生物冶金技术的研究现状及发展趋势

低品位矿产资源的开发利用制约着全球绿色可持续发展,生物冶金技术是实现矿物加工和有色金属冶金领域绿色可持续发展的前沿性技术,同时在矿山重金属污染场地原位修复中发挥重要作用。综述了生物冶金技术的基本概念、微生物生理特征和作用机制,以及生物冶金在硫化铜矿浸出、难处理金矿氧化预处理、铀矿浸提、稀土提取等方面的应用和研究现状,提出未来应针对高效浸出微生物选育、生物浸出界面作用机制、高效节能装置和工程化技术等方面开展研究,并进一步拓展生物冶金技术研究及应用领域。

辉铜矿化学-生物溶解机制及浸出动力学进展

辉铜矿是最具生物冶金工业利用价值的含铜矿物之一,然而,其生物浸出效率仍有较大提升空间。为了更好地揭示辉铜矿的生物浸出过程,对辉铜矿化学-生物溶解机制和浸出动力学相关研究进展进行综述。系统阐述辉铜矿的晶体结构,总结辉铜矿的化学溶解机制、电化学溶解机制和生物溶解机制,讨论辉铜矿的浸出动力学以及不同浸出参数对辉铜矿浸出的影响,总结辉铜矿生物冶金在工业应用中存在的问题。尽管如此,辉铜矿生物浸出的精细过程和浸出机制仍有待进一步研究。未来可采用同步辐射等多种新型研究方法在化学-生物多学科交叉基础上探明次生硫化铜矿的精细氧化溶解机制,为辉铜矿高效环保提铜奠定基础。

不同比例黄铁矿对嗜酸微生物-辉锑矿相互作用的影响研究

针对辉锑矿(Sb_2S_3)的嗜酸微生物溶解过程,研究不同比例黄铁矿(FeS_2)对嗜酸微生物-辉锑矿相互作用的影响。结果表明,微生物群落门水平丰度最高的为变形菌门(Proteobacteria),是主要的锑耐受菌;属水平丰度最高的为嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus),是酸性矿山环境的代表性优势属。SEM-EDS结果表明,微生物作用体系中,Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1和1∶2时,矿物残渣表面发现较多腐蚀坑及细微颗粒,且Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1时矿物界面反应更强。XRD和XPS结果表明,FeS_2促进了嗜酸微生物对Sb_2S_3的氧化分解及硫的氧化。Tafel极化曲线和交流阻抗结果表明,Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1时微生物作用体系腐蚀电流密度最大,电荷转移阻抗最小。结果对理解锑矿区锑的迁移转化和环境归趋,进一步促进锑污染治理技术的发展具有重要意义。

嗜酸氧化亚铁硫杆菌作用下含黄铁矿废石的生物溶解和动力学

使用生物淋洗处理黄铁矿废石,从源头上缓解其产生酸性矿山废水(AMD)的风险。生物淋洗结果显示,在嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)的作用下,40天内可以从黄铁矿废石中去除近82%的铁和硫。动力学研究结果表明,废石中黄铁矿的去除主要受化学反应和内扩散控制。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的结果表明,在A.ferrooxidans细菌介导下,生物源黄钾铁矾能够钝化废石中残余的黄铁矿。对渣样进行二次生物浸出,试验发现溶液pH没有明显下降,且仅有8 mg/L和160mg/L的铁从两个黄铁矿废石渣样中溶出,表明渣样的酸和铁释放能力得到削弱。

《微生物学实验》教学改革与探索

《微生物学实验》是我系本科生接触的第一门专业实验课,因此实验课开设的框架对后续实验课有很大的影响。此次教学改革目的是增强学生安全意识;培养学生独立操作仪器设备的能力;培养学生具有扎实的专业实验基础;培养学生的创新意识、提高学生的综合能力。此次改革的成果可以辐射其他实验课教学。

