[发明专利]生物浸出过程中矿物表面胞外多聚物的提取方法

说明书

技术领域

本方法涉及一种用于生物浸出过程中矿物表面胞外多聚物的提取方法，属生物冶金领域。

背景技术

微生物冶金是指利用以矿物为营养基质的微生物将矿物氧化分解，从而使金属离子进入溶液，通过进一步分离、纯化、浓缩而提取金属的高新技术。自20世纪50年代以来，微生物冶金工艺已在全球50多个国家和地区得到了应用和发展，对矿山开发低品位、复杂、难选矿石和二次资源起到了积极的作用。其中铜矿资源的生物冶金工艺得到了较大的发展，目前全球仍在运行的生物浸出铜硫化矿的工厂大概有30多家，他们每年的铜产量占全球总铜量的20％以上，在美国甚至超过了30％。目前生物冶金工艺处理的铜矿以氧化矿和次生硫化矿为主，其中次生硫化矿中辉铜矿是主要的浸出采用矿石。智利的Cerro Colrado矿山以处理辉铜矿为主，每年生产约为60000吨阴极铜。中国紫金山铜业公司的生物堆浸工艺以处理低品位次生硫化矿和氧化矿为主，每年生产约为30000吨阴极铜。

原生硫化矿(黄铜矿)相对次生硫化矿具有更高的晶格能，采用常规的生物冶金方法在生物浸出前期能较好地浸出金属离子，但是到后期由于矿物表面钝化膜的形成导致浸出反应缓慢，最终的金属离子浸出率较低。文献报道，黄铜矿的生物浸出过程中，浸矿微生物通过形成胞外多聚物(ExtracellularPolymeric Substances，以下简称EPS)吸附到矿物表面，EPS容易结合溶液中的三价铁离子，在矿物表面形成一个氧化空间，不断地腐蚀矿物，从而溶解出有价金属离子。随着反应的进行，溶液中的无机盐离子会化学生成黄钾铁钒和黄胺铁钒等沉淀物质，聚集在矿物的表面；同时，硫化矿生物浸出的过程中易产生单质硫，紧密地结合在胞外多聚物上。因此，胞外多聚物、黄钾铁钒、黄胺铁钒、单质硫以及部分难溶的浸出副产物共同组成了矿物的钝化膜。而胞外多聚物是介导这层钝化膜的主要物质。据推测，这层钝化膜极大地阻碍了吸附微生物吸取溶液中的营养物质和氧气，同时使得矿物表面分解的金属离子无法到达溶液中。因此当矿物表面的钝化膜量达到一定程度时，有价金属的浸出速率极为缓慢，一般认为生物浸出已经达到末期。

胞外多聚物是微生物生长过程中分泌到矿物表面的多种化学物质的总结，它包括有机酸、糖类和蛋白质等成分，在扫描电镜和原子力显微镜帮助下能明显地观察到其存在。国外已经有多名学者致力于废水处理过程中胞外多聚物的研究，而生物冶金学者研究较少，目前有关生物冶金领域的胞外多聚物的报道主要集中在其提取纯化和成分分析上，而对其功能应用的研究较少。实验中发现，胞外多聚物的含量与溶液中的游离微生物成一定的比例关系，在生物浸出前期有助于矿物的生物浸出，然而在生物浸出后期，胞外多聚物的大量存在是钝化现象的一个因素。通过分析黄铜矿生物浸出过程中的胞外多聚物的成分和含量，结合其他常规浸出参数的分析，将能较为清晰的分析该类化合物在生物浸出过程中的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便有效地提取生物浸矿过程中矿物表面的胞外多聚物的方法。

本发明的技术方案为：生物浸矿停止后，通过澄清或低速离心方法收集矿渣，加入无菌水和玻璃珠振荡，每振荡8-12分钟后离心收集一次上清液，并对上清液进行镜检，直到上清液在光学显微镜下检测不到微生物，停止振荡，收集上清液；将上述步骤中的所有上清液合并，于10000r/min下离心5分钟，弃沉淀物；在矿渣中加入无菌水，置于75℃水浴锅中30分钟，冷却后于3000r/min离心2-4分钟，收集上清液，并与前述收集得到的上清液合并，即得到矿物表面的胞外多聚物溶液。

在生物浸出过程中，浸矿微生物通过分泌胞外多聚物结合到矿物表面，这种结合的作用力主要是疏水作用力和静电作用力。该作用力较为微弱，在强烈的外界剪切力、摩擦力或者高温作用下，胞外多聚物较易从矿物表面脱落。然而，吸附微生物在外界作用力下尤其是高温下容易裂解，从而分泌胞内物质影响胞外多聚物的含量。通过不断研究发现，浸矿吸附微生物在玻璃珠振荡下恰好能从矿物表面脱落下来，但不至于破裂，同时带走一部分极易溶解的胞外多聚物。而剩余的与矿物表面结合较为紧密的胞外多聚物，则通过高温水浴能够破坏结合键，从而释放到溶液中来。

本发明结合玻璃珠振荡和75℃高温水浴，能够较全面地收集矿物表面的胞外多聚物，并且能有效去除矿物表面吸附的微生物，避免了因为微生物裂解而影响胞外多聚物的产量。

具体实施方式

实施例