專利名稱：氧化錳礦中有價(jià)金屬的微生物氧化還原耦合浸出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物冶金選礦技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化錳礦中有價(jià)金屬的微生物氧化-還原耦合浸出方法。
背景技術(shù)：
軟錳礦，特別是低品位的軟錳礦，是我國目前錳礦資源的主要組成。我國素有北鐵南錳的錳鐵礦分布特征，但隨著南方中、高品位錳礦資源的逐步消耗，科研人員和礦山企業(yè)已將眼光轉(zhuǎn)向北方的含量豐富的低品位錳礦。但北方低品位的錳礦具有雜質(zhì)較多，錳含量低等缺點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的物理化學(xué)浸出工藝并不適用于北方錳礦的開采。微生物冶金由于具有浸出率高、能耗低、工藝簡單和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，特別是對(duì)一些低品位的珍稀礦藏，能夠達(dá)到傳統(tǒng)物理化學(xué)工藝無法企及的浸出率，一直是研究者和各國政府關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然微生物浸出方法具有高效穩(wěn)定的浸出率，但常用的微生物浸礦菌株均為化能自養(yǎng)微生物，其生長緩慢，數(shù)量低，一般多用于浸出金、鈾等貴重金屬或作為污泥重金屬淋濾、尾礦、廢礦的處理所用，不適和用于工業(yè)上浸出低品位的錳礦。并且傳統(tǒng)的化能自養(yǎng)微生物的生長會(huì)被體系中的有機(jī)物抑制，無法利用添加有機(jī)物的方法提高菌株的生長速度。因此，急需從微生物菌株等方面進(jìn)行相關(guān)的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氧化錳礦中有價(jià)金屬的微生物氧化_還原耦合浸出方法，即利用兼性異養(yǎng)微生物脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株進(jìn)行低品位軟錳礦的浸出，可適用于低品位錳礦的提取，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明的脂環(huán)酸芽孢桿菌BM于2010年12月22日保藏于北京市朝陽區(qū)北辰西路 1號(hào)院的中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏號(hào)CGMCC NO. 4500，分類名為脂環(huán)酸芽孢桿菌 Alicyclobacillus ferriphillum。本發(fā)明的浸出方法，所采用的浸礦微生物是保藏號(hào)為CGMCC NO. 4500的脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株。浸礦所用的培養(yǎng)基中含有亞鐵離子。所用的培養(yǎng)基可以是BAM培養(yǎng)基，或其他能夠滿足脂環(huán)酸芽孢桿菌BM生長的培養(yǎng)基。為了更好的利用資源，培養(yǎng)基中的亞鐵離子可以由黃鐵礦提供。本發(fā)明的浸出方法包括菌株的擴(kuò)大培養(yǎng)，菌株的馴化和浸出步驟，其中菌株的馴化是使脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株適應(yīng)黃鐵礦和氧化錳礦。本發(fā)明利用一種浸礦菌株脂環(huán)酸芽孢桿菌(AliCyClobaCilluS)BM菌株來進(jìn)行氧化錳礦中有價(jià)金屬的浸出。這種微生物不僅可以固定二氧化碳作為碳源，氧化亞鐵離子獲得能量，也可以利用有機(jī)物實(shí)現(xiàn)快速，大量的增殖。從而能夠提高浸礦的速率和浸礦的效果，相比傳統(tǒng)的化能自養(yǎng)微生物，本發(fā)明中的菌株具有生長快、總生物量高的優(yōu)點(diǎn)，且生長不受浸出中后期累積的有機(jī)物的抑制，從而顯著地提高了浸出的效率，使得低品位錳礦的微生物浸出技術(shù)有了實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明闡述了利用兼性異養(yǎng)嗜酸微生物從軟錳礦(主要成份二氧化錳)中浸出一水硫酸錳的發(fā)明。