專利名稱：一種從金屬礦石中浸取金屬的方法及其專用菌株的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從金屬礦石中浸取金屬的方法及其專用菌株。
背景技術(shù)：
生物濕法冶金也稱微生物浸出，是利用某些微生物或其代謝產(chǎn)物對某些礦物(主 要是硫化礦物)和元素所具有的氧化、還原、溶解、吸收(吸附)等作用，從礦石中溶浸金屬 或從水中回收有價金屬或脫除有害金屬的濕法冶金過程。其發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，由于 成本低、無污染、操作簡單等有利因素日益受到人們的重視，已成為從低品位、難處理礦石 中提取多種有用金屬的具有顯著經(jīng)濟(jì)和環(huán)保利益的先進(jìn)技術(shù)，在世界范圍內(nèi)得到了推廣、 完善和提高。 但是在實際應(yīng)用中，礦物氧化放熱常導(dǎo)致浸出槽和浸堆中產(chǎn)生較高的溫度，如果 使用常見的浸礦中溫菌用于浸出，則由于溫度太高，會造成菌種失活，出現(xiàn)浸出速度慢、浸 出率低的缺點，而且中溫菌對某些難溶礦如黃銅礦等也不能有效浸出。同時，在生物浸礦過 程中，硫磺被氧化成硫酸，釋放能量和氫離子，使pH值降低，易使不適應(yīng)酸性環(huán)境的菌喪失 活力。因此，生物浸礦亟需尋找耐高溫、耐酸性的菌株。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種可用于從金屬礦石中浸取金屬的菌株。 本發(fā)明所提供的菌株為嗜酸嗜熱古菌生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4，其保
藏編號為CGMCC No. 3402。 該菌株已于2009年11月5日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物 中心(簡稱CGMCC，地址北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號，中國科學(xué)院微生物研究所，郵 編100101)，保藏號為CGMCC No. 3402，該菌株分類命名為(Metallosphaerasp. )Ar-4。
嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402在從金屬礦石中浸 取目的金屬中的應(yīng)用屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。 上述應(yīng)用中，所述金屬礦石為硫化金屬礦；所述硫化金屬礦可為硫化銅礦、黃鐵 礦、砷黃鐵礦、輝銅礦、硫化鎳礦、硫化錳礦、硫化鋅礦或硫化鉛礦；所述硫化銅礦具體為黃 銅礦。 本發(fā)明的另一個目的是提供一種從金屬礦石中浸取目的金屬的方法。
本發(fā)明所提供的從金屬礦石中浸取目的金屬的方法，包括如下步驟以金屬礦石 為底物，用培養(yǎng)基培養(yǎng)嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402，得到 游離目的金屬離子或目的金屬單質(zhì)； 其中，所述培養(yǎng)基為基礎(chǔ)培養(yǎng)基、自養(yǎng)培養(yǎng)基或異養(yǎng)培養(yǎng)基； 所述自養(yǎng)培養(yǎng)基由基礎(chǔ)培養(yǎng)基與下述物質(zhì)中的至少一種組成可溶性亞鐵鹽、單 質(zhì)S和K2S406 ; 所述異養(yǎng)培養(yǎng)基由基礎(chǔ)培養(yǎng)基與有機(jī)碳源組成。
上述方法中，所述異養(yǎng)培養(yǎng)基中，所述酵母浸膏與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為
(o.2g-ig) : iL，具體為ig : lL或o.2g : il。 所述方法中，當(dāng)所述培養(yǎng)基為異養(yǎng)培養(yǎng)基且所述金屬礦石為黃銅礦時，所述方法 中，在所述培養(yǎng)前，包括向培養(yǎng)的體系中加入可溶性亞鐵鹽的步驟；所述可溶性亞鐵鹽中亞
鐵離子與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為ig : il。 上述方法中，所述金屬礦石與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為(30-50)g : 1L，具體為 50g : 1L ;所述嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No. 3402與所述基礎(chǔ) 培養(yǎng)基的配比具體可為lX107cell/ml。 無論是用基礎(chǔ)培養(yǎng)基培養(yǎng)、自養(yǎng)培養(yǎng)基培養(yǎng)還是異養(yǎng)培養(yǎng)基培養(yǎng)，金屬礦石與所 述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比均為(30-50) g : 1L，所述嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphacra sp.) Ar-4CGMCC No. 3402與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比均為1 X 107cell/ml。 上述方法中，所述培養(yǎng)的溫度為55-75t:，優(yōu)選為65t:;所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的pH值為 2. 0-6.0，具體為2. 5-5. 5 ;所述白養(yǎng)培養(yǎng)基的pH值為2. 0-6.0，具體為2. 5_5. 5，再具體為 2. 0或2. 5 ;所述異養(yǎng)培養(yǎng)基的pH值為2. 0-6. 0，具體為2. 5_5. 5，再具體為2. 0或3. 5。
上述方法中，在所述培養(yǎng)前，包括將所述金屬礦石進(jìn)行如下酸化的步驟用酸的水 溶液浸泡所述金屬礦石直至酸化液pH值在1. 5-1. 6之間維持24h以上不變?yōu)橹梗?
