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微生物冶金工艺及发展(童威祖）(1009030216)摘要论述了微生物浸出的原理,介绍了用于冶金工业的微生物及用于工业上的生物冶金方法:堆浸法、槽浸法及就地浸出法,并讲述了国外浸出铜、金、铀、锰四种金属采用微生物浸出工艺的生产情况。
提出了目前微生物冶金发展中存在的问题及今后微生物冶金发展的方向。
关键词微生物冶金浸出引言目前,世界矿产资源日渐贫杂,资源、能源、环境问题越发引起人们重视, 我国矿产资源国家战略地位与日俱增。
随着矿物贫杂化和严重能源危机及环境污染的加剧,传统的冶金技术面临巨大挑战,寻求更为高效、低能、清洁的绿色资源利用途径成为研究焦点。
根据美国国家研究委员会( NRC) 2001年的研究报告,在未来20a ,美国矿业最重要的革新将是采用湿法冶金工艺取代有色行业传统的熔炼工艺[ 1]。
1 微生物湿法冶金概述微生物湿法冶金技术是一门新兴的矿物加工技术,它包括微生物浸出技术和微生物浮选技术。
微生物浸出技术始于20世纪50年代,并已在铜、铀贫矿的堆浸及含砷难处理金矿的预处理方面实现了工业化生产应用;微生物浮选技术在20世纪80年代出现,目前尚在实验室研究阶段。
由于微生物湿法冶金具有环境危害小和资源利用率高的优点, 在资源环境问题日益受重视的今天倍受关注,在矿物加工领域展示了广阔的应用前景[ 2]。
微生物浸矿是指用微生物生长代谢产生的酸性水溶液,将有价金属元素(如铜、铀)等从其矿石中溶解出来,加以回收利用的方法。
这些金属矿物一般指低品位矿、复杂矿物、尾矿石等用传统方法难以利用的矿物,是生物、冶金、化学、矿物等多学科交叉技术。
微生物浸出工艺一般采用堆浸, 在细菌存在的情况下,如硫化矿物被氧化并释放出金属离子,浸出液回收有价金属,残余液添加试剂再返回堆中复浸。
通常残余液中都含有硫酸及Fe3+/Fe2+离子, 这些对矿物金属的浸出是十分有益的。
微生物浸矿的优点表现在: 低能耗、低药剂消耗量, 低劳动力需求, 低成本; 反应温和,工艺流程短,设备简单,易于建筑,流动资金占有量小; 资源利用广,能使更多不同种类极低品位矿物得到有效利用; 无废气, 一定程度上可认为无废物、废水排放,环境友好,增加生产安全性; 简化了整个工艺过程。
微生物浸出技术及其研究进展摘要：随着人们生活水平的不断提高，对矿产资源消耗量越来越大，而高品位矿石已近枯竭，开发利用低品位资源已提到议事日程；为此，必须找到一种经济上合理，技术上可行，并且安全环保的回收低品位矿石的方法，以充分利用原先丢弃的废矿或开采低品位的矿床。
目前，原地浸出（穿孔注液，不爆破）、就地浸出（爆破后就地喷液）、堆浸、池浸、搅拌浸出等技术被广泛应用，这些方法都伴随有微生物浸出部份。
在金矿、铜矿、铀矿的开采中，为了充分利用矿产资源和降低经济成本，科研人员利用微生物浸出技术来实现矿产资源的开发，使得微生物浸出技术成为开采金矿、铜矿、铀矿开采的重要技术。
本文在此通过对铜矿中使用的微生物品种的介绍、微生物浸出原理以及微生物浸出效率等进行讨论，并对微生物浸出技术的研究提出作者自己的看法。
关键词：微生物浸出技术；微生物浸出原理；浸出效率；影响因素；研究进展微生物浸出技术中，矿洞的开采环境以及微生物的特性不同，都会导致铜矿回收率的变化，从而影响到微生物的浸出效率。
