甲玛地区角岩矿微生物浸出的试验研究

2020-09-03刘明实万选志刘子龙张金刚王立辉付勇逄军武达娃卓玛胡其旭柳晓蒙赵虎诚

矿产综合利用 2020年3期

刘明实，万选志，刘子龙，张金刚，王立辉，付勇，逄军武，达娃卓玛，胡其旭，柳晓蒙，赵虎诚

（中国黄金集团西藏华泰龙矿业开发有限公司，西藏拉萨 850000）

西藏华泰龙矿业开发有限公司所属甲玛地区角岩矿石中的金属矿物主要为辉铜矿、斑铜矿、黄铁矿以及少量的黄铜矿和毒砂，脉石矿物主要为石英、钠长石等硅酸盐矿物；矿石中的铜矿物呈微粒嵌布，颗粒尺寸约为0.01 ～ 0.001 mm，呈分散状充填于脉石矿物中，并且铜矿物的含量很低。该角岩矿用常规的浮选流程进行有价金属的回收既不合理也不经济，所以对该角岩矿应用微生物浸出达到经济合理的回收有价金属。

1 矿石性质

对西藏华泰龙矿业开发有限公司所属甲玛地区角岩矿进行破碎混匀缩分及取样化验分析，其化验结果见表1。

表1 矿样多元素分析结果/%Table 1 Multi-element analysis results of the ore samples

由表1 可以看出，矿样中的铜含量很低，仅为0.12%，矿样中SiO2含量较高，高达69.12%；矿样中还含少量的K2O、MgO、Na2O、CaO 等耗酸成份。

2 微生物浸出试验研究

2.1 浸矿菌株的特性研究

2.1.1 菌株的富集培养

本次研究中，用于分离、筛选菌种的样品取自西藏华泰龙矿业开发有限公司铜矿矿坑水，该废水样品特性见表2。

表2 矿坑水样品特性/(g·L-1)Table 2 characteristics of the water ore samples

从表2 中可以看出，该水样呈酸性，且重金属铜、锰、铁等重金属含量较高，分别为0.79 g/L、0.051 g/L、0.25 g/L。

本研究采用9 K 培养基对采集的矿坑水样进行菌种的富集培养。试验所用的9 K 培养基的配方为：

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 蒸馏水中，加入硫酸（5 mol/L）使pH 值调节为2.0。

溶液II：把44.2 g 的FeSO4·7H2O 溶于300 mL蒸馏水中，再加入1 mL浓度为5 mol/L的硫酸溶液。

溶液I 在0.1 MPa 下灭菌，溶液II 在0.05 MPa下灭菌，使用前把两种灭过菌的溶液混合。9K 固体培养基配制时，需加入3%的琼脂粉。

取90 mL 液体培养基于250 mL 锥形瓶中，吸取10 mL 采集的矿坑水样接种到培养基中，调初始pH 值为2.0，在30℃、160 r/min 条件下，置于气浴恒温振荡器（型号为ZD-85A）中振荡培养，几天后培养基的颜色由最初的浅绿色变为红棕色。培养过程见图3。经过反复转移培养，借助培养基的高酸度、高Fe2+浓度的特殊环境，使得适于这一特殊环境生长的氧化亚铁硫杆菌能得到大量生长繁殖，其他不嗜酸、不能耐受高铁离子浓度的杂菌则被抑制甚至杀死淘汰。从该矿坑水中富集分离到氧化亚铁硫杆菌。

2.1.2 菌株的形态

取0.2 mL 菌液接种于9 K 固体平板培养基上，在固体平板培养基上长出黄褐色、圆形菌落，挑取一个菌落在去离子水中搅拌，于光学显微镜下进行细菌形态观察，发现该细菌菌体呈短杆状，菌体直径约为0.5 ～ 1 μ m ，长度约为2 ～ 3 μ m，能在培养液中缓慢游动，细菌革兰氏染色阴性。细菌形态镜下观察见图1。革兰氏染色结果见图2。

图1 菌株形态镜下观察（放大倍数为1000）Fig.1 Microscopic observation of the strain’s morphology(The magnification was 1000)

图 2 菌株的革兰氏染色结果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 采集的矿坑水样，分别接种到90 mL、85 mL 和80 mL 的9K 液体培养基中（接种量分别为10%、15%、20%），调初始pH 值为2.0，在30℃、160 r/min 条件下，置于气浴恒温振荡器（型号为ZD-85A）中振荡培养，检测溶液中Fe2+含量随时间的变化，结果见图3。

图3不同初始接种量对细菌Fe2+氧化活性影响Fig .3Influenceof the bacteria’s Fe2+oxidativeactivityin the different initial inoculated doses

