本发明专利技术公开了一种生物浸出过程中矿物表面胞外多聚物的提取方法，生物浸矿停止后，通过澄清或低速离心方法收集矿渣，加入无菌水和玻璃珠振荡，收集上清液；将上清液于１００００ｒ／ｍｉｎ下离心，弃沉淀物；在矿渣中加入无菌水，置于７５℃水浴，冷却后离心，收集上清液，并与前述收集得到的上清液合并，即得到矿物表面的胞外多聚物溶液。本发明专利技术结合玻璃珠振荡和７５℃高温水浴，能够较全面地收集生物浸矿矿物表面的胞外多聚物，而且能有效避免因微生物裂解而影响胞外多聚物的产量。
【技术实现步骤摘要】
本方法涉及一种用于，属 生物冶金领域。
技术介绍
微生物冶金是指利用以矿物为营养基质的微生物将矿物氧化分解，从而使 金属离子进入溶液，通过进一步分离、纯化、浓縮而提取金属的高新技术。自20世纪50年代以来，微生物冶金工艺已在全球50多个国家和地区得到了应用 和发展，对矿山开发低品位、复杂、难选矿石和二次资源起到了积极的作用。 其中铜矿资源的生物冶金工艺得到了较大的发展，目前全球仍在运行的生物浸 出铜硫化矿的工厂大概有30多家，他们每年的铜产量占全球总铜量的20%以上， 在美国甚至超过了 30%。目前生物冶金工艺处理的铜矿以氧化矿和次生硫化矿为 主，其中次生硫化矿中辉铜矿是主要的浸出采用矿石。智利的Cerro Colrado 矿山以处理辉铜矿为主，每年生产约为60000吨阴极铜。中国紫金山铜业公司 的生物堆浸工艺以处理低品位次生硫化矿和氧化矿为主，每年生产约为30000 吨阴极铜。原生硫化矿(黄铜矿)相对次生硫化矿具有更高的晶格能，采用常规的生 物冶金方法在生物浸出前期能较好地浸出金属离子，但是到后期由于矿物表面 钝化膜的形成导致浸出反应缓慢，最终的金属离子浸出率较低。文献报道，黄 铜矿的生物浸出过程中，浸矿微生物通过形成胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances,以下简称EPS)吸附到矿物表面，EPS容易结合溶液中的 三价铁离子，在矿物表面形成一个氧化空间，不断地腐蚀矿物，从而溶解出有 价金属离子。随着反应的进行，溶液中的无机盐离子会化学生成黄钾铁钒和黄 胺铁钒等沉淀物质，聚集在矿物的表面；同时，硫化矿生物浸出的过程中易产 生单质硫，紧密地结合在胞外多聚物上。因此，胞外多聚物、黄钾铁钒、黄胺铁 钒、单质硫以及部分难溶的浸出副产物共同组成了矿物的钝化膜。而胞外多聚 物是介导这层钝化膜的主要物质。据推测，这层钝化膜极大地阻碍了吸附微生 物吸取溶液中的营养物质和氧气，同时使得矿物表面分解的金属离子无法到达 溶液中。因此当矿物表面的钝化膜量达到一定程度时，有价金属的浸出速率极 为缓慢， 一般认为生物浸出已经达到末期。胞外多聚物是微生物生长过程中分泌到矿物表面的多种化学物质的总结， 它包括有机酸、糖类和蛋白质等成分，在扫描电镜和原子力显微镜帮助下能明 显地观察到其存在。国外己经有多名学者致力于废水处理过程中胞外多聚物的 研究，而生物冶金学者研究较少，目前有关生物冶金领域的胞外多聚物的报道 主要集中在其提取纯化和成分分析上，而对其功能应用的研究较少。实验中发 现，胞外多聚物的含量与溶液中的游离微生物成一定的比例关系，在生物浸出 前期有助于矿物的生物浸出，然而在生物浸出后期，胞外多聚物的大量存在是 钝化现象的一个因素。通过分析黄铜矿生物浸出过程中的胞外多聚物的成分和 含量，结合其他常规浸出参数的分析，将能较为清晰的分析该类化合物在生物 浸出过程中的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简便有效地提取生物浸矿过程中矿物表面的胞 外多聚物的方法。本专利技术的技术方案为生物浸矿停止后，通过澄清或低速离心方法收集矿 渣，加入无菌水和玻璃珠振荡，每振荡8-12分钟后离心收集一次上清液，并对 上清液进行镜检，直到上清液在光学显微镜下检测不到微生物，停止振荡，收 集上清液；将上述步骤中的所有上清液合并，于10000r/min下离心5分钟，弃 沉淀物；在矿渣中加入无菌水，置于75'C水浴锅中30分钟，冷却后于3000r/min 离心2-4分钟，收集上清液，并与前述收集得到的上清液合并，即得到矿物表 面的胞外多聚物溶液。在生物浸出过程中，浸矿微生物通过分泌胞外多聚物结合到矿物表面，这 种结合的作用力主要是疏水作用力和静电作用力。该作用力较为微弱，在强烈 的外界剪切力、摩擦力或者高温作用下，胞外多聚物较易从矿物表面脱落。