上述方法中，在所述培養(yǎng)前，包括將所述金屬礦石粉碎至粒徑為45 ii m-50 y m的 步驟； 上述方法中，所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基由(NH4)2S04， K2HP04， MgS04 7H20， KCl， CaCl2 2H20， 微量元素溶液組成； (NH4) 2S04在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為3. 0g/L， K2HP04在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃 度為0. 5g/L， MgS04 7H20在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為0. 5g g/L， KCl在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基 中的濃度為0. lg/L， CaCl2 21120在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為0. 01g/L，微量元素溶液在 所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為2ml/L ; 所述微量元素溶液由FeCl3 6H20、 CuS04 5H20、 H3B03、 MnS04 H20、 Na2Mo04 2H20、 CoCl2 6H20和ZnS04 7H20組成； FeCl3 6H20在所述微量元素溶液中的濃度為1. lg/L， CuS04 5H20在所述微量元 素溶液中的濃度為0. 05g/L，H3B03在所述微量元素溶液中的濃度為0. 2g/L，MnS04 *H20在所 述微量元素溶液中的濃度為0. 2g/L，Na2Mo04 *2H20在所述微量元素溶液中的濃度為0. 08g/ L， CoCl2 6H20在所述微量元素溶液中的濃度為0. 06g/L， ZnS04 7H20在所述微量元素溶液 中的濃度為O. 09g/L。 上述方法中，所述金屬礦石為硫化金屬礦；所述硫化金屬礦為硫化銅礦、黃鐵礦、 砷黃鐵礦、輝銅礦、硫化鎳礦、硫化錳礦、硫化鋅礦或硫化鉛礦；所述硫化銅礦具體為黃銅礦。 嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402在氧化二價鐵中的 應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍； 嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar_4CGMCC No. 3402在氧化硫中的應(yīng)用 也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍；所述硫可為單質(zhì)硫及還原型硫化物。 在從金屬礦石中浸取目的金屬中的應(yīng)用或方法中，可適用于多種金屬礦，如硫化金屬礦為硫化銅礦、黃鐵礦、砷黃鐵礦、輝銅礦、硫化鎳礦、硫化錳礦、硫化鋅礦或硫化鉛礦。其原理均是本發(fā)明菌株利用所述礦石中的硫作為能源進(jìn)行生長，同時氧化溶解礦物，使目的金屬游離出來。 本發(fā)明生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402具有耐高溫、耐酸性的特性，可以在低PH值，高溫條件下生長，其最高生長溫度達(dá)到75°C ，其最適生長溫度為65t:，其最適pH值自養(yǎng)生長時2. 5，異養(yǎng)生長時為3.5。 該菌可在低pH值和高溫下生長，能以二價鐵離子、單質(zhì)硫或其他還原型硫化合物和硫化礦物為能源進(jìn)行自養(yǎng)生長，也可以利用酵母浸膏或其他有機(jī)碳源進(jìn)行異養(yǎng)生長。
該菌株具有強(qiáng)的氧化硫、二價鐵，金屬硫化礦物的能力，具有較強(qiáng)的浸礦能力。上述兩種培養(yǎng)方式獲得的生長細(xì)胞、細(xì)胞懸浮液和固定化細(xì)胞均可溶浸金屬硫化礦從中獲得金屬離子或與礦物伴生的貴金屬。 實驗證明，該菌能在低pH值、高溫、高礦化度環(huán)境中生長，該菌可從黃銅礦中浸出銅離子，浸取率為10.6%;該菌還可從黃鐵礦(硫精礦)中浸出鐵離子，鐵浸取率為2.9%。
該高溫浸礦菌從至少兩個方面提高了硫化物的氧化效率第一，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率提高；第二，提高溫度會增加金屬從某些礦物中提取的范圍，彌補(bǔ)了中溫菌浸出某些礦物并不成功，且投資較高、效率較低等缺點。對于浸出效率低的礦物如黃銅礦等，用本發(fā)明菌株尤為合適。另外，在生物浸礦過程中，硫磺被氧化成硫酸，釋放能量和氫離子，使pH值降低，而本發(fā)明菌株具有超強(qiáng)的耐酸性能，因此，在生物浸出過程中，產(chǎn)生的酸性不會影響該菌的效力，更加提高了浸出效率。 綜上所述，該菌不僅適合于高品位硫化礦中金屬的浸取，還可用于廢礦、貧礦、礦冶廢渣，和難處理復(fù)雜硫化礦中貴金屬或稀有金屬的深化提取，同時還可用于酸性礦水的治理。該菌在生物浸礦領(lǐng)域具有重要的工業(yè)應(yīng)用前景。


圖1 :Ar-4透射(A)及掃描(B)電鏡照片；
圖2 :不同pH條件下，菌株Ar-4的生長曲線；
圖3 :不同溫度條件下，菌株Ar-4的生長曲線； 圖4 :基于菌株Ar-4與相關(guān)菌株的16S rRNA基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹；
