微生物冶金中的自养菌的资料

我国稀土资源丰富但分布较分散,有“北轻南重”的分布特点[1-3],主要类型有碳酸岩型、风化壳淋积型以及少量砂岩型、碱性花岗岩型[4]。

内蒙古白云鄂博稀土矿的稀土资源位居全国之首,且占全球稀土资源的32%[5-6]。

我国稀土矿开采方式比较粗放,长期过度开采给矿区周边的生态环境造成了严重破坏。

由于稀土浸出的方法不同,造成的环境污染形式及程度也不同,研究人员开发出了各种冶炼方法,其中包括微生物稀土冶金技术。

自然界中微生物无处不在,种类繁多,利用微生物方法获得金属元素具有投资少、易于管理与操作等优点。

科学家一直致力于研究微生物与金属元素之间的相关性,以期利用微生物获得更多的金属元素。

自然界中矿床的产生和移动与微生物存在千丝万缕的联系[7-8]。

澳大利亚某企业于一天然矿山中提取的细菌可以在高温含硫的强酸性条件下更高效地吸附可溶性金属元素。

用微生物法浸出稀土矿时,微生物会通过氧化作用使稀土元素氧化,将不溶于水的稀土元素变为可溶于水,从而利于提取。

MOWAFY[9]的研究表明,从单体砂石中提取稀土元素时,使用黑曲霉、土曲霉和拟青霉进行生物浸出的效率优于非生物浸出,并且产生的污染极低。

在同一背景下,与化学浸出相比,氧化葡萄糖杆菌对稀土元素的生物浸出具有更高的效率,由此看出微生物冶金技术相比传统的湿法冶金具有绿色、经济的特点。

随着经济的快速发展,人类对自然资源的需求量与日俱增,因资源开采而导致的环境污染问题日益严重。

基于此,微生物冶金技术在矿产资源开发中的应用受到了广泛关注,微生物法因其绿色、经济、高效的特点使其在未来的稀土开发中具有广阔的应用前景。

本文介绍了微生物冶金技术特点,总结了其分类,综述了该技术在稀土资源利用中的研究进展,并展望了未来的研究方向,以期为稀土资源的高效、绿色开发提供借鉴。

1 微生物冶金技术概述1.1 微生物冶金技术特点微生物冶金技术通常是指用含有微生物的溶液将有价金属元素从矿石中溶解出来并加以回收利用的方法,其实质是加速将矿物自然转化成氧化物的湿法冶金过程,与传统方法相比,其具有回收率更高的优势,特别适合处理低品位、复杂、难处理的矿产资源。

三类生物冶金微生物菌种的选育及其与矿物作用研究除氧化亚铁硫杆菌能浸出金属硫化矿，其它一些微生物也具有与矿物作用的能力，报道产胞外多糖的硅酸盐细菌胶质芽孢杆菌可以溶解铝硅酸盐矿物，产有机酸的黑曲霉真菌可以浸出氧化矿中的金属元素。

作者在本研究中采用不同的方法分离筛选了以上三种类型的生物冶金微生物，并对它们的培养条件、浸矿生理及其与矿物作用效果进行了研究。

首先富集筛选了江西德兴铜矿、城门山铜矿、广东大宝山铜矿等六处矿坑水中的氧化亚铁硫杆菌，获得6个富集菌株。

通过研究6个菌株的Fe²⁺和S⁰氧化能力，发现不同菌株的氧化活性存在差异，但发现Fe²⁺氧化活性高的菌株S⁰氧化活性也高。

同时发现S⁰培养基中的细菌浓度比Fe²⁺培养基中细菌浓度高。

使用DBS菌株浸出低品位含铁闪锌矿，浸出30d，金属锌的浸出率达到100％；浸出含铁闪锌矿精矿石，浸出率也可达到50％，说明该菌株具有良好的浸矿效果。

研究了氧化亚铁硫杆菌耐干燥、耐高温的抗逆性生理特性。

发现该细菌具有较强的耐干燥能力，但不耐高温，55℃下细菌完全丧失氧化能力。

同时研究了多种因素对氧化亚铁硫杆菌生长活性的影响，发现在Fe²⁺氧化体系中添加0.25％固体物浓度的硫化矿物时，细菌的Fe²⁺氧化速度会降低，细菌生长停滞期延长，浸出液中细菌浓度减少。