然 而，吸附微生物在外界作用力下尤其是高温下容易裂解，从而分泌胞内物质影 响胞外多聚物的含量。通过不断研究发现，浸矿吸附微生物在玻璃珠振荡下恰 好能从矿物表面脱落下来，但不至于破裂，同时带走一部分极易溶解的胞外多 聚物。而剩余的与矿物表面结合较为紧密的胞外多聚物，则通过高温水浴能够 破坏结合键，从而释放到溶液中来。本专利技术结合玻璃珠振荡和75'C高温水浴，能够较全面地收集矿物表面的胞 外多聚物，并且能有效去除矿物表面吸附的微生物，避免了因为微生物裂解而 影响胞外多聚物的产量。具体实施方式 实施例采用浸矿微生物浸出铜硫化矿末期，即大部分的铜离子被浸出到溶液中后， 停止生物浸出反应，将生物浸出液澄清一个小时，然后倒掉上清液，收集矿渣。称取4份矿渣分别置于50ml的离心管A、 B、 C、 D中，每份4克矿渣，3000r/min 离心2分钟，倒掉上清液，离心管中的矿渣即为提取胞外多聚物的原料。往离心管中加入10ml的无菌水和1克直径为0. 5mm的无菌玻璃珠，于漩涡 混合器(0—l術/min)上振荡10分钟。然后3000r/min离心1分钟，倒出上 清液，并于光学显微镜下镜检上清液细胞浓度。继续往离心管中的矿渣里加入 10ml无菌水，于漩涡混合器上振荡、离心、倒出上清液并镜检。重复以上步骤， 直到倒出的上清液中在光学显微镜下看不到微生物。收集上述步骤中的所有上清液，于10000r/min下离心5分钟，此时微生物 都沉淀在管底。收集上清液至无菌试管I。在离心管中的矿渣加入30ml的无菌水，将离心管置于75'C水浴锅中30分 钟，拿出来待冷却后，于3000r/min离心2分钟，收集上清液至中无菌试管II 。合并无菌试管I中和无菌试管II的上清液，即得到矿物表面的胞外多聚物对比实施例用传统的化学法、物理法提取矿渣中的胞外多聚物，提取结果与实施例结 果进行比较分析。1. 高速离心法即往离心管B中加入20ml无菌水，充分混合之后于12000 r/min离心机上离心30分钟，收集上清液；往矿渣中继续加入20ml无菌水，重 复上述步骤3次。收集所有上清液用于检测KDO和胞外多聚物含量。2. 高温热解法即往离心管C中加入20ml无菌水，充分混合之后置于75 。C水浴锅中l个小时，然后于3000 r/min离心机上离心2分钟，收集上清液， 用于检测KDO和胞外多聚物含量。3. 化学法往离心管D中加入20ml无菌水，然后添加10mMTris-HC1 (pH 7) ， 10—3 mM 3-(N，N-二甲基十二烷基铵)丙烷磺酸盐和1 mM EGTA，将离心管 D置于4'C冰箱中反应12小时，期间不断地振荡。将反应产物于3000 r/min离 心机上离心2分钟，收集上清液。然后将上清液过滤，通过0. 2 u m的滤膜去除 残渣。将过滤液收集，并用于检测KDO和胞外多聚物的含量。结果分析采用高效液相色谱的方法检测试管中2-酮基-3-脱氧辛酮酸铵盐 2-keto-3-deoxyoctonate (KDO)的含量，如果KDO的含量每克矿渣中低于 0.04-0.08 mg/g)，则认为溶液中胞外多聚物的产量没有受到细胞裂解的影响。 通过气质联用色谱方法进一步测定试管上清液中的蛋白质、脂类物质、总糖以 及各种单糖的含量，从而得出每克矿渣表面含有的胞外多聚物的种类和含量。 实施例和三个对比例的结果分析见表1。表本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物浸出过程中矿物表面胞外多聚物的提取方法，生物浸矿停止后，通过澄清或低速离心方法收集矿渣，加入无菌水和玻璃珠振荡，每振荡８－１２分钟后离心收集一次上清液，并对上清液进行镜检，直到上清液在光学显微镜下检测不到微生物，停止振荡，收集上清液；将上述步骤中的所有上清液合并，于１００００ｒ／ｍｉｎ下离心５分钟，弃沉淀物；在矿渣中加入无菌水，置于７５℃水浴锅中３０分钟，冷却后于３０００ｒ／ｍｉｎ离心２－４分钟，收集上清液，并与前述收集得到的上清液合并，即得到矿物表面的胞外多聚物溶液。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱冠周，曾伟民，周洪波，刘学端，徐竞，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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