中等高温浸矿环境中微生物多样性以及中度嗜热混合细菌浸出铁闪锌矿研究

摘要

本论文采用黄铁矿、黄铜矿、硫酸亚铁和硫粉混合物作为主要能源物质在50℃条件下分别培养中度嗜热细菌混合物，采用PCR结合限制性酶切片段多态性分析(RFLP)方法进行细菌16S rRNA基因的系统发育分析，比较了不同能源条件下富集培养的混合细菌群落构成的差异。随后采用上述体系中的中度嗜热细菌接种到模拟工业应用的黄铜矿柱浸反应器中进行生物浸出，着重对不同时期反应器中的微生物种群类型和丰度进行了对比。最后尝试采用中度嗜热混合细菌进行了铁闪锌矿的生物浸出研究。 对以黄铜矿、黄铁矿、硫酸亚铁和硫粉混合物作为能源的中温培养体系中微生物群落的分析表明三个培养体系中的细菌归属于硫化叶菌属的耐温氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermotolerans)和热氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans)，嗜酸硫杆菌属的喜温硫杆菌(Acidi thiobacillus caldus)，钩端螺旋菌属的嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum)以及unculturedforest soil bacterium、uncultured proteobacterium。其中 A．caldus,S. thermotolerans,L．ferriphilum 3种细菌为三类能源物质培养物中的优势细菌类群。L．ferriphilum在黄铁矿培养体系(53.8﹪)和硫酸亚铁和硫粉为能源的培养体系中(45.9﹪)中丰度最高；在以黄铜矿为能源物质的培养体系中，S.thermotolerans的比例大幅上升(70.1﹪)。 对黄铜矿柱浸反应器运行不同阶段所采集样品的分析发现，L．ferriphilum，S. thermotolerans以及A．caldus三种细菌构成了浸矿反应柱中的微生物群落，三个时期所取样品中的微生物组成群落存在差异性，浸矿初期L．ferrlphilum在黄铜矿浸出体系中丰度最高(81﹪)，随浸矿的进行，L．ferriphilum丰度逐渐降低，同时S.thermotolerans和A．caldus所占比例逐渐升高，分别达到32﹪和23﹪；浸矿末期(60 d)，S.thermotolerans在总的微生物群落中所占比例显著上升，达到79﹪，L．ferriphilum 所占比例则降低到13﹪，A．caldus的丰度仍然维持在一个相对较低的水平(8.1﹪)。 在铁闪锌矿的生物浸出实验中，对中度嗜热混合细菌浸出铁闪锌矿的过程进行了研究，比较了中度嗜热混合细菌与常温浸矿细菌浸出铁闪锌矿效果的差异，比较了铁闪锌矿摇床振荡浸出与通气搅拌浸出的差异以及不同矿浆浓度条件下，中度嗜热混合细菌生物浸出的情况。结果表明，5﹪矿浆浓度，45℃条件下采用中度嗜热混合细菌浸出铁闪锌矿比在30℃条件下常温浸矿细菌浸出具有更好的效果，20天Zn浸出率达到93.1﹪；通气搅拌浸出有效提高了溶液中O<,2>和CO<,2>的传质，有利于细菌的生长代谢，相比摇床振荡浸出有更高的浸出率，50 mL/min、200 mL/min和800 mL/min三个通气水平所对应的Zn浸出率分别达到57.8﹪、92.5﹪和96.0﹪；伴随矿浆浓度的升高，单位时间内可回收金属锌的浸出总量增加，但过高的矿浆浓度也造成了浸矿溶液的剪切力增大，细菌生长受到抑制，从而导致浸出率的下降，当矿浆浓度提升至20﹪时，Zn浸出率下降为58.9﹪。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章文献综述

1.1生物冶金工艺研究进展

1.2嗜热细菌在生物冶金中的研究及应用进展

1.3浸矿微生物群落组成研究中的分子生物学方法

1.4本文的研究目的和意义

第二章不同能源条件下中度嗜热嗜酸细菌多样性分析

2.1实验材料

2.2研究方法

2.3黄铜矿浸出液中细菌的多样性

2.4黄铁矿浸出液中细菌的多样性

2.5硫酸亚铁加硫粉培养体系中细菌的多样性

2.6三个样品中细菌16S rDNA片段RFLP饱和度分析

2.7三个样品中所得克隆子的序列对比及系统发育分析

2.8三个样品中细菌丰度统计

2.9讨论

第三章中温黄铜矿生物浸出反应器中微生物群落的多样性

3.1实验材料

3.2研究方法

3.3结果与分析

3.4讨论

第四章中度嗜热混合细菌浸出铁闪锌矿研究

4.1实验材料

4.2研究方法

4.3结果与分析

4.4结论

第五章结论

参考文献

其它

致谢