圖5 :菌株Ar-4浸出黃鐵礦的浸出率
圖6 :菌株Ar-4浸出黃銅礦的浸出率。
具體實施 下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。 下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。 實施例1、菌的分離及鑒定 —、分離 本發(fā)明菌株是從中國云南省騰沖縣富含硫的熱泉泥樣中分離純化得到的，分離純化時間為2008年6月6日。 微生物的富集通過在250mL的搖瓶中加入100mL基礎(chǔ)培養(yǎng)基，稱取5克熱泉泥樣加入滅菌基礎(chǔ)培養(yǎng)基，再加入5-10g硫磺，65t:富集培養(yǎng)。培養(yǎng)一周后，在顯微鏡下檢測菌生長情況。富集三次后，將富集培養(yǎng)基稀釋10倍，取0. 2mL稀釋后的培養(yǎng)基涂平板分離單克隆，固體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上加入7g/L的Gelrite膠，以連四硫酸鉀替換單質(zhì)硫為能源。通過多次的劃線培養(yǎng)，分離純化得到單克隆菌株，將該菌株編號為Ar-4。
基礎(chǔ)培養(yǎng)基組成由(NH4) 2S04， K2HP04， MgS04 7H20， KC1 ， CaCl2 2H20，微量元素溶液組成； (NH4)2S04在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為3.0g/L， K2HP04在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為0. 5g/L，MgS04 *7H20在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為0. 5g/L，KCl在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為0. lg/L， CaCl2 2H20在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為0. 01g/L，微量元素溶液在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為2ml/L ;用lmol/L H2S04調(diào)pH至2. 5，高壓滅菌。 微量元素溶液組成由FeCl3 *6H20、CuS04 '5H20、H3B03、MnS04 *1120、化2] 004 2H20、CoCl2 6H20和ZnS04 7H20組成； FeCl3 6H20在微量元素溶液中的濃度為1. lg/L， CuS04 5H20在微量元素溶液中的濃度為0. 05g/L， H3B03在微量元素溶液中的濃度為0. 2g/L， MnS04 H20在微量元素溶液中的濃度為0. 2g/L， Na2Mo04 2H20在微量元素溶液中的濃度為0. 08g/L， CoCl2 6H20在微量元素溶液中的濃度為0. 06g/L， ZnS04 7H20在微量元素溶液中的濃度為0. 09g/L。
二、菌的鑒定( — )菌形態(tài)及生理生化特征鑒定 (1)形態(tài)觀察菌落形狀將液體培養(yǎng)基中的菌在固體平板上稀釋涂布培養(yǎng)7d-10d，觀察菌落的形狀、大小、色素產(chǎn)生、透明度、濕潤、邊緣及突起。菌落呈圓形、透明、表面光滑，邊緣整齊、凸起，菌落大小0.5-lmm。形態(tài)特征利用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察對數(shù)生長期菌體細(xì)胞的形態(tài)及鞭毛著生情況。細(xì)胞呈球狀或不規(guī)則球狀(圖1)，直徑liim，單生鞭毛。
(2)菌株Ar-4生理生化特征 生長pH :先確定生長的pH范圍，250ml三角瓶，每瓶加50ml異養(yǎng)培養(yǎng)基，用H2S04和NaOH分別將pH調(diào)為0、l、2、3、4、5、6、7、8、9，接種量為3% (v/v) ，65。C烘箱培養(yǎng)。培養(yǎng)三天后，用紫外可見分光光度計測定OD^，并繪制pH曲線。再確定生長的最適pH， 250ml三角瓶，每瓶中加50ml異養(yǎng)培養(yǎng)基，在菌體能生長的pH范圍內(nèi)，pH按0. 5變化，接種量3% (v/v)，65t:烘箱培養(yǎng)，3天后用紫外分光光度計測定0D^，并繪制pH曲線。每個pH做三個平行。培養(yǎng)證明菌株Ar-4生長pH范圍為2. 5 5. 5，最適生長pH值為3. 5。
生長溫度在最佳pH條件下，進(jìn)行生長溫度實驗。500ml三角瓶中加100ml異養(yǎng)培養(yǎng)基，接種量3% (v/v)，在50°C 、55°C 、60°C 、65°C 、70°C 、75°C和80°C培養(yǎng)。3天后用紫外可見分光光度計測定0052。，觀察生長情況。培養(yǎng)證明菌株Ar-4生長溫度范圍為55 75°C，最適生長溫度65t:。 生長NaCl濃度250ml三角瓶，每瓶加50ml異養(yǎng)培養(yǎng)基，NaCl濃度分別為0、5、10、20、30、40、50g/L，pH與培養(yǎng)溫度均采用實驗所得的最適條件，接種量3% (v/v)，每一組均設(shè)置三個平行，另有一個無菌對照。培養(yǎng)3天后用紫外可見分光光度計測定各瓶中菌液的OD咖，觀察生長情況。培養(yǎng)證明菌株Ar-4生長的NaCl濃度為0 10g/L。