因此，在使用微生物浸出技术进行铜矿资源的开采时，要保证其达到合适的pH值并满足铜矿的矿浆浓度，保证矿石粒度满足要求，避免粒径过细引起的叠堆。
同时，对加入了微生物的矿石进行充分搅拌，使其在搅拌中与微生物接触，保证微生物浸出过程中氧气和二氧化碳的充足。
目前，我国在研究高效菌种的培育以及高效菌种的散体渗流过程等还存在部分欠缺，为了提高微生物浸矿工艺的高效率，科研人员需要对现有的微生物浸出技术进行改进和完善。
1微生物浸出技术的概述最早的微生物浸出主要用于冶金，因此它还有着一个别称：湿式冶金技术，即通过利用微生物生命活动中的氧化以及还原特性来实现铜矿资源的开采。
在铜矿开采中，使用微生物浸出技术主要是因为微生物可以浸出金属，并对矿石表面的成份产生氧化还原，使其在水溶液中，以另一种形态的方式与原物质进行分离，包括元素沉淀或者离子状态等。
微生物浸出技术最早是被应用于贫矿中对金属的回收，比如铀、铜、金等。
浸矿微生物选育及鉴定引言浸矿微生物选育及鉴定是一项重要的研究领域，该领域的研究内容主要涉及如何从自然环境中筛选出适宜于浸矿过程的微生物，并通过鉴定和分析微生物的特性，进一步优化浸矿过程，提高浸矿效率。
本文将介绍浸矿微生物选育及鉴定的基本原理、方法和应用。
一、浸矿微生物的基本特性浸矿微生物是一类能够在浸矿过程中起到促进作用的微生物。
这些微生物通常能够利用矿石中的有机物和无机物，进行代谢产物的生成，并释放出酸性物质，从而溶解矿石中的金属元素。
同时，浸矿微生物还具有良好的耐受性和适应性，能够适应较高的温度、酸碱度和重金属浓度等恶劣环境条件。
2.1 野外筛选法野外筛选法是最常用的浸矿微生物选育方法之一。
该方法通过采集不同环境样品，如矿石、土壤、水等，将这些样品接种到含有合适培养基的培养皿中，利用培养条件的调控，筛选出具有浸矿能力的微生物。
这种方法具有简单、经济的优点，但由于样品的复杂性和微生物的不确定性，需要进行大量的筛选和鉴定工作。
2.2 定向选育法定向选育法是一种基于已知浸矿微生物特性的选育方法。
在这种方法中，研究人员首先对目标浸矿微生物的特性进行深入研究，了解其代谢途径、酶系统等信息。
然后，根据这些特性设计合适的培养条件，并通过选育和筛选，获得具有高浸矿效率的微生物。
浸矿微生物鉴定是确定分离出的微生物是否具有浸矿能力的重要步骤。
常用的鉴定方法包括形态学观察、生理生化特性测试、分子生物学分析等。
3.1 形态学观察形态学观察是浸矿微生物鉴定的最基本方法之一。
通过显微镜观察微生物的形态特征，如细胞形状、大小、颜色等，可以初步判断微生物的种类，并与已知的浸矿微生物进行比对。
3.2 生理生化特性测试生理生化特性测试是通过测定微生物的代谢产物、酶活性、生长温度和PH范围等指标，进一步鉴定和比较微生物。
例如，浸矿微生物通常能够产生特殊的酶来溶解矿石，并在酸性环境下生长，这些特性可以通过生化特性测试进行评估。
3.3 分子生物学分析分子生物学分析是一种基于微生物DNA或RNA的鉴定方法。
题目：浸矿微生物的选育及鉴定浸矿微生物的选育及鉴定摘要本综述结合当今生物冶金的研究现状，介绍了国内外浸矿微生物的选育方法，及应用各种技术对各种浸矿微生物进行鉴定和群落结构分析，这些方法的应用对生物冶金领域的研究及生产实践具有重要意义。
关键词：浸矿微生物选育鉴定随着我国矿产资源的不断开发利用，富矿资源日趋贫乏，以贫、细、杂为突出特点的难选冶矿石，所占比例不断上升，致使常规的选冶方法，在技术和经济两方面都面临严峻的挑战。
