯ_２に転化させ、これが大気を汚染し、植
物、動物及び人間の健康を損ねると言う結果をもたらす
酸性雨の原因となる。石炭が大規模に燃焼される地域の
大気中二酸化硫黄を適切なレベルに保つために、一般的
には総硫黄含量が１〜１．５％以下の低硫黄石炭を利用
すべきである。

【００２４】石炭鉱山の酸排水からのチオバチルス フ
ェロオキシダンスの分離は硫黄及び黄鉄鉱鉱物の酸化に
よって石炭を脱硫するチオバチルス フェロオキシダン
スの潜在能に起因して関心を呼んだ。

【００２５】石炭からの硫黄化合物の微生物による浸出
は同様の指針に沿って、及び金属の微生物による浸出に
ついて説かれた基準の下で、即ち微生物は水性環境中で
作用しなければならない、と言う基準の下で実施されて
きた。

【００２６】数種の微生物が常法による石炭の脱硫にお
いて有効であることが分かった。しかし、この方法は微
生物の活性が低い結果、本質的に、必要とされる処理時
間が長く、しかも処理容量が大きいことに起因してその
ような条件下では工業的規模で実施することはできな
い。

【００２７】硫化物鉱物の遊離による貴金属の精製 黄鉄鉱、硫砒鉄鉱及び微分散された金を含有する濃厚物
をシアン化に先立ってバイオ浸出に付すと硫化物鉱物の
大部分が溶解され、次のシアン化で金の収率が実質的に
増加することが明らかにされた。

【００２８】バイオ冶金技術の最適化についての考察 この技術は従来の抽出冶金法を凌駕するその潜在的利
点、即ち： −低エネルギー消費、 −低い化学試剤の消費、 −低投資コスト、 −環境を汚染しないクリーンな方法であること、及び −低品位鉱床の経済的利用を可能にすること の故に世界的な関心を呼び起こした。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在の開発状
態では、この技術の適用は許容できる回収率を達成する
ために数カ月から数年の長い処理時間を必要とする。そ
の浸出速度は遅いが、これは介在している細菌の増殖速
度が遅いことに原因がある。

【００３０】処理時間はそれ自体工業的適用の目的に対
して著しい技術的−経済的障壁をなしている。また、低
浸出速度は大量の鉱物を用いて操作することを必要とす
るが、このことは一般に気候の変動に支配されて系の精
密な制御を妨げ、系が変動し、かつ調子を乱し、結果と
して処理時間を変動させ、予測不能にしてしまう。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記の技術的課題の解決
に適用される、金属化合物の酸化に関係する微生物の生
理学的特性、増殖条件及び発育に関する研究は本発明の
基礎となる原理を包含する重要な研究領域を構成する。

【００３２】発明の記述 序論 本発明は鉱石又は濃厚物に含有され、微生物の基質を構
成する鉱物質化合物をバイオ酸化してそれら化合物の可
溶化及び分離を可能にするバイオ冶金法に関する。更に
詳しくは、本発明は鉱物質化合物の微生物による酸化速
度を相当に増加させる方法に関する。本発明の方法の本
質的原理は水に対するバイオ浸出性細菌の挙動の発見に
基づく。

【００３３】本発明の方法は次の： （ａ）鉱石又は濃厚物を中和し、固結を防ぎ、且つ微生
物にとって適正な酸性度となすために最も都合がよいと
前以て決定された量であって、好ましくは可能な最低容
量の溶液に含有されるそのような量の酸を用いて鉱石又
は濃厚物をコンディショニングするか、又は可能な最低
量の水を系に導入しつつ基質を均一に酸性化するように
鉱石又は濃厚物を酸蒸気と接触させる工程； （ｂ）工程（ａ）と同時か若しくは工程（ａ）とは独立
に、関心の対象になっている鉱物質化合物を酸化するこ
とができる、又は鉱石自体の微生物フローラを富化させ
ることができる微生物の接種物を加える工程； （ｃ）熱力学的に利用可能な水が微生物のコロニーを順
次構成することになるバイオ酸化生成物を固体状態で得
るために十分に低くなるまで、蒸発によってか又は空気
を流しながら乾燥することによって系に存在するだろう
過剰の水が自然に失われるのを可能にするか、又は失わ
れるように導くのを可能にする工程；及び （ｄ）バイオ酸化生成物を分離する工程；を特徴とする
ものである。

【００３４】バイオ浸出性微生物と固体の無機基質との
相互作用の第一段階はそれら微生物の基質表面に対する
付着にあり、その結果被酸化性基質は生化学的に攻撃さ
れる。付着はエネルギー源となる鉱物質化合物に対して
特異的であるが、そのような付着は頻繁に起こるのでは
なく、これまで試みられた系では常に起こる訳ではな
い。安定かつ効率的付着を可能にするか又は促進し、か
くして細菌が基質を転換させ、かつ速やかに増殖するこ
とを可能にする条件について今まで説明されたことはな
い。

【００３５】後記の生理学的特性化及び発育条件から、
これらの微生物が明白な疏水性を有することは明らかで
ある。言い換えると、従来の系における水又は少なくと
も水のレベルは基質に対する細胞の安定な付着を困難に
する。

【００３６】細胞と鉱物質化合物の表面とが相互作用す
るときに起こる現象及び硫化物鉱物の格子が破壊される
機構は明らかではない。それには色々な理論があるけれ
ども、この相互作用には酵素機構が関与していると一般
的には考えられる。そのような場合、介在している酵素
を希釈したり、或は反応している表面から洗い落とした
りしてはならない。

【００３７】以下に記載される条件における鉱物質化合
物の培養とバイオ酸化を表２に示す菌株を使用すること
によって実施した。これらの菌株は例として挙げるもの
であって、それらに限定されるものではない。これらの
菌株のあるものはアルゼンチンの鉱床である“バジョ
デ ラ アランブレラ（Ｂａｊｏ ｄｅ ｌａ Ａｌｕ
ｍｂｒｅｒａ）”及び“カンパナ マフィダ（Ｃａｍｐ
ａｎａ Ｍａｈｕｉｄａ）”からの鉱物から分離したも
のであった。

【００３８】

【表２】

【００３９】本発明を、発明の基礎となった研究及び着
想を添付図面を参照して経時的順でここに説明する。

【００４０】寒天化第一鉄培地中での増殖に関する予備
的研究 チオバチルス フェロオキシダンスはバイオ冶金におい
て最も一般的に用いられる細菌である。チオバチルス
フェロオキシダンスに似た微生物の効果的な基質とし
て、第一鉄に加えて、多数の不溶性硫黄化合物があるけ
れども、第一鉄イオンの溶解性から実験室での培養には
寒天化された（ａｇａｒｉｚｅｄ）培地中でのその使用
が勧められている。

【００４１】コロニーを得るために固体の寒天化培地中
でのチオバチルス フェロオキシダンスの培養は多くの
問題をもたらした。

【００４２】これまでに数種の固体第一鉄培地が設計さ
れた。これらの培地は総てコロニーの増殖を支える。し
かし、そのコロニーは小さく、増殖が遅く（１〜６週
間）、そして時には再現性のない結果をもたらす。これ
らの困難は細菌の増殖速度が遅いことに起因するとされ
ている。更に、ゲル化剤として用いられる寒天、即ちア
ガロースの加水分解生成物は増殖を抑制すると思われ
る。

【００４３】寒天化された第一鉄培地中でコロニーを得
ることについての諸観察によって、以下において説明さ
れる硫黄化合物に対するバイオ酸化の条件が確立され
た。

【００４４】ペトリ平板を常用の第一鉄培地と０．５％
のアガロースを用いて調製し、それに菌株としてＡＴＣ
Ｃ１９．８５９、ＢＡ_１及びＢＡ_２を接種し、３０℃で
培養し、そして６〜８時間毎に立体顕微鏡法で観察し
た。約４０日間増殖の徴候は認められなかった。コロニ
ーの現れた日に増殖の開始が立体顕微鏡法で観察可能と
なり、そして数時間後に直径０．５〜１ｍｍのコロニー
が直接はっきりと観察された。細菌の増殖速度が本来的
に遅いためにコロニーを得るのに４０日と言う期間を要
したとすれば、その増殖は進行性であったにちがいない
と言うことになる。

【００４５】厚さに勾配がついた寒天化培養培地を得る
ために僅かに傾斜した平面に置いたペトリ平板を第一鉄
寒天化培地を用いて調製した。かくして、培養培地の厚
さは平板の一方の端で最も厚く、直径方向反対側の端で
最も薄い。図１の矢印で示されるように、平板の最も厚
い端の位置に液状接種物を保持するループで触れること
によって平板に接種した。３日目又は４日目に、図１に
示されるように、接種場所に対して直径方向反対側の最
も薄い端にコロニーが形成された。コロニーが形成され
た日以前に発育の徴候は認められなかった。図１に示し
たケースにおいて、平板の側壁に付着した培地の薄膜に
も若干のコロニーが形成された。ゲルが薄ければ薄いほ
どゲルは速く脱水されることを考慮に入れなければなら
ない。

【００４６】寒天又はアガロースの濃度を変え、そして
増殖を前記の指針に従って分析して非常に多数の試験を
行った。これら試験の結論は、寒天又はアガロースは他
の細菌の場合に一般に起こるようには前記細菌の接種場
合における付着を支配しないと言うことである。