黄色黏球菌/铜绿假单胞菌-离子型稀土矿相互作用比较研究

以稀土矿区环境中常见的黄色黏球菌和铜绿假单胞菌为对象,比较研究这两种细菌及其发酵液与离子型稀土矿相互作用过程中的溶液行为;利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和傅里叶红外光谱等手段分析作用前后细胞和矿物相的形态、结构、稀土元素分布和官能团变化。结果表明,黄色黏球菌、铜绿假单胞菌对稀土矿物作用过程具有一定差异性,在溶浸稀土矿过程中,铜绿假单胞菌直接作用体系相比发酵液间接作用体系溶浸稀土离子效果更好,而黄色黏球菌直接作用体系弱于发酵液间接作用体系。此外,稀土矿物的存在可以促进黄色黏球菌脂质和蛋白组分的分泌,抑制其多糖组分的分泌,而对铜绿假单胞菌,稀土矿物的存在对脂质和蛋白组分分泌影响较小,但促进了多糖组分的分泌。

生物浸出过程中微生物协同作用机制的研究进展

在生物浸出过程中,不同类型的浸矿微生物相互影响、相互促进,提高各自的代谢活动,从而提高金属浸出率。综述浸矿微生物协同作用的类型铁氧化菌与硫氧化菌、自养菌与异养菌、吸附菌与游离菌以及常温菌与高温菌的协同作用以及它们之间的作用机制,并分析协同作用的研究思路及生物浸出过程中矿物的溶解途径,重点介绍协同作用的研究方法和关键代谢产物及其作用。

混合高温菌浸出黄铜矿及浸出过程中微生物群落的演替

研究3株极端嗜热古菌(金属硫叶菌,Sulfolobus metallicus JCM9184;瑟杜生金属球菌,Metallosphaera sedula JCM9185和万座酸菌,Acidianus manzaensis YN25)在不同起始pH值和不同温度条件下对黄铜矿的混合浸出,并对浸矿过程中混合菌群落的动态演替进行分析。结果表明:在起始pH1.5时的铜浸出率明显高于在起始pH2.5时的铜浸出率,而65℃条件下的铜浸出率高于75℃时的铜浸出率。利用限制性长度多态性(RFLP)分析65℃、起始pH1.5条件下的微生物群落演替,结果显示:在黄铜矿的浸出前期Sulfolobus metallicus是占据优势的菌种,而到后期Acidianus manzaensis的比例则会上升,并最后取代Sulfolobus metallicus成为优势种。

嗜酸热异养菌TC-2的分离鉴定及其对微生物浸矿的影响

从云南腾冲酸性热泉分离出一株嗜酸热异养菌TC-2。该菌呈长杆状,细胞大小为(2.0～5.0)μm×(0.3～0.5)μm,革兰氏染色反应为阴性,能形成芽孢。该菌生长温度范围为45～70℃,最适生长温度为55℃,适宜生长的pH值为1.5～4.0,最适宜生长的pH值为2.5,该菌能利用多种有机物生长。16SrDNA序列分析显示其与Alicyclobacillus sendaiensis的16SrDNA相似性大于99%。该菌自身没有浸矿作用,但对Acidianus manzaensis、Sulfolobus metallicus和Metallosphaera sedula等高温浸矿菌的浸矿有一定促进作用。

难处理含硫金精矿生物预氧化方法的强化工艺

难处理含硫金精矿的生物预氧化方法前景广阔,但是由于生物预氧化反应速度慢、氧化周期长等因素的存在,严重影响该法在实际应用中的推广。因此,研究生物预氧化技术的强化方法已成为推动该技术发展的关键因素。为达到强化目的,总结了3个方面的强化策略:首先,分析了微生物群落的组成优化,通过组合氧化能力更强的微生物群落来达到强化目的;其次,控制溶液的化学条件,以保证微生物的代谢和功能发挥;最后,对预氧化工艺进行改进,构建更高效的生化反应条件。通过这些方法,难处理含硫金精矿生物预氧化效果可望得到有效强化。

嗜酸微生物生态学与矿物生物浸出技术

综述了嗜酸微生物存在的环境、生态结构和微生物多样性,以及温度、氧对嗜酸微生物的影响.总结了嗜酸微生物群落间存在竞争、捕食、共生、合作等相互作用关系,这对理解矿物的生物浸出具有重要意义.目前对嗜酸微生物生态学的理解主要基于传统的纯菌培养分离技术,但是分子生物学技术的发展提供了更科学的研究手段,将纯菌培养分离技术和分子生物学技术相结合是研究嗜酸微生物生态的有效方法.认为理解嗜酸微生物生态学规律,将有利于开发新的微生物矿物加工技术,我国有必要加强浸矿微生物生态学的研究.

