用巨大芽孢桿菌浸出礦石中的金

李導(dǎo)遠(yuǎn)，李 解

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 白云鄂博礦多金屬資源綜合利用重點實驗室，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

氰化法是一種從礦石中回收金的重要方法[1]。在氰化物溶液中，金轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的金氰配合物，而且工藝簡單，成本低[2]。但氰化法存在一些缺點，如浸出時間長，氰化物有劇毒等[3]。近年來，微生物冶金技術(shù)因?qū)Νh(huán)境友好而逐漸成為一種重要的冶金工藝[4]。

自然界中存在可以產(chǎn)生氰化物的微生物[5]，其中巨大芽孢桿菌(Bacillusmegaterium)就是其中之一。這種細(xì)菌產(chǎn)生的氰化物作為次級代謝物，在早期固定階段和在富含甘氨酸的培養(yǎng)基中大量出現(xiàn)[6-7]。巨大芽孢桿菌有以下特點：1)是一種巨型桿菌；2)在自然界中分布廣泛，在不同環(huán)境中均有分布，對環(huán)境變化的耐性極高；3)是為數(shù)較少的可以產(chǎn)氰的革蘭氏陽性菌，其細(xì)胞壁較厚，抗逆性強，遺傳穩(wěn)定性強，在生化反應(yīng)過程中可以保持其原有的形態(tài)及性質(zhì)不會受到太大影響，相較于紫色色桿菌、熒光假單胞菌、綠膿桿菌等產(chǎn)氰革蘭氏陰性菌[8-10]在細(xì)胞壁厚度、抗逆性、適應(yīng)環(huán)境能力方面有更大優(yōu)勢；4)生長在堿性環(huán)境中，而金的浸出環(huán)境也為堿性，這使細(xì)菌馴化更為容易[11]。因此，試驗研究了以巨大芽孢桿菌從含金礦石中浸出金。

1 試驗部分

1.1 試驗材料與設(shè)備

巨大芽孢桿菌：取自北京北納創(chuàng)聯(lián)生物有限公司。

金礦石：取自山西繁峙金礦。

試劑：磷酸二氫鉀、硫酸鎂、硫酸銨、蔗糖、酵母粉、碳酸鈣、甘氨酸，均為市售分析純試劑。

水：蒸餾水。

試驗設(shè)備：400目標(biāo)準(zhǔn)篩，電熱干燥箱(101-4型)，超凈工作臺(CBV-1000A型)，電子天平(BS210S型)，高壓蒸汽滅菌鍋(SYQ-DSX-28型)，高速離心機(TGL型)，智能球磨機(RK/ZQMBM型)，恒溫?fù)u床(TS-100型)，原子吸收分光光度計(TAS-986型)。

1.2 原料預(yù)處理

試驗所用金礦石顏色偏白，主要脈石礦物為方解石、石英，金質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.74 g/t，銅含量較低。

礦石經(jīng)破碎、研磨、篩選，得到400目以下礦石粉，用稀硝酸清洗去除碳酸鈣、鐵等雜質(zhì)，同時進行初步殺菌。酸洗后用蒸餾水清洗，烘干。

巨大芽孢桿菌的凍干菌粉儲存于4 ℃凍干管中。試驗前，凍干管中注入酵母培養(yǎng)基，充分溶解后吸取菌懸液，打入平板中，涂布，待細(xì)菌成功活化后繼續(xù)傳代培養(yǎng)1～2代恢復(fù)細(xì)菌活力。

2 試驗原理與方法

產(chǎn)氰微生物巨大芽孢桿菌可通過自身的代謝產(chǎn)出次級代謝產(chǎn)物氫氰酸。其生化反應(yīng)為

礦石中的金與氫氰酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成金氰配合物而轉(zhuǎn)入溶液，從而實現(xiàn)金的浸出[12]。反應(yīng)式為

產(chǎn)氰細(xì)菌產(chǎn)生的氰化物是一種次級代謝產(chǎn)物，其中甘氨酸是產(chǎn)氰細(xì)菌產(chǎn)氰的依賴物質(zhì)。在有氧存在及甘氨酸作用下，巨大芽孢桿菌生成氰化物離子和非離解形式的氫氰酸。在生長后期及細(xì)胞死亡階段，氫氰酸會轉(zhuǎn)化為無毒的β-氰基丙氨酸。所產(chǎn)生的氰化物與礦石中的金發(fā)生配合反應(yīng)，生成金的氰化配合物，將金浸出到溶液中[13-15]。

巨大芽孢桿菌的耐酸堿性都很強，在堿性條件下可以正常生長。試驗在堿性條件下對細(xì)菌采用多因素交互方式進行多因素多周期馴化。試驗共設(shè)4個參數(shù)：礦石粒度、礦石質(zhì)量、甘氨酸用量及體系pH。

首先取198 mL含甘氨酸的液體酵母培養(yǎng)基加入到燒瓶中，然后加入2 mL已活化的巨大芽孢桿菌菌液。培養(yǎng)1 d后，巨大芽孢桿菌處于穩(wěn)定期早期，用稀硫酸和氫氧化鉀溶液調(diào)pH，加入一定質(zhì)量不同粒度礦石粉。以8 d為1個周期，培養(yǎng)3個周期。每天取浸出液5 mL測定金質(zhì)量濃度，并計算金浸出率。

溶液中金質(zhì)量濃度采用原子吸收光譜法測定。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 礦石粒度對金浸出率的影響