【００４７】コロニー形成の必須条件は寒天化培地に対
する細胞の付着である。時が来ればあたかもそのような
付着を可能にする条件が達成されたかのごとくあらゆる
ことが起こった。

【００４８】水を約９５％含有する固体の寒天培地にお
いて時間と共に自然に変化するだろうと言う条件は蒸発
により水が失われることと、その結果として成分の塩の
濃度が増加することである。

【００４９】成分塩の濃度を広い勾配で変えて試験を行
ったが、コロニーの出現期間に対する有意の影響は観察
されず、また接種場所における細胞の付着に対してもい
かなる影響もなかった。あらゆることが、基質に対する
細胞の付着に要する水含量が非常に低いことを示してい
た。

【００５０】等容量の培養培地を平板全面に均一に分布
して有する平板を用いた試験において、平板を層流フー
ドに付すことによって、及び／又は接種前の水の自然減
の目的から平板を３０℃に保つことによって脱水度を上
げた。コロニーの出現時間に相当の増加が観察された。
溶質を生物学的浸透圧調節系に相溶し得ることが知られ
ている化学薬剤の添加を上記の戦略と組み合わせた方法
を用いると、１２〜２４時間でコロニーを得ることが可
能であった。表面活性剤の添加及び水の活性を低下させ
るポリエチレングリコールの添加もまた寒天化培地中で
の増殖を改善する。

【００５１】図２〜６に示される通り、コロニーの形態
と大きさは問題にしている菌株、平板当たりの接種細胞
数に、そして本質的に培地の組成と水の活性を低下させ
るのに使用される方法に依存する。

【００５２】しかし、得られる全てのコロニーには共通
の因子がある。即ち、それは結晶のように見える幾何形
状である。この様子は走査顕微鏡で分析したが、これに
ついては後記する。

【００５３】寒天化培地において、水の蒸発による減損
は遅いことを考慮して、平板上にコロニーを速やかに形
成するために追加の方法を採用した。前の試験では、使
用した第一鉄培地（寒天化せず）の塩濃度に関して１０
Ｘの塩溶液３ｃｍ^３を平板毎に分布させ、次いでそれら
平板に接種した。この場合、寒天化培地の場合よりも水
の量は少なく、その蒸発速度は速かった。平板ガラスの
表面に塩類の薄い膜が付着し、過剰の湿分の典型的な輝
きが失われると直に、コロニーが、図５に示されるよう
に、数時間で発現し、平板のガラスに付着した。

【００５４】もう１度言うと、この培養形は高度に脱水
された環境では接着能を強め、高い細菌増殖速度をもた
らす。

【００５５】表面を通る微生物の運動 上記の試験で細菌はかなり乾燥した寒天化培地でも平板
をくまなく運動することができることが明らかになっ
た。液状接種物で処理する場合は、培地が高度に脱水さ
れているときでも接種場所での細菌の直接付着を達成す
るのは不可能であった。

【００５６】湿った硫化物及び鉱物上での微生物の運動
も、後記において議論されるように、検出された。

【００５７】寒天化表面がかなり乾燥したものであって
もその表面を通る微生物の運動、及び細胞の付着とコロ
ニーの形成には高度に脱水された寒天化培地が必要とさ
れることは、いわゆる滑走細菌の特性である。それら滑
走細菌は分類学上不均一細菌類属を構成し、植物発生学
上は異なるルートから発生していると考えられている。

【００５８】更に、滑走細菌の大部分又は全てにはそれ
らが共通して有する幾つかの特性がある。即ち、細胞壁
は、典型的には、グラム陰性である。多くの場合、リポ
多糖類成分が単離され、そのことが特徴となっている。
ある種の滑走細菌は粘滑性物質の分泌と関連し、液状培
地中で細胞を培養容器の壁に集め、又は接着させる。こ
れらの特性はバイオ浸出性細菌に見いだされるものと同
様である。

【００５９】滑走細菌が関与している環境と代謝が表面
上での運動性の発現に有利であった。一般に、滑走細菌
は拡散しない基質を転換し、そのためそれら微生物は基
質を見い出すために動き回らなければならない。合成培
地上では、滑走は栄養分の湿度と濃度に本質的に依存す
ることが明らかにされている。

【００６０】バイオ浸出能を有する微生物は鉱物質環境
中で進化し、不溶性基質は低濃度で、細かくまき散らさ
れることを考慮すべきである。表面拡大機構又は表面転
移の発現だけがそれら微生物を進化させたのである。

【００６１】これらの特性は技術開発の大きなポテンシ
ャルとなる。鉱石に撒き散らされる化合物のバイオ酸化
において高い収率を達成するために、細菌の安定付着を
可能にする所要脱水条件を達成する時期に、転換される
べき各粒子は少なくとも１個の細胞と接触していなけれ
ばならないことを考慮すべきである。これが違う場合
は、続く水分添加段階及び脱水段階で細胞が運動し、広
がって新しい粒子に到達する。

【００６２】世代時間の研究 前に指摘したように、これまでに実験された条件でのバ
イオ浸出プロセスの遅さは本質的に細菌の低増殖速度に
起因する。

【００６３】数時間での細菌コロニーの発育は、細菌が
水活性の低い固体基質に付着するとき細菌は速やかに増
殖することをはっきり示している。

【００６４】ＡＴＣＣ１９．８５９、ＢＡ_１及びＢＡ_２
の各菌株の世代時間をそれらを２つの系で比較するため
に測定した。一方は３０℃で振盪した常用の第一鉄培地
であった。コロニーの発育に続いてサンプルを毎日抽出
し、そして平板中での希釈と計測によって細胞数を求め
た。

【００６５】最高増殖速度に対応する指数期中に最短世
代時間が求められた。それら世代時間を液状培地中での
自由増殖に対応する世代時間として表３に示す。

【００６６】他方の系は上記と同じ組成の培地における
発育に相当するが、これは０．３５％のアガロースで固
化され、かつ高度に脱水されている。平均世代時間は、
各コロニーが１個の細胞に起源すると言うことを考慮し
て、また増殖の第一の徴候が、楊枝で完全に単離される
明確に明らかなコロニーが存在する時期までに立体顕微
鏡法で検出される前３０分に始まる期間を発育時間とし
て取って測定した。各コロニーを、細胞を分離させるた
めに渦巻き状態にされているある測定された容量の溶液
に懸濁させた。各コロニーの細胞数を平板中で再計測す
ることによって求め、そして３つの異なるコロニーの平
均として考察した。

【００６７】表３は菌株が高度に脱水された固体培地に
付着して増殖したときの平均世代時間を示す。

【００６８】

【表３】

【００６９】これらの結果は、最適の微生物発育は低水
活性条件に、即ちかなり乾燥した環境に対応することを
証明している。

【００７０】固体生成物−細菌の関係についての走査顕
微鏡による研究 既に述べたように、試験した菌株のコロニーは共通して
アンギュラーフォーム（ａｎｇｕｌａｒ ｆｏｒｍｓ）
と結晶様外観を有するが、ただしそれらを液状培地に懸
濁させて顕微鏡観察すると密な細菌集団が存在する。予
想されるように、非常に低い水活性条件におけるそれら
の代謝による酸化生成物は固体状態にある。

【００７１】このようなコロニーの分布と細菌−固体生
成物の関係とを調べるために顕微鏡による走査観察を行
った。

【００７２】１例として、図６において矢印で示される
もののような直径約１ｃｍの星型細菌コロニーに対して
行った観察について説明する。これらのコロニーは水含
量が前記の方法に従って低下された第一鉄の寒天化培地
から得られたものである。

【００７３】図７は標準的なコロニーの模式図である。
図７では、（ａ）中央、（ｂ）境界及び（ｃ）中央−境
界間の中間ゾーンと言うコロニーの区別可能な特徴的ゾ
ーンが示されている。

【００７４】（ａ）で示されるもののようなコロニーの
中央部は、直接観察下では、粒状外観又は崩壊状態を示
している。対応する走査顕微鏡写真は、図８に示される
ように、砕解した立方形の小単位を示している。それら
単位の壁には図９及び１０に示されるようにひどい穴が
あいている。このことは、細菌が形成した固体生成物の
中にそれら細菌が一時的に閉じ込められたままになり、
その後に細菌が固体生成物に穴をあけてその生成物を去
ることを示唆している。

【００７５】（ｃ）で表される中央−境界間ゾーンの表
面を走査して調べたところ、図１１に示されるように固
体化合物だけが観察され、その固体化合物はコロニーの
平面に対して平行に配向した結晶のように見えた。しか
し、走査によって分析するために、固定する前にコロニ
ーを僅かに酸性の溶液で洗滌すれば内部の細菌を観察す
ることができ、それは、図１２に示されるように、組織
化された分布を持たない。しかし、走査による観察に先
立って、このゾーンからの結晶様固体を殺菌した楊枝で
機械的に破壊すれば、図１３に示されるように、細菌が
色々な平面にかつ配向した方向に分布して見える。

【００７６】図７において（ｂ）で示されるコロニーの
境界を前以ていかなる変更も導入せずに走査することに
よって分析すると結晶様物体が観察されるが、これら
は、図１４及び１５に示されるように、コロニーの平面
から立っており、それらの群がクラスターの形態を取っ
ているので、それら物体はゾーン（ｃ）のものとは異な
る。この境界からの物体は全て同様の形態を有している
けれども、それらの中の相違は空気により多く暴露され
る、基部から隔たっている上端に基本的に見ることがで
きる。これら物体のあるものは上端が閉じられている
が、他のものは、図１６及び１７に示されるように、開
口している。これら物体のあるものは、図１８に示され
るように、上端が破壊されていることを示す。

