用巨大芽孢杆菌浸出矿石中的金

李导远，李 解

(内蒙古科技大学 白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室，内蒙古 包头 014000)

氰化法是一种从矿石中回收金的重要方法[1]。在氰化物溶液中，金转化成稳定的金氰配合物，而且工艺简单，成本低[2]。但氰化法存在一些缺点，如浸出时间长，氰化物有剧毒等[3]。近年来，微生物冶金技术因对环境友好而逐渐成为一种重要的冶金工艺[4]。

自然界中存在可以产生氰化物的微生物[5]，其中巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)就是其中之一。这种细菌产生的氰化物作为次级代谢物，在早期固定阶段和在富含甘氨酸的培养基中大量出现[6-7]。巨大芽孢杆菌有以下特点：1)是一种巨型杆菌；2)在自然界中分布广泛，在不同环境中均有分布，对环境变化的耐性极高；3)是为数较少的可以产氰的革兰氏阳性菌，其细胞壁较厚，抗逆性强，遗传稳定性强，在生化反应过程中可以保持其原有的形态及性质不会受到太大影响，相较于紫色色杆菌、荧光假单胞菌、绿脓杆菌等产氰革兰氏阴性菌[8-10]在细胞壁厚度、抗逆性、适应环境能力方面有更大优势；4)生长在碱性环境中，而金的浸出环境也为碱性，这使细菌驯化更为容易[11]。因此，试验研究了以巨大芽孢杆菌从含金矿石中浸出金。

1 试验部分

1.1 试验材料与设备

巨大芽孢杆菌：取自北京北纳创联生物有限公司。

金矿石：取自山西繁峙金矿。

试剂：磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸铵、蔗糖、酵母粉、碳酸钙、甘氨酸，均为市售分析纯试剂。

水：蒸馏水。

试验设备：400目标准筛，电热干燥箱(101-4型)，超净工作台(CBV-1000A型)，电子天平(BS210S型)，高压蒸汽灭菌锅(SYQ-DSX-28型)，高速离心机(TGL型)，智能球磨机(RK/ZQMBM型)，恒温摇床(TS-100型)，原子吸收分光光度计(TAS-986型)。

1.2 原料预处理

试验所用金矿石颜色偏白，主要脉石矿物为方解石、石英，金质量分数5.74 g/t，铜含量较低。

矿石经破碎、研磨、筛选，得到400目以下矿石粉，用稀硝酸清洗去除碳酸钙、铁等杂质，同时进行初步杀菌。酸洗后用蒸馏水清洗，烘干。

巨大芽孢杆菌的冻干菌粉储存于4 ℃冻干管中。试验前，冻干管中注入酵母培养基，充分溶解后吸取菌悬液，打入平板中，涂布，待细菌成功活化后继续传代培养1～2代恢复细菌活力。

2 试验原理与方法

产氰微生物巨大芽孢杆菌可通过自身的代谢产出次级代谢产物氢氰酸。其生化反应为

矿石中的金与氢氰酸发生化学反应生成金氰配合物而转入溶液，从而实现金的浸出[12]。反应式为

产氰细菌产生的氰化物是一种次级代谢产物，其中甘氨酸是产氰细菌产氰的依赖物质。在有氧存在及甘氨酸作用下，巨大芽孢杆菌生成氰化物离子和非离解形式的氢氰酸。在生长后期及细胞死亡阶段，氢氰酸会转化为无毒的β-氰基丙氨酸。所产生的氰化物与矿石中的金发生配合反应，生成金的氰化配合物，将金浸出到溶液中[13-15]。

巨大芽孢杆菌的耐酸碱性都很强，在碱性条件下可以正常生长。试验在碱性条件下对细菌采用多因素交互方式进行多因素多周期驯化。试验共设4个参数：矿石粒度、矿石质量、甘氨酸用量及体系pH。

首先取198 mL含甘氨酸的液体酵母培养基加入到烧瓶中，然后加入2 mL已活化的巨大芽孢杆菌菌液。培养1 d后，巨大芽孢杆菌处于稳定期早期，用稀硫酸和氢氧化钾溶液调pH，加入一定质量不同粒度矿石粉。以8 d为1个周期，培养3个周期。每天取浸出液5 mL测定金质量浓度，并计算金浸出率。

溶液中金质量浓度采用原子吸收光谱法测定。

3 试验结果与讨论

3.1 矿石粒度对金浸出率的影响

分别向pH=10、甘氨酸质量浓度10 g/L的含有巨大芽孢杆菌的培养基中加入不同粒度矿石粉各2 g，按试验方法进行浸出，矿石粒度对金浸出率的影响试验结果如图1所示。

