專利名稱：生物浸出過(guò)程中礦物表面胞外多聚物的提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法涉及一種用于生物浸出過(guò)程中礦物表面胞外多聚物的提取方法，屬 生物冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微生物冶金是指利用以礦物為營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的微生物將礦物氧化分解，從而使 金屬離子進(jìn)入溶液，通過(guò)進(jìn)一步分離、純化、濃縮而提取金屬的高新技術(shù)。自
20世紀(jì)50年代以來(lái)，微生物冶金工藝已在全球50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)得到了應(yīng)用 和發(fā)展，對(duì)礦山開發(fā)低品位、復(fù)雜、難選礦石和二次資源起到了積極的作用。 其中銅礦資源的生物冶金工藝得到了較大的發(fā)展，目前全球仍在運(yùn)行的生物浸 出銅硫化礦的工廠大概有30多家，他們每年的銅產(chǎn)量占全球總銅量的20%以上， 在美國(guó)甚至超過(guò)了 30%。目前生物冶金工藝處理的銅礦以氧化礦和次生硫化礦為 主，其中次生硫化礦中輝銅礦是主要的浸出采用礦石。智利的Cerro Colrado 礦山以處理輝銅礦為主，每年生產(chǎn)約為60000噸陰極銅。中國(guó)紫金山銅業(yè)公司 的生物堆浸工藝以處理低品位次生硫化礦和氧化礦為主，每年生產(chǎn)約為30000 噸陰極銅。
原生硫化礦(黃銅礦)相對(duì)次生硫化礦具有更高的晶格能，采用常規(guī)的生 物冶金方法在生物浸出前期能較好地浸出金屬離子，但是到后期由于礦物表面 鈍化膜的形成導(dǎo)致浸出反應(yīng)緩慢，最終的金屬離子浸出率較低。文獻(xiàn)報(bào)道，黃 銅礦的生物浸出過(guò)程中，浸礦微生物通過(guò)形成胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances,以下簡(jiǎn)稱EPS)吸附到礦物表面，EPS容易結(jié)合溶液中的 三價(jià)鐵離子，在礦物表面形成一個(gè)氧化空間，不斷地腐蝕礦物，從而溶解出有 價(jià)金屬離子。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中的無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)化學(xué)生成黃鉀鐵釩和黃 胺鐵釩等沉淀物質(zhì)，聚集在礦物的表面；同時(shí)，硫化礦生物浸出的過(guò)程中易產(chǎn) 生單質(zhì)硫，緊密地結(jié)合在胞外多聚物上。因此，胞外多聚物、黃鉀鐵釩、黃胺鐵 釩、單質(zhì)硫以及部分難溶的浸出副產(chǎn)物共同組成了礦物的鈍化膜。而胞外多聚 物是介導(dǎo)這層鈍化膜的主要物質(zhì)。據(jù)推測(cè)，這層鈍化膜極大地阻礙了吸附微生 物吸取溶液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，同時(shí)使得礦物表面分解的金屬離子無(wú)法到達(dá) 溶液中。因此當(dāng)?shù)V物表面的鈍化膜量達(dá)到一定程度時(shí)，有價(jià)金屬的浸出速率極 為緩慢， 一般認(rèn)為生物浸出已經(jīng)達(dá)到末期。胞外多聚物是微生物生長(zhǎng)過(guò)程中分泌到礦物表面的多種化學(xué)物質(zhì)的總結(jié)， 它包括有機(jī)酸、糖類和蛋白質(zhì)等成分，在掃描電鏡和原子力顯微鏡幫助下能明 顯地觀察到其存在。國(guó)外己經(jīng)有多名學(xué)者致力于廢水處理過(guò)程中胞外多聚物的 研究，而生物冶金學(xué)者研究較少，目前有關(guān)生物冶金領(lǐng)域的胞外多聚物的報(bào)道 主要集中在其提取純化和成分分析上，而對(duì)其功能應(yīng)用的研究較少。