【００７７】コロニーの境界で行った観察は、分析した
コロニーが得られてから２４〜４８時間後にその基質を
通して連絡があったと言う何んらの徴候もないのに小コ
ロニーが元のコロニーの回りに形成し始めたと言う事実
と相俟って、その現象を微生物学において“ダーティン
グ（ｄａｒｔｉｎｇ）”として知られる細菌の一種の表
面転移に関連付けることを可能にする。それは１つの共
通莢膜内の細胞集合体に発生する膨張力によってつくら
れ、その結果として細胞をその集合体から押し出す。

【００７８】窒素源に関係した細菌の発育 バイオ浸出性細菌はアンモニアの形の窒素を掃去する際
に極めて効率的であるけれども、浸出液中の窒素の不足
は細菌による浸出操作の効率を制限するだろう。他方、
浸出様溶液に対するアンモニアの添加は追加コストが要
ることを意味する。

【００７９】窒素の固定能は窒素が与えられていない環
境中に存在しているいかなる生物にとっても重要であ
る。

【００８０】少なくともチオバチルス フェロオキシダ
ンスは酸素供給の制限された条件下で大気の窒素を固定
することができ、ニトロゲナーゼ系を有すると特徴付け
られており、そしてこの系からのｎｉｆ遺伝子がクロー
ンされていることが証明されている。

【００８１】しかし、現場研究では野積み浸出操作での
窒素固定活性は証明されなかった。窒素を固定する生理
的条件は変化するけれども、ニトロゲナーゼ酵素は保存
され、それは通常感酸素性であるのである。ｎｉｆ蛋白
室は酸素によって変化を起こし易く、窒素固定に対して
応答性の系は酸素から保護されているときだけ機能する
ことが見いだされた。

【００８２】ニトロゲナーゼ系を有するフリーライフ
（ｆｒｅｅ ｌｉｆｅ）の偏性好気性微生物の生理学は
今日まで未解決の科学分野であって、明らかに生物学的
に矛盾していることを述べている。それにもかかわら
ず、ニトロゲナーゼ系により細菌が進化していたならば
この系が効率的に機能する条件が存在しなければならな
いことが期待された。

【００８３】基質として合成硫化物を用いたときに以下
において述べられる条件（低水活性によって特徴付けら
れる）下で表２に示される、対応する酸化された固体
の、細菌を含有する結晶様生成物をもたらすバイオ酸化
能を有する微生物の増殖は窒素の添加からは完全に独立
している。

【００８４】窒素源、及び少量であるけれども微生物の
増殖に必要とされ元素（例えば、燐、カリウム、マグネ
シウム）の確証として、分析級硫酸第一鉄を効果的な基
質として使用して細菌の発育を培地の組成と関連させて
分析した。

【００８５】分析系に可能な最少量の成分を導入するた
めに、そしてゲル化剤が不純物を運んでくるだろうこと
を考慮して、平板ガラスに付着した塩の中にコロニーを
形成する方法を用いた。

【００８６】各平板に次の培地のいずれかを分布させて
直径９ｃｍの平板を調製した： （ａ）ｐＨ１．８に調整された分析級ＳＯ_４Ｆｅ・７Ｈ
_２Ｏの１０％溶液３ｍＬ、（ｂ）ｐＨ１．８に調整され
た分析級ＳＯ_４Ｆｅ・７Ｈ_２Ｏの２０％溶液１．５ｍＬ
プラスＫＣｌ：０．１ｇ、Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．２５ｇ、
Ｍ_５ＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．２５ｇ、Ｃａ（Ｎ
Ｏ_３）_２：０．０１ｇ、Ｈ_２Ｏ：８００ｍＬを含有する
ｐＨ１．８に調整された溶液１．５ｍＬ。

【００８７】種々の菌株が同等の結果を与えた。分析級
の硫酸第一鉄だけを含有する平板ではコロニーの形成は
なかった。ある場合には、図１９（ａ）に示されるよう
に“社会的滑走”と称される細菌の一種の表面転移の典
型的な粘性トラックが刻み込まれたままであった。この
現象は栄養欠失によって誘発されることが知られてい
る。

【００８８】硫酸第一鉄の外に生活維持元素となる少量
の塩を含有する平板では、窒素源の添加はないけれど
も、図１９（ｂ）に示されるように約５ｍｍのコロニー
が発育した。

【００８９】これは高脱水条件においてはニトロゲナー
ゼ系が大気窒素の固定に効率的であることを示唆してい
る。このことについては、細菌が少なくとも一時的に閉
じ込められたままでいる固体生成物が酸素のためのニト
ロゲナーゼ系を保護すると推測することができるだろ
う。

【００９０】これら細菌のフリーライフ微生物としての
特徴付けについては科学的に議論し、かつ深く研究しな
ければならない。

【００９１】微生物の発育と硫化物鉱物のバイオ酸化 バイオ浸出性細菌に関して前に述べた水についての原理
を合成硫化物、天然試験体、濃厚物及び鉱石のバイオ酸
化に適用した。

【００９２】秤量し、殺菌したある量の各関係基質をペ
トリ平板に入れ、全表面に均一に分布させた。その後、
基質に次の基準を考慮して硫酸溶液を用いて湿気を与え
た。硫酸溶液の最も都合のよい容量と濃度は個々のケー
スについて測定して求めた。

【００９３】−考えている基質の単位質量当たりの最も
都合のよい容量は基質を全て均一、確実に酸性化する最
少容量である。

【００９４】この容量は個々の基質の物理的、化学的特
性に依存し、そして多孔質鉱物の場合は孔を通しての酸
性化が必ず達成されるようにしなければならない。それ
にもかかわらず、この容量は続く基質の脱水に固有の時
間のロスを少なくするためにできるだけ少量でなければ
ならない。

【００９５】−酸の最も都合のよい濃度は、最も都合の
よい容量において鉱物を確実に中和し、固結を防ぎ、細
菌の効率的な発育によい酸の容量を与え、そして蒸発に
よる酸の起こり得るロスを考慮に入れた酸の量である。

【００９６】液状培地中での微生物の増殖についての最
適ｐＨに関して確立された基準は、幾つかの理由からこ
こに提案される発育条件には有効でない。酸性化容量は
多くの場合液状系に与えられた酸溶液の容量より少な
い。酸濃度が同じか同等であるとすれば、酸の有効性は
この新しい系では非常に低いはずである。このような多
様な環境における細菌の代謝条件と、恐らくは細胞表面
の組成とは異なっている。また、この系が細菌の速やか
な発育に要する高脱水度に達すると、ｐＨの概念は適用
できない。

【００９７】天然試験体において、そして試験される合
成硫化物においても存在する不純物は、一般に、細菌の
増殖に必須の元素、例えば燐、カリウム、マグネシウム
等の必要とされる少量を与えるに十分であったと言わね
ばならない。それにもかかわらず、これは各基質につい
て分析しなければならない。

【００９８】平板に表２に示される菌株のどれかを接種
し、続いて蒸発による酸性化中に導入された水の速やか
な減損を促進するそのような方法でインキュベートし
た。いずれの場合も、基質が乾燥外観を獲得すると、対
応するバイオ酸化された固体生成物と結びついた微生物
の発育が数時間で得られた。

【００９９】限定するものではないが、異なる基質を用
いた試験についてここに記載する。

【０１００】（ａ）殺菌された乾燥合成硫化銅の薄層を
直径９ｃｍのペトリ平板に分布させた。次に、それを
１．５ｃｍ^３の殺菌された硫酸の０．１Ｎ溶液を滴下し
て酸性にした。その平板の中央に先の培養菌からの硫酸
銅結晶を０．０６Ｎ硫酸溶液に溶解させることによって
調製したＢＡ_２菌株の接種物１０マイクロリットルを接
種した。接種物はその細菌を可能な最短時間の間液状培
地に保持するように新しい平板に接種する時期に調製し
た。それを３０℃でインキュベートした。基質が乾燥外
観を獲得したとき、発育の最初の徴候が観察され、数時
間後に硫酸銅の青色結晶が得られた。それら結晶は、図
２０に示されるように、０．５ｃｍ幅×１．５〜２．５
ｃｍ長であった。これら結晶はそれら自体細菌コロニー
である。

【０１０１】（ｂ）（ａ）におけるようにして調製した
平板の中央にＢＡ_３菌株の密な接種物２０マイクロリッ
トルを接種し、蒸発による水の減損を促進するために平
板を中途まで開けたままにしておいて３７℃で培養し
た。１２時間後に、図２１に示されるように、発育物が
得られた。それは湿分が存在していた間の細菌の運動能
力を証明している。

【０１０２】（ｃ）前に述べたようにして調製した平板
をこれに２ｃｍ^３の０．０６Ｎ硫酸溶液を添加すること
によって酸性にした。その平板に前に記載した通りに調
製したＣＲＴ菌株の接種物１０マイクロリットルを接種
し、８５℃でインキュベートした。６時間後に、発育の
最初の徴候が検出された。その２時間後に、図２２に示
されるもののごとき発育物が得られた。