含银固体废弃物催化黄铜矿微生物浸出研究

以含银固体废弃物为催化剂,采用氧化亚铁钩端螺旋菌浸出黄铜矿,分析了浸出液中铜离子浓度、体系氧化还原电位及浸出渣的物相变化。结果表明,未添加含银固体废弃物体系中,黄铜矿中铜浸出率仅为30%,而添加含银固体废弃物的体系中,铜浸出率均高于30%,最高达到80%。浸出前期,含银固体废弃物使铜浸出速率显著提升,而中期则是通过调控体系电位促使铜进一步浸出。浸渣X射线衍射结果表明,浸出过程中有大量的元素硫与黄钾铁矾生成,但这并未阻碍添加含银固体废弃物体系中黄铜矿的浸出。

黄铜矿精矿中等嗜热微生物浸出过程及其优化

采用3种中等嗜热微生物:喜温硫杆菌(Acidithiobacillus caldus,A.c)、嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilu,L.f)、嗜热氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans,S.t)对黄铜矿精矿进行浸出。探讨浸出过程中的微生物生长优化及搅拌反应器浸出条件优化。微生物最佳生长条件如下:生长温度为45℃、初始p H为1.5。驯化过的浸矿细菌的生长及浸出率明显高于未驯化的,驯化后浸出率在矿浆浓度为50 g/L时达到最大,为94.00%;当矿浆浓度达到100 g/L时,铜的浸出率稳定在80%左右。搅拌反应器的最优化浸出条件如下:搅拌速度350 r/min,充气强度500 m L/min。在此条件下,对黄铜矿精矿进行浸出,浸出时间为30 d时,最终铜离子浓度为17.36 g/L,铜的浸出率为85.60%。

中度嗜热微生物作用下黄铜矿表面改性

通过分析黄铜矿表面接触角、Zeta电位和表面形貌变化,研究嗜热硫氧化硫杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans,S.t菌)和氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans,L.f菌)对黄铜矿表面性质的影响。结果表明,细菌培养基(9K培养基)对黄铜矿表面性质无明显影响,接触角稳定在黄铜矿表面接触角48°左右。两种细菌对黄铜矿表面性质影响规律相似,采用细菌摇瓶浸出时,振动条件下,矿物表面的亲水性随浸出过程逐渐增强;而在静置细菌浸出过程中,浸出初期黄铜矿表面疏水性变强,之后随浸出时间的延长黄铜矿表面的亲水性增强,推测可能是由于浸出前期黄铜矿表面生成疏水硫化物和元素硫,后期被进一步氧化分解。不同细菌作用后,黄铜矿的等电点接近细菌的等电点,说明两种细菌均能有效地吸附在黄铜矿表面。通过原子力显微镜(AFM)观察发现,黄铜矿经细菌浸出后,表面不同程度地被腐蚀,并且随着浸出时间的延长,表面腐蚀程度加剧,其中S.t菌对黄铜矿的腐蚀作用较L.f菌更强。