實(shí)驗(yàn)中發(fā) 現(xiàn)，胞外多聚物的含量與溶液中的游離微生物成一定的比例關(guān)系，在生物浸出 前期有助于礦物的生物浸出，然而在生物浸出后期，胞外多聚物的大量存在是 鈍化現(xiàn)象的一個(gè)因素。通過(guò)分析黃銅礦生物浸出過(guò)程中的胞外多聚物的成分和 含量，結(jié)合其他常規(guī)浸出參數(shù)的分析，將能較為清晰的分析該類化合物在生物 浸出過(guò)程中的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)便有效地提取生物浸礦過(guò)程中礦物表面的胞 外多聚物的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為生物浸礦停止后，通過(guò)澄清或低速離心方法收集礦 渣，加入無(wú)菌水和玻璃珠振蕩，每振蕩8-12分鐘后離心收集一次上清液，并對(duì) 上清液進(jìn)行鏡檢，直到上清液在光學(xué)顯微鏡下檢測(cè)不到微生物，停止振蕩，收 集上清液；將上述步驟中的所有上清液合并，于10000r/min下離心5分鐘，棄 沉淀物；在礦渣中加入無(wú)菌水，置于75'C水浴鍋中30分鐘，冷卻后于3000r/min 離心2-4分鐘，收集上清液，并與前述收集得到的上清液合并，即得到礦物表 面的胞外多聚物溶液。
在生物浸出過(guò)程中，浸礦微生物通過(guò)分泌胞外多聚物結(jié)合到礦物表面，這 種結(jié)合的作用力主要是疏水作用力和靜電作用力。該作用力較為微弱，在強(qiáng)烈 的外界剪切力、摩擦力或者高溫作用下，胞外多聚物較易從礦物表面脫落。然 而，吸附微生物在外界作用力下尤其是高溫下容易裂解，從而分泌胞內(nèi)物質(zhì)影 響胞外多聚物的含量。通過(guò)不斷研究發(fā)現(xiàn)，浸礦吸附微生物在玻璃珠振蕩下恰 好能從礦物表面脫落下來(lái)，但不至于破裂，同時(shí)帶走一部分極易溶解的胞外多 聚物。而剩余的與礦物表面結(jié)合較為緊密的胞外多聚物，則通過(guò)高溫水浴能夠 破壞結(jié)合鍵，從而釋放到溶液中來(lái)。
本發(fā)明結(jié)合玻璃珠振蕩和75'C高溫水浴，能夠較全面地收集礦物表面的胞 外多聚物，并且能有效去除礦物表面吸附的微生物，避免了因?yàn)槲⑸锪呀舛?影響胞外多聚物的產(chǎn)量。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
采用浸礦微生物浸出銅硫化礦末期，即大部分的銅離子被浸出到溶液中后， 停止生物浸出反應(yīng)，將生物浸出液澄清一個(gè)小時(shí)，然后倒掉上清液，收集礦渣。
稱取4份礦渣分別置于50ml的離心管A、 B、 C、 D中，每份4克礦渣，3000r/min 離心2分鐘，倒掉上清液，離心管中的礦渣即為提取胞外多聚物的原料。
往離心管中加入10ml的無(wú)菌水和1克直徑為0. 5mm的無(wú)菌玻璃珠，于漩渦 混合器(0—l術(shù)/min)上振蕩10分鐘。然后3000r/min離心1分鐘，倒出上 清液，并于光學(xué)顯微鏡下鏡檢上清液細(xì)胞濃度。繼續(xù)往離心管中的礦渣里加入 10ml無(wú)菌水，于漩渦混合器上振蕩、離心、倒出上清液并鏡檢。重復(fù)以上步驟， 直到倒出的上清液中在光學(xué)顯微鏡下看不到微生物。
收集上述步驟中的所有上清液，于10000r/min下離心5分鐘，此時(shí)微生物 都沉淀在管底。收集上清液至無(wú)菌試管I。
在離心管中的礦渣加入30ml的無(wú)菌水，將離心管置于75'C水浴鍋中30分 鐘，拿出來(lái)待冷卻后，于3000r/min離心2分鐘，收集上清液至中無(wú)菌試管II 。
合并無(wú)菌試管I中和無(wú)菌試管II的上清液，即得到礦物表面的胞外多聚物
對(duì)比實(shí)施例
用傳統(tǒng)的化學(xué)法、物理法提取礦渣中的胞外多聚物，提取結(jié)果與實(shí)施例結(jié) 果進(jìn)行比較分析。