【０１０３】（ｄ）酸性化後、脱水されたときに、−１
００メッシュに粉砕された高純度の天然黄鉄鉱試験体
（ＦｅＳ_２）を基質として用いた。この基質は高い固結
傾向を示し、細菌の発育を妨げるものであった。それは
黄鉄鉱の重量と酸性化容量との間で１：１の比率を用い
ることによって確認された。最も都合のよい酸の濃度は
０．４５Ｎである。かくして、殺菌した黄鉄鉱０．５ｇ
を直径５．５ｃｍのプラスチック平板に入れ、これに殺
菌した０．４５Ｎ硫酸溶液０．５ｍＬを加え、そして回
転運動によって酸性化された基質の薄い均一な層を得
た。この平板の中央に前の培養によって黄鉄鉱中で増殖
するようにされたＣＭ_１菌株の接種物を接種した。平板
を閉じたままにして３０℃でインキュベートした。これ
らの条件下で、基質が乾燥外観を獲得するのに２４時間
要した。この時点で、発育の最初の徴候が観察され、１
０時間後に発育物が、図２３に示されるように、得られ
た。

【０１０４】（ｅ）−４０メッシュに粉砕された高純度
の天然方鉛鉱試験体（ＰｂＳ）を基質として用いた。殺
菌した方鉛鉱１ｇを直径５．５ｃｍのプラスチック平板
に入れた。これを殺菌した０．２４Ｎ硫酸溶液１ｍＬに
より酸性化し、それに前のＣｕＳ中での培養菌からのＣ
Ｍ_２菌株を接種した。それを３７℃でインキュベートし
た。１８〜２２時間後に増殖の開始が検出された。６時
間後に結晶性外観を有するガラス様の白色物体が得られ
た。大きさは方鉛鉱粒子と同じであったが、後者の灰色
がかった色調とは対照的であった。それらは密な細菌集
団を持っていることが顕微鏡観察で確認された。

【０１０５】（ｆ）（ｅ）と同じ基質２ｇをガラス平板
に入れた。３．０Ｎ硫酸溶液２ｍＬを加えた。これにＣ
ＲＴ菌株を接種した。それを９０℃でインキュベートし
た。６時間後に発育の最初の徴候が観察された。４時間
後に（ｅ）に記載されるものと同様の特性を有する白色
固体物体が得られた。

【０１０６】（ｇ）亜鉛を５６％含有する閃亜鉛鉱（Ｚ
ｎＳ）濃厚物を基質として用いた。この基質２ｇを直径
９ｃｍのプラスチック平板に入れた。これに殺菌した
０．２４Ｎ硫酸溶液１．５ｍＬを加えた。回転運動によ
って、この酸性化された基質を平板にくまなく分布させ
た。この平板の中央に前以てＺｎＳ中で増殖するように
されたＡＴＣＣ１９．８５９菌株を接種し、この接種時
期に０．０６Ｎ ＳＯ_４Ｈ_２中に懸濁させた。平板を閉
じたままにして３０℃でインキュベートした。４８時間
後に発育の最初の徴候が観察され、その１２時間後に図
２４に示される、硫酸亜鉛の典型的な白色と関連した発
育物が得られた。

【０１０７】（ｈ）（ｇ）におけると同じようにして、
ただし接種することなく調製した平板を酸性化中に重量
減によって測定して水の９０％が失われるまで３０℃で
インキュベートした。その後平板に図２５において矢印
で示される場所に液状接種物を接種した。１２時間後に
接種場所を取り囲む領域に典型的な白色の発育物が得ら
れた。接種場所には発育は観察されず、その場所には接
種物に起因してより高度の湿分が存在していた。これは
細菌が最も湿った領域から細菌が付着して基質を転換さ
せる湿分がより少ない領域に移動することを示す。

【０１０８】（ｉ）（ｇ）及び（ｈ）において使用した
ものと同じ閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）の濃厚物２ｇを有するガ
ラス平板を殺菌した０．１８Ｎ硫酸溶液２ｍＬを用いて
酸性にした。これに前のＺｎＳ中での培養菌からの、た
だし接種物を溶液中に懸濁させることに代えて、ＣＲＴ
菌株を接種した。接種は太い針を用いて固体の硫酸亜鉛
を図２６において矢印で示される平板の印が付けられた
端に直接移動させることによって行った。これを、湿分
が速やかに失われるのを可能にするように平板の半分を
開けて、９６℃でインキュベートした。２時間後に発育
の最初の徴候が検出され、その２時間後に硫酸亜鉛の典
型的な白色に関連した発育物が、図２６に示されるよう
に、接種領域に得られた。

【０１０９】（ｊ）−１００メッシュに粉砕された高純
度の天然輝安鉱（Ｓｂ_２Ｓ_３）試験体を基質として用い
た。試験した基質の内でこの基質はその疎水性の故に最
も酸性化しずらいものであった。平板の表面に均一な酸
性化されたパルプを分布させて得るのに前の場合より多
い酸溶液容量を要した。加えて、均一なパルプを得るた
めには平板上で混合させるときに殺菌したスパチュラを
使用すべきであった。この系も高い固結傾向を有し、細
菌の発育を妨害するものであった。これは前のケースよ
りも高濃度の酸を使用する必要があることを説明するも
のである。広範囲の試験を行って最も都合のよい容量と
酸濃度を決定した。表２に示される菌株のいずれについ
ても、直径５．５ｃｍのポリスチレン平板に０．５ｇの
Ｓｂ_２Ｓ_３と１．５ｍＬの０．６Ｎ酸溶液を均一に分布
させることによって最良の結果が得られた。即ち、平板
を蒸発による水の減損を可能にするために開いたままに
して３０℃でインキュベートした。３〜４日後に微生物
の発育が、図２７に示されるように、固体状態の潮解性
白色バイオ酸化生成物と結び付いて起こった。酸性化用
溶液の容量はサルコシル（１％）のようなテンソアクチ
ブ剤（ｔｅｎｓｏａｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ）を加える
ことによって少なくすることが可能である。この添加は
微生物の発育を更に高める。このようにして、２４〜３
０時間で発育物を得ることが可能となった。

【０１１０】（ｋ）乾燥、殺菌した合成硫化コバルト
（ＣｏＳ）の薄層を有する直径９ｃｍの平板を調製し
た。全ての基質を均一に酸性化するように殺菌した０．
３Ｎ硫酸溶液０．５ｍＬを滴下して酸性化した。平板に
前の硫化コバルト中での培養からの色々な菌株を接種
し、そして３０℃でインキュベートした。２４時間後に
図２８に示される発育物が得られた。この発育物は硫化
コバルトの典型的なピンク乃至赤の色を示した。得られ
た固体状態のバイオ酸化生成物はふるい分けによって分
離することかできる。

【０１１１】（１）銅の濃厚物を基質として用いた。ベ
ースを１００％硫化銅鉱物と見なしてこの鉱物組成物は
主要試験体が輝銅鉱（６４．２９％）と硫砒銅鉱（２
１．９６％）であることを示す。直径９ｃｍの各平板に
基質１ｇを入れた。それを０．３Ｎ硫酸溶液１ｍＬを用
いて酸性化した。これらの平板に前の同じ濃厚物中での
培養菌からのＢＡ_１及びＣＭ_１菌株を接種した。それ
を、平板を開いたままにして３０℃でインキュベートし
た。２４時間後に、図２９に示されるように、発育物が
得られた。図３０は同じ発育物の写真を示すが、もっと
短い距離で撮ったものである。

【０１１２】（ｍ）アルゼンチンの鉱床である“カンパ
ナ マフイダ”からの、主たる銅試験体として輝銅鉱
（Ｃｕ_２Ｓ）を含んで成る、１／４インチに摩砕された
鉱石を試験した。この鉱石３０ｇを直径９ｃｍの平板に
入れた。これに０．４５Ｎ硫酸溶液２０ｍＬを加えて酸
性化した。この平板に合成硫化銅中での培養菌からのＣ
Ｍ_１菌株を接種した。平板を急速脱水を促進するように
開いたままにして３７℃でインキュベートした。１２時
間後、鉱石が乾燥外観を獲得したとき増殖が始まった。
４時間後に、乾燥した鉱石を覆って硫化物の酸化と結び
付いた細菌の発育物が得られた。図３１ａはバイオ酸化
に付されなかった鉱石とバイオ酸化に付された鉱石（そ
れぞれ左と右）を示す。図３１ｂはバイオ酸化された鉱
物を示す。図３２はコロニーを作ったバイオ酸化された
鉱石の更に短い距離で撮った写真を示す。

【０１１３】（ｎ）輝銅鉱（Ｃｕ_２Ｓ）を２．１％含ん
で成る、−１００メッシュに粉砕された銅鉱物を基質と
して用いた。殺菌した鉱物５ｇを直径８．５ｃｍのポリ
スチレン平板に入れた。これを殺菌した０．４Ｎ硫酸溶
液５ｍＬを用いて酸性化し、そのパルプを回転運動によ
って平板にくまなく均一に分布させた。ＣｕＳ中での培
養菌からのＣＭ_２菌株の接種物１００ミリリットルを滴
下によって分布させ、接種された基質を３７℃でインキ
ュベートした。４８時間後、そして基質が乾燥外観を獲
得したとき、平板のより脱水された端に突出物のように
見える発育物が現れ始めた。１２時間後に、図３３に示
される通りの発育物が得られた。これは青色の小さい結
晶に関係した鉱物層の不規則物によって特徴付けられる
ものであった。