对于铜、金、铀等金属需求量的不断增加以及成本的节约化，促使冶金技术的不断进步，由此产生了生物冶金技术。
生物冶金技术具有工艺简单、流程短、装备简单、投资小、成本低、污染轻、资源消耗量小以及能够理低品位矿等诸多优点，适合社会可持续发展的要求，因此，生物冶金技术的开发研究，己经成为矿产资源利用领域的前沿研究课题。
随着生物冶金技术研究的不断深入，学者对在生物浸矿体系中起关键作用的浸矿微生物的研究越来越多。
本文将对浸矿微生物的选育和鉴定技术进行综述，为浸矿微生物的研究提供一定的参考，以便能更好的利用生物冶金技术。
1 浸矿微生物浸矿微生物是可以直接或间接地参与金属硫化矿或氧化物的氧化和溶解过程的微生物。
细菌对矿物分离的作用主要来源于：1)微生物代谢的分泌物对目标矿物的选择性吸附、中和、氧化还原等作用；2)微生物选择性地将目标矿物成分吸收进入代谢环节，然后以另外一种形态或价态将矿物成分释放于环境中；3)微生物本身对目标矿物的选择性吸附、中和等作用；4)微生物分泌物及代谢过程对目标矿物复杂的吸附、氧化还原等物化作用。
根据温度范围，在生物冶金过程中起作用的浸矿菌主要可分为以下3类：(1)嗜中温细菌(Mesophile)。
最佳生长温度30～45℃，主要包括Thiobadllus ferrooxidans，Thiobadllas thiooxidans，Leptospirillum ferrooxidans。
(2)中等嗜热细菌(Moderate thermophile)。
最佳生长温度45～ 55℃，主要有Sulfobacillus菌属；已鉴定的有Acidimicrobium ferrooxidans，Sulfobacillus thermosulfidooxidans，Sulfobacillus acidophilus。
(3)．高温嗜热菌(Extreme thermophile)。
最佳生长温度60～ 85℃，包括Sulfolobus：60～ 70℃；Sulfolobus likearchaea：65～ 85C。
其中，嗜中温菌和中等嗜热菌已成功应用于硫化矿的生物氧化中，在低于45℃时以嗜中温菌为主；在45～ 60℃范围内，以中等嗜热细菌为主；在40～45℃的范围内可能有些重叠。
高温嗜热细菌在实验室已进行了扩大试验，但还未进行大规模的工业应用。
2. 浸矿微生物选育的意义与方法2．1 选育的意义菌种选育包括选种和育种。
选种即根据微生物的特性，应用各种筛选方法从自然界和生产中选择需要的菌种；育种即进一步提高已有菌种的某种性能，使其更符合需要，一般通过诱变和杂交来实现。
变异菌株中通常只有少数在某些性能方面比初始菌株有所提高，育种工作中也存在选种问题，选出的新菌种有待通过育种过程提高其性能，选种与育种有紧密联系。
目前，微生物冶金中的硬件设施和工艺流程已经比较成熟，但浸矿微生物生长速度慢，只有大肠杆菌的万分之一，且在实际浸矿体系中，表面活性剂、重金属离子、卤素离子等含量超过一定浓度时，将抑制细菌生长，甚至造成菌体死亡。
因此，要想充分发挥微生物浸矿方法的优势，提高其矿物浸出效果，除了进一步改进工艺外，更重要的是要加强高效菌株的选育工作，改良菌种以获得能适用多种矿石、适应能力强、氧化活性高并能大规模应用的高效工程菌。
2.2 选育方法2.2.1 驯化育种与其它生物相比，微生物对环境有很强的适应能力。
