一种浸矿复合菌FIM-S1及其在高品位硫化铜矿浸矿中的应用

摘要

本发明公开了一种浸矿复合菌FIM‑S1及其在高品位硫化铜矿浸矿中的应用。将嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)FIM‑20150107001，假单胞菌(Pseudomonas sp.)FIM‑20150107002，Aminivibrio sp.FIM‑20150107003和肠球菌(Enterococcus sp.)FIM‑20150107004的菌体按质量比80～90：10～15：5～8：1～2混合均匀，得到浸矿复合菌，再经硫化铜矿样驯化后得到浸矿复合菌FIM‑S1。本发明的浸矿复合菌FIM‑S1由自养型和异养型微生物组成，这些微生物通过协同作用，显著的提高浸出反应动力学，加快反应速度，缩短浸出周期，提高目标矿生物浸出速率和浸出率。

说明书

技术领域

本发明属于微生物应用领域，具体涉及一种浸矿复合菌FIM-S1及其在高品位硫化铜矿浸矿中的应用。

背景技术：

与传统冶金技术相比，生物冶金具有成本低、工艺简单、对环境友好的优点，且能够处理传统的冶金方法无法或难以处理的矿石、原矿和尾矿等。高效浸矿菌种是矿物生物提取技术发展的瓶颈，为了适应不同的矿石类型和提高细菌浸矿的效率，发现、采集并筛选到高效、适应能力强、选择性好的浸矿细菌是生物冶金重要的研究方向。

目前用于浸矿的微生物主要是嗜酸、好氧的自养型硫杆菌，其中氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)是目前生物浸出相关研究中研究最多且是最重要的一类浸矿微生物，At.ferrooxidans以氧化亚铁和(或)还原型硫化物获得能源并固定CO₂作为碳源营化能自养生长。氧化硫硫杆菌为专性自养微生物，能氧化元素硫、硫代硫酸盐和链四硫酸盐。在硫化物矿石的生物浸出过程中，氧化硫硫杆菌处于从属地位，一般伴同氧化亚铁硫杆菌共同发挥作用，可明显加速浸出过程。在浸矿环境中，微生物不可能以单一菌种存在，通过对天然酸性矿水和矿石以及工业生物浸矿体系中的微生物群落进行研究发现，浸矿菌群落结构具有惊人的的多样性，这就为混合菌浸矿的应用提供了理论支持，也促进了对混合浸矿菌的开发和应用研究，浸矿微生物的协同作用在生物冶金中越来越引起人们的注意，由于混合菌株具有优势互补作用，可以充分利用营养物质，因而混合细菌浸矿己成为当今研究的热点之一。

发现不仅硫氧化细菌和铁氧化细菌等自养型微生物的协同作用使得浸矿效率得到很大的提高，而且异养型微生物如嗜酸异养菌(Acidiphilium acidophilum)和鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)等在生物浸矿体系中的作用也有所研究。Aph.Acidophilum是以有机物作为能源的异养嗜酸微生物，以往大量研究表明,At.Ferrooxidans和Aph.Acidophilum这两种微生物在铁氧化与还原、碳源利用及相互解除生长和代谢抑制作用等方面存在明显的协同关系。在生物浸出过程中,At.ferrooxidans和Aph.acidophilum等嗜酸微生物常常处于高浓度的金属离子(其中还包括一些重金属离子)环境中，为了适应这种环境胁迫，这些微生物通过协同作用，表现出对一些特定的金属离子产生比纯培养更高的抗性，从而有利于其生长和浸矿效率的提高。目前利用自养型和好氧型浸矿菌协同浸矿的研究甚少。

发明内容：

本发明的第一个目的是提供一种浸矿复合菌。

本发明的浸矿复合菌，其特征在于，其是将嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)FIM-20150107001，假单胞菌(Pseudomonas sp.)FIM-20150107002，Aminivibrio sp.FIM-20150107003和肠球菌(Enterococcus sp.)FIM-20150107004的菌体按质量比80～90：10～15：5～8：1～2混合均匀，得到浸矿复合菌。