【０１１４】（ｏ）（ｎ）に示したものと同じ組成を持
つ平板を用いたが、平板をインキュベートし、僅かに傾
斜した平面上で調整した。そのためパルプは１端でそれ
とは直径方向反対側の端より薄くなった。パルプに図３
４において矢印で示されるより厚い端に接種した。即
ち、パルプに（ｎ）で述べた同じ接種物２０マイクロリ
ットルを接種した。これを３７℃でインキュベートし
た。予想通り、薄い端がまず脱水された。２６時間後に
発育の最初の徴候とその薄い端での微生物による転換が
検出され、そして６時間後に図３４に示される発育物が
得られた。

【０１１５】数日後、酸性化において加えられた湿分に
関して平板が完全に脱水されたとき、平板の残部には発
育の徴候は認められなかった。このことは過剰の湿分が
存在している間は細菌が基質を通り、奇妙にも通路の中
を、そして負の湿分等級と結び付いて移動し、最初に脱
水された領域に安定な付着を生むことを示している。

【０１１６】バイオ浸出性微生物の生理学に関する最も
適切な結論 これら微生物の生理学に関する知識は生物学的酸化法を
それら方法を強化する目的で最適化すると言う特定の課
題を解決することを可能にする。

【０１１７】種々の細菌種による、また同じ種の異なる
菌株による基質の酸化活性は変化可能で、それはそれら
の存在の前歴によって決まるけれども、効率的な生物学
的酸化、例えば安定な基質−細胞の付着及び硫化物鉱物
の格子の破壊のために達成されなければならない前記の
機構は同様の条件によって支配される。

【０１１８】前記の試験から次のことが導かれる：

【０１１９】（１）これらの細菌は低水含量の鉱物質環
境又は少なくとも液体系に浸漬されない鉱物質環境で進
化している。鉱物に含まれる水及び環境湿分はそれらの
発育に十分である。

【０１２０】（２）固体の不溶性基質の生物学的酸化は
接着機構による基質−細胞の相互作用を意味する。安定
な接着は基質の急速転換と、従ってまた高い細菌増殖速
度とを可能にする。過剰の水はそのような接着を妨げる
か、又は困難にする。

【０１２１】（３）硫化物鉱物の格子の破壊に関与する
酵素系が存在する場合、そのような酵素を希釈したり、
反応している表面から洗い流すべきではない。

【０１２２】（４）低水活性の条件では、微生物による
代謝が活性化され、世代時間を相当に短縮し、従って高
い基質酸化速度に結び付いた高い微生物増殖速度をもた
らす。

【０１２３】（５）このような条件下で、微生物は増殖
し、少なくとも一時的に固体の結晶様バイオ酸化生成物
の中に閉じ込められたままになっている。

【０１２４】（６）少なくとも試験された微生物の菌株
は高脱水培地中で増殖するとき、窒素源の添加を必要と
しない。これは大気窒素の効率的固定が存在することを
示唆している。

【０１２５】（７）微生物のほとんどは水の応力（ｗａ
ｔｅｒ ｓｔｒｅｓｓ）度を処理する機構を持っている
が、低水活性度（ａ_Ｗ）の環境中で微生物が十分に増殖
するのを可能にするように生理的に適応して進化したも
のは比較的少ない。これらの微生物を述べるのに多くの
用語が用いられた。即ち、好塩性、好濃性、オスモトレ
ラント性（ｏｓｍｏｔｏｌｅｒａｎｔ）、キセロフィテ
ィック性（ｘｅｒｏｐｈｙｔｉｃ）、キセロフィリック
性（ｘｅｒｏｐｈｉｌｉｃ）等である。これらの用語の
内、キセロフィリック性（ギリシャ語の“乾燥を好む
（ｄｒｙ−ｌｏｖｉｎｇ）”から）が多分本発明で試験
した微生物を記述する最も適切な用語である。

【０１２６】これらの細菌が従来そのような条件の枠組
みの中で分析されなかったことは、これらの細菌が進化
して、自然には通常見い出されない、水の多い環境で懸
濁されている鉱物（鉱物は乾燥して、又は脱水されて見
えるけれども、それらはある割合の、少なくとも環境の
湿分と平衡している水を含有している）を転換すると言
うことを考えることなく、生活の唯一の方法が大量の水
を伴う系にあると言う先入観の下で、鉱山の酸排水から
出発してそれら細菌を分離すると言う方法にその原因が
ある。

【０１２７】本発明者の経験では、明らかに脱水されて
いる鉱物の試料は、特に空気に露出されている表面に細
菌に富むローラを有するが、それらは価値のある細胞で
ある。

【０１２８】バイオ湿式冶金に含まれる旧来の方法とこ
こに記載される微生物によるバイオ酸化条件との間の水
に関する基本的に相反している関係を考慮して、“バイ
オ湿式冶金”と言う用語を提案することができる。

【０１２９】これら原理の技術的適用から導かれる利点 本発明の原理の適用で得られる利点は次の諸点を考慮す
れば明らかであろう。即ち、

【０１３０】−ここに開発されるまでは、今までのバイ
オ湿式冶金における系、即ちタンク浸出、現場浸出、廃
棄ダンプ浸出及び野積み浸出のいずれの下でも微生物フ
ローラは水性環境中で発育するように強制されている。
このような条件では、微生物の増殖速度及び基質のバイ
オ酸化速度は制限される。これらは数カ月と言うオーダ
ーの長い処理期間を伴うもので、技術的、経済的障壁に
なっている。本発明者が述べる原理の適用によって、数
日の期間で同等の抽出収率を達成することが可能とな
る。微生物が発育し、数時間で基質を転換させると言う
ことを考慮すると、総処理時間の決定パラメーターは各
系における脱水速度、及び酸性化と適性な接種に用いら
れる、系に可能な最少量の水を配合する方法である。

【０１３１】−相当に短い処理時間は、同等の生産につ
いて処理容量がはるかに少なくてよく、結局資本投資が
節約されるだろうことを意味する。

【０１３２】−少量の処理容量の管理は正確に制御され
た系を操作する可能性を開く。

【０１３３】−旧来の系には重要なエネルギーコストが
要る。パルプはタンク又は反応器中で連続的に振盪及び
空気混和されねばならない。他方、鉱物は酸浸出用溶液
のパーコレーションに付されるが、これにもエネルギー
コストと資本コストが付随する。これらのコストは所要
の長い処理期間にとっては非常に重要になる。速い方法
は運転コストがより少ないことを意味する。

【０１３４】本発明の最も都合のよい実施形態 鉱石又は濃厚物を中和し、それらの固結を防ぎ、そして
微生物の発育にとって十分な環境を提供するために、各
系について最も都合のよい容量と酸濃度を前記の基準に
従って決定しなければならない。

【０１３５】一旦基質が酸性化され、接種されたら、過
剰の水の減損を脱湿機によって誘発される自然蒸発か、
又は鉱石若しくは濃厚物を通して空気を流通させるかの
いずれかによって起こさなければならない。

【０１３６】微生物の作用によって酸化されるべき基質
は一般に小粒子として撒き散らされる鉱石に見い出され
る。各粒子の転換には少なくとも１個の細胞の付着が必
要とされる。粒子が都合のよい脱水レベルに達した時点
で上記条件を満足する粒子が数時間で転換されて可溶性
の固体生成物に変わり、それは同時に微生物のコロニー
を構成する。それに続く段階で鉱石が湿化されて既に形
成された固体生成物を少なくとも部分的に溶解すると、
細菌が放出され、そして湿った条件下でそれら細菌は他
の何らかの手段で新しい基質粒子に滑走する、即ち到達
することができる。

【０１３７】期待する抽出率を達成するために、前の操
作は必要とされる通りに何回でも繰り返すことができる
が、これは個々の粒子系の特性、即ち基質が鉱石である
かそれとも濃厚物であるかに依存する。

【０１３８】最後に、バイオ酸化された固体生成物は洗
滌によって、又は濃厚物をバイオ酸化に付す場合は他の
方法、例えばふるい分けによって分離しなければならな
い。可溶化を用いる場合、洗滌溶液のｐＨは伴われる酸
化された化合物の溶解度に依存する。

【０１３９】金属の溶解も間接的に起こる可能性がある
こと、即ち微生物による酸化の結果生ずる第二鉄は硫化
物と化学的に反応してそれら硫化物を可溶性形態に酸化
する可能性があることを考慮して、直接法で最終的に抽
出率を高めるのを可能にするために鉱物とある一定時間
接触している洗滌溶液をある一定時間保持することが都
合がよいかどうかは個々のケースについて分析して決め
なければならない。

【０１４０】金属のバイオ浸出法の場合、洗滌溶液が関
心の対象である生成物を有しているが、それに対して固
体は残留物を組成する。微生物による精製法の場合、例
えば石炭の脱硫又は貴金属の精製の場合は、洗滌溶液が
残留物を有し、一方固体は関心の対象である生成物を組
成する。

【０１４１】

【実施例】本発明の性能を次の実施例により証明する。
ただし、これらの実施例は本発明を限定するものではな
い。

【０１４２】実施例１及び２は金属化合物の液状培地に
おける、低水含量条件での酸化の生物学的活性の定量的
差異を例証するものである。

【０１４３】実施例３は鉱石に対する本発明の適用を説
明するものである。

【０１４４】実施例１ Ｆｅ４３．５％、硫黄４９．６７％及び不純物６．８３
％を含有する高純度の、−１００メッシュに粉砕され、
連続３日間スチームを流すことによって殺菌された天然
の黄鉄鉱試験体（ＦｅＳ_２）を基質として用いた。