浸礦菌株脂環(huán)酸芽孢桿菌(AlicycIobacillus)BM具有氧化亞鐵離子成為鐵離子獲得能量，并固定空氣中的二氧化碳作為碳源進(jìn)行生長的能力。同時(shí)，該菌株還可以利用有機(jī)物進(jìn)行快速大量的增殖，在浸出過程后期，隨著細(xì)菌的死亡，有機(jī)物質(zhì)的積累不會(huì)像采用自養(yǎng)微生物浸礦一樣，對(duì)其生長造成抑制。本發(fā)明利用該菌這一特點(diǎn)，將一定量的有機(jī)營養(yǎng)加入到浸出體系中，使得菌株通過主要消耗有機(jī)營養(yǎng)迅速達(dá)到一個(gè)理想的生物數(shù)量。當(dāng)有機(jī)營養(yǎng)消耗殆盡后，微生物轉(zhuǎn)而氧化黃鐵礦(主要成份FeS2，其中含亞鐵含量為 14%左右)中的亞鐵離子為高鐵離子獲得能量(黃鐵礦具有酸不溶性)，由此游離出來的還原態(tài)S對(duì)軟錳礦中的錳進(jìn)行親核攻擊，成為電子供體，將軟錳礦中的正四價(jià)錳還原為二價(jià)錳，還原態(tài)S被氧化為S單質(zhì)或亞硫酸根，并被高鐵離子進(jìn)一步氧化為硫酸根，從而形成硫酸錳浸出。高鐵離子被重新還原為亞鐵離子，為微生物的生長提供能量，同時(shí)亞鐵離子也可以直接還原軟錳礦中的四價(jià)錳為二價(jià)錳離子浸出。由于黃鐵礦石和軟錳礦石中的雜質(zhì)會(huì)對(duì)微生物的生長產(chǎn)生影響，因此需要先對(duì)微生物進(jìn)行馴化，在培養(yǎng)微生物逐步適應(yīng)最佳浸礦條件的濃度后，運(yùn)用微生物育種方法，將微生物連續(xù)傳代，最終獲得具有很好的適應(yīng)性馴化菌株。本發(fā)明所用到的脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株的形態(tài)、理化參數(shù)如下1、脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株的形態(tài)特征脂環(huán)酸芽孢桿菌Alicyclobacillus ferriphillum BM菌株為桿狀，其菌體長約 0. 9-1. 5 μ m,菌體寬度為0. 3-0. 5 μ m。染色結(jié)果顯示為革蘭氏陽性菌，其芽孢端生，為橢圓形，不膨大。菌體不具有莢膜，具有端生的鞭毛。2、培養(yǎng)條件脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌在普通培養(yǎng)基上即可生長，當(dāng)在細(xì)菌完全瓊脂培養(yǎng)基上 30°C培養(yǎng)24小時(shí)，菌落呈光滑型，表面光澤，淺黃色不透明，邊緣整齊，直徑l_2mm。在 BAM+4%七水硫酸亞鐵液體培養(yǎng)基上培養(yǎng)時(shí)會(huì)混濁生長，形成菌膜，無沉淀現(xiàn)象。脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌的生長溫度范圍為25 35°C，通過細(xì)胞計(jì)數(shù)檢測，發(fā)現(xiàn)在30°C，細(xì)胞傳代繁殖時(shí)間最短，是該菌的最佳生長溫度。另外，脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌培養(yǎng)是在好氧條件下進(jìn)行培養(yǎng)基的pH范圍為1. 5-5， 即該菌在酸性條件下生長繁殖，pH為3. 0是其最適的生長條件。在細(xì)菌完全培養(yǎng)基上培養(yǎng)產(chǎn)生黃色色素；在含鐵培養(yǎng)基中產(chǎn)生紅色色素。下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的浸出方法進(jìn)行描述實(shí)施例1 利用黃鐵礦作為硫酸亞鐵的提供物一、浸礦菌種的馴化(1)浸礦菌的擴(kuò)大培養(yǎng)將脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株接種到培養(yǎng)基中，在25 35°C下培養(yǎng)，至OD6tltl達(dá)到 0. 