当矿浆浓度增大时，由于矿物颗粒的运动及液体流动对菌体的机械损伤加剧，会使细菌的氧化活性进一步下降。

在9K培养基中舔加1％的S⁰时，细菌的Fe²⁺氧化活性也会受到抑制。

第12章矿物微生物浸出12. 1 概述中国是世界上最早采用微生物湿法冶金技术的国家。

早在公元前2世纪，就记载了用铁自硫酸铜溶液中臵换铜的化学作用，而堆浸和筑堆浸出在当时已成为生产铜的普通做法。

到了唐朝末年或五代时期，出现了从含硫酸铜矿坑水中提取铜的生产方法，称为“胆水浸铜”法。

到北宋时期，该方法已成为铜的重要生产手段之一。

当时有十一处矿场用这种方法生产铜，产量达百万斤，占全国总产量的15%～25%。

在欧洲，有记载的最早涉及细菌采矿活动是1670年在西班牙的里奥廷托（Rio Tinto）矿，人们利用酸性矿坑水浸出含铜黄铁矿中的铜。

然而，在所有这些早期的溶浸采矿活动中，人们对浸出液中存在微生物且发挥着重要的浸矿作用却一无所知，只是不自觉地利用了它们。

1947年柯尔默（Colmer）和亨科尔（Hinkle）首次从酸性矿坑水中分离出一种微生物－氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans），并对其生理特性进行了鉴定。

其后坦波尔（Temple）、莱顿（Leathen）等对这种自养菌的生理生态进行了详细研究。

发现这种微生物能将矿物中硫化物组分氧化生成硫酸，并能将二价铁离子氧化为三价铁离子。

这些研究成果对促进微生物湿法冶金的发展具有重要意义。

正是由于揭示了氧化亚铁硫杆菌这种生理特性，50年代掀起了生物湿法冶金研究的高潮。

1954年布莱涅（Buyner）等人从废铜矿堆的流出水中分离出该种细菌。

在实验室用此菌对多种铜硫化矿进行浸出试验，证明该菌可以氧化大多数硫化矿。

1958年美国肯尼柯特（Kennecott）铜矿公司的尤他（Utah）矿，首先利用该菌渗滤浸出硫化铜矿获得成功，并取得这项技术的专利。

从此细菌浸出的研究和应用开始受到各国重视，许多国家相继开展了由贫矿、废矿及表外矿石细菌浸出回收铜和铀的研究工作。

从20世纪60年代起细菌浸出铜和铀的技术用于工业生产。

近20年来，细菌冶金已成为湿法冶金领域的热门研究课题。

生物冶金重点一、绪论1.直接作用机理：是指细菌与矿物表面接触，将金属硫化物氧化为酸溶性的二价金属离子和硫化物的原子团。

2.间接作用机理：是指依靠细菌的代谢产物——硫酸铁的氧化作用，细菌间接地从硫化物的氧化过程中获得生长所需的能源。

二、微生物学基础1.微生物：是对所有形体微小的单细胞、结构极为简单的多细胞以及没有细胞结构的低等生物的统一称谓。

2.微生物分为哪几类：原核生物藻类、真菌等真核生物3.微生物分类（按分类单元及其等级）：界门纲目科属种4.微生物的特点：1)个体小、比表面积非常大。

2)分布广、种类繁多；3)繁殖快；绝大多数微生物以裂殖方式繁殖后代。

4)代谢灵活性大、容易变异。

5.细菌尺寸的表示：球菌的大小用直径表示，杆菌和弧菌的大小用其宽度和长度来表示，螺旋菌则用其宽度和弯曲长度表示。

6.细胞壁的功能：1)固定细胞外形,保护脆弱的原生质体，避免渗透压引起原生质膜破裂;2)阻拦某些分子进入细胞—分子筛;3)为鞭毛提供支点，使鞭毛摆动。

7.细胞膜的功能：1)一种选择透过性膜;2)细胞膜上合成细胞壁和形成横膈膜组分的酶；3)细胞膜还有脱氢酶、细胞色素氧化酶、电子传递系统、氧化磷酸化酶和三磷酸腺苷酶—氧化代谢和能量产生部分；4)细胞膜有鞭毛基粒，为鞭毛提供附着部位。

8.趋化性：细菌朝向或离开化学物质的运动。

细菌向着化学物质的运动是正趋化性；细菌离开化学物质的运动为负趋化性。

9.细菌运动方式：直线、翻滚10.酶：又称为生物催化剂，活细胞内合成的具有高度专一性和催化效率的蛋白质。

11.辅基或辅酶:全酶中除酶蛋白以外的部分12.全酶：酶蛋白+有机物+金属离子13.酶的特有性质：1)高效性2)高度专一性3)酶催化反应条件温和4)对环境条件极为敏感14.同化作用：(合成代谢)物质合成反应—将营养物质转化为肌体组分的过程，吸收能量15.异化作用：(分解代谢)物质分解反应—将营养物和细胞物质分解的过程，放出能量16.微生物培养基：指培养微生物时,根据其的营养需要,将水、碳源、氮源、无机盐和生长因素按一定比例配制而成的微生物营养物。