—■—第1天；—●—第8天；—▲—第16天；—▼—第24天。图1 矿石粒度对金浸出率的影响

由图1看出，随矿石粒度减小，金浸出率提高。矿石粒度在100～300目之间，金浸出率变化较明显：1)矿石颗粒越小，其表面与浸出剂接触面积越大，生化反应区域也越大，浸出效果较好；2)粒 度为300目以下时，更多被杂质包裹的金也裸露出来，得以与氰化物接触进行反应；3)粒度继续减小，金浸出率虽有提高，但矿石细磨工艺更复杂，成本更高。综合考虑，确定矿石粒度以200～300目之间为宜。

3.2 矿石质量对金浸出率的影响

分别向5组pH=10、甘氨酸质量浓度10 g/L的含有巨大芽孢杆菌的培养基中加入粒度为200～300目之间的矿石粉2～5 g，按试验方法进行浸出，矿石质量对金浸出率的影响试验结果如图2所示。

—■—第1天；—●—第8天；—▲—第16天；—▼—第24天。

由图2看出，在一定体系中，随矿石质量增加，金浸出率降低。巨大芽孢杆菌的产氰量有限，而且产出的氰化物不会完全用于金的浸出，也有一部分被矿石中的铁、银等其他杂质消耗；虽然矿石已经过酸洗处理，但仍会有少量杂质存在，矿石越多，杂质元素也就越多，使得金浸出率有所下降。综合考虑，确定矿石质量以2 g为宜，即固液体积质量比为2 g/200 mL。

3.3 甘氨酸用量对金浸出率的影响

分别向5组pH=10、含有巨大芽孢杆菌菌液及甘氨酸培养基中加入粒度200～300目之间矿石2 g，按试验方法进行浸出，甘氨酸用量对金浸出率的影响试验结果如图3所示。

—■—第1天；—●—第8天；—▲—第16天；—▼—第24天。图3 甘氨酸用量对金浸出率的影响

由图3看出：甘氨酸用量对金浸出率有较大影响，随甘氨酸用量增大，金浸出率升高；甘氨酸用量为2.4 g(12 g/L)时，金浸出率最高；之后，甘氨酸用量继续增加，会抑制金的浸出。甘氨酸是将巨大芽孢杆菌代谢产物进一步生化转化成氰化物的催化剂，用量过低，生成次级代谢产物效率也很低；用量过高，直接影响细菌的正常生长，在根本上削减了氰化物的产出，也使得金浸出率降低。综合考虑，确定甘氨酸质量浓度以12 g/L为宜。

3.4 体系pH对金浸出率的影响

分别向5组pH不同、甘氨酸质量浓度12 g/L的含有巨大芽孢杆菌的培养基中加入粒度为200～300目矿石2 g，按试验方法进行浸出，体系pH对金浸出率的影响结果如图4所示。

—■—第1天；—●—第8天；—▲—第16天；—▼—第24天。图4 体系pH对金浸出率的影响

由图4看出：体系pH对金浸出率有较大影响；随pH升高，金浸出率提高。浸出3周期(24 d)：体系pH=9.5时，金浸出率达最大，为91.47%；pH高于9.5，金浸出率下降。体系pH高于9.5，巨大芽孢杆菌的生长受到抑制，其产氰率有所降低，进而影响到金的浸出。

3.5 浸出时间对金浸出率的影响

向pH=9.5、甘氨酸质量浓度12 g/L的含有巨大芽孢杆菌培养液中加入粒度200～300目矿石2 g，按试验方法进行浸出，浸出时间对金浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 浸出时间对金浸出率的影响

由图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，金浸出率提升速度变缓；第3周期17～25 d，金浸出率基本稳定。在第1周期时，营养物质充足，细菌可以正常产出氰化物；第2周期时，随营养物质的消耗，细菌活性也开始下降甚至死亡，产氰量随之下降，金浸出率也随之下降；第3周期，细菌已全部裂解死亡，剩余的氰化物也随着与金的反应消耗殆尽，因此金浸出率趋于稳定，不再变化。

4 结论

用巨大芽孢杆菌浸出金是可行的，适宜条件下浸出24 d后，金浸出率趋于稳定，在90%以上。矿石粒度、矿石与培养基液体的配比、甘氨酸用量、体系pH、浸出时间对金浸出率都有影响。利用巨大芽孢杆菌浸出金，可降低成本、清洁生产，值得进一步研究和推广。