革蘭氏染色采用Dussault方法，載玻片上加一滴20 %鹽水，涂片風(fēng)干后，用2X乙酸覆蓋5min，固定并脫鹽，移去多余的乙酸，晾干。單染色直接用蕃紅或結(jié)晶紫覆蓋3min，水洗，晾干后鏡檢；革蘭氏染色用結(jié)晶紫染90s，水洗，碘液覆蓋，水洗，酒精脫色20s，
水洗，蕃紅復(fù)染90s，水洗后晾干鏡檢。實驗證明菌株Ar-4革蘭氏反應(yīng)呈陰性。 有機(jī)底物利用接種7%自養(yǎng)Ar-4菌體于含待測底物(2g/L)的相應(yīng)基礎(chǔ)培養(yǎng)基
中，pH為2.5，于最適溫度條件下培養(yǎng)，測定0D^，確定是否生長。所用碳源分別為糖類
(如蔗糖，L- (+)-樹膠醛糖，D-(-)-果糖，D- (+)-半乳糖，D-葡萄糖，麥芽糖，D-甘露糖，山
梨糖，a _乳糖，棉子糖，D- (_)-核糖，淀粉和D- (+)-木糖)、牛肉膏、酸水解酪素、魚蛋白胨等。 實驗結(jié)果顯示菌株Ar-4能利用有機(jī)底物牛肉膏、酸水解酪素和魚蛋白胨，以及L- (+)-樹膠醛糖，D- (_) _果糖，D- (+)-半乳糖，D-葡萄糖，麥芽糖，D-甘露糖，a -乳糖，棉子糖，D-(-)-核糖，山梨糖，D-(+)-木糖，淀粉和蔗糖等多種糖類為能源異養(yǎng)生長。
無機(jī)底物利用K206S4、FeS04 7H20、Na2S203 5H20和單質(zhì)硫分別加入基礎(chǔ)培養(yǎng)基中作為能源物質(zhì)，接種7%自養(yǎng)Ar-4菌體，pH2. 5以及最適溫度條件下培養(yǎng)，測定0D52。，確定是否生長。 實驗結(jié)果顯示Ar-4可利用FeS04 71120、單質(zhì)硫和還原型硫化物K2S406為能源好氧自養(yǎng)生長。 ( 二 )對菌株Ar-4的16S rRNA基因序列進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)分析 將菌株Ar-4接種于異養(yǎng)培養(yǎng)基，待生長3天后，離心收集菌體，經(jīng)緩沖液洗滌后，采用溶菌酶破碎細(xì)胞，酚氯仿抽提法提取基因組總DNA并作為模板，采用古菌引物8aF和1512uR擴(kuò)增菌株Ar-4的16S rRNA基因。正向引物8aF :5'-TCY GGT TGA TCCTGC C-3'，反向引物1512uR:5' -ACG GHT ACC TTG TTA CGA CTT-3'。 PCR反應(yīng)體系(100 ii 1) :10XTaq酶Buffer lOii l，25mmol/L MgCl2 6 ii 1， 10mmol/L dNTP 2iU，Taq DNA酶2. 5U， 30pmol/L上、下游引物各2iU，模板DNA 2ii g，蒸餾水補(bǔ)至100iil。PCR反應(yīng)條件為95。C 5min，95。Clmin，58。C 5min，72。C 1. 5min， 30個循環(huán)，72°C 10min， 4。C保存。擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳分離后進(jìn)行柱純化，與T-easy vector連接并轉(zhuǎn)化到E. coil DH5 a中，篩選陽性克隆，提取質(zhì)粒并測序，測序由上海生物工程公司完成。菌株的16S rRNA基因序列長度為1430bp，如序歹ll表中序歹l！ 1所示。與菌株Metallosphaera hakonensis，Metallosphaera prunae禾口Metallosphaera sedula的序列相似性分別為97. 8% ， 97. 2%和97. 1 % 。以16S rRNA基因同源性為基礎(chǔ)，構(gòu)建了包括Ar-4在內(nèi)的16株相關(guān)嗜酸熱古菌的系統(tǒng)發(fā)育樹，如圖4。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，Ar-4與Metallosphaera屬的三個菌種聚成一支，并有很高的支持率，屬于Metal losphaera屬的新成員。 綜上鑒定結(jié)果表明，本發(fā)明菌株Ar-4屬于生金球菌屬(Metallosphaera)，該菌株已于2009年11月5日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(簡稱CGMCC，地址北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號，中國科學(xué)院微生物研究所，郵編100101)，保藏號為CGMCC No. 3402，該菌株的分類命名為(Metallosphaera sp.)Ar-4
實施例2、菌的培養(yǎng)
—、培養(yǎng)方法
( — )自養(yǎng)培養(yǎng) 自養(yǎng)培養(yǎng)基組成向基礎(chǔ)培養(yǎng)基中分別加入FeS04 7H20或單質(zhì)硫或還原型硫化物1(25406，得到自養(yǎng)培養(yǎng)基；FeS04 71120在自養(yǎng)培養(yǎng)基中的濃度為13. 9g/L，單質(zhì)硫在自養(yǎng)
8培養(yǎng)基中的濃度為5g/L，還原型硫化物K2S406在自養(yǎng)培養(yǎng)基中的濃度為10g/L ;調(diào)pH值為
2. 0-3. 5。 培養(yǎng)方法將嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. ) Ar_4CGMCC No. 3402接種 于自養(yǎng)培養(yǎng)基中，在65°C的條件下培養(yǎng)。