微生物的生长是其与外界环境相互作用的结果，在逐渐适应环境的变化过程中基因会发生突变，在适合生长发育的新环境下成为优势种驯化按目的不同可分为活性和抗性驯化，方法是使用目的矿物不断转代培养或增加有毒离子的转代培养。
刘亚洁等报道铁一硫氧化细菌经过较高浓度含氟离子培养基长时间培养驯化后，筛选到的菌株可在含氟1．48 g／L的溶浸液中一昼夜即可将5 g／L Fe完全氧化。
当前大多数细菌堆浸场所用菌种为驯化菌种，如张卫民等报道了永平铜矿浸矿细菌经过4次驯化后，溶液中Fe2+的转化速率明显提高，Fe的沉淀率明显减少，而pH逐渐下降。
浸矿细菌对金属离子的抗性主要由质粒基因编码。
目前质粒抗性机理研究还不够深入。
而张东晨等对质粒在硫杆菌中普遍存在的观点提出了质疑，研究结果表明，氧化亚铁硫杆菌对Fe 、S等的氧化能力可能只是与拟核染色体DNA有关，而其遗传物质就是拟核染色体DNA。
2.2.2诱变育种诱变育种是利用物理或化学的因素(如紫外线、亚硝基胍、微波等诱变剂)处理微生物群体，促使少数个体细胞的遗传物质(主要是DNA)的分子结构发生改变，使基因内部的碱基配对发生差错，从而引起微生物的遗传性状发生突变。
根据应用的要求，可以从突变株中筛选出某些具有优良性状的菌株供科研和生产使用。
目前这方面的报道较多，采用的诱变手段各异，均取得较好效果。
如徐晓军等报道了经紫外线诱变的浸矿细菌对黄铜矿的浸出率比原始菌提高了46 以上，到达浸出终点的时间也缩短了5～lO天。
蒋金龙等用亚硝基胍(NTG)对氧化亚铁硫杆菌进行诱变育种，发现诱变后菌株的氧化活性在原先的基础上提高了4倍。
熊英等报道经驯化后的氧化亚铁硫杆菌用紫外线、微波作为诱变剂进行复合处理诱变选育T．f菌的氧化活性由末被驯化、诱变前的0．07 g／(I ·h)提高到3．18 g ／ (I ·h)。
诱变育种所获得的优良菌株要应用到工业实际中去，必须是遗传稳定的突变菌株，亦即在菌种保存和应用过程中其突变或抵制基因突变的频率要很小，这就要求在育种过程中作一段长期的培养和观测，反复传代观测其性状稳定性；当培养稳定时，还要对保存的菌种作一定时期的复活培养，分离其未回复突变株、淘汰其同复突变株，并确定适当的保存方法和时期。
2.2.3 接合、转化和转导通过供体菌和受体菌完整细胞间的直接接触而传递大段DNA的过程称为接合，也称细菌“杂交”。
革兰氏阴性细菌最为常见。
有接合作用的细菌是有性别分化的，与一种F质粒有关，根据F质粒的有无和存在方式可分为4种类型：① F (雄性)菌株；②F-(雌性)菌株；③Hfr(高频重组)菌株；④F菌株。
F质粒的切割与整合可在群体间传递基因，产生新的遗传类型。
受体菌直接吸收供体菌的DNA 片段，然后同源配对交换，从而获得供体菌的部分遗传性状的现象称为转化。
转化后的受体菌称转化子。
转化与亲缘关系和感受态的建立有关。
通过缺陷噬菌体的媒介，将供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，从而使后者获得了前者部分遗传性状的现象称转导。
转导是由于噬菌体的错误包装发生的。
转导后的受体菌叫转导子。
2.2.4 细胞融合通过人为的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并产生重组子的过程称为细胞融合。
细胞融合在革兰氏阳性菌中比较容易，在革兰氏阴性菌中成功的例子不多。
