一株嗜酸硫杆菌属及其在黄铜矿浸出中的应用

摘要

本发明公开了一种极端嗜酸硫杆菌，命名为Acidithiobacillus sp.ZJJN,保藏编号为：CCTCC NO：M2012104。该菌对多种抗生素体现较强的敏感性以及对几种在生物浸出过程中常见金属体现较高的耐受性。另外，将该菌协同氧化亚铁硫杆菌进行极端pH下浸出黄铜矿实验，发现相比于对照体系，铜的回收率大大提高。采用扫描电镜观察浸出的黄铜矿表面发现添加了菌种ZJJN体系中的黄铜矿表面黄钾铁矾大量减少，浸出效率大大提高。本发明的极端嗜酸硫杆菌可以耐受极低的pH环境，非常适于浸出黄铜矿浸出体系，有望于应用于工业浸出黄铜矿。

说明书

技术领域

本发明涉及一株嗜酸硫杆菌，特别是一株极端嗜酸硫杆菌及其应用。 

背景技术

生物浸出是一项生物和冶矿领域的交叉学科，又叫生物氧化或生物湿法冶金，即利用微生物、空气和水等天然物质浸出贫矿、废矿、尾矿和冶炼炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法；与传统冶炼方法相比，生物浸出通常基建投资少、操作成本低、对环境的污染小且可处理品位较低的矿物，因此被认为是绿色冶金技术。 

原生硫化铜矿黄铜矿是最稳定，最难浸出的铜矿物，浸出周期通常大于1年，浸出率只有不到30%，导致大量的低品位黄铜矿若采用传统工艺无法实现经济价值。世界上现存的铜矿物中70%以上都是低品位黄铜矿，随着高品位矿石减少和需求的增加，该类矿物的工业化浸出已成为了当前研究的热点和难点。 

虽然国内近年来有报道采用优化细菌群落结构可以进一步提高黄铜矿浸出效率，但是由于在浸出体系中会有大量的铁离子存在，不可避免在浸出过程中产生大量的黄钾铁矾，该类沉淀致密性非常好，会紧紧包裹在矿物表面，阻止了微生物与矿物表面的接触，影响浸出效率。最近有研究指出，控制较低的pH（<1.5）会降低铁矾沉淀的形成，但是常见的浸矿菌，例如氧化亚铁硫杆菌的最适pH为1.8-2.5，过高的酸会降低浸出过程中的菌浓，从而降低浸出效率。 

因此，筛选鉴定极端嗜酸硫杆菌并应用于黄铜矿的浸出，从而降低铁矾类沉淀的形成，进一步提升黄铜矿的进出效率就变得非常重要。 

发明内容

本发明的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一株极端嗜酸硫杆菌及其在黄铜矿浸出中的应用。 

为了实现上述目的，在本发明提供了一株嗜酸硫杆菌属，所述菌是从福建紫金山铜矿生物堆浸浸出池中筛选并经过人工选育得到的，命名为嗜酸硫杆菌属ZJJN（Acidithiobacillus sp.ZJJN），为杆状、革兰氏阴性、极多鞭毛、以及较厚荚膜。其于2012年4月9日保藏在中国典型培养物保藏中心(China Center for Type Culture Collection，简称CCTCC)，菌种 保藏登记号为：CCTCC NO： M 2012104，保藏地址为中国武汉武汉大学。该菌最适生长pH只有0.5-1.5，可在pH0的培养基中生长，在可以在黄铜矿浸出体系中保持较酸的环境，有效地减少了氧化亚铁硫杆菌体系在矿物表面产生的钝化效应，改善浸出。 

本发明要解决的另一个技术问题是提供了所述菌的生理生化鉴定方法并考察了上述菌对几种抗生素以及重金属离子的敏感性与耐受性，其特点是，该菌的最适生长温度范围为25-30℃，最适pH范围是0.5-1.5。在最优的温度与pH条件下，不能利用亚铁离子，可以高效利用还原态的硫元素。在透射电镜下，细胞为杆状，周身有浓密的鞭毛，且被一层厚厚的荚膜包裹。经过16S rRNA鉴定，ZJJN与嗜酸氧化硫硫杆菌属的亲缘关系超过了99%。对抗生素的敏感性强弱排序为：四环素>链霉素>红霉素>氯霉素>卡那霉素>氨苄霉素；对重金属离子耐受强弱排序为：铜>锰>镍>锌铅>钴。 

本发明要解决的另一个技术问题是提供了一种以硫为能源底物的极端嗜酸菌进行黄铜矿浸出方式，以消除在浸出过程中产生的黄钾铁矾，以提高浸出效率，其特点是，采用ZJJN与一株氧化亚铁硫杆菌ATCC23270混合浸出安徽铜陵山黄铜矿贫矿，使浸出效率大大改善，比纯菌体系的浸矿效率提高了80%，通过电镜观察浸出后的矿物表面，发现混合浸出的矿物表面铁矾沉淀大大减少。 

