冶金廢渣中浸礦菌種的篩選及其生長特性分析

王小國，梁紅艷

（三門峽職業技術學院，河南 三門峽 472000）

傳統的直接氰化浸金技術,具有經濟效益好、工藝成熟和礦石適應性強等優點,同時也存在對難處理金礦石浸出速度慢、處理效果差、廢渣中殘留氰化物等劇毒物質和少量金、銀等諸多缺點。即造成了資源浪費，也造成了環境污染，與當今冶金工業規模不斷擴大,簡單、易選金礦石日漸枯竭,社會環保意識的日益增強的現狀也不適應。目前很多國家、冶煉企業采用焙燒法或加壓氧化法對低品位難處金礦石預處理后再行氰化浸金的方法，取得比較好的效果。但是焙燒過程易對環境造成嚴重污染，加壓氧化因需高壓設備和防腐材料 ,投資過大，加重了企業負擔。

微生物浸金是一種細菌作用與濕法冶金相結合的新工藝,屬于生物技術和冶金技術的交叉領域 。微生物浸金技術在國內外已有廣泛應用 ,已從處理金精礦、金礦石發展到處理含金廢石、廢料和從尾礦中回收金 。但多是先對各類金精礦、金礦石、含金廢石、尾礦進行細菌氧化預處理，再行氰化提金，關于黃金冶煉后廢渣中細菌氧化和復提工藝的研究鮮見報道。本研究以某黃金冶煉廠冶金廢渣為原料，從中篩選適宜的浸礦菌種，并對其浸出工藝進行初步探討，以期為黃金冶煉后礦渣中殘留金的再提取提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

（1）含金礦渣：采自靈寶某黃金冶煉廠。

（2）培養基：

改良的9K液體培養基 ，其組成如下:(NH4)2SO43g、K2HPO40.5g、KCl 0.1g、Ca(NO3)20.01g、FeSO4·7H2O 23g、MgSO4·7H2O 0.5g、蒸餾水1000ml、pH 2.0。121℃滅菌15min備用。

改良的9K固體培養基，培養基由A、B、C三部分組成:

A 液 :(NH4)2SO43g、K2HPO40.5g、KCl 0.1g、Ca(NO3)20.01g、MgSO4·7H2O 0.5g、蒸 餾 水500ml、pH 2.0，12l℃ 滅 菌20min；

B液:FeSO4·7H2O 33g，蒸餾水300mL，pH2.0，用孔徑為0.22μm的細菌過濾膜過濾滅菌;

C液:瓊脂糖10g，蒸餾水200mL，12l℃滅菌20min。

A液、B液、C液分開滅菌后，冷卻到60℃時把A液、C液和B液混合均勻，倒入滅菌培養皿中，每個平皿中倒入10-15mL，凝固后備用。

1.2 試驗方法

（1）浸礦菌種的富集、純化

先稱取10g礦渣樣品，并將其溶入取90mL無菌水之中，充分振蕩，使微生物菌體從礦渣顆粒表面分離，之后吸取10mL樣品溶液接種到改良的9K液體培養基中，調初始pH為2.0左右，置于30℃、200r/min條件下振蕩培養。待培養液的顏色呈現棕紅色，且出現沉淀時，取富集培養后的菌液進行梯度稀釋，無菌水作對照，采用涂布分離法用改良的9K固體培養基對稀釋菌液進行固體平板分離，每個稀釋度做三次重復，30℃培養至固體平板上出現菌落。依據氧化亞鐵硫桿菌菌落特征（黃褐色，圓形,中部突起，質地硬，難挑起），選擇長勢較好的單菌落用平板劃線法進一步的純化，純化后的菌株進行初步鑒定（革蘭氏染色和顯微觀察），并轉至液體培養基增殖。

（2）浸礦菌株的亞鐵氧化活性的測定

分別吸取純化后菌液10mL至90ml 9K液體培養基中，在30℃、200r/min的條件下培養，定期觀察培養液的顏色變化（定性分析各菌株亞鐵氧化活性）并測定細菌濃度（梯度稀釋和涂布分離）。

（3）浸礦菌株的生長特性試驗

影響浸礦菌株亞鐵氧化活性的因子（初始接種量、初始pH、溫度）試驗中，初始接種量設定2%、5%、10%三個梯度、初始pH設定l.3、1.5、1.8、2.0、2.5五個梯度、初始溫度設定20℃、30℃、37℃三個梯度，200r/min，30℃（除溫度試驗外）振蕩培養，培養液的Fe2+濃度用重鉻酸鉀法測定 ，

2 結果與分析

2.1 冶金廢渣成分分析

適合微生物冶金的菌種有很多，多數都是化能自養型微生物，且礦石或礦渣成分對浸礦菌種的浸礦能力有重要的影響，為了找到適合含金礦渣的浸礦菌種，本試驗首先對采集的冶金廢渣的主要化學成分進行了分析，結果見表1。