其原理和主要过程是两个有选择性遗传标志的突变体，在高渗溶液中，用适当的脱壁酶(如细菌可用溶菌酶或青霉素处理)除去细胞壁，再将形成的原生质体离心聚集，并加入促融合剂PEG(聚乙二醇)促进融合，然后在高渗溶液中稀释，涂在能使其再生细胞壁或进行分裂的培养基上，待形成菌体后，通过影印接种法，将其接种到各种选择性培养基上，最后鉴定它们为重组子。
2.2.5 基因工程育种基因工程育种足指利用基因工程方法对生产菌株进行改造而获得高产程菌，或是通过微生物间的转基因而获得新菌种的育种方法。
来源不同的氧化亚铁硫杆荫菌株对金属硫化矿物的浸出效果是不一样的，说明氧化铁硫杆菌具有复杂的遗传特性。
贝雷A D、汉斯福德G s对两株氧化亚铁硫杆菌的染色体基因组大小进行r研究，发现其大小为2．9 Mb左右。
据报道，在氧化亚铁硫杆菌的ghnS 基因的C端发现了一个代号为Tn5468的转座子，其序列与Tn7相似。
在来源于同地点的茼株染色体上存在两种2O～3O个拷贝的重复序列，IST1和IST2能存染色体DNA 中移动，使菌落发生表型转移口。
1994年Peng等利用大肠杆菌IncP族质粒转移到氧化亚铁硫杆茼中并表达其功能的特性，使该质粒上的两个抗性基因(卡那霉素和链霉素基凶)和抗砷基因(Asr)被成功地转移到氧化亚铁硫杆菌中。
徐海岩等u l利用氧化铁硫杆菌抗砷上菌Tf 59(pSDX3)处理含砷金精矿，获得了较好的抗砷效果。
赵清等通过利用DNA体外重组技术，构建了含有强启动子、可在tra基因诱动下转移的组成型表达的抗砷质粒pSDRA4。
通过接合转移的方式将其导入专性自养极端嗜酸性喜温硫杆菌Acidithiobacillus c II IdW 中，构建了冶金工程菌Acidithiobacillus caldus(pSDRA4)，重组质粒在喜温硫杆菌中具有较好的稳定性(重组质粒保留76%以上，野生菌相比，构建的喜温硫杆菌工程菌抗砷能力明显提高，从10 mmol／L高到45 mmol／L.2.3 改良育种需注意的问题在进行生物改良育种过程中，为得到高效稳定的工业用菌，就必须用有效的育种程序，适于浸矿菌生长的育种培养基，育种方法的正确选择以及育种过程中菌株筛选的有效性。
(1)有效的育种程序可以在不同诱变处理后，能在后处理中以恰当的指标反应出最有效的正突变菌株，以此菌株再培养、富集、自然淘汰出负变菌株，选择出最好的正突变菌株，应用于工业实际中去。
(2)微生物的分离纯化和菌株筛选和微生物的生理生化研究都需要正确的培养基，特别是在育种中所使用的固体培养基。
常规琼脂有机凝固剂对自养浸矿菌有抑制作用，不利于菌株筛选。
硅胶无机凝固剂虽无抑制性，但操作性能很差。
因此在进行改良育种时，驯化耐受有机物能力强的混合菌株进行定向选育育种；也可比较各种凝固剂的效果，寻找比较理想的凝固剂；或者将有机凝固剂的抑制分子进行纯化处理。
(3)针对菌种改良的诱变或基因工程方法，不同的菌种，选择正确的方法。
诱变主要分为物理诱变和化学诱变。
对于T．f菌而言，因其在化学诱变过程中，有机物对其生长有强烈的抑制作用，因此一般采用物理诱变就能得到高效稳定的诱变工业菌种。
(4)改良育种所获得菌株应用到工业实际中去，必须是稳定的突变菌株。
亦即在菌种保存和应用过程中其回复突变或抑制基因突变的频率要很小，这要求在育种过程需要长期的培养和观测，反复观测其性状稳定性。
在实际菌种改良过程中，亦可从培养环境，如温度、pH值、重金属离子浓度等条件考虑，做到快速有效筛选和改良。
