一种基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法，属于生物技术领域。本发明专利技术包括将纯培养的铁氧化菌种和硫氧化菌种细胞接种至黄铜矿复合培养基，进行生物浸出黄铜矿，浸出中期补加适量的亚铁和铁离子，补充由于黄钾铁矾生成导致的铁氧化剂匮乏，并为铁氧化菌种补充能源底物；同时调控恒定pH并补加适量的单质硫，改善硫代谢的同时，增强了酸度，抑制黄钾铁矾的生成；并按适当比例逐步加入纯培养过程收集的铁氧化菌种和硫氧化菌种的细胞，改善生物浸出过程的微生物的生长，优化微生物群落结构，以及铁和硫代谢活跃度，进而改善浸出微环境。该方法操作简单、对设备要求低，适于类似生物浸出过程的大规模推广应用。

A method for enhancing the leaching of chalcopyrite based on microbial growth and chemical regulation

The invention discloses a method for enhancing the leaching of chalcopyrite based on microbial growth and chemical regulation, which belongs to the field of biotechnology. The present invention includes a pure culture of iron oxidizing bacteria and sulfur oxidizing bacteria were inoculated to the culture medium of chalcopyrite compound, the bioleaching of chalcopyrite leaching medium supplemented with ferrous and ferric ions, due to lack of iron oxidizing agent of jarosite formation caused by energy substrate and iron oxide species; at the same time control the constant pH and adding sulfur amount, improve the sulfur metabolism and enhance the acidity, inhibit the formation of jarosite; and the appropriate proportion of gradually adding pure culture of iron oxidizing bacteria and sulfur oxidizing bacteria collecting cells, improve the bioleaching process of microbial growth, microbial community structure and optimization. Iron and sulfur metabolism activity, thereby improving the leaching of micro environment. This method is easy to operate and has low requirements for equipment. It is suitable for large-scale popularization and application of bioleaching process.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法
本专利技术涉及一种基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法，属于生物

