甲瑪地區角巖礦微生物浸出的試驗研究

劉明實，萬選志，劉子龍，張金剛，王立輝，付勇，逄軍武，達娃卓瑪，胡其旭，柳曉蒙，趙虎誠

（中國黃金集團西藏華泰龍礦業開發有限公司，西藏 拉薩 850000）

西藏華泰龍礦業開發有限公司所屬甲瑪地區角巖礦石中的金屬礦物主要為輝銅礦、斑銅礦、黃鐵礦以及少量的黃銅礦和毒砂，脈石礦物主要為石英、鈉長石等硅酸鹽礦物；礦石中的銅礦物呈微粒嵌布，顆粒尺寸約為0.01 ～ 0.001 mm，呈分散狀充填于脈石礦物中，并且銅礦物的含量很低。該角巖礦用常規的浮選流程進行有價金屬的回收既不合理也不經濟，所以對該角巖礦應用微生物浸出達到經濟合理的回收有價金屬。

1 礦石性質

對西藏華泰龍礦業開發有限公司所屬甲瑪地區角巖礦進行破碎混勻縮分及取樣化驗分析，其化驗結果見表1。

表1 礦樣多元素分析結果/%Table 1 Multi-element analysis results of the ore samples

由表1 可以看出，礦樣中的銅含量很低，僅為0.12%，礦樣中SiO2含量較高，高達69.12%；礦樣中還含少量的K2O、MgO、Na2O、CaO 等耗酸成份。

2 微生物浸出試驗研究

2.1 浸礦菌株的特性研究

2.1.1 菌株的富集培養

本次研究中，用于分離、篩選菌種的樣品取自西藏華泰龍礦業開發有限公司銅礦礦坑水，該廢水樣品特性見表2。

表2 礦坑水樣品特性/(g·L-1)Table 2 characteristics of the water ore samples

從表2 中可以看出，該水樣呈酸性，且重金屬銅、錳、鐵等重金屬含量較高，分別為0.79 g/L、0.051 g/L、0.25 g/L。

本研究采用9 K 培養基對采集的礦坑水樣進行菌種的富集培養。試驗所用的9 K 培養基的配方為：

溶液I：把3.0 g 的（NH4)2SO4、0.1 g 的KCl、0.5 g的K2HPO4、0.5 g的MgSO4·7H2O和0.01 g的Ca(NO3)2于700 mL 蒸餾水中，加入硫酸（5 mol/L）使pH 值調節為2.0。

溶液II：把44.2 g 的FeSO4·7H2O 溶于300 mL蒸餾水中，再加入1 mL濃度為5 mol/L的硫酸溶液。

溶液I 在0.1 MPa 下滅菌，溶液II 在0.05 MPa下滅菌，使用前把兩種滅過菌的溶液混合。9K 固體培養基配制時，需加入3%的瓊脂粉。

取90 mL 液體培養基于250 mL 錐形瓶中，吸取10 mL 采集的礦坑水樣接種到培養基中，調初始pH 值為2.0，在30℃、160 r/min 條件下，置于氣浴恒溫振蕩器（型號為ZD-85A）中振蕩培養，幾天后培養基的顏色由最初的淺綠色變為紅棕色。培養過程見圖3。經過反復轉移培養，借助培養基的高酸度、高Fe2+濃度的特殊環境，使得適于這一特殊環境生長的氧化亞鐵硫桿菌能得到大量生長繁殖，其他不嗜酸、不能耐受高鐵離子濃度的雜菌則被抑制甚至殺死淘汰。從該礦坑水中富集分離到氧化亞鐵硫桿菌。

2.1.2 菌株的形態

取0.2 mL 菌液接種于9 K 固體平板培養基上，在固體平板培養基上長出黃褐色、圓形菌落，挑取一個菌落在去離子水中攪拌，于光學顯微鏡下進行細菌形態觀察，發現該細菌菌體呈短桿狀，菌體直徑約為0.5 ～ 1 μ m ，長度約為2 ～ 3 μ m，能在培養液中緩慢游動，細菌革蘭氏染色陰性。細菌形態鏡下觀察見圖1。革蘭氏染色結果見圖2。

圖1 菌株形態鏡下觀察（放大倍數為1000）Fig.1 Microscopic observation of the strain’s morphology(The magnification was 1000)

圖 2 菌株的革蘭氏染色結果Fig .2 Gram staining results of the strain

2.1.3 菌株的活性研究

取10 mL、15 mL 和20 mL 采集的礦坑水樣，分別接種到90 mL、85 mL 和80 mL 的9K 液體培養基中（接種量分別為10%、15%、20%），調初始pH 值為2.0，在30℃、160 r/min 條件下，置于氣浴恒溫振蕩器（型號為ZD-85A）中振蕩培養，檢測溶液中Fe2+含量隨時間的變化，結果見圖3。

圖3不同初始接種量對細菌Fe2+氧化活性影響Fig .3Influenceof the bacteria’s Fe2+oxidativeactivityin the different initial inoculated doses

從圖3 中可以看出，初次接種細菌完全氧化Fe2+所用時間較長，初始接種量為20%時，細菌Fe2+氧化活性明顯較10%和15%時強，其完全氧化Fe2+所用時間為8 d。