( 二 )異養(yǎng)培養(yǎng) 異養(yǎng)培養(yǎng)基組成向基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入酵母浸膏，酵母浸膏與基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比 為lg : 1L;調(diào)pH值為2.5-3.5，高壓滅菌。其中，酵母浸膏為能源物質(zhì)。
培養(yǎng)方法將嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. ) Ar_4CGMCC No. 3402接種 于異養(yǎng)培養(yǎng)基中，在65°C的條件下培養(yǎng)。 結(jié)果:自養(yǎng)培養(yǎng)中，菌濃度0D52。達(dá)到0. 6 (約為8. 7X 107cfu/ml)，需要5-7天；異 養(yǎng)培養(yǎng)中，菌濃度0D52。達(dá)到0. 6(約為8. 7X 107cfu/ml)，需要3_5天。異養(yǎng)培養(yǎng)中菌的生 長速度快。 二、菌的最適pH值 用異養(yǎng)培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，以酵母浸膏為能源。250ml三角瓶，每瓶加50ml培養(yǎng)基， 用H2S04或Na0H分別調(diào)pH為0. 0_9. 0之間，以1. 0為間隔，每組做三個平行，65。C烘箱培養(yǎng)。 培養(yǎng)3天后，用紫外可見分光光度計測定0D52。，并繪制pH對0D52。曲線，得出適合菌株Ar-4 生長的pH范圍。結(jié)果如圖2 (A)，結(jié)果表明，該菌株在pH值為2. 0-6. 0的范圍內(nèi)均可生長。
調(diào)異養(yǎng)培養(yǎng)基pH在2. 0-6. 0之間，以0. 5為間隔，每組做三個平行，65。C烘箱培 養(yǎng)。培養(yǎng)3天后，用紫外可見分光光度計測定0D，，繪制pH對0D，曲線，得出菌株Ar-4最 適生長pH值，結(jié)果如圖2 (B)。結(jié)果表明，Ar-4菌株在pH2. 5_5. 5之間均可生長，最適pH為
3. 5。 三、菌的最適培養(yǎng)溫度 使用異養(yǎng)培養(yǎng)基，以酵母浸膏為能源。500ml三角瓶，每瓶加100ml培養(yǎng)基，調(diào)pH 值為2.5，在50-8(TC之間培養(yǎng)，溫度間隔5t:，每組做三個平行。培養(yǎng)3天后，用紫外可見分 光光度計測定0052。，繪制溫度對0D52。曲線。 實驗設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果如圖3。結(jié)果表明，Ar-4菌株在55-75t:之 間均可生長，最適生長溫度為65°C 。
實施例3、菌的應(yīng)用 酵母浸膏購自O(shè)xoid Ltd，產(chǎn)品目錄號為1039501 ; —、嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402溶解黃鐵礦的 能力研究 嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402從黃鐵礦中浸取總 鐵(Fe2+和Fe3+)。黃鐵礦的礦石組成S 45.57 %， Fe 42.63 %， Cu 0.063 %， Zn 0.0076 %， As
0. 02% : %表示質(zhì)量百分含量；黃鐵礦的來源內(nèi)蒙古霍格旗銅礦。 實驗前，將黃鐵礦過300目篩(顆粒平均大小為48 ii m)，然后用1 : 1H2S04水溶液 (硫酸水溶液中硫酸的濃度為50% ， v/v)浸泡3-5天，至酸化液pH值在1. 5-1. 6之間維持 24h不變?yōu)橹埂?用異養(yǎng)培養(yǎng)基培養(yǎng)嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCCNo. 3402，得到濃度約為2. OX 108cell/ml的菌液，用于浸礦接種。異養(yǎng)培養(yǎng)基的組成由基 礎(chǔ)培養(yǎng)基和酵母浸膏組成，酵母浸膏與基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為lg酵母浸膏1L基礎(chǔ)培養(yǎng)基； 異養(yǎng)培養(yǎng)基的pH值為3.0。 實驗組500mL錐形瓶加lOOmL滅菌基礎(chǔ)培養(yǎng)基，再加入酵母浸膏(酵母浸膏與基 礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為0.2g : 1L)，按照5X (v/v)的接種量接菌Ar-4(所述嗜酸嗜熱生金球菌 (Metallosphaera sp.)Ar-4CGMCC No. 3402與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為1 X 107cell/ml)， 加紫外滅菌的黃鐵礦(黃鐵礦與基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為50g : 1L)，將體系的pH值調(diào)至2.0， 65t:培養(yǎng)，每天取樣(即浸出液)進(jìn)行Fe2+及Fe3+濃度分析，以浸出時間對Fe3+濃度作圖。
對照組1 :除不加菌Ar-4夕卜，其余與實驗組相同；