【０１４５】前以て黄鉄鉱中で増殖するようにされたＣ
Ｍ_１菌株に相当する接種物を用いた。いずれの場合も、
対応する殺菌された対照についても同時に実施した。

【０１４６】生物学的酸化をアンモニアが添加され又は
添加されない常用の液体系で、及び本発明の原理による
低水含量の系で試験した。

【０１４７】生物学的活性は可溶性の鉄を吸光分光分析
法で測定することによって求めた。細胞数は寒天化第一
鉄培地中の平板を再計測することによって求めた。

【０１４８】液状培地において、試験は黄鉄鉱５ｇ及び
硫酸溶液９５ｍＬが入っている、硫酸アンモニア０．３
ｇが添加され又は添加されない、ｐＨ＝１．７に調整さ
れた３００ｍＬのエルレンマイヤー中で行った。それに
細胞を２×１０^８個／ｍＬ含有するＣＭ_１菌株の培養菌
を接種した。殺菌された対照においては、１００ｍＬの
硫酸溶液を９５ｍＬの代わりに加えた。エルレンマイヤ
ーを振盪器中、３０℃でインキュベートした。

【０１４９】鉄の可溶化の動力学を、浸出用溶液から採
取した既知少量中の可溶性鉄の濃度を周期的に測定する
ことによって追跡した。

【０１５０】鉄の抽出速度は生物学的に溶解された総鉄
量を時間の関数として表し、この値を系中の各接種細胞
に対して関係付けるプロットの直線部分から見積もっ
た。

【０１５１】鉄の可溶化速度は時間当たり及び接種細胞
当たりの可溶化された鉄のミリグラム数として表した。
アンモニア窒素を用いた試験において、この値は１．６
８×１０^−９ｍｇ／時・細胞であった。アンモニア窒素
を用いない試験では、殺菌された対照に対して相違は基
本的に無かった。

【０１５２】脱水された固体培地については、最も都合
のよい容量と酸濃度を前以て決定しておいた。最良容量
は黄鉄鉱のグラム数としての重量のミリリットルとして
の酸溶液容量に対する比率として１：１比に相当するも
のである。最も都合のよい酸濃度は０．４５Ｎであっ
た。

【０１５３】可溶性鉄の動力学を追跡するために、直径
５．５ｃｍのポリスチレン平板を用いた。各平板は黄鉄
鉱０．５ｇ及び０．４５Ｎ硫酸溶液０．５マイクロリッ
トルを含有していた。回転運動によって表面前面に薄い
膜が広がった。各平板に０．０６Ｎ硫酸溶液２０マイク
ロリットル中に含まれるＣＭ_１菌株の細胞３６０個を接
種した。細胞数は寒天化第一鉄培地の平板中コロニー数
を計測することによって測定した。これは黄鉄鋼平板中
に計測することができるコロニー数と誤差±７％で一致
した。最高発育に達した後のこれら平板は図２３に示さ
れるものと同様の外観のものであった。殺菌された０．
０６Ｎ硫酸溶液２０マイクロリットルを対応する殺菌さ
れた対照に添加した。平板は全て３０℃でインキュベー
トした。

【０１５４】周期的に、１個の殺菌され、接種された平
板を吸光分光分析法による可溶性鉄の測定に付した。生
物学的酸化によって可溶化された鉄を時間の関数として
プロットした。

【０１５５】２２時間後、平板が乾燥した外観を獲得し
たとき、生物学的酸化が開始された。２６時間から出発
して８時間にわたって最高の生物学的酸化速度が得られ
た。それは８．７９×１０^−４ｍｇ／時・細胞であっ
た。

【０１５６】この値をアンモニアを有する液状培地から
得られた値と比較すると、５のオーダーの大きさの差が
ある。

【０１５７】実施例２ 基質として合成ＣｕＳを用いた。これにＢＡ_１菌株を接
種した。

【０１５８】実施例１におけると調度同じようにして、
常用の液状培地中での、アンモニア集合体を用い又は用
いずに生物学的酸化、及び既に記載した基準に従って脱
水された固体培地中での生物学的酸化を行った。いずれ
の場合も、対応する殺菌された対照についても同時に行
った。吸光分光分析法で可溶性銅を測定した。各場合に
おいて、生物学的酸化は接種された系と対応する殺菌さ
れた対照との間の可溶化された銅の差として求めた。

【０１５９】液状培地中での浸出はＣｕＳ５ｇ及び硫酸
溶液９５ｍＬが入っている、硫酸アンモニア０．３ｇが
添加され又は添加されないエルレンマイヤー中で行っ
た。硫酸溶液のｐＨは２に調整した。それに細胞を２×
１０^８個／ｍＬ含有するＢＡ_１菌株の活性培養菌５ｍＬ
を接種した。殺菌された対照において、酸溶液は９５ｍ
Ｌの代わりに１００ｍＬ加えた。エルレンマイヤーを振
盪器中、３０℃においてインキュベートした。

【０１６０】銅の可溶化の動力学を、浸出用溶液から採
取した既知少量中の可溶性銅を周期的に測定することに
よって追跡した。生物学的に溶解された銅を時間の関数
として表したプロットの直線部分に相当する銅の生物学
的可溶化の速度を測定した。これを時間当たり及び接種
細胞当たりの可溶化された銅のミリグラム数で表した。
アンモニア窒素を用いた試験において、この値は５．１
×１０^−９ｍｇ／時・細胞であった。アンモニア窒素を
用いない試験では、殺菌された対照に対して相違は基本
的に無かった。

【０１６１】脱水された固体培地における試験について
は、直径９ｃｍの平板をその各々に２ｇのＣｕＳ及び２
ｍＬのＨ_２Ｏを加えることによって調製した。パルプを
形成し、そして回転運動によってそれを平板の全表面を
覆って均一に分布させた。平板を層流フラックスフード
の中で恒量が達成されるまで乾燥した。各平板に殺菌さ
れた０．３Ｎ硫酸溶液０．５ｍＬを均一に酸性化するよ
うに１滴ずつ添加、分布させた。各平板に０．０６Ｎ硫
酸溶液２０マイクロリットル中に含まれるＢＡ_１菌株の
細胞約４０個を接種した。この接種物に含まれる細胞数
（細胞２，０００個／ｍＬ）を第一鉄寒天化培地中の平
板中コロニー数を計測することによって求めた。これは
発育終点でＣｕＳを有する平板中で得られたコロニー数
と誤差±８％で一致した。

【０１６２】殺菌された対照に殺菌された０．０６Ｎ酸
溶液２０マイクロリットルを添加した。平板は全て３０
℃でインキュベートした。

【０１６３】殺菌された平板からの及び接種された平板
からの可溶性銅を周期的に分析した。１８時間後、平板
が乾燥した外観を有するようになったとき、生物学的酸
化が開始され、８時間中殆ど一定速度で続いた。この段
階の終点で固体の結晶様硫酸銅によって構成されるコロ
ニーの大きさで表して最大発育が達成された。

【０１６４】この期間中の時間当たり及び接種された細
胞当たりの可溶化銅として表される生物学的酸化速度は
０．３１９ｍｇ／時・細胞であった。この値は液状培地
から得られる対応する値と比較すべきである。

【０１６５】注釈：固体の結晶様生成物によって構成さ
れる細菌コロニーを溶液中に懸濁させとき、また細菌コ
ロニーを渦巻きに付し、次いで顕微鏡で調べるときも、
図３５の模式図に示されるものに似た形態を観察するこ
とが可能である。小さい可動性細胞、中間の及び非常に
長い非可動性細胞、及び出現する細胞群は非常に細いフ
ィラメントによって互いに似ていた。この結果、接種物
中に存在する細胞数を平板中のコロニー数を計測するこ
とによって測定する時点では、各コロニーが１個の細胞
にその起源があるのか、細胞群にその起源があるのか不
確かである。それにもかかわらず、対応する液状培地と
固体培地中の適用接種物が同じ起源を有し、同じように
して処理されていることを考慮すると、細胞の接種に関
係した生物学的活性度値は絶対値とは見なされるべきで
はないけれども、比較の目的には有効である。

【０１６６】実施例３ 本発明の原理を適用することによる銅の抽出率とそれを
達成する必要時間を測定するために、銅鉱石のバイオ酸
化を試験した。

【０１６７】鉱石の特性 ａ．化学的特性

【０１６８】

【表４】 総銅 １．２５％ 可溶性銅 ０．１５％ 総鉄 ２．６６％ 総硫黄 １．７８％ 不溶性物質 ７８．５０％

【０１６９】ｂ．鉱物学的特性 鉱物学的分析の結果得られる主たる鉱物種を以下に示
す。各鉱物種の百分率は鉱石を１００％として表され
る。

【０１７０】

【表５】

【０１７１】主たる銅試験体は輝銅鉱であり、黄銅鉱、
銅藍及び斑銅鉱が重要さの順序で後に続くことが分か
る。

【０１７２】ｃ．グラニュロメトリー分析 １／４インチに摩砕された鉱物をタイラー（Ｔｙｌｅ
ｒ）系列の＃４、＃８、＃１６、＃４０、＃６５及び＃
１００スクリーンを使用するグラニュロメトリー分析に
付した。グラニュロメトリー分布を以下に示す：