•化能自养菌是一类从无机物的氧化中得到能量(ATP)和还原力(NADH2或NADPH2)，能同化CO2的微生物，是“吃铁”、“吃石头”、“喝西北风”的细菌•无机物氧化释放出的电子靠氧化磷酸化或基质水平磷酸化产生能量ATP•产生的电子通过呼吸链传递给氧，其产能过程需要氧，因此所有专性化能自养菌都是好氧的一、无机物氧化产能•氢细菌(hydrogen-oxidizing bacteria)H 2＋ ½ O 2 → H 2O ＋237.2 kJ•铁细菌(iron-oxidizing bacteria)2 Fe 2+＋ ¼ O 2 ＋2 H + →2 Fe 3+ ＋ ½ H 2O ＋65.8 kJ•硫氧化细菌(sulphur-oxidizing bacteria ，SOB)HS -＋H + ＋ ½ O 2 → S 0＋H 2O ＋209.4 kJS 0＋1 ½ O 2＋H 2O →SO 42-＋2 H +＋195.7 kJ•硝化细菌(Nitrifying bacteria)•氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria ，AOB)NH 4+＋ ½ O 2 →NO 2- ＋H 2O ＋2 H +＋91.6 kJ•亚硝酸盐氧化细菌(nitrite-oxidizing bacteria ，NOB)NO 2- ＋ ½ O 2 →NO 3- ＋74.1 kJ二、化能无机自养型的四大类型三、无机底物脱氢后电子进入呼吸链的部位H2NAD FPATPCoQ NH4+HS-SO32-ATPCyt·cS2O32-Fe2-Cyt·a·a3ATP½ O2 Cyt·b·c1S0四、氢细菌 hydrogen bacteria氢氧化细菌hydrogen-oxidizing bacteriumH2＋1/2 O2→ H2O＋237 kJ富养罗尔斯通氏菌Alcaligeneseutrophus假单胞菌属Pseudomonas副球菌属Paracoccus诺卡氏菌属Nocardia五、铁细菌iron-oxidizing bacteria、iron-eating bacteria “噬铁菌”或“铁氧化菌”是将二价铁氧化成三价铁，并能同化二氧化碳进行生长的细菌。

生物冶金生物冶金是指在相关微生物存在时，由于微生物的催化氧化作用，将矿物中有价金属以离子形式溶解到浸出液中加以回收，或将矿物中有害元素溶解并除去的方法。

许多微生物可以通过多种途径对矿物作用，将矿物中的有价元素转化为溶液中的离子。

利用微生物的这种性质，结合湿法冶金等相关工艺，形成了生物冶金技术。

浸矿微生物主要有氧化铁硫杆菌(ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ)、氧化硫硫杆菌(ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｔｈｉｏｏｘｉｄａｎｔ)、硫化芽孢杆菌(ｓｕｌｆｏｂａｃｉｌｌｕｓ)、氧化铁杆菌(ｆｅｒｒｏｂａｃｉｌｌｕｓｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｔ)、高温嗜酸古细菌(ｔｈｅｒｍｏａｃｉｄｏｐｈｉｌｉｃａｒｃｈａｅｂａｃｔｅｒｉａ)、微螺球菌属(1ｅｐｔｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ)等。

在有关生物冶金的报道Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ(氧化亚铁硫杆菌)为浸矿菌种的论文占绝大多数，但从研究者对浸矿细菌的分离及培养方法来看，应该是多个菌种的富集混合菌。

它们有些生长在常温环境，有些则能在50～70℃或更高温度下生长。

硫化矿氧化过程中会产生亚铁离子和元素硫及其相关化合物，浸矿微生物一般为化能自氧菌，它们以氧化亚铁或元素硫及其相关化合物获得能量，吸收空气中的氧及二氧化碳，并吸收溶液中的金属离子及其它所需物质，完成开尔文循环生长。