對照組2 :除培養(yǎng)溫度為3(TC外，其余與實驗組相同； 浸礦過程中總鐵(Fe2lPFe3+)采用1， 10-鄰菲羅啉分光光度法測定。Fe"與1， 10-鄰菲羅啉在pH3 9的介質(zhì)中形成橘紅色絡(luò)合物，絡(luò)合物的組成為Fe" : l，lO-鄰菲 羅啉=1 : 3。絡(luò)合物在510nm下有穩(wěn)定的吸收峰，在一定的濃度范圍內(nèi)，絡(luò)合物的濃度與 吸光度呈線性關(guān)系，根據(jù)所測樣品的吸光度，可以計算得出相對應(yīng)的F^+濃度。浸出液中總 鐵(Fe"和Fe"測定用鹽酸羥胺將其中的Fe3+還原生成Fe2+，再通過1， 10-鄰菲羅啉法測 定。浸出液中Fe3+濃度等于總鐵濃度減浸出液中Fe2+濃度。
鐵離子(Fe2+)測定方法
a.標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制取50ml容量瓶12個。分別準(zhǔn)確吸取10mg/L硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液0、1、2、3、4、5、
6、7、8、9、10、llml于已加入適量水的容量瓶中，各加10%鹽酸羥胺(還原可能存在的Fe3+)
溶液1ml ，搖勻，經(jīng)2min后再各加醋酸鈉緩沖液2. 5ml和0. 12 % 1 ， 10-鄰菲羅啉溶液2. 5ml ，
以水稀釋至刻度，搖勻。在分光光度計上用lcm比色皿，在最大吸收波長510nm處以未加硫
酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的溶液為參比，測定各溶液的吸光度，以Fe"濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱
坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。 b.浸出液中鐵含量的測定 吸取浸出液50 1兩份， 一份不加鹽酸羥胺(用于檢測總鐵中Fe2+，記作A組)，一
份加10%鹽酸羥胺溶液1ml (用于檢測總鐵，記作B組)，按上述標(biāo)準(zhǔn)曲線相同條件和步驟
測定其在波長510nm處的吸光度。根據(jù)所測浸出液的吸光度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出浸出液相
對應(yīng)Fe2+和總鐵濃度，然后計算試樣中Fe3+的含量，浸出液中鐵含量用g/L表示。 用B組Fe2+濃度減去A組Fe2+濃度，即得到還原Fe3+得到的Fe2+的濃度，從而計
算出總鐵中Fe3+的濃度。 鐵浸取率的計算公式為浸取率=檢測時浸取液中Fe3+質(zhì)量/用于實驗的硫鐵礦 中鐵的質(zhì)量X100%。 實驗設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果如圖5所示。結(jié)果具體如下 實驗組從接種當(dāng)天計起(接種當(dāng)天記作第0天)，第24天，浸出液中Fe3+的濃度
為0.617g/L，鐵浸取率為2.9%。 對照組1 :從接種當(dāng)天計起(接種當(dāng)天記作第0天)，第24天，浸出液中Fe3+的濃 度為0. 044g/L。 對照組2 :從接種當(dāng)天計起(接種當(dāng)天記作第0天)，第24天，浸出液中Fe3+的濃度為O. 101g/L。 上述結(jié)果表明，菌株Ar-4具有溶解黃鐵礦的能力，本發(fā)明菌株在65°C的條件下浸 取鐵的能力比在3(TC的條件下要強(qiáng)得多。 二、嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402從黃銅礦中浸 取Cu2+。 黃銅礦的礦石組成Cu 30.99%， Fe 25.69%， S 30. 10%，微量Si02) ; %表示質(zhì) 量百分含量；黃銅礦的來源內(nèi)蒙古霍格旗銅礦； 實驗前，將黃銅礦過300目篩(顆粒平均大小為48iim)，然后用1 : 1H2S04水溶 液酸化3-5天，至酸化液pH值在1. 5-1. 6之間維持24h不變?yōu)橹埂?用異養(yǎng)培養(yǎng)基培養(yǎng)嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402，得到濃度約為2. OX 108cell/ml的菌液，用于浸礦接種。異養(yǎng)培養(yǎng)基的組成由基 礎(chǔ)培養(yǎng)基和酵母浸膏組成，酵母浸膏與基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為lg酵母浸膏1L基礎(chǔ)培養(yǎng)基； 異養(yǎng)培養(yǎng)基的pH值為3. 0. 實驗組1 :500mL錐形瓶加lOOmL滅菌基礎(chǔ)培養(yǎng)基，再加入酵母浸膏(酵母浸膏與 基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為0.2g : 1L)，按照5X (v/v)的接種量接菌Ar-4(所述嗜酸嗜熱生金球 菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為1. OX 107cell/ ml)，加紫外滅菌的黃銅礦(黃銅礦與基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為50g : lL)，再加入FeS(^水溶液， 使Fe"與基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為lg : 1L，將體系的pH值調(diào)至2.0，65t:培養(yǎng)，每天取樣(即 浸出液)進(jìn)行Cu2+濃度分析，以浸出時間對Cu2+濃度作圖。