本发明的第二个目的是提供一种浸矿复合菌FIM-S1，其特征在于，其是将上述浸矿复合菌经硫化铜矿样驯化后得到浸矿复合菌FIM-S1。

所述的驯化优选是将上述浸矿复合菌接种到9K培养基中进行培养，逐代减少9K培养基中硫酸亚铁的含量，同时增加硫化铜矿样的含量，最后一代驯化过程中培养基中不再添加硫酸亚铁，硫化铜矿样成为唯一的能源物质，得到的菌体再经无硫酸亚铁，以硫化铜矿样作为唯 一能源物质的9K培养基进行多次转代培养，所得菌体即为浸矿复合菌FIM-S1。

本发明的第三个目的是提供上述浸矿复合菌FIM-S1在硫化铜矿浸出铜中的应用。

本发明提供了一种高效、适应能力强、选择性好的自养型和异养型复合浸矿菌-浸矿复合菌FIM-S1。与单独应用某一类浸矿微生物相比，本发明的浸矿复合菌FIM-S1由自养型和异养型微生物组成，这些微生物通过协同作用，显著的提高浸出反应动力学，加快反应速度，缩短浸出周期，提高目标矿生物浸出速率和浸出率。本发明的浸矿复合菌FIM-S1对高离子浓度具有一定耐受力，能够耐受30g/L的Cu⁺浓度，因此该浸矿复合菌FIM-S1能够耐受生物浸出后期高浓度的金属离子，而不至于死亡。该浸矿复合菌FIM-S1是一个相容的整体，在长期的驯化过程中种群生态保持相对稳定，具有较强的氧化亚铁的能力。

本发明的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)FIM-20150107001，假单胞菌(Pseudomonas sp.)FIM-20150107002，Aminivibrio sp.FIM-20150107003和肠球菌(Enterococcus sp.)FIM-20150107004都属于现有技术中的菌株，它们来自于福建省微生物研究所，其保藏于福建省微生物研究所，其FIM-20150107001，FIM-20150107002，FIM-20150107003和FIM-20150107004是它们的保藏号。这些保藏于福建省微生物研究所的菌株是对外销售的，这些菌株也是对外销售的，在申请日以前，现有技术中的任何人都可以购买到这些菌株。并且上述菌株在申请日以前已经公开在网页上(http://www.fjim.org.cn/kytd/ktz/getNews.jsp？newsid＝220)，该菌株本申请人也持有，并保证自申请日起20年内向公众提供。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1浸矿复合菌FIM-S1的制备

(1)自养菌的制备

用接种针挑取少量嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)FIM-20150107001菌体，接入9K培养基中，32℃，150rpm震荡培养，待培养液变深红，镜检观察有大量运动细菌存在后，取菌液，8000r/min离心10min，倾去上清液，收集菌体。

9K培养基：A液(g/L)：(NH₄)₂SO₄>2HPO₄>4·7H₂O>3),0.01，去离子水800mL，H₂SO₄调节pH至2.0,121℃高压灭菌20min；B液：FeSO₄·7H₂O>2SO₄调节pH至2.0，孔径为0.22μm的滤膜过滤除菌，将灭菌后的A液与B液混匀后分装。

(2)异养菌的制备

A、斜面培养：

将假单胞菌(Pseudomonas sp.)FIM-20150107002，Aminivibrio sp.FIM-20150107003和肠球菌(Enterococcus sp.)FIM-20150107004分别接种至营养琼脂培养基上，于28℃培养箱培养2～3d。

B、发酵培养：

用接种环挑起少量斜面培养基上的假单胞菌(Pseudomonas sp.)FIM-20150107002，Aminivibrio sp.FIM-20150107003和肠球菌(Enterococcus sp.)FIM-20150107004菌体接入发酵培养基中，于28℃、150r/min的摇床上振荡培养2～3d。取菌液，8000r/min离心10min，倾去上清液，收集菌体。

发酵培养基配方(g/L)：胰蛋白胨10.0，酵母粉5.0，氯化钠10.0，余量为水，pH自然， 将上述成份混合均匀后，灭菌备用。

营养琼脂培养基：蛋白胨10g，牛肉膏3g，氯化钠5g，琼脂15g，蒸馏水1000mL，121℃高压灭菌15min。

将上述制备的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)FIM-20150107001,假单胞菌(Pseudomonas sp.)FIM-20150107002，Aminivibrio sp.FIM-20150107003和肠球菌(Enterococcus sp.)FIM-20150107004的菌体按质量比85：12：6：1.5混合均匀，得到浸矿复合菌。