【０１７３】

【表６】

【０１７４】ｄ．自然湿度の測定 恒量が達成されるまでの１００℃における鉱物の重量減
により自然湿度を測定した。

【０１７５】ｅ．酸消費試験 標準試験法で鉱石の硫酸消費量を測定した。この値は鉱
物のキログラムで９．９ｇの酸に相当する。

【０１７６】試験：トレー上でのバイオ酸化 ３５×４５ｃｍのステンレス鋼製トレー上で２つの平行
テストを行った。各トレーに１ｋｇの鉱物を装填し、そ
れを以下に示すように処理した。

【０１７７】試験は脱湿機が入っているシールしたドア
を備える密閉した部屋の中で行った。脱湿機で凝縮され
た水をホースで外に排水した。かくして、鉱物の脱水が
促進された。

【０１７８】部屋の温度は試験中２８〜３２℃に保持し
た。

【０１７９】各トレーに均一に分布された鉱物を酸消費
試験で測定された酸量、即ち９．９ｇの硫酸を含有する
溶液８００ｍＬで酸性化した。

【０１８０】各々のトレーにＣＭ_２菌株の接種物１０ｍ
Ｌを接種した。接種物はこの菌株の硫化亜鉛中培養菌に
対応する白色の硫酸亜鉛発育物を０．０６Ｎ硫酸溶液に
懸濁させることによって調製した。接種物は接種時期に
調製し、それをトレー全面に滴下することによって均一
に分布させた。トレーを前記の条件下でインキュベート
した。

【０１８１】２６時間後、鉱物は乾燥外観と小さい淡青
色の結晶に関連した強い細菌の発育を与えた。それは、
基本的には、鉱物の表面と、空気により多く露出された
鉱物の区域とに観察された。前に示したように、これら
微生物はより速やかに脱水される領域の方に移動する。

【０１８２】この段階の終点で、及び次の諸段階の各々
の終点で、各トレーから鉱物３０ｇの試料を吸光分光分
析法により可溶性銅を分析するために採取した。それら
試料はスプーンで採取した。その採取は代表的試料を得
るために鉱物の厚さを通してできた層を総て含むように
試みた。

【０１８３】続いて、３段階の湿化と脱水を行った。各
段階で加えられた酸溶液はスプリンクラーにより均一に
分布させた。

【０１８４】最後に、鉱物を６時間にわたってその溶液
と接触させておいて洗滌し、最終的に銅回収を間接的に
増加させるようにした。濾過された上澄み液の中の可溶
性銅を測定し、最終的な抽出率を計算した。

【０１８５】表７は各段階における操作条件と所要時間
に関する関係情報を、また２つのトレーについて各段階
から得られた銅の抽出率を示す。

【０１８６】表７はまた鉱物のｋｇ当たりの各段階で添
加された酸溶液の容量と酸の量を示す。実際には、それ
は前以て除去され鉱物試料を考慮して残留鉱物の実際の
量に対応する酸の比例量で添加されたものである。

【０１８７】表７に示した条件下で操作すると、約３日
で６６〜６８％の銅抽出率を達成することが可能である
ことが分かる。同様の規模で操作する常用の系によれ
ば、同等の抽出率に到達するのに要する必要時間は７０
〜９０日の範囲であることが知られている。

【０１８８】

【表７】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は寒天化第一鉄の培地を持つ平板の脱水さ
れたもっとも薄い端にあるコロニーを示す写真図であっ
て、矢印は接種場所を示す。

【図２】図２は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真図である。

【図３】図３は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真図である。

【図４】図４は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真図である。

【図５】図５は平板のガラス上の塩付着物中に得られた
コロニーを示す写真図であって、塩は濃縮された３ｃｍ
^３の第一鉄の液状培地（ゲル化剤なし）の脱水に由来す
るものである。

【図６】図６は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真図である。

【図７】図７は図６において矢印で示されるコロニーと
同様の星型コロニーを示す模式図であって、（ａ）は中
央を、（ｂ）は境界を、（ｃ）は中央と境界の中間ゾー
ンをそれぞれ示す。

【図８】図８は図７の模式図の（ａ）で示されるコロニ
ーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真
図である。

【図９】図９は図７の模式図の（ａ）で示されるコロニ
ーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真
図である。

【図１０】図１０は図７の模式図の（ａ）で示されるコ
ロニーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１１】図１１は図７の模式図の（ｃ）で示されるコ
ロニーの中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得
られた写真図である。

【図１２】図１２は図７の模式図の（ｃ）で示されるコ
ロニーの中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得
られた写真図である。

【図１３】図１３は図７の模式図の（ｃ）で示されるコ
ロニーの中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得
られた写真図である。

【図１４】図１４は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１５】図１５は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１６】図１６は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１７】図１７は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１８】図１８は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真図である。

【図１９】図１９ａは“社会的滑走”と呼ばれる細菌の
表面転移機構（この機構によって細菌が群として移動す
る）の、平板ガラス上に付着した分析級硫酸第一鉄のフ
イルムの中に生成した典型的な軌条、即ちトラックを示
す写真図であり、図１９ｂは硫酸第一鉄に加えて細菌の
発育に必要とされる他の塩を含有する塩類のフイルムの
中に得られたコロニーを示す写真図である。

【図２０】図２０は３０℃でインキュベートされた、Ｂ
Ａ_２菌株を接種することによって、酸性化された合成Ｃ
ｕＳの中に得られた結晶性外観を持つ青色のコロニーを
示す写真図である。

【図２１】図２１は酸性化された合成ＣｕＳを持つ平板
の中の、平板中央にＢＡ_３菌株の濃縮懸濁液を接種し、
平板を半分開いた状態にして３７℃で培養することによ
って得られた、淡青色の結晶と結び付いた細菌の発育物
を示す写真図である。

【図２２】図２２は８５℃でインキュベートされたＣＲ
Ｔ菌株が接種された、酸性化合成ＣｕＳを持つ平板の中
の淡青色の結晶と結び付いた細菌の発育物を示す写真図
である。

【図２３】図２３は基質として−１００メッシュに粉砕
された高純度の天然黄鉄鉱試験体を用いることによって
得られた可溶性鉄化合物に結び付いた、３０℃でインキ
ュベートされたＣＭ_１菌株のコロニーを示す写真図であ
る。

【図２４】図２４は基質として酸性化閃亜鉛鉱濃厚物を
用いることによって得られた白色の硫酸亜鉛と結び付い
た、ＡＴＣＣ１９．８５９菌株が接種され、３０℃でイ
ンキュベートされた細菌の発育物を示す写真図である。

【図２５】図２５は図２４の平板と同じようにして調製
された、酸性化中に加えられた水の９０％が失われるま
で脱水され、矢印で示される場所に液状接種物が接種さ
れた平板を示す写真図である。

【図２６】図２６は矢印で示される接種場所における、
硫酸亜鉛に結び付いた、固体培養菌からＣＲＴ菌株が接
種され、平板を中程まで開けたままにして９６℃でイン
キュベートされた細菌の発育物を示す写真図である。

【図２７】図２７は基質として天然Ｓｂ_２Ｓ_３試験体を
使用し、３０℃でインキュベートされたＢＡ_２菌株の発
育物を示す写真図である。

【図２８】図２８ａ〜ｄは酸性化された合成硫化コバル
ト（ＣｏＳ）に色々な菌株を接種することによって得ら
れた赤色コロニーを示す写真図である。

【図２９】図２９ａ〜ｂは銅の主試験体として輝銅鉱
（Ｃｕ_２Ｓ）及び硫砒銅鉱（３Ｃｕ_２Ｓ・Ａｓ_２Ｓ_５）
を含んで成る酸性化された濃厚物中にＢＡ_１菌株及びＣ
Ｍ_１菌株を接種し、平板を開いたままにしておいて３０
℃でインキュベートすることによって得られた淡青色の
コロニーを示す写真図である。

【図３０】図３０ａ〜ｂは図２９に示される同じ平板か
らもっと短い距離で撮った写真図である。

【図３１】図３１ａは銅の主試験体としてバイオ酸化に
付されていない輝銅鉱（Ｃｕ_２Ｓ）（左）と、平板を開
いたままにして３７℃において１６時間インキュベート
された、ＣＭ_１菌株によるバイオ酸化に付された輝銅鉱
（右）から成る１／４インチに摩砕された鉱石を示す写
真図であり、図３１ｂはバイオ酸化に付されたその鉱石
を示す写真図である。

【図３２】図３２ａ〜ｂはもっと短い距離で撮った、図
３１のコロニー化され、バイオ酸化された同じ鉱石を示
す写真図である。

【図３３】図３３は−１００メッシュに粉砕され、かつ
酸性化された、２．１％の輝銅鉱を含有する銅鉱物中
の、３７℃でインキュベートされたＣＭ_２菌株の発育物
を示す写真図である。

【図３４】図３４は平板領域中での、始めに脱水された
ＣＭ_２菌株の発育物を示す写真図あって、矢印は接種場
所を示し、基質は図３３の基質と同じであった。

【図３５】図３５は細菌コロニーの液状培地中懸濁液か
ら得られた顕微鏡による観察結果の模式図である。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１０月１１日

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は寒天化第一鉄の培地を持つ平板の脱水さ
れたもっとも薄い端にあるコロニーを示す写真であっ
て、矢印は接種場所を示す。