實驗組2 :除不加入FeS04水溶液外，其余與實驗組1相同；
對照組1 :除不加菌Ar-4夕卜，其余與實驗組1相同；
對照組2 :除不加菌Ar-4夕卜，其余與實驗組2相同； 浸出銅離子的濃度采用雙環(huán)己酮草酰二腙(BCO)分光光度法測定，在pH8. 0 9. 7 的弱堿性介質(zhì)中，銅(II)與BCO形成藍(lán)色絡(luò)合物，絡(luò)合物在590nm有穩(wěn)定的吸收峰。
銅離子測定方法 a.標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制取50ml容量瓶14個。分別準(zhǔn)確吸取10mg/L標(biāo)準(zhǔn)銅溶液0、 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13ml于已加入適量水的容量瓶中，加入2ml擰檬酸和1滴中 性紅，滴加1 : 1氨水至溶液由紅變黃后，再過量2 3ml濃氨水。加入15ml BCO溶液，用 水稀釋至刻度，搖勻。參比液是加入同量檸檬酸及氨水不加BCO的溶液。測定各溶液OD，， 以Cu2+濃度為橫坐標(biāo)，0D59。為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。b.浸出液中銅含量的測定吸取浸出液lOOiU，按上述標(biāo)準(zhǔn)曲線相同條件和步 驟，測定其在波長590nm處的吸光度。根據(jù)所測浸出液的吸光度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出浸出液 相對應(yīng)的Cu2+濃度，然后計算試樣中銅的含量，浸出液中銅含量用g/L表示。
銅浸取率計算公式銅浸取率=浸取液中Cu2+質(zhì)量/用于實驗的黃銅礦中銅的質(zhì) 量X100%。 實驗設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果如圖6所示。 結(jié)果表明，經(jīng)過80天，菌株Ar-4在有初始Fe"存在時(即實驗組1)，浸出液中銅 的濃度為2. 86g/L，銅浸取率為18. 5X，而在初始不加Fe"(即實驗組2)或無菌只有Fe"存 在(即對照組1和2)時，銅浸取率較低，分別為9. 02和4. 26%，而無菌對照組，只有酸作用
11下，銅浸取率只有3. 43% 。表明，菌株Ar-4在Fe2+存在時具有強(qiáng)的氧化黃銅礦的能力。
以自養(yǎng)培養(yǎng)方式或異養(yǎng)培養(yǎng)方式得到的嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar-4CGMCC No. 3402的生長細(xì)胞、細(xì)胞懸浮液、固定化細(xì)胞均具有較高的單質(zhì)硫氧化能 力、二價鐵氧化能力和金屬硫化礦物氧化能力，可以用于金屬硫化礦物的生物浸出。
權(quán)利要求
嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4，其保藏編號為CGMCC No.3402。
2. 嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4 CGMCC No. 3402在從金屬礦石中浸 取目的金屬中的應(yīng)用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于所述金屬礦石為硫化金屬礦； 所述硫化金屬礦為硫化銅礦、黃鐵礦、砷黃鐵礦、輝銅礦、硫化鎳礦、硫化錳礦、硫化鋅礦或硫化鉛礦；所述硫化銅礦具體為黃銅礦。
4. 一種從金屬礦石中浸取目的金屬的方法，包括如下步驟以金屬礦石為底物，用培 養(yǎng)基培養(yǎng)嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar_4 CGMCC No. 3402，得到游離目的金 屬離子或目的金屬單質(zhì)；和/或，所述培養(yǎng)基為基礎(chǔ)培養(yǎng)基、自養(yǎng)培養(yǎng)基或異養(yǎng)培養(yǎng)基；和/ 或，所述自養(yǎng)培養(yǎng)基由基礎(chǔ)培養(yǎng)基與下述物質(zhì)中的至少一種組成可溶性亞鐵鹽、 單質(zhì)S和K2S406 ;和/或，所述異養(yǎng)培養(yǎng)基由基礎(chǔ)培養(yǎng)基與有機(jī)碳源組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述異養(yǎng)培養(yǎng)基中，所述有機(jī)碳源為酵 母浸膏，所述酵母浸膏與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為(0.2g-lg) : 1L，具體為lg : IL或0. 2g : 1L ;所述培養(yǎng)基為異養(yǎng)培養(yǎng)基且所述金屬礦石為黃銅礦時，所述方法中，在所述培養(yǎng)前，包括向培養(yǎng)的體系中加入可溶性亞鐵鹽的步驟；所述可溶性亞鐵鹽中亞鐵離子與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為ig : il。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于所述方法中，所述金屬礦石與所述基礎(chǔ)培 養(yǎng)基的配比為(30-50) g : 1L，具體為50g : 1L;和/或，所述方法中，所述嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar_4 CGMCCNo. 