实施例2浸矿复合菌的矿样驯化

对实施例1制备的浸矿复合菌进行矿石驯化培养，初代培养的培养基为9K培养基，30℃，150rpm振荡培养，驯化培养6代，逐代减少上述9K培养基中硫酸亚铁的含量，同时增加高品位硫化铜矿矿样(赞比亚高品位硫化铜矿为矿样，矿样的粒度﹤0.075mm，主要矿物成份为黄铜矿和黄铁矿，铜品位为9.51％)的含量作为能源物质，从而提高浸矿复合菌对目标矿的适应能力。每次摇瓶培养时间为7～10d，镜检能观察到大量运动细菌存在。最后一次驯化过程中不再添加硫酸亚铁，硫化铜矿矿样成为唯一的能源物质。最后以9K培养基(无Fe)中添加高品位硫化铜矿矿样作为唯一能源物质对浸矿复合菌进行3～5次转代培养，由此获得稳定的经过矿石驯化的复合浸矿菌，收集菌体即为浸矿复合菌FIM-S1。

实施例3高品位硫化铜矿的浸出试验

以赞比亚高品位硫化铜矿为矿样，矿样的粒度﹤0.075mm，主要矿物成份为黄铜矿和黄铁矿，铜品位为9.51％。将实施例2中获得的浸矿复合菌FIM-S1接入9K培养基中，32℃，150rpm培养，镜检观察和细胞计数发现，浸矿复合菌FIM-S1经过短暂的延滞期，便迅速进入对数生 长期。将菌液在8000r/min下离心20min，弃上清液得到沉淀，用pH 2.0预先灭过菌的硫酸溶液洗涤沉淀，然后离心弃除上清液，如此反复操作三次，以达到去除菌液中Fe³⁺的目的，得到无铁细胞悬液，在生物显微镜下进行计数，调整细胞浓度为1×10⁹cell·mL^-1。取9K培养基(不含Fe²⁺)180mL置于500mL锥形瓶中，称取20g矿样放入锥形瓶中，硫酸调节矿浆pH值，控制初始pH值在1.8～2.0。加入细胞浓度为1×10⁹cell·mL^-1的无铁细胞悬液(质量比5％接种量)，32℃，150rpm震荡培养。同时以添加嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus>2+浓度。空白对照组Cu²⁺浸出率为11％，添加嗜酸氧化亚铁硫杆菌组的Cu²⁺浸出率为43％，添加嗜酸氧化亚铁硫杆菌和假单胞菌组的Cu²⁺浸出率为52％，采用浸矿复合菌FIM-S1，Cu²⁺浸出率为69％，表明仅仅依靠酸浸的作用，Cu²⁺浸出效果较弱。与添加嗜酸氧化亚铁硫杆菌组相比(43％)，添加嗜酸氧化亚铁硫杆菌和假单胞菌组的Cu²⁺浸出率(52％)略高。而添加本浸矿复合菌FIM-S1组的Cu²⁺浸出率(69％)效果显著增强。表明微生物通过协同作用，显著的提高浸出率。

实施例4：

本实施例与实施例1相同，只是其是将嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)FIM-20150107001,假单胞菌(Pseudomonas sp.)FIM-20150107002，Aminivibrio sp.FIM-20150107003和肠球菌(Enterococcus sp.)FIM-20150107004的菌体按质量比80：15： 5：2混合均匀，得到浸矿复合菌A。

将嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)FIM-20150107001,假单胞菌(Pseudomonas sp.)FIM-20150107002，Aminivibrio sp.FIM-20150107003和肠球菌(Enterococcus sp.)FIM-20150107004的菌体按质量比90：10：8：1混合均匀，得到浸矿复合菌B。

将浸矿复合菌A和浸矿复合菌B分别按照实施例2的方法驯化得到浸矿复合菌FIM-S1，再按照实施例3的方法进行高品位硫化铜矿的浸出试验，实验结果发现，与添加嗜酸氧化亚铁硫杆菌组以及添加嗜酸氧化亚铁硫杆菌和假单胞菌组相比，添加浸矿复合菌FIM-S1组的Cu²⁺浸出率效果显著增强。表明微生物通过协同作用，显著的提高浸出率。