所述福建紫金山铜矿生物堆浸浸出池是浸淋过贫矿矿堆的液体，较佳地，富含铁离子以及其他重金属离子，而且pH仅为0.8，适宜极端嗜酸微生物的生长。 

本发明提供的菌株与其他生物冶金常见的菌种相比，所述菌可以耐受更高的酸，可在pH为0的极酸环境下生长,可以更好的适应黄铜矿浸出体系。采用本发明提供的菌株可以高效利用还原态的硫，可以有效降低黄铜矿进出过程中产生的膜表面钝化作用。此外，本发明提供的菌株可以实现强酸浸出，大大减少黄钾铁矾的生成，与其他常见生物冶金菌种混合浸出黄铜矿效率比氧化亚铁硫杆菌浸出系统提高了80%。， 

附图说明

图1是采用本发明的极端嗜酸硫杆菌在透射电镜下的细胞形态。 

图2是采用本发明的极端嗜酸硫杆菌协同氧化亚铁硫杆菌进行黄铜矿浸矿浸出过程铜离子的变化。 

■-空白对照；◆-氧化亚铁硫杆菌纯菌；▲—ZJJN纯菌-未调初始pH的混菌；★-初始pH调到1.0的混菌。 

图3是采用本发明的极端嗜酸硫杆菌协同氧化亚铁硫杆菌进行黄铜矿浸矿后扫描电镜图片。 

A 空白对照;B 氧化亚铁硫杆菌纯菌;C 未调初始pH的混菌;D 初始pH1.0的混菌。 

具体实施方式

实施例1菌株筛选 

在本实施例中取福建上杭县紫金山铜矿湿法浸出堆浸出100mL，先用滤纸过滤除去大型颗粒物后将滤液加入含有1%黄铜矿的250ml的三角瓶中，30℃，170r/min,进行富集培养4天，重复3-4次，采用Starky-Na₂S₂O₃·5H₂O培养基进行平板分离，2周之后菌落生成，挑取单菌落入Starky-S⁰培养基培养，重复平板分离4次获得纯菌。 

实施例2菌株鉴定 

采用细菌全基因组快速抽提试剂盒，提取纯培养物的全基因组，并通过16S rDNA通用引物进行PCR，鉴定菌株为极端嗜酸硫杆菌。 

实施例3菌株生理生化及抗性研究 

采用透射电镜观察上述ZJJN的形态如图1。采取10℃、20℃、25℃、30℃和对45℃所筛选菌种进行培养，确定最适生长温度为30℃；采取初始pH0.5、0.8、1.0、1.5、2.0与2.5在最适温度下进行培养，确定最适生长pH区间为0.5-1.5。通过以下组合确定菌种ZJJN的最佳能源底物（g/l）S⁰10.0g，Na₂S₂O₃·5H₂O10.0;FeSO₄·7H₂O10.0;FeCl₂10.0；蛋白胨10.0；酵母膏10.0；葡萄糖10.0；果糖，10.0；蔗糖10.0；确定了ZJJN无法利用亚铁、三价铁离子以及各种有机物，其最佳能源底物为单质硫。 

采用浓度梯度为10、100mg/l的几种抗生素发现ZJJN对几种常见抗生素的敏感性顺序为四环素>链霉素>红霉素>氯霉素>卡那霉素>氨苄霉素；用浓度梯度为0.5、3g/l的几种重金属离子如下发现ZJJN对几种重金属耐受强弱排序为：铜>锰>镍>锌铅>钴。 

实施例4微生物浸矿 

采用无菌、ZJJN纯菌、氧化亚铁硫杆菌纯菌、未调初始pH的ZJJN/氧化亚铁硫杆菌和初始pH3.5的ZJJN/氧化亚铁硫杆菌混菌体系进行黄铜矿浸出。控制初始细胞浓度为5.0×10⁷个/ml，矿浆浓度为10%，30℃，170r/min，浸出过程每两天测试铜离子的变化如图2，。无菌、ZJJN纯菌、氧化亚铁硫杆菌纯菌、未调初始pH的ZJJN/氧化亚铁硫杆菌和初始pH3.5的ZJJN/氧化亚铁硫杆菌混菌体系的最终铜离子浓度分别为48、304、294、534、与601mg/l，可以看出加入了ZJJN的混菌体系进出效果远远好于空白与纯菌体系。最后浸出矿样采用扫面电镜分析如图3，混合浸出的矿物表面铁矾沉淀大大减少。 

初始pH为1.0的混菌体系的浸出率远远高于空白对照、纯菌体系以及初始pH为3.5的混菌体系，其表面黄钾铁矾沉淀较氧化亚铁硫杆菌纯菌体系明显减少，说明ZJJN可以有效抑制铁氧化细菌-氧化亚铁硫杆菌在黄铜矿浸出过程中产生的钝化效应，可以有效协助氧化亚铁硫杆菌提高黄铜矿的浸出效率。 

综上所述，本发明的极端嗜酸硫杆菌耐酸能力极强，可以有效地协助其他铁氧化硫杆菌减少在黄铜矿浸出过程中出现的黄钾铁矾，大大提高浸出效率，有望于应用于大规模黄铜矿的湿法冶金。 

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。