3402與所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配比為1 X 107cell/ml。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一所述的方法，其特征在于所述培養(yǎng)的溫度為55-75t:，優(yōu) 選為65 °C ;和/或，所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基的pH值為2. 0-6. 0，具體為2. 5-5. 5 ;和/或，所述自養(yǎng)培養(yǎng)基的pH值為2. 0-6. 0，具體為2. 5-5. 5，再具體為2. 0或2. 5 ; 和/或，所述異養(yǎng)培養(yǎng)基的pH值為2. 0-6. 0，具體為2. 5-5. 5，再具體為2. 0或3. 5。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一所述的方法，其特征在于所述方法中，在所述培養(yǎng)前，包 括將所述金屬礦石進(jìn)行如下酸化的步驟用酸的水溶液浸泡所述金屬礦石直至酸化液PH 值在1. 5-1. 6之間維持24h不變?yōu)橹?和/或，所述方法中，在所述培養(yǎng)前，包括將所述金屬礦石粉碎至粒徑為45 m-50 m 的步驟；禾口 /或，所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基由(NH4)2S04， K2HP04， MgS04 7H20， KCl， CaCl2 21120，微量元素 溶液組成；(NH4)2S04在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為3. 0g/L，K2HP04在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為 0. 5g/L， MgS04 7H20在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為0. 5g g/L， KCl在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的 濃度為0. lg/L， CaCl2 21120在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為0. 01g/L，微量元素溶液在所述基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的濃度為2ml/L ;所述微量元素溶液由FeCl3 6H20、 CuS04 5H20、 H3B03、 MnS04 H20、 Na2Mo04 2H20、 CoCl2 6H20和ZnS04 7H20組成；FeCl3 61120在所述微量元素溶液中的濃度為1. lg/L， CuS04 5H20在所述微量元素溶 液中的濃度為0. 05g/L， H3B03在所述微量元素溶液中的濃度為0. 2g/L， MnS04 H20在所述 微量元素溶液中的濃度為0. 2g/L，Na2Mo04 *2H20在所述微量元素溶液中的濃度為0. 08g/L， CoCl2 6H20在所述微量元素溶液中的濃度為0. 06g/L， ZnS04 7H20在所述微量元素溶液中 的濃度為0. 09g/L。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4-8中任一所述的方法，其特征在于所述金屬礦石為硫化金屬礦； 和/或，所述硫化金屬礦為硫化銅礦、黃鐵礦、砷黃鐵礦、輝銅礦、硫化鎳礦、硫化錳礦、硫化鋅礦或硫化鉛礦；和/或，所述硫化銅礦具體為黃銅礦。
10. 嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar_4 CGMCC No. 3402在氧化二價鐵中的 應(yīng)用或嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp. )Ar_4 CGMCC No. 3402在氧化硫中的應(yīng)用； 所述硫為單質(zhì)硫或還原型硫化物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從金屬礦石中浸取金屬的方法及其專用菌株。該菌株為嗜酸嗜熱生金球菌(Metallosphaera sp.)Ar-4，其保藏編號為CGMCC NO.3402。實驗證明，該菌能在低pH值、高溫、高礦化度環(huán)境中生長，該菌可從黃銅礦中浸出銅離子，浸取率為10.6％；該菌還可從黃鐵礦(黃鐵礦)中浸出鐵離子，鐵浸取率為2.9％。該高溫浸礦菌從至少兩個方面提高了硫化物的氧化效率第一，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率提高；第二，提高溫度會增加金屬從某些礦物中提取的范圍，彌補(bǔ)了中溫菌浸出某些礦物并不成功，且投資較高、效率較低等缺點。對于浸出效率低的礦物如黃銅礦等，用本發(fā)明菌株尤為合適。另外，本發(fā)明菌株具有超強(qiáng)的耐酸性能，因此，在生物浸出過程中，產(chǎn)生的酸性不會影響該菌的效力，更加提高了浸出效率。
文檔編號C22B3/18GK101792728SQ20101013973
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者劉麗君, 劉雙江, 劉志培, 姜成英, 尤曉顏, 王保軍, 郭旭 申請人:中國科學(xué)院微生物研究所