分別向pH=10、甘氨酸質(zhì)量濃度10 g/L的含有巨大芽孢桿菌的培養(yǎng)基中加入不同粒度礦石粉各2 g，按試驗方法進行浸出，礦石粒度對金浸出率的影響試驗結(jié)果如圖1所示。

—■—第1天；—●—第8天；—▲—第16天；—▼—第24天。圖1 礦石粒度對金浸出率的影響

由圖1看出，隨礦石粒度減小，金浸出率提高。礦石粒度在100～300目之間，金浸出率變化較明顯：1)礦石顆粒越小，其表面與浸出劑接觸面積越大，生化反應(yīng)區(qū)域也越大，浸出效果較好；2)粒 度為300目以下時，更多被雜質(zhì)包裹的金也裸露出來，得以與氰化物接觸進行反應(yīng)；3)粒度繼續(xù)減小，金浸出率雖有提高，但礦石細(xì)磨工藝更復(fù)雜，成本更高。綜合考慮，確定礦石粒度以200～300目之間為宜。

3.2 礦石質(zhì)量對金浸出率的影響

分別向5組pH=10、甘氨酸質(zhì)量濃度10 g/L的含有巨大芽孢桿菌的培養(yǎng)基中加入粒度為200～300目之間的礦石粉2～5 g，按試驗方法進行浸出，礦石質(zhì)量對金浸出率的影響試驗結(jié)果如圖2所示。

—■—第1天；—●—第8天；—▲—第16天；—▼—第24天。

由圖2看出，在一定體系中，隨礦石質(zhì)量增加，金浸出率降低。巨大芽孢桿菌的產(chǎn)氰量有限，而且產(chǎn)出的氰化物不會完全用于金的浸出，也有一部分被礦石中的鐵、銀等其他雜質(zhì)消耗；雖然礦石已經(jīng)過酸洗處理，但仍會有少量雜質(zhì)存在，礦石越多，雜質(zhì)元素也就越多，使得金浸出率有所下降。綜合考慮，確定礦石質(zhì)量以2 g為宜，即固液體積質(zhì)量比為2 g/200 mL。

3.3 甘氨酸用量對金浸出率的影響

分別向5組pH=10、含有巨大芽孢桿菌菌液及甘氨酸培養(yǎng)基中加入粒度200～300目之間礦石2 g，按試驗方法進行浸出，甘氨酸用量對金浸出率的影響試驗結(jié)果如圖3所示。

—■—第1天；—●—第8天；—▲—第16天；—▼—第24天。圖3 甘氨酸用量對金浸出率的影響

由圖3看出：甘氨酸用量對金浸出率有較大影響，隨甘氨酸用量增大，金浸出率升高；甘氨酸用量為2.4 g(12 g/L)時，金浸出率最高；之后，甘氨酸用量繼續(xù)增加，會抑制金的浸出。甘氨酸是將巨大芽孢桿菌代謝產(chǎn)物進一步生化轉(zhuǎn)化成氰化物的催化劑，用量過低，生成次級代謝產(chǎn)物效率也很低；用量過高，直接影響細(xì)菌的正常生長，在根本上削減了氰化物的產(chǎn)出，也使得金浸出率降低。綜合考慮，確定甘氨酸質(zhì)量濃度以12 g/L為宜。

3.4 體系pH對金浸出率的影響

分別向5組pH不同、甘氨酸質(zhì)量濃度12 g/L的含有巨大芽孢桿菌的培養(yǎng)基中加入粒度為200～300目礦石2 g，按試驗方法進行浸出，體系pH對金浸出率的影響結(jié)果如圖4所示。

—■—第1天；—●—第8天；—▲—第16天；—▼—第24天。圖4 體系pH對金浸出率的影響

由圖4看出：體系pH對金浸出率有較大影響；隨pH升高，金浸出率提高。浸出3周期(24 d)：體系pH=9.5時，金浸出率達(dá)最大，為91.47%；pH高于9.5，金浸出率下降。體系pH高于9.5，巨大芽孢桿菌的生長受到抑制，其產(chǎn)氰率有所降低，進而影響到金的浸出。

3.5 浸出時間對金浸出率的影響

向pH=9.5、甘氨酸質(zhì)量濃度12 g/L的含有巨大芽孢桿菌培養(yǎng)液中加入粒度200～300目礦石2 g，按試驗方法進行浸出，浸出時間對金浸出率的影響試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 浸出時間對金浸出率的影響

由圖5看出：浸出第1周期0～8 d，金浸出十分迅速；第2周期8 ～16 d，金浸出率提升速度變緩；第3周期17～25 d，金浸出率基本穩(wěn)定。在第1周期時，營養(yǎng)物質(zhì)充足，細(xì)菌可以正常產(chǎn)出氰化物；第2周期時，隨營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，細(xì)菌活性也開始下降甚至死亡，產(chǎn)氰量隨之下降，金浸出率也隨之下降；第3周期，細(xì)菌已全部裂解死亡，剩余的氰化物也隨著與金的反應(yīng)消耗殆盡，因此金浸出率趨于穩(wěn)定，不再變化。

4 結(jié)論

用巨大芽孢桿菌浸出金是可行的，適宜條件下浸出24 d后，金浸出率趨于穩(wěn)定，在90%以上。礦石粒度、礦石與培養(yǎng)基液體的配比、甘氨酸用量、體系pH、浸出時間對金浸出率都有影響。利用巨大芽孢桿菌浸出金，可降低成本、清潔生產(chǎn)，值得進一步研究和推廣。