从图3 中可以看出，初次接种细菌完全氧化Fe2+所用时间较长，初始接种量为20%时，细菌Fe2+氧化活性明显较10%和15%时强，其完全氧化Fe2+所用时间为8 d。

初次接种培养，细菌的生长延滞期较长，需对其进行转接活化培养。对细菌进行三次转接活化培养后，在接种量为10%和20%的条件下，对其进行振荡培养，以考察活化后细菌的活性，以及细菌接种量对细菌Fe2+氧化活性的影响，结果见图4。

图 4 活化后细菌接种量对细菌Fe2+氧化活性影响Fig .4 Influence of the bacteria’s Fe2+ oxidative activity in the activated bacteria inoculated doses

从图4 中可以看出，活化后细菌对Fe2+的氧化速度明显变快，细菌Fe2+氧化活性明显增强。接种量为20%时，完全氧化Fe2+所用时间仅为26 h。

2.2 浸出试验

2.2.1 试验方法

对经破碎、筛分、缩分后的矿样磨细至粒度为90% -0.045 mm，用于摇瓶体系中浸出试验矿样。称取一定量经紫外线灭菌后的矿样，接入灭菌后的0 K 培养基于三角瓶中，接入浸矿菌液，采用稀硫酸调节浸出液pH 值。在30℃、160 r/min 条件下，置于气浴恒温振荡器（型号为ZD-85A）中振荡浸出。定期取样检测铜离子的含量，取样前先用去离子水补充蒸发的水分，每次取2 mL 浸出液放入离心管中，经16000 r/min（10 min）离心后取上层清液，测定其中铜离子的浓度。所有操作均在超净工作台中按无菌操作要求进行，所有器皿经高压灭菌，瓶口盖有8 层棉纱，每次取样损失均用0 K 培养基补充。

2.2.2 矿浆浓度对铜浸出率的影响

在温度30℃、转速160r/min、pH 值为2.0、菌液接种量10%条件下，进行矿浆浓度分别为5%、10%、15%和20%的对比试验，考察矿浆浓度对铜浸出率的影响。试验结果见表3 和图5。

表3 不同的矿浆浓度下铜浸出率Table 3 copper leaching rate in the different pulp density

图 5 不同矿浆浓度下铜浸出率Fig .5 copper leaching recovery in the different pulp density

从表3 和图5 可以看出，不同矿浆浓度条件下浸出规律基本相同，表明矿浆浓度低于20%时，浓度的差别对浸出影响较小；浸矿初期，铜的浸出速率较快，第11 d 浸出率已经达到70%左右，随后浸出率趋于平缓。

2.2.3 初始pH 值对铜浸出率的影响

在温度30 ℃、转速160 r/min、矿浆浓度10%、菌液接种量10%条件下，进行初始pH 值分别为1.0、2.0 和3.0 的对比试验，考察初始pH 值对铜浸出率的影响。试验结果见表4 和图6。

图 6 不同初始pH 值下铜浸出率Fig .6 The copper leaching rate in the different initial pH value

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

从表4 和图6 可以看出，初始pH 值为2.0 时的浸出效果明显优于pH 值为1.0 和3.0 的浸出效果；随着浸出过程的进行，起初初始pH 为3.0 条件下的浸出率低于初始pH 值为2.0 条件下的浸出率，但当浸出进行到15d 以后，两者浸出率基本相同，均达到71%左右。从图16 中还可以看出，初始pH 值为1.0 时的浸出效果明显差于其他两者，在此条件下浸出22 d 时，浸出率即达到60.72%。

氧化亚铁硫杆菌菌株在初始pH 值为2.0 时，氧化Fe2+的速度最快，pH 值升高或降低对菌种的活性均产生不利影响。因此，对该矿样进行细菌浸出时，初始pH 值以2 ～ 3 之间为宜。

2.2.4 浸矿细菌的接入对铜浸出率的影响

在温度30℃、转速160 r/min、pH 值为2.0的条件下，进行浸矿细菌的接入（菌液接种量10%）与无菌条件的浸出进行对比试验。试验结果见表5 和图7。

表5 有菌与无菌条件下铜的浸出率Table 5 copper leaching rate in the bacteria and asepsis

图7 有菌与无菌条件下铜的浸出率Fig .7 copper leaching rate in the bacteria and asepsis

由表5 和图7 可以看出，浸矿菌种的加入可明显提高铜的浸出速率和浸出率；在浸矿菌液接种量为10%的条件下，浸出1 d 时，铜浸出率即为34.44%，较无菌条件下的浸出率高出17.83 个百分点，浸出15 d 时，浸出率达到最大值，即为72.15%；在无菌条件下，浸出22 d，铜浸出率达到62.62%，这表明矿样中的含铜矿物中有一部分属于氧化铜矿物。