[发明专利]称为BioSigma生物浸矿种子(BBS)的活的生物采矿微生物与藻酸盐和铁离子的胶囊及其在生物浸矿过程中接种这些微生物的应用

说明书

描述报告

发明目的

本发明涉及包封在藻酸盐胶囊中的活的生物采矿微生物，称为BioSigma生物浸矿种子或BBS，其中这类藻酸盐胶囊具有铁离子(II)和/或铁(III)作为交联阳离子。本发明还涉及这些胶囊在生物浸矿过程中生物采矿微生物接种中的应用。

现有技术

生物采矿一般被理解为使用微生物从矿物中回收金属。其广为人知的术语为生物浸矿，但我们对生物采矿的理解不仅包括生物浸矿过程，而且还包括对所涉及的微生物的监测和干预，因为这些技术是复杂的且在持续发展之中。我们还将在实验室水平与过程改进或新方法开发相关的研究视为生物采矿。

生物浸矿被定义为使用微生物的直接或间接作用在酸性环境中将金属从复合基质中溶出的方法。可用于这些过程的微生物-生物采矿微生物-属于细菌域和古生菌域并且满足两个基本条件：它们是嗜酸细菌并且是无机化能营养的。在生物采矿细菌中我们可提及嗜酸菌属(Acidiphilium sp.)、钩端螺菌属(Leptospirillum spp.)、硫化杆菌属(Sulfobacillus spp.)和硫杆菌属(Acidithiobacillus spp.)，属于后一属的物种氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)和氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)。而在生物采矿古生菌中我们可识别酸菌属(Acidianus spp.)、铁原体属(Ferroplasma spp.)、金属球菌属(Metallosphaera spp.)、硫化叶菌属(Sulfolobus spp.)和热原体属(Thermoplasma spp.)(Rawlings DE.Annu Rev Microbiol.2002；56:65-91；Rawlings DE.Microb Cell Fact 2005；4(1)；13)。

这些微生物中的每一种参与不同的化学反应，其直接或间接将感兴趣的金属离子释放到溶液中。在直接过程中，微生物直接作用于金属或其抗衡离子，在两种情况下均将感兴趣金属的离子释放到溶液中。另一方面，在间接过程中，微生物生成有利于金属溶解的化学条件，通过使介质酸化，通过形成硫酸，或通过生成氧化剂，如铁(III)。例如，磺化氧化生物采矿微生物如氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)氧化硫生成硫酸。

在生物浸矿机制中，铁起着非常重要的作用。铁(III)是强有力的氧化剂，其在酸介质中将不溶性金属硫化物氧化生成生物硫酸盐(biosulphate)、硫酸盐和元素硫(S°)作为主要产物。该反应还释放作为阳离子的金属到溶液中，铁(III)随后还原为铁(II)。在该反应中生成的铁(II)可以被铁氧化生物采矿微生物如氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)、钩端螺菌属(Leptospirillum spp.)、硫化杆菌属(Sulfobacillus spp.)和铁原体属(Ferroplasma spp.)再氧化，再生铁(III)(Rawlings DE Annu Rev Microbiol 2001；58:65-91,Rawlings DE Microb Cell Fact 2005；4(1),13)。

生物浸矿过程的传统采矿实践是将矿物保持在酸性条件且随后囤积并用含硫酸的溶液浇灌矿石，达到极度酸性的pH测量值。那些是用生物采矿微生物进行矿物接种的环境条件。在接种时的矿物pH经常对于微生物的存活而言仍然过酸，且其中许多微生物由于不利的环境条件而死亡。由该过程产生了对保护所接种微生物免受那些极端环境条件(如在所述过程的某些阶段存在的高度酸性环境，或者可存在于相同矿物中或进一步在生物浸矿过程中加入到矿物的溶液中的有毒化学物质，例如萃余液)的需求。