甲瑪?shù)貐^(qū)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(yè)開發(fā)有限公司，西藏 拉薩 850000）

西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司所屬甲瑪?shù)貐^(qū)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(guī)的浮選流程進行有價金屬的回收既不合理也不經(jīng)濟，所以對該角巖礦應用微生物浸出達到經(jīng)濟合理的回收有價金屬。

1 礦石性質(zhì)

對西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司所屬甲瑪?shù)貐^(qū)角巖礦進行破碎混勻縮分及取樣化驗分析，其化驗結(jié)果見表1。

表1 礦樣多元素分析結(jié)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(yǎng)

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(yè)開發(fā)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(yǎng)基對采集的礦坑水樣進行菌種的富集培養(yǎng)。試驗所用的9 K 培養(yǎng)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(diào)節(jié)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(yǎng)基配制時，需加入3%的瓊脂粉。

取90 mL 液體培養(yǎng)基于250 mL 錐形瓶中，吸取10 mL 采集的礦坑水樣接種到培養(yǎng)基中，調(diào)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(yǎng)，幾天后培養(yǎng)基的顏色由最初的淺綠色變?yōu)榧t棕色。培養(yǎng)過程見圖3。經(jīng)過反復轉(zhuǎn)移培養(yǎng)，借助培養(yǎng)基的高酸度、高Fe2+濃度的特殊環(huán)境，使得適于這一特殊環(huán)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(tài)

取0.2 mL 菌液接種于9 K 固體平板培養(yǎng)基上，在固體平板培養(yǎng)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(tài)觀察，發(fā)現(xiàn)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(yǎng)液中緩慢游動，細菌革蘭氏染色陰性。細菌形態(tài)鏡下觀察見圖1。革蘭氏染色結(jié)果見圖2。

圖1 菌株形態(tài)鏡下觀察（放大倍數(shù)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(jié)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(yǎng)基中（接種量分別為10%、15%、20%），調(diào)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(yǎng)，檢測溶液中Fe2+含量隨時間的變化，結(jié)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(yǎng)，細菌的生長延滯期較長，需對其進行轉(zhuǎn)接活化培養(yǎng)。對細菌進行三次轉(zhuǎn)接活化培養(yǎng)后，在接種量為10%和20%的條件下，對其進行振蕩培養(yǎng)，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(jié)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(jīng)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(jīng)紫外線滅菌后的礦樣，接入滅菌后的0 K 培養(yǎng)基于三角瓶中，接入浸礦菌液，采用稀硫酸調(diào)節(jié)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(fā)的水分，每次取2 mL 浸出液放入離心管中，經(jīng)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(jīng)高壓滅菌，瓶口蓋有8 層棉紗，每次取樣損失均用0 K 培養(yǎng)基補充。

2.2.2 礦漿濃度對銅浸出率的影響

在溫度30℃、轉(zhuǎn)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(jié)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(guī)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(jīng)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(zhuǎn)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(jié)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(yōu)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(chǎn)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(zhuǎn)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(jié)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(jié) 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(jié)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。