8-1. 0時(shí)停止培養(yǎng)，得到BM菌株的擴(kuò)大培養(yǎng)液；所述的培養(yǎng)基為BAM培養(yǎng)基。為了增加培養(yǎng)基碳源，并使BM菌株適應(yīng)較高濃度的亞鐵離子溶液，在BAM培養(yǎng)基中添加了質(zhì)量百分濃度為0. 5 %至1 %的葡萄糖和質(zhì)量為 4 20%的硫酸亞鐵；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH至1. 5至5。培養(yǎng)采用搖瓶培養(yǎng)，轉(zhuǎn)速為IOOrpm至 180rpm,培養(yǎng)溫度為25至35°C。(2)浸礦菌的馴化a.馴化種子液中細(xì)菌適應(yīng)黃鐵礦以BAM培養(yǎng)液為基礎(chǔ)，加入0.5%的葡萄糖，再按質(zhì)量比1 100至1 20加入黃鐵礦粉(含亞鐵30%)，用ION的硫酸調(diào)節(jié)溶液pH 1.5 3，然后將步驟1中得到的擴(kuò)大培養(yǎng)液按體積比1 10加入到添加有低濃度黃鐵礦的BAM培養(yǎng)液中，在25 35°C搖養(yǎng)，至培養(yǎng)液的0D_為0. 8 1. 0時(shí)，按體積比1 10的比例轉(zhuǎn)入下一個(gè)添加有高濃度黃鐵礦的BAM培養(yǎng)液中培養(yǎng)，按黃鐵礦添加濃度由高到低進(jìn)行至少5個(gè)梯次的培養(yǎng)；當(dāng)細(xì)菌在含有 5%黃鐵礦的培養(yǎng)基中生長到OD6tltl = 0.8 1.0之后，再次以1 10的比例轉(zhuǎn)接到含5% 黃鐵礦的BM培養(yǎng)基中，進(jìn)行連續(xù)傳代，連續(xù)傳代不少于30次后獲得馴化好的適應(yīng)黃鐵礦的細(xì)菌培養(yǎng)液。b.馴化細(xì)菌適應(yīng)軟錳礦以上一步馴化好適應(yīng)黃鐵礦的細(xì)菌培養(yǎng)液，以1 10的比例加入到含5%黃鐵礦、不同比例軟錳礦粉和0. 5%葡萄糖的BAM培養(yǎng)基中，軟錳礦粉的質(zhì)量終濃度范圍為1 25%，按軟錳礦粉濃度遞增的方式來對(duì)細(xì)菌進(jìn)行馴化，馴化梯度不少于6次，每個(gè)階段以 OD6tltl達(dá)到0.8 1.0為準(zhǔn)，以1 10的比例轉(zhuǎn)接到下一個(gè)濃度梯度；當(dāng)細(xì)菌在含有25%軟錳礦粉的培養(yǎng)基中生長到0D_ = 0.8 1.0之后，再次以1 10的比例轉(zhuǎn)接到含5%黃鐵礦、25%軟錳礦粉的BAM培養(yǎng)基中，進(jìn)行連續(xù)傳代，連續(xù)傳代不少于30次后獲得馴化好的適應(yīng)軟錳礦的細(xì)菌培養(yǎng)液；二、軟錳礦的浸出操作(1)浸出種子液的制備在BAM培養(yǎng)液中，加入質(zhì)量比為3 5 %的黃鐵礦，再加入15 25%的軟錳礦，使得黃鐵礦與軟錳礦的比例為1 5，用ION的硫酸調(diào)節(jié)pH為1. 5 3，以1 10的比例加入步驟C中的細(xì)菌培養(yǎng)液，在25 35°C，180rpm的條件下，培養(yǎng)OD6tltl至0. 8 1. 0作為浸出種子液。(2)接種在BAM培養(yǎng)基中加入黃鐵礦粉和軟錳礦粉，軟錳礦粉(氧化錳礦粉)與培養(yǎng)基的質(zhì)量比分別為5 100到10 100或10 100到20 100，并使得黃鐵礦與軟錳礦的比例為2 1，再加入的農(nóng)副產(chǎn)品如米糠、麥麩等作為有機(jī)碳源，用ION的硫酸調(diào)節(jié)pH到 1.5 3制成浸出培養(yǎng)液，再以上面步驟中制備的浸出種子液，以1 10的比例加入到浸出培養(yǎng)液中。3、浸出浸出操作可采用池浸，堆浸和耐酸發(fā)酵罐進(jìn)行浸出反應(yīng)，在IOL浸出體系中加入 Ikg軟錳礦和200g黃鐵礦，IOOml廢糖蜜，溫度控制在25 35°C，在浸出過程中，以每分鐘 1 IOml的速度向體系中通入空氣或以每分鐘50rpm的速度進(jìn)行攪拌，監(jiān)測浸出體系中的 PH變化，體系pH值會(huì)經(jīng)歷一個(gè)先上升然后下降的過程，當(dāng)其pH降到2左右時(shí)，視為完成浸