表 1 含金礦渣化學成分分析結果

由表1可知，該冶金廢渣中Au 與砷關系不密切，而金與黃鐵礦的關系非常密切，即礦渣中Au主要存在于黃鐵礦的包裹體中；礦渣中Fe和S兩種元素含量較為豐富，因此理論上以Fe和S為生物能源物質的化能自養菌（eg：氧化亞鐵硫桿菌（T. f )、氧化硫硫桿菌、氧化鐵螺旋菌、某些真菌[1-5]）都可以作為本試驗的浸礦菌種。據相關文獻介紹[6]與其它菌種相比但是氧化亞鐵硫桿菌作為浸礦菌種處理低品位礦石的能力較強，同時考慮實際的試驗條件限制，本研究主要對氧化亞鐵硫桿菌的進行分離、純化并對其礦渣浸出工藝進行初步探討。

2.2 浸礦菌種的分離和純化和初步鑒定

浸礦菌種經富集培養和平板涂布、平板劃線分離純化后，篩選4個出長勢較好、直徑約1-1.5mm的黃褐色單菌落分別命名為JK1、JK2、JK3、JK4，分別進行顯微形態和革蘭氏染色鑒定，均為革蘭氏陰性桿菌。

2.3 浸礦菌種亞鐵氧化活性定性分析

表2 不同氧化亞鐵硫桿菌菌株的亞鐵氧化活性

由表2可以看出，分離純化的四種菌株，在培養過程中均能使培養液出現不同程度的顏色變化（由于Fe2+被氧化為Fe3+），其中以JK3菌液顏色最深，呈現深棕紅色，且其培養液中的菌體數量最大，達到5.1×107。上述結果表明冶金廢渣中分離的四株浸礦菌種均具有一定的氧化Fe2+為Fe3+的能力，其中以JK3菌株亞鐵氧化活性最強。

2.4 JK3菌株生長特性分析

（1）接種量對JK3菌株Fe2+氧化速度影響。

接種量的多少決定了培養基中的起始細菌濃度，一般來說，細菌的起始濃度越高，細菌生長進入穩定期所用的時間會越短。本次試驗選用了2%、5%、10%三個接種濃度，對培養液中Fe2+氧化速度的影響結果見圖1。

圖1 不同接種量對JK3菌株氧化活性的影響

可見隨著接種量的加大，培養液中Fe2+氧化速度加快，當10%接種濃度體系中的Fe2+被氧化40%時，5%、2%接種濃度體系中的Fe2+氧化率分別只有25.3%、20.2%。說明適當加大JK3菌株的初始接種量，提高培養液中起始細菌濃度，可以加快Fe2+氧化速度，使培養體系的細菌濃度提前達到最大值。

圖2 不同溫度條件對JK3菌株氧化活性的影響

（2）溫度對細菌Fe2+氧化速度的影響。

20℃、30℃、37℃三個溫度梯度下JK3菌株對Fe2+的氧化速度的影響結果（如圖2），JK3菌株在30℃時氧化Fe2+的速度最快，培養48h，Fe2+氧化率超過70%；而在20℃時，同樣時間只能氧化49.5%的Fe2+；在37℃下Fe2+的氧化速度更慢，48h只有20%左右的氧化率。

上述結果表明環境溫度對JK3菌株的Fe2+氧化活性影響較大。在適宜的溫度范圍內，隨著溫度的提高，代謝活動加強，對底物的氧化速度加快，但超過最適溫度后，就會引起菌體內原生質變性以及酶結構的受損。

（3） 初始pH對細菌Fe2+氧化速度的影響。

環境中的pH對微生物的生命活動有重要的影響。每種微生物都有其最適宜的pH值和一定的pH適應范圍，氧化亞鐵硫桿菌是嗜酸微生物，有報道認為此種細菌的最適pH值為1.6-2.4，pH適應范圍1.0-6.0。本次試驗設定了30℃、200r/min的培養條件下，l.3、1.5、1.8、2.0、2.5五個起始pH值梯度對JK3菌株Fe2+氧化性能的影響，結果見圖3：

圖3 初始pH對JK3菌株氧化活性的影響

JK3菌株在起始pH值為1.8的環境中具有最快的Fe2+氧化速度。在起始pH值為2.0、2.5兩個體系中，細菌的Fe2+氧化速度隨pH值升高而降低;在起始pH值為1.5、1.3兩種體系中，細菌的Fe2+氧化速度隨pH值的降低而降低。表明JK3菌株對環境的pH值變化很敏感，如果環境中的[H+]濃度超出細菌的適應范圍，細菌的生長活性和Fe2+氧化能力就會受到抑制。

3 結論與討論

本研究以靈寶某黃金冶煉廠冶金廢渣為原料，依據廢渣中各種元素及化合物的組成特點，用改良的9K培養基作為營養基質，篩選出了4個具有較好Fe2+氧化能力的菌株（JK1、JK2、JK3、JK4），初步鑒定為氧化亞鐵硫桿菌。定性分析表明4個菌株的Fe2+氧化活性存在差異，其中以JK3菌株的Fe2+氧化能力最高。此外，還發現初始接種量、溫度、pH值對JK3菌株的Fe2+氧化活性均存在不同程度影響。總體來看，在溫度、pH值適宜的前提下，對含金廢渣進行浸出浸礦時，適當加大初始接種量，可以加快Fe2+氧化速度。