一種自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群fim-z4及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體涉及一種自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群FM-Z4及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
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[0002]生物濕法冶金是以微生物對(duì)礦石的直接、間接或兩者共同作用浸出礦石中有用金屬的一種工藝。與傳統(tǒng)冶金技術(shù)相比，生物冶金具有成本低、工藝流程簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，且能夠處理傳統(tǒng)的冶金方法無(wú)法或難以處理的低品位礦石、原礦和尾礦等。為了適應(yīng)不同的礦石類型和提高細(xì)菌浸礦的效率，發(fā)現(xiàn)、采集并篩選到高效、適應(yīng)能力強(qiáng)、選擇性好的浸礦菌是開(kāi)展生物冶金基礎(chǔ)研究及工程化應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]目前用于浸礦的微生物主要是嗜酸、好氧的自養(yǎng)型硫桿菌，其中氧化亞鐵硫桿菌(Acidi th1bacillus ferrooxidans, A.f)是目前生物浸出相關(guān)研究中研究最多且是最重要的一類浸礦微生物，A.f以氧化亞鐵和(或)還原型硫化物獲得能源并固定CO2作為碳源營(yíng)化能自養(yǎng)生長(zhǎng)。嗜酸氧化硫硫桿菌(Acidith1bacillus th10xidans, A.t)為專性自養(yǎng)微生物，能氧化元素硫、硫代硫酸鹽和鏈四硫酸鹽。在硫化物礦石的生物浸出過(guò)程中，A.t處于從屬地位，一般伴同A.f共同發(fā)揮作用。
[0004]自養(yǎng)型硫桿菌一般生長(zhǎng)緩慢，這也是浸礦效率低的一個(gè)主要原因。研究表明，浸礦微生物的一些代謝產(chǎn)物對(duì)其自身的生長(zhǎng)有抑制作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠顯著提高浸出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，加快反應(yīng)速度，縮短浸出周期，提高目標(biāo)礦中金屬離子的浸出率的自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群FM-Z4—嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidith1bacillus ferrooxidans)、嗜酸氧化硫硫桿菌(Acidith1bacillus th10xidans)、嗜酸異養(yǎng)菌(Acidiphiliu acidophilum)的混合培養(yǎng)物F頂-Z4，其于2015年09月08日保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心(CGMCC)，地址:北京市朝陽(yáng)區(qū)北辰西路I號(hào)院3號(hào)，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，保藏編號(hào)為:CGMCC N0.11190。
[0006]本發(fā)明還提供了嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidith1bacillus ferrooxidans)、嗜酸氧化硫硫桿菌(Acidith1bacillus th10xidans)、嗜酸異養(yǎng)菌(Acidiphiliuacidophilum)的混合培養(yǎng)物F頂-Z4在浸礦中的應(yīng)用。優(yōu)選是在浸礦時(shí)浸出銅或鎳中的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明從福建某硫化銅礦礦山采集的礦石中經(jīng)過(guò)富集培養(yǎng)獲得一種由自養(yǎng)型和異養(yǎng)型浸礦菌組成的自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群FIM-Z4，該自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群FIM-Z4的優(yōu)勢(shì)菌主要是嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidith1bacillus ferrooxidans)，嗜酸氧化硫硫桿菌(Acidith1bacillus th10xidans)，銅綠色假單胞菌(pseudomonassp.)，嗜酸異養(yǎng)菌(Acidiphilium acidophilum)和鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas sp.)。與自養(yǎng)型浸礦混合菌相比，該自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群F頂-Z4能顯著的提高浸出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，加快反應(yīng)速度，縮短浸出周期，提高目標(biāo)礦(銅和鎳)生物浸出速率和浸出率。本發(fā)明的自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群FIM-Z4是一個(gè)相容的整體，在長(zhǎng)期的馴化過(guò)程中種群生態(tài)保持相對(duì)穩(wěn)定。它應(yīng)用在生物冶金中，對(duì)低品位硫化銅礦中的銅離子和低品位鎳礦中的鎳離子具有較好的浸出效果。
[0008]浸礦體系中含有以有機(jī)底物作為能源物質(zhì)的異養(yǎng)菌，就可以在一定程度上解除對(duì)自養(yǎng)菌的抑制作用，有利于主要浸礦菌的生長(zhǎng)，充分發(fā)揮其浸礦作用，提高浸出率?；旌辖V菌群中異養(yǎng)菌大多以自養(yǎng)菌的代謝產(chǎn)物、死亡菌體作為生長(zhǎng)能源，可以充分利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，解除代謝產(chǎn)物對(duì)自養(yǎng)菌的抑制，增加自養(yǎng)菌的繁殖速率，進(jìn)而提高生物浸出率。自養(yǎng)型和異養(yǎng)型浸礦菌通過(guò)協(xié)同作用對(duì)提高金屬浸出速率和浸出率發(fā)揮著重要作用。