出ο
在完成浸出后，通過原子火焰吸收分光光度法對(duì)浸出液中的金屬離子進(jìn)行檢測， 結(jié)果如下浸出時(shí)間為1天，浸出率為錳離子97.7%，鎂離子76.3%，鋁離子63.5%，鈣離子62. 9%，鎳離子95. 8%。本發(fā)明的浸出效果不但好于現(xiàn)有技術(shù)，并且對(duì)環(huán)境也沒有造成污染。上述結(jié)果表明，本發(fā)明應(yīng)用脂環(huán)酸芽孢桿菌BM進(jìn)行氧化錳礦中有價(jià)金屬的浸出效果明顯，具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種氧化錳礦中有價(jià)金屬的微生物氧化還原耦合浸出方法，其特征在于，所采用的浸礦微生物是保藏號(hào)為CGMCC4500的脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株。
2.如權(quán)利要求1所述的浸出方法，其特征在于上述的脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株的培養(yǎng)基中添加有含有亞鐵離子組分中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求2所述的浸出方法，其特征在于上述的培養(yǎng)基中含亞鐵離子的組分為黃鐵礦。
4.如權(quán)利要求2所述的浸出方法，其特征在于上述的培養(yǎng)基中添加了有機(jī)碳源。
5.如權(quán)利要求4所述的浸出方法，其特征在于上述的有機(jī)碳源為米糠、麥麩或廢糖蜜。
6.如權(quán)利要求2所述的浸出方法，其特征在于上述的培養(yǎng)基為BAM培養(yǎng)基。
7.如權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的浸出方法，其特征在于上述的培養(yǎng)基的pH值為 1. 5-3。
8.如權(quán)利要求1所述的浸出方法，其特征在于上述的脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株對(duì)氧化錳礦的浸出包括有菌株的擴(kuò)大培養(yǎng)，菌株的馴化和浸出步驟，其中菌株的馴化是使脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株適應(yīng)黃鐵礦和氧化錳礦。
9.如權(quán)利要求8所述的浸出方法，其特征在于上述的脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株浸出反應(yīng)的溫度為25 35°C。
10.如權(quán)利要求9所述的浸出方法，其特征在于上述的浸出步驟中氧化錳礦粉在培養(yǎng)基中的質(zhì)量比為15 25%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化錳礦中有價(jià)金屬的微生物氧化還原耦合浸出方法，其特征在于，所采用的浸礦微生物是保藏號(hào)為CGMCC4500的脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株；且脂環(huán)酸芽孢桿菌BM菌株的培養(yǎng)基中添加有亞鐵離子。本發(fā)明利用一種浸礦菌株脂環(huán)酸芽孢桿菌(Alicyclobacillus)BM來進(jìn)行氧化錳礦中有價(jià)金屬的浸出。這種微生物不僅可以利用二氧化碳作為碳源，利用氧化亞鐵離子獲得能量，也可以利用有機(jī)物實(shí)現(xiàn)快速，大量的增殖。從而能夠提高浸礦的速率和浸礦的效果，克服了化能自養(yǎng)微生物生長緩慢，數(shù)量低的缺陷，使生物浸礦也能應(yīng)用于工業(yè)上浸出低品位的錳礦。
文檔編號(hào)C22B3/18GK102162029SQ201110024759
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者張小霞, 溫丹, 鄭承綱, 韓一凡, 黃志勇 申請(qǐng)人:天津工業(yè)生物技術(shù)研究所, 河北恒基錳業(yè)有限公司