用于浸矿的几十种细菌，按其生长的最佳温度可以分为三类，即中温菌、中等嗜热菌与高温菌。

一些常用浸矿细菌的主要性质见表1。

硫化矿生物浸出过程包括微生物的直接作用和间接作用，同时还具有原电池效应及其它化学作用。

直接作用是指浸出过程中，微生物吸附于矿物表面通过蛋白分泌物或其他代谢产物直接将硫化矿氧化分解。

间接作用则指微生物将硫化矿物氧化过程产生的及其它存在于浸出体系的亚铁离子，氧化成三价铁离子，产生的高铁离子具有强氧化作用，其对硫化矿进一步氧化，硫化矿物氧化析出有价金属及铁离子，铁离子被催化氧化，如此反复。

几种自养微生物的新陈代谢类型和作用机理分析作者：涂裕坤来源：《教育教学论坛·上旬》2010年第03期摘要:自养微生物是能够利用光能或化学能,将无机物(CO2)合成为有机物存储能量的一类微生物。

根据其利用的能量的不同,分为光能自养细菌(光合细菌)和化能自养细菌。

光合细菌在细胞内的色素作用下,通过光合磷酸化将光能转变为有机物的化学能,由于电子供体不是水,所以都是厌氧类型;化能自养细菌是通过氧化磷酸化,最终将得到的能量存储在有机物中,由于电子受体都是氧或氧化物,所以都是需氧型生物。

关键词:自养微生物光合细菌硫细菌代谢类型光能自养化能自养旧人教版《新陈代谢类型》一节的内容中,讲述到的自养型的生物主要有两类:光能自养和化能自养。

其中光能自养以植物较为重要和熟悉,而化能自养仅较详细举了硝化细菌为例,光合细菌、硫细菌和铁细菌只是简单地提及。

在生物复习中,关于微生物的种类和代谢特点却常常有讲述,给很多学生甚至教师带来疑惑。

光合细菌(包括紫硫细菌、红硫细菌、绿硫细菌)、硫细菌、铁细菌,这些微生物从同化作用的角度讲,都是自养生物,但异化作用却不尽相同,那么他们的异化作用类型是什么?作用机理又是什么呢?一、光合细菌的代谢类型和作用机理光合细菌包括紫硫细菌、红硫细菌、绿硫细菌等,这些细菌都是厌氧光合菌,多栖息于含硫化氢的厌氧水域中,利用硫化氢中的氢作为电子供体还原二氧化碳。

它们进行光能自养的实质是通过光合磷酸化将光能转变成化学能,用于将CO2合成为有机物。

光合细菌细胞内均含有光合色素,光合色素存在于光合细菌的载色体中,载色体是小泡状的结构,相当于真核细胞的类囊体。

光合细菌含有的光合色素主要是细菌叶绿素、细菌叶褐素和类胡萝卜素等。

呈粉红、紫红、橙、褐、绿等色。

细菌叶绿素的结构与高等植物中的叶绿素具有类似的化学结构,但侧链基团不同,由此导致光吸收有差异。

细菌叶绿素的吸收波长在近红外区(660nm～870nm),所以在昏暗的环境中仍能进行光合作用,而光合细菌恰恰是生活在缺少光线的水底泥中。

谈谈湿法冶金新技术在矿产资源开发中的应用张春生1,刘 刚1,2(1.昆明有色冶金设计研究院,云南 昆明 650051; 2.昆明理工大学,云南 昆明 650093)摘 要:随着湿法冶金新技术、特别是细菌浸出技术的不断发展、完善,对不可再生资源进行合理、经济地开发利用,实现可持续发展已成为事实,并得到了日益广泛地应用。

本文简要介绍了湿法冶金新技术在工业中的应用情况及广阔前景。

关键词:湿法冶金;矿产资源;细菌冶金中图分类号:TF111 3 文献标识码:B 文章编号:1004-2660(2006)04-0006-04Application of New Hydrometallurgical Technology in theDevelopment of Mineral ResorucesZHANG Chun-sheng,LI U Gang(1.Kunming Desi gn&Research Institu te of Non-ferrous Metallurgy,Kunming650051;2.Kunmi ng Universi ty of Science and Technology,Kunming650093,China)Abstract:Along with the development and improvement of new hydrometallurgical technology,es-pecially in the field of bacteria leaching process,reasonably and economically developing and utilizing unrene wable resources and implementing the policy of sustainable development already became a truth or guide line accepted by all and widely used with each passing day.The authors introduce the utilization of new hydrometallurgical technology and its bright prospect in industry.Key words:Hydrometallurgy;mineral resources;bacteria metallurgy湿法冶金技术问世以来,在黄金、有色、贵金属等矿产资源的保护性开发、资源的充分利用和环境保护等方面,发挥了巨大的作用,随着该技术的不断发展完善,其前景十分广阔。