初次接種培養，細菌的生長延滯期較長，需對其進行轉接活化培養。對細菌進行三次轉接活化培養后，在接種量為10%和20%的條件下，對其進行振蕩培養，以考察活化后細菌的活性，以及細菌接種量對細菌Fe2+氧化活性的影響，結果見圖4。

圖 4 活化后細菌接種量對細菌Fe2+氧化活性影響Fig .4 Influence of the bacteria’s Fe2+ oxidative activity in the activated bacteria inoculated doses

從圖4 中可以看出，活化后細菌對Fe2+的氧化速度明顯變快，細菌Fe2+氧化活性明顯增強。接種量為20%時，完全氧化Fe2+所用時間僅為26 h。

2.2 浸出試驗

2.2.1 試驗方法

對經破碎、篩分、縮分后的礦樣磨細至粒度為90% -0.045 mm，用于搖瓶體系中浸出試驗礦樣。稱取一定量經紫外線滅菌后的礦樣，接入滅菌后的0 K 培養基于三角瓶中，接入浸礦菌液，采用稀硫酸調節浸出液pH 值。在30℃、160 r/min 條件下，置于氣浴恒溫振蕩器（型號為ZD-85A）中振蕩浸出。定期取樣檢測銅離子的含量，取樣前先用去離子水補充蒸發的水分，每次取2 mL 浸出液放入離心管中，經16000 r/min（10 min）離心后取上層清液，測定其中銅離子的濃度。所有操作均在超凈工作臺中按無菌操作要求進行，所有器皿經高壓滅菌，瓶口蓋有8 層棉紗，每次取樣損失均用0 K 培養基補充。

2.2.2 礦漿濃度對銅浸出率的影響

在溫度30℃、轉速160r/min、pH 值為2.0、菌液接種量10%條件下，進行礦漿濃度分別為5%、10%、15%和20%的對比試驗，考察礦漿濃度對銅浸出率的影響。試驗結果見表3 和圖5。

表3 不同的礦漿濃度下銅浸出率Table 3 copper leaching rate in the different pulp density

圖 5 不同礦漿濃度下銅浸出率Fig .5 copper leaching recovery in the different pulp density

從表3 和圖5 可以看出，不同礦漿濃度條件下浸出規律基本相同，表明礦漿濃度低于20%時，濃度的差別對浸出影響較小；浸礦初期，銅的浸出速率較快，第11 d 浸出率已經達到70%左右，隨后浸出率趨于平緩。

2.2.3 初始pH 值對銅浸出率的影響

在溫度30 ℃、轉速160 r/min、礦漿濃度10%、菌液接種量10%條件下，進行初始pH 值分別為1.0、2.0 和3.0 的對比試驗，考察初始pH 值對銅浸出率的影響。試驗結果見表4 和圖6。

圖 6 不同初始pH 值下銅浸出率Fig .6 The copper leaching rate in the different initial pH value

表4 不同初始pH 值下銅浸出率Table 4 copper leaching rate in the different initial pH value

從表4 和圖6 可以看出，初始pH 值為2.0 時的浸出效果明顯優于pH 值為1.0 和3.0 的浸出效果；隨著浸出過程的進行，起初初始pH 為3.0 條件下的浸出率低于初始pH 值為2.0 條件下的浸出率，但當浸出進行到15d 以后，兩者浸出率基本相同，均達到71%左右。從圖16 中還可以看出，初始pH 值為1.0 時的浸出效果明顯差于其他兩者，在此條件下浸出22 d 時，浸出率即達到60.72%。

氧化亞鐵硫桿菌菌株在初始pH 值為2.0 時，氧化Fe2+的速度最快，pH 值升高或降低對菌種的活性均產生不利影響。因此，對該礦樣進行細菌浸出時，初始pH 值以2 ～ 3 之間為宜。

2.2.4 浸礦細菌的接入對銅浸出率的影響

在溫度30℃、轉速160 r/min、pH 值為2.0的條件下，進行浸礦細菌的接入（菌液接種量10%）與無菌條件的浸出進行對比試驗。試驗結果見表5 和圖7。

表5 有菌與無菌條件下銅的浸出率Table 5 copper leaching rate in the bacteria and asepsis

圖7 有菌與無菌條件下銅的浸出率Fig .7 copper leaching rate in the bacteria and asepsis

由表5 和圖7 可以看出，浸礦菌種的加入可明顯提高銅的浸出速率和浸出率；在浸礦菌液接種量為10%的條件下，浸出1 d 時，銅浸出率即為34.44%，較無菌條件下的浸出率高出17.83 個百分點，浸出15 d 時，浸出率達到最大值，即為72.15%；在無菌條件下，浸出22 d，銅浸出率達到62.62%，這表明礦樣中的含銅礦物中有一部分屬于氧化銅礦物。

3 結 語

（1）礦樣中的銅含量很低，僅為0.12%，礦樣中SiO2含量較高，高達69.12%；礦樣中含少量的K2O、MgO、Na2O、CaO 等耗酸成份。

（2）不同初始pH 值對銅浸出率的影響試驗結果表明，采用菌株對該礦樣進行細菌浸出時，初始pH 值以2 ～ 3 之間為宜。

（3）浸礦菌種的加入可明顯提高銅的浸出速率和浸出率，在浸礦菌液接種量為10%的條件下，浸出1 d 時，銅浸出率即為34.44%，浸出11 d 時，浸出率達到70.02%，此時較無菌條件下的浸出率高出17.46 個百分點。