[0009]本發(fā)明的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidith1bacillus ferrooxidans)、嗜酸氧化硫硫桿菌(Acidith1bacillus th10xidans)、嗜酸異養(yǎng)菌(Acidiphiliu acidophilum)的混合培養(yǎng)物F頂-Z4于2015年09月08日保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心(CGMCC)，地址:北京市朝陽(yáng)區(qū)北辰西路I號(hào)院3號(hào)，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，保藏編號(hào)為:CGMCC N0.11190。
【具體實(shí)施方式】
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[0010]以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0011]實(shí)施例1:自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群FM-Z4的富集和馴化
[0012]取福建某硫化銅礦礦山采集的低品位硫化銅礦礦樣，加入到9K-S培養(yǎng)基中，32°C，150rpm震蕩培養(yǎng)，待培養(yǎng)液變棕紅色，鏡檢觀察有大量運(yùn)動(dòng)細(xì)菌存在后，獲得第I代富集培養(yǎng)物。將第I代富集培養(yǎng)物轉(zhuǎn)代培養(yǎng)，方法同上，但細(xì)菌接種量要逐代減少，轉(zhuǎn)代培養(yǎng)8?10代后，獲得最終的富集培養(yǎng)物。
[0013]所述的9K-S 培養(yǎng)基配制方法如下:A 液:將(NH4) 2S043.0g、K2HPO40.5g、KCl 0.lg、MgSO4.7H20 0.5g、Ca (NO3)0.01g，加入到 800mL 去離子水中，H2SO4調(diào)節(jié) pH 至 2.0，121°C 高壓滅菌20min，得到A液液:將FeSO4.7H20 44.78g加入到200mL去離子水中，H2SO4調(diào)節(jié)pH至2.0，孔徑為0.22 μm的濾膜過(guò)濾除菌；C:單質(zhì)硫粉5g，采用間歇法滅菌。將800ml滅菌后的A液與200ml B液加入C中，混勻后即得到9K-S培養(yǎng)基。
[0014]對(duì)上述富集培養(yǎng)物進(jìn)行礦石馴化培養(yǎng)，初代培養(yǎng)的培養(yǎng)基為9K-S培養(yǎng)基，32°C，150rpm震蕩培養(yǎng)，馴化培養(yǎng)6代，逐代減少上述9K-S培養(yǎng)基中硫酸亞鐵和硫粉的含量，同時(shí)增加低品位硫化銅礦礦樣的含量作為能源物質(zhì)，從而提尚富集物對(duì)目標(biāo)礦的適應(yīng)能力。每次搖瓶培養(yǎng)時(shí)間為7?10d，鏡檢能觀察到大量運(yùn)動(dòng)細(xì)菌存在。最后一次馴化過(guò)程中不再添加硫酸亞鐵和硫粉，礦石成為唯一的能源物質(zhì)。最后以9K培養(yǎng)基(無(wú)Fe)中添加低品位硫化銅礦礦樣作為唯一能源物質(zhì)對(duì)菌群進(jìn)行多次轉(zhuǎn)代培養(yǎng)，由此獲得穩(wěn)定的經(jīng)過(guò)礦石馴化的自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群，即為自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群FIM-Z4。
[0015]實(shí)施例2:自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群F頂-Z4細(xì)菌種群的組成分析
[0016]采用Illumina MiSeq高通量測(cè)序技術(shù)分析馴化后的自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群F頂-Z4的微生物群落結(jié)構(gòu)。主要步驟為:采用CTAB/NaCl法提取自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群F頂-Z4的總DNA，利用I %瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)抽提的基因組DNA完整性，擴(kuò)增細(xì)菌16S rRNA的V3區(qū)，通過(guò)Illumina Miseq測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序，提取高質(zhì)量序列，對(duì)序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析，獲得群落結(jié)構(gòu)和豐度的情況。結(jié)果表明，該自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群FIM-Z4的優(yōu)勢(shì)菌主要是嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidith1bacillus ferrooxidans)(豐度占比80.03 %)，嗜酸氧化硫硫桿菌(Acidith1bacillus th10xidans)(豐度占比9.02 % )，銅綠色假單胞菌(pseudomonas sp.)(豐度占比7.07 % )，嗜酸異養(yǎng)菌(Acidiphiliu acidophilum)(豐度占比 1.80%)和鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas sp.)(豐度占比1.11% )。
[0017]將此自養(yǎng)型和異養(yǎng)型復(fù)合浸礦菌群F頂-Z4命名為:嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidith1bacillus ferrooxidans)、嗜酸氧化硫硫桿菌(Acidith1bacillusth10xidans)