技术介绍
相比于传统高温冶炼方式，生物浸出提炼低品位矿物中的金属离子具有基础建设投入少、操作简单、运行成本低等优势，已成为提炼废弃矿石金属资源的绿色工艺技术。以铜金属为例，其储量最丰富的黄铜矿通常偏低，常规高温冶炼的高成本，难以实现其经济价值。然而其成分复杂、晶体结构致密，在生物浸出过程也存在浸出周期长、效率偏低等问题，因此，开发新的提高黄铜矿浸出效率的工艺也是势在必行。生物浸出是微生物和矿物相互反应的生化过程，其主要功能微生物为铁氧化菌种和硫氧化菌种。在黄铜矿的浸出中，铁氧化菌种可氧化浸出体系中的亚铁，产生铁离子，作为氧化剂攻击黄铜矿，释放亚铁离子和铜离子。硫氧化菌种可氧化黄铜矿物中的还原态硫，生成氢离子，氢离子则会继续氧化黄铜矿生成铜离子，释放到溶液中。因此，浸出过程该类微生物的生长非常重要。而由于黄铜矿浸出过程，化学参数的不断波动，使得铁氧化和硫化菌种的比例在整个浸出过程中也不断演替。如何更好的平衡在不同阶段的铁氧化和硫化菌种的微生物比例，使其在浸出过程发挥最大的效能，则需要根据浸出过程微生物的生长和化学参数的变化，借助外源手段干预调控该类功能微生物的浸出进程。因此，进一步探索基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法，从提升铁氧化和硫氧化菌的微生物效能方面着手，对于改善生物浸出过程的微生物的生长以及铁和硫代谢活跃度，最终提升黄铜矿浸出效率具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法，该方法操作简单、效果明显，适于大规模推广应用。本专利技术的第一个目的是提供一种基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法，所述方法是将铁氧化菌种和硫氧化菌种细胞接种至黄铜矿复合培养基中，进行生物浸出黄铜矿，浸出中期补加适量的亚铁和铁离子；同时调控恒定pH并补加适量的单质硫；并按适当比例逐步加入铁氧化菌种和硫氧化菌种的细胞。在本专利技术的一种实施方式中，所述黄铜矿复合培养基是在9K基础培养基和Starkey基础培养基混合培养基中添加2～4％(w/v)贫黄铜矿。在本专利技术的一种实施方式中，所述9K基础培养基和Starkey基础培养基混合培养基是由9K基础培养基和Starkey基础培养基按照1:2～2:1的比例混合而成。在本专利技术的一种实施方式中，所述生物浸出黄铜矿的培养条件为pH为1.0～3.0，培养温度为28～35℃，转速为150～200rpm，浸出时间为30～50天。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法中铁氧化菌种和硫氧化菌种接种后初始菌体浓度均在2～3×107个/mL。在本专利技术的一种实施方式中，所述浸出中期开始补加适量的亚铁和铁离子是指浸出中期按照0.5～1.5g/L加入亚铁离子和按照0.5～1.5g/L加入铁离子。在本专利技术的一种实施方式中，所述同时调控恒定pH并补加适量的单质硫，是指浸出中期控制浸出体系酸度维持在恒定pH0.5～1，并补加0.5～1.5g/L单质硫。在本专利技术的一种实施方式中，所述按适当比例逐步加入铁氧化菌种和硫氧化菌种的细胞是指从浸出中期开始，铁氧化菌种与硫氧化菌种的细胞按照1:1～2的比例混合，每隔1～3天脉冲式加入混合后的铁氧化菌种和硫氧化菌种的细胞，直至浸出结束。在本专利技术的一种实施方式中，所述铁氧化菌种的细胞是指将铁氧化菌种培养在9K培养基中，培养结束后先低速离心除去大部分未利用完全的铁矾沉淀，获得的上清液采用高速离心收集细胞，再使用新鲜9K基础培养基将细胞重新悬浮，振荡，采用低速离心除去残余的铁矾沉淀，将获得的上清液采用高速离心收集得到不含铁矾的细胞，用于后续接种。在本专利技术的一种实施方式中，所述硫氧化菌种的细胞是指将硫氧化菌种培养在Starkey培养基中，培养结束后先低速离心除去大部分未利用完全的单质硫沉淀，获得的上清液采用高速离心收集细胞，再使用新鲜Starkey基础培养基将细胞重新悬浮，振荡，采用低速离心除去残余的单质硫沉淀，将获得的上清液采用高速离心收集得到不含硫渣的细胞，用于后续接种。在本专利技术的一种实施方式中，所述低速离心是指2000rpm；所述高速离心是指8000rpm。在本专利技术的一种实施方式中，所述铁氧化菌种为氧化亚铁硫杆菌CUMT-1，硫氧化菌种为氧化硫硫杆菌ZJJN；氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferroxidans)CUMT-1为中国矿业大学赠予，相关文章发表于工业微生物，2011，41(4)，“嗜酸氧化亚铁硫杆菌的高效培养及浸出黄铜矿初探”；氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillusthiooxidans)ZJJN筛选于工业生物堆浸硫化矿的浸出液，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCNO：M2012104。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法具体是：将铁氧化菌种和硫氧化菌种细胞接种至9K基础培养基和Starkey基础培养基按照1:1混合后加入2％(w/v)贫黄铜矿的黄铜矿复合培养基中，进行生物浸出黄铜矿，浸出中期按照1.0g/L加入亚铁离子和按照1.0g/L加入铁离子。；同时将pH控制为0.7，并补加1.0g/L的单质硫；并每隔2天脉冲式加入按1:2比例混合的铁氧化菌种和硫氧化菌种的细胞，直至浸出结束。本专利技术的第二个目的是提供所述方法在黄铜矿浸出中的应用。本专利技术的有益效果：本专利技术采用典型浸矿微生物，氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌浸出黄铜矿。针对浸出中后期的黄钾铁矾钝化导致的氧化剂铁离子的损失，采用补加适量亚铁和三价铁离子的策略促进铁的代谢的同时增强铁氧化菌种-氧化亚铁硫杆菌的微生物生长。针对中后期的黄钾铁矾和硫膜形成会阻碍硫代谢，从而抑制浸出的现象，通过pH-stat/S°调节加强硫氧化菌种对硫的氧化利用，产生更多的氢离子也有助于溶解黄钾铁矾沉淀。针对营养逐渐贫瘠引起的功能微生物细胞浓度下滑现象，通过按适当的比例，逐步补加氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌细胞策略直接调控微生物群落结构，适度平衡微生物群落结构和促进微生物二次生长。通过以上的整合策略，维持了浸出过程生物和化学浸出性能之间更好的平衡，有效减弱了黄钾铁矾等钝化效应，改善了黄铜矿的生物浸出过程。本专利技术实现了通过调整浸出中后期的微生物的生长和化学状态，削弱黄钾铁矾钝化效应，更好地维持了微观生物学效应与铁/硫代谢的浸出效能权衡，改善了低品位黄铜矿的生物浸出过程。这种新颖的策略在类似生物浸出过程的商业化应用中可能具有巨大的潜力。专利技术人应用多株铁氧化菌种和硫氧化菌种进行试验，发现本专利技术方法具有普适性，以嗜酸硫杆菌属CCTCCM2012104、氧化硫硫杆菌ZJJN为硫氧化菌种时，采用本专利技术方法可将浸出效率提高30％以上。此外，本专利技术方法操作简单易行、对设备要求低，提升同类的生物浸出过程提供了一种新的技术方法。附图说明：图1是基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的工艺流程图。具体实施方式9K基础培养基成分：(NH4)2SO43.0g/L、K2HPO40.5g/L、MgSO4·7H2O0.5g/L、KCl0.1g/L、Ca(NO3)20.01g/L。Starkey基础培养基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法，其特征在于，所述方法是将铁氧化菌种和硫氧化菌种细胞接种至黄铜矿复合培养基中，进行生物浸出黄铜矿，浸出中期补加适量的亚铁和铁离子；同时调控恒定pH并补加适量的单质硫；并按适当比例逐步加入铁氧化菌种和硫氧化菌种的细胞。

【技术特征摘要】
1.一种基于微生物生长和化学调控增强黄铜矿浸出的方法，其特征在于，所述方法是将铁氧化菌种和硫氧化菌种细胞接种至黄铜矿复合培养基中，进行生物浸出黄铜矿，浸出中期补加适量的亚铁和铁离子；同时调控恒定pH并补加适量的单质硫；并按适当比例逐步加入铁氧化菌种和硫氧化菌种的细胞。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述黄铜矿复合培养基是在9K基础培养基和Starkey基础培养基混合培养基中添加2～4％(w/v)贫黄铜矿。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述9K基础培养基和Starkey基础培养基混合培养基是由9K基础培养基和Starkey基础培养基按照1:2～2:1的比例混合而成。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物浸出黄铜矿的培养条件为pH为1.0～3.0，培养温度为28～35℃，转速为150～200rpm，浸出时间为30～50天。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中铁氧化菌种和硫氧化菌种接种后初始菌体浓度均在2～3×107个/mL。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸出中期开始补加适量的亚铁和铁离...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯守帅，杨海麟，黄壮壮，尹宗伟，吕楚君，周锦，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32