废弃线路板分选尾渣微生物浸出过程中的参数优化

采用微生物浸出技术,选用4种中度嗜热浸矿菌:嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum),嗜酸喜温硫杆菌(Acidithiobacillus caldus),嗜热硫氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans)和嗜热嗜酸铁质菌(Ferroplasma thermophilum),作为混合菌回收废弃线路板分选尾渣中的金属铜。通过摇瓶浸出实验,研究混合菌在不同浓度分选尾渣中的浸出过程,并探究初始p H、初始Fe^(2+)质量浓度、培养温度及粉末粒径对铜浸出的影响;并将优化条件应用至3L搅拌槽中,实现浸出体系的扩大。结果表明:摇瓶驯化过程中,混合菌种在分选尾渣中的生长情况较好,且能实现金属铜的有效浸出;在优化参数为初始p H 1.5、ρ(Fe^(2+))1 g/L、45℃条件下的放大实验中,浸出至第7 d时,铜浸出率最高达到93.09%。

微生物浸出过程中胞外蛋白的作用及其机理研究进展

矿物-微生物-溶液多相界面是硫化矿生物浸出的关键场所,界面微生物胞外多聚物(EPS)关键组分胞外蛋白在生物膜形成、结构稳定和硫化矿溶解等方面起到关键作用。综述了生物浸出过程中EPS关键组分胞外蛋白的研究进展和胞外蛋白现有的研究方法及其对冶金微生物胞外蛋白研究的适用性,展望了浸矿微生物胞外蛋白研究的前景,旨为生物冶金领域研究EPS关键组分胞外蛋白结构及其作用机理提供重要的理论和方法支撑。

生物浸出过程中的藻酸盐作用及其机理的研究进展

综述微生物胞外多聚物的关键组分-藻酸盐的合成途径、结构特征和作用机制,尤其分析了其在生物浸出过程中可能的作用机理;描述了研究藻酸盐的方法和技术手段,包括藻酸盐的提取及成分分析方法、藻酸盐相关合成基因的定量分析方法以及藻酸盐的原位观察和检测方法。这些都将为研究生物浸出过程中藻酸盐的结构及其作用机理提供非常重要的理论依据和方法支撑。

MATLAB 7．X生物信息工具箱的应用——序列比对(二)

序列比对是基因序列分析中的一项重要工作。本文以人和鼠的基因为对象,介绍MATLAB 7.X生物信息工具箱中的序列比对方法,内容包括从数据库获取序列信息,查找序列的开放阅读框,将核苷酸序列转换为氨基酸序列,绘制比较两氨基酸序列的散点图,用Needleman-Wunsch算法和Smith-Waterman算法进行比对,以及计算两序列的同一性。

一株硫酸盐还原菌的分离鉴定及生物学特性研究(英文)

从处理硫酸盐废水厌氧折流板反应器(Anaerobic baffle reactor,ABR)的污泥中分离到1株硫酸盐还原菌,对该菌株进行了形态、生理生化特性方面的研究,并对16S rDNA序列进行了分析。该菌株为杆状或弧状,大小为(0.5～0.7)μm×(1.4～1.9)μm,革兰染色阴性,芽胞染色阴性,能运动,具有硫酸盐还原功能。菌株最适生长pH为7.0～8.0,喜中性偏碱环境;初始[SO_4^(2-)]为2 000 mg/L,OD_(600nm)值为1.206,SO_4^(2-)去除率达到71%;该菌株能分别利用乳酸、丙酮酸、丁酸、乙酸、乙醇、甲醇、葡萄糖作为电子供体,进行硫酸盐异化还原,乳酸最有利于该菌SO_4^(2-)的去除,SO_4^(2-)去除率为91.4%,其次为丙酮酸,达到51.2%。基于16S rDNA序列同源性构建了系统发育树,结果表明此株菌是属于脱硫弧菌属(Desulfovibrio)的硫酸盐还原菌,与Desulfovibrio具有96.0%的序列相似性。

MATLAB 7．X生物信息工具箱的应用——基因芯片分析(三)

本文主要介绍生物信息工具箱在基因芯片图像和数据处理方面的应用,通过基因芯片数据的基因表达图谱研究基因表达水平,比较健康组织和病变组织的区别,并且观察药物应用所造成的变化。以健康小鼠和帕金森疾病小鼠脑基因的表达情况和差别的分析为例,介绍生物信息工具箱用于标准化处理基因芯片数据,分析和可视化基因表达谱方面的应用。