【図２】図２は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真である。

【図３】図３は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真である。

【図４】図４は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真である。

【図５】図５は平板のガラス上の塩付着物中に得られた
コロニーを示す写真であって、塩は濃縮された３ｃｍ^３
の第一鉄の液状培地（ゲル化剤なし）の脱水に由来する
ものである。

【図６】図６は脱水された寒天化第一鉄の培地の上に得
られたコロニーを示す写真である。

【図７】図７は図６において矢印で示されるコロニーと
同様の星型コロニーを示す模式図であって、（ａ）は中
央を、（ｂ）は境界を、（ｃ）は中央と境界の中間ゾー
ンをそれぞれ示す。

【図８】図８は図７の模式図の（ａ）で示されるコロニ
ーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真
である。

【図９】図９は図７の模式図の（ａ）で示されるコロニ
ーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた写真
である。

【図１０】図１０は図７の模式図の（ａ）で示されるコ
ロニーの中央に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真である。

【図１１】図１１は図７の模式図の（ｃ）で示されるコ
ロニーの中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得
られた写真である。

【図１２】図１２は図７の模式図の（ｃ）で示されるコ
ロニーの中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得
られた写真である。

【図１３】図１３は図７の模式図の（ｃ）で示されるコ
ロニーの中間ゾーンに相当する部分の、走査顕微鏡で得
られた写真である。

【図１４】図１４は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真である。

【図１５】図１５は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真である。

【図１６】図１６は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真である。

【図１７】図１７は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真である。

【図１８】図１８は図７の模式図の（ｂ）で示されるコ
ロニーの境界に相当する部分の、走査顕微鏡で得られた
写真である。

【図１９】図１９ａは“社会的滑走”と呼ばれる細菌の
表面転移機構（この機構によって細菌が群として移動す
る）の、平板ガラス上に付着した分析級硫酸第一鉄のフ
イルムの中に生成した典型的な軌条、即ちトラックを示
す写真であり、図１９ｂは硫酸第一鉄に加えて細菌の発
育に必要とされる他の塩を含有する塩類のフイルムの中
に得られたコロニーを示す写真である。

【図２０】図２０は３０℃でインキュベートされた、Ｂ
Ａ_２菌株を接種することによって、酸性化された合成Ｃ
ｕＳの中に得られた結晶性外観を持つ青色のコロニーを
示す写真である。

【図２１】図２１は酸性化された合成ＣｕＳを持つ平板
の中の、平板中央にＢＡ_３菌株の濃縮懸濁液を接種し、
平板を半分開いた状態にして３７℃で培養することによ
って得られた、淡青色の結晶と結び付いた細菌の発育物
を示す写真である。

【図２２】図２２は８５℃でインキュベートされたＣＲ
Ｔ菌株が接種された、酸性化合成ＣｕＳを持つ平板の中
の淡青色の結晶と結び付いた細菌の発育物を示す写真で
ある。

【図２３】図２３は基質として−１００メッシュに粉砕
された高純度の天然黄鉄鉱試験体を用いることによって
得られた可溶性鉄化合物に結び付いた、３０℃でインキ
ュベートされたＣＭ_１菌株のコロニーを示す写真であ
る。

【図２４】図２４は基質として酸性化閃亜鉛鉱濃厚物を
用いることによって得られた白色の硫酸亜鉛と結び付い
た、ＡＴＣＣ１９．８５９菌株が接種され、３０℃でイ
ンキュベートされた細菌の発育物を示す写真である。

【図２５】図２５は図２４の平板と同じようにして調製
された、酸性化中に加えられた水の９０％が失われるま
で脱水され、矢印で示される場所に液状接種物が接種さ
れた平板を示す写真である。

【図２６】図２６は矢印で示される接種場所における、
硫酸亜鉛に結び付いた、固体培養菌からＣＲＴ菌株が接
種され、平板を中程まで開けたままにして９６℃でイン
キュベートされた細菌の発育物を示す写真である。

【図２７】図２７は基質として天然Ｓｂ_２Ｓ_３試験体を
使用し、３０℃でインキュベートされたＢＡ_２菌株の発
育物を示す写真である。

【図２８】図２８ａ〜ｄは酸性化された合成硫化コバル
ト（ＣｏＳ）に色々な菌株を接種することによって得ら
れた赤色コロニーを示す写真である。

【図２９】図２９ａ〜ｂは銅の主試験体として輝銅鉱
（Ｃｕ_２Ｓ）及び硫砒銅鉱（３Ｃｕ_２Ｓ・Ａｓ_２Ｓ_５）
を含んで成る酸性化された濃厚物中にＢＡ_１菌株及びＣ
Ｍ_１菌株を接種し、平板を開いたままにしておいて３０
℃でインキュベートすることによって得られた淡青色の
コロニーを示す写真である。

【図３０】図３０ａ〜ｂは図２９に示される同じ平板か
らもっと短い距離で撮った写真である。

【図３１】図３１ａは銅の主試験体としてバイオ酸化に
付されていない輝銅鉱（Ｃｕ_２Ｓ）（左）と、平板を開
いたままにして３７℃において１６時間インキュベート
された、ＣＭ_１菌株によるバイオ酸化に付された輝銅鉱
（右）から成る１／４インチに摩砕された鉱石を示す写
真であり、図３１ｂはバイオ酸化に付されたその鉱石を
示す写真である。

【図３２】図３２ａ〜ｂはもっと短い距離で撮った、図
３１のコロニー化され、バイオ酸化された同じ鉱石を示
す写真である。

【図３３】図３３は−１００メッシュに粉砕され、かつ
酸性化された、２．１％の輝銅鉱を含有する銅鉱物中
の、３７℃でインキュベートされたＣＭ_２菌株の発育物
を示す写真である。

【図３４】図３４は平板領域中での、始めに脱水された
ＣＭ_２菌株の発育物を示す写真であって、矢印は接種場
所を示し、基質は図３３の基質と同じであった。

【図３５】図３５は細菌コロニーの液状培地中懸濁液か
ら得られた顕微鏡による観察結果の模式図である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図７】

【図２２】

【図２４】

【図３５】

【図２】

【図２６】

【図２７】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１６】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１７】

【図１８】

【図２３】

【図１９】

【図２５】

【図２０】

【図３３】

【図２１】

【図３４】

【図２８】

【図２９】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉱石又は濃厚物に含まれ、微生物のに基
   質を構成する鉱物質の化合物をバイオ酸化してそれらを
   可溶化及び分離するバイオ冶金法にして、次の： （ａ）鉱石又は濃厚物を中和し、固結を防ぎ、かつ微生
   物にとって適正な酸性度となすのに最も都合がよいと前
   以て決定された量であって、好ましくは可能な最低容量
   の溶液に含有されるそのような量の酸を用いて該鉱石又
   は濃厚物をコンディショニングするか、又は可能な最低
   量の水を系に導入しつつ該基質を均一に酸性化するよう
   に該鉱石又は濃厚物を酸蒸気と接触させ工程； （ｂ）工程（ａ）と同時か若しくは工程（ａ）とは独立
   に、関心の対象になっている鉱物質化合物を酸化するこ
   とができる、又は鉱石自体の微生物フローラを富化させ
   ることができる微生物の接種物を加える工程； （ｃ）熱力学的に利用可能な水が微生物のコロニーを順
   次構成することになるバイオ酸化生成物を固体状態で得
   るために十分に低くなるまで、蒸発によってか又は空気
   を流しながら乾燥することによって、系に存在するだろ
   う過剰の水が自然に失われるのを可能にするか、又は失
   われるように導くのを可能にする工程；及び （ｄ）該バイオ酸化生成物を分離する工程；を特徴とす
   る前記バイオ冶金法。
2. 【請求項２】 鉱石又は濃厚物のコンディショニング工
   程が微生物の発育及び基質のバイオ酸化を可能にするの
   に必要な前以て決定された化合物の、微生物の菌株及び
   問題にしている鉱石又は濃厚物の組成に依存して行われ
   る添加工程を含むことができることを特徴とする請求項
   １に記載の方法。
3. 【請求項３】 コンディショニング溶液の容量を微生物
   の発育も改善する表面活性剤の添加によって少なくする
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 化合物を添加して熱力学的に利用可能な
   水を減少させることによってバイオ酸化活性を高めるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 使用微生物が５〜１００℃の範囲の温度
   で発育するものであることを特徴とする請求項１に記載
   の方法。
6. 【請求項６】 熱力学的に利用可能な水を交互に増加及
   び減少させることことによって、バイオ酸化された粒子
   を少なくとも部分的に可溶化し、かくして該粒子中に含
   まれる微生物を放出させて、湿った環境で該微生物が新
   しい基質粒子に到達し、そして続いて起こる水の活性低
   下後にそれら粒子を酸化できるようになし、そしてこれ
   らの操作を期待収率を得るのに必要とされる通りに繰り
   返すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 バイオ酸化生成物を洗滌、ふるい分け又
   はその他適当な方法で分離することを特徴とする請求項
   １に記載の方法。
8. 【請求項８】 金属のバイオ浸出においては、バイオ酸
   化された化合物が関心の対象になっている生成物であ
   り、残っている固体が残留物を構成し、他方精製プロセ
   スにおいては、バイオ酸化された化合物が残留物であ
   り、残っている固体が精製された生成物を構成すること
   を特徴とする請求項７に記載の方法。