氧化鐵硫桿菌

氧化硫硫桿菌是細菌冶金的一種重要細菌,是一種具有代表性的極端嗜酸性嚴格自養細菌,它能氧化元素硫和還原性的硫化合物,以CO2作為主要碳源而生長,是一種嚴格好氧的專性自養化能無機營養細菌。 氧化硫硫桿菌缺乏EMP、ED途徑以及TCA循環中的關鍵酶—磷酸果糖激酶、6-磷酸葡萄糖酸脫水酶、特徵性酶2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸醛縮酶以及α-酮戊二酸脫氫酶等不能以有機質作為能源和碳源。只能通過固定CO2獲得碳源,從無機物的氧化獲得能源,而無機物的氧化還原電位較高,可供這些細菌生長利用的能量很少,所以這類細菌往往生長緩慢,代時長,細胞得率低。

基本介紹

• 中文名：氧化鐵硫桿菌
• 外文名：Iron oxide
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 範圍：細菌冶金
• 分類：專性自養化能無機營養細菌

簡介

細菌在找礦、採礦、選礦、濕法冶金、廢水處理、煤的脫硫等領域得到了廣泛的研究和套用 之所以這樣， 是因為相對於加壓氧化、焙燒氧化等預處理工藝，細菌氧化的成本相對較低。加拿大巨人灣(Gi—ant Bay)公司曾委託賴特(Wright)工程有限公司進行了日處理1 000t礦石的生物氧化浸出(槽浸)的工業化可行性研究，研究結果表明： 生物浸出總費用為2 310萬美元， 常規焙燒法為2 620萬美元，加壓氧化法為3 390萬美元： 每噸礦石的提取費用為： 生物法18．67美元， 焙燒法19．42美元， 加壓氧化法20 l3美元。Detz C 53根據實驗室試驗結果， 估價了一個日耗煤8 00。t發電廠的脫硫處理費用為： 微生物法10～14美元/t煤，TRW 高鐵浸出法20美元/t煤，Battelle水熱法20美元/t煤，Kennecott氧浸法22美元/t煤， 溶劑洗滌煤法30美元/t煤 可見生物氧化法具有較好的經濟效益

在所有被研究的細菌中， 氧化鐵硫桿菌Thiobacillus Ferrooxidans (以下簡稱T．F．)在礦業中被研究和套用得最多，人們培養地及強化這種細菌氧化浸出的措施。對其作用的機理、生產工藝、適應性等等方面進行了大量的研究。但是，人們對於這種細菌的特徵及強化其氧化浸出的措施，卻缺乏系統的介紹。

氧化鐵硫桿菌的特徵

氧化鐵硫桿菌T．F．在自然界中歷史悠久，但是直到1947年Cohner才從一個遺棄的煤礦廢水中分離出T．F．。此後， 專家發現： As、Cd、Co Cu、Fe、Mn、M O、Ni、Sn Ti、U、V、Zn、Pb、Ga、Ge、Bi、Au、S、Ag等都可能被F．F．氧化和浸出，其中U、Cu Au等金屬已經工業化。T．F．是白氧型的好氧菌，為棒狀生物體，如拿一根鞭毛，則見其活性，其大小約長1．5～2μm，寬0.5μm， 也有人認為其長為1～3μm， 在pH 為1．4～6。0範圍內繁殖。T．F．是一種親酸的化學自養菌， 生長在溫泉， 火山裂隙和高酸性硫化礦床的排水中， 具有中等親熱性， 最適宜的生長溫度為20～ 25℃ 。

通過近代顯微分析技術研究T. F．對硫化礦物的氧化機制及氧化途徑， 一般認為T．F．所特有的細胞外被膜的結構功能特性，使這種細菌能在酸性介質中生長。被膜內的兩種酶(鐵氧化酶和硫氧化酶)使像Fe2和S2的作用通過被膜層和層間電子傳遞而進行氧化．細胞外被膜具有趨化性和化學感測結構，細菌必須固著硫化礦物表面才能侵蝕和氧化礦物。

T．F的特徵之一是在高濃度金屬離子中顯示出耐久性，它的臨界濃度隨馴養程度而異， 其值為(單位是g/L)： Znl20，Ni72， C030，Cu35， Fel60， U OR12等。

T．F．在黃銅礦中生長時， 短時問暴露於低氣下， 並不影響該菌的呼吸性， 然而(該)液體靜壓力超過0．1至68.9毫巴的範圍， 會妨礙T. F .中二氧化碳比率的穩定。

氧化鐵硫桿菌的培養地

9k培養地完全不含有機物， 培養地的pH 通過硫酸調節到2～2．5範圍。此外， 培養時要振動或者通氣，做到能和空氣充分接觸，空氣中的二氧化碳是T．F．繁殖的碳素源， 氧是最終的電子受容體。在9k培養地的組成中，二價鐵離子Fe 是T．F．的能源。

一般來說T. F．的培養地可以有多種方式， 但是， 培養地一般需要硫酸銨、氧化劑、磷酸氫鉀類物質、Fe 等。自然影響因素主要有溫度、濕度、海拔高度、礦石中的毒性成份和抑制成分等。此外， 礦石粒度、礦漿濃度、攪拌和充氧條件、細菌菌種的選擇及其適應時間等等， 也影響T．F．試驗的成敗。再者，營養物質的合理用量，是關係到細菌氧化浸出的經濟成本， 尋找價廉價可代替諸如硫酸銨、氯化鉀等營養物的替代品， 降低營養物用量，是細菌T．F．氧化浸出研究的課題之一。

強化細菌T．F．氧化浸出的措施

強化細菌氧化浸出過程的措施有物理的、物理化學的、生物的方法以及通過對工藝參數的調整達到強化浸出的效果等。目前國內外強化氧化鐵硫桿菌氧化浸出的措施有以下幾個方面。

1 .改變單一的T．F．氧化浸出，採用異養細菌和自養生物的組合菌群美國礦物資源研究中心採用組合菌群浸出浮選銅鎳精礦中的銅、鎳發現： 它可以顯著地提高銅、鎳浸出速度， 比單用T. F．效果要好得多， 同時鎳的浸出速度比銅快，浸出l50小時，鎳全部回收至溶液， 銅的回收率為50% ” 。

用T．F．和硫氧化硫桿菌自養微生物從礦石和礦泥中浸出錳，此時礦漿液固經為1：1～1：10，浸出時間5天，可以使礦漿pn值從4.5降至1.2～1．4，並且獲得以硫酸鹽形式存在的含錳150～170g/L的溶液。

2 .添加氧化劑強化細菌菌種的氧化能力。通過選擇培養液介質和向溶液中添加氧化劑諸如高錳酸鉀、雙氧水、過硫酸鉀、過氧化鈉等， 強化T．F．的氧化能力。氧化劑的質量和用量不同，會影響溶液中金的濃度。氧化劑用量由0. 01mol/L提高到0.03mol/L時， 金的溶解速度可提高2～3倍 用高錳酸鉀比用過氧化鈉有效： 如用高錳酸鉀(0.03mol/L)與組氨酸提取， 溶液中金濃度可達20mg/L， 而用過氧化鈉0．1mol/L與組氨酸提取， 所提取的金不超過5．2mg/L。另外， 也採用通氧， 外加氯化高鐵等方法來強化氧化浸出。

亞庫特礦石用含有4～10g/L的高錳酸鉀， 胺基酸3g/L的水溶解液進行浸出， 當液固比為6：1時， 金的浸出率達最大值為60% 。

3 .使用紫外線、電磁場和通電強化的氧化浸出效果。原蘇聯國家稀有金屬研究所伊爾庫茨克分所研究人員採用紫外線和乙烯亞氨處理菌株獲得突變種的辦法， 來提高細菌種的溶餌能力。經誘變後菌株比“野生 菌株強，因為它的代謝產物中能積累更多的胺基酸 如以尿素和二代磷酸銨為氮源，葡萄糖和糖蜜為碳源培育細菌， 可獲含11．9-14．6g/L溶金酸的溶液 採用這種溶液溶金， 浸金率比“野生 菌株浸金高5～10倍。

保加利亞、前南期拉夫和原蘇聯都進行了電場和磁場以及通電對細菌生長和氧化活性影響的研究，發現它們可以作為強化細菌浸金的手段 ” 。

利用紫外線， 電磁場等使菌株產生突變，控制遺傳因子，選擇所需的菌種， 在21世紀可望用重組DNA技術來實現。

4 .添加化學藥劑強化T．F．氧化溶金。有人提出添加O．5%Ag (以AgNO 形式)作為催化劑， 處理含20～30g/L銅的溶液， 此時銅的回收率在57% ～100% 之間的波動， 而未加AgNO ，銅的回收率僅波動於16% ～61%之間。有時T．F．氧化過程，還添加Tween20等表面活性劑強化氧化溶金。日本提出添加少量磷酸銨和抑制鐵向溶液轉移的藥劑來強化從尾礦中浸出銅的過程。

5 .其它方法。通過強烈細磨閃鋅礦或者閃鋅礦黃鐵礦混合物， 加速T．F．浸出鋅， 縮短浸出過程，認為磨礦影響固態硫化物的性質， 它不僅增加礦石的比表面，而且增加了對浸出過程有利的缺陷 。

也有人發規 ：降低介質表面張力能夠明顯地制止細菌增長。當介質表面張力低於30×10-SN/Cl3[1時， 有的細菌幾乎停止生長 通過這種方法可以實現細菌優種試驗。