1. 高速離心法即往離心管B中加入20ml無(wú)菌水，充分混合之后于12000 r/min離心機(jī)上離心30分鐘，收集上清液；往礦渣中繼續(xù)加入20ml無(wú)菌水，重 復(fù)上述步驟3次。收集所有上清液用于檢測(cè)KDO和胞外多聚物含量。
2. 高溫?zé)峤夥赐x心管C中加入20ml無(wú)菌水，充分混合之后置于75 。C水浴鍋中l(wèi)個(gè)小時(shí)，然后于3000 r/min離心機(jī)上離心2分鐘，收集上清液， 用于檢測(cè)KDO和胞外多聚物含量。
3. 化學(xué)法往離心管D中加入20ml無(wú)菌水，然后添加10mMTris-HC1 (pH 7) ， 10—3 mM 3-(N，N-二甲基十二烷基銨)丙烷磺酸鹽和1 mM EGTA，將離心管 D置于4'C冰箱中反應(yīng)12小時(shí)，期間不斷地振蕩。將反應(yīng)產(chǎn)物于3000 r/min離 心機(jī)上離心2分鐘，收集上清液。然后將上清液過(guò)濾，通過(guò)0. 2 u m的濾膜去除 殘?jiān)?。將過(guò)濾液收集，并用于檢測(cè)KDO和胞外多聚物的含量。結(jié)果分析
采用高效液相色譜的方法檢測(cè)試管中2-酮基-3-脫氧辛酮酸銨鹽 2-keto-3-deoxyoctonate (KDO)的含量，如果KDO的含量每克礦渣中低于 0.04-0.08 mg/g)，則認(rèn)為溶液中胞外多聚物的產(chǎn)量沒有受到細(xì)胞裂解的影響。 通過(guò)氣質(zhì)聯(lián)用色譜方法進(jìn)一步測(cè)定試管上清液中的蛋白質(zhì)、脂類物質(zhì)、總糖以 及各種單糖的含量，從而得出每克礦渣表面含有的胞外多聚物的種類和含量。 實(shí)施例和三個(gè)對(duì)比例的結(jié)果分析見表1。
表1各種方法提取礦物表面胞外多聚物和KD0的含量比較
提取方法 礦渣中胞外多聚物成分和KDO的含量/(mg/g)
蛋白質(zhì)糖類脂類糖醛酸KDO
高速離心法未檢測(cè)到42未檢測(cè)到未檢測(cè)到
高溫?zé)峤夥?.728222.70.15
化學(xué)法3.61581.90.02
本發(fā)明方法5.124122.40.07
從上表來(lái)看，采用高溫?zé)峤夥軌虻玫阶罡叩陌舛嗑畚锖?，但是KDO 的含量也最高，表明高溫?zé)峤獠粌H使得礦物表面的胞外多聚物成分溶解到溶液 中，而且也裂解了一部分細(xì)胞，使得細(xì)胞內(nèi)部的有機(jī)物質(zhì)也溶解出來(lái)。因此， 該方法不適合于提取礦物表面胞外多聚物。其他三種方法中，本發(fā)明方法相對(duì) 高速離心法和化學(xué)法能夠提取更多的胞外多聚物，并且KDO含量較低，可以認(rèn) 為不會(huì)影響胞外多聚物的含量分析。
因此，本發(fā)明是一種礦物表面胞外多聚物提取的有效方法。
權(quán)利要求
1.一種生物浸出過(guò)程中礦物表面胞外多聚物的提取方法，生物浸礦停止后，通過(guò)澄清或低速離心方法收集礦渣，加入無(wú)菌水和玻璃珠振蕩，每振蕩8-12分鐘后離心收集一次上清液，并對(duì)上清液進(jìn)行鏡檢，直到上清液在光學(xué)顯微鏡下檢測(cè)不到微生物，停止振蕩，收集上清液；將上述步驟中的所有上清液合并，于10000r/min下離心5分鐘，棄沉淀物；在礦渣中加入無(wú)菌水，置于75℃水浴鍋中30分鐘，冷卻后于3000r/min離心2-4分鐘，收集上清液，并與前述收集得到的上清液合并，即得到礦物表面的胞外多聚物溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物浸出過(guò)程中礦物表面胞外多聚物的提取方法，生物浸礦停止后，通過(guò)澄清或低速離心方法收集礦渣，加入無(wú)菌水和玻璃珠振蕩，收集上清液；將上清液于10000r/min下離心，棄沉淀物；在礦渣中加入無(wú)菌水，置于75℃水浴，冷卻后離心，收集上清液，并與前述收集得到的上清液合并，即得到礦物表面的胞外多聚物溶液。本發(fā)明結(jié)合玻璃珠振蕩和75℃高溫水浴，能夠較全面地收集生物浸礦礦物表面的胞外多聚物，而且能有效避免因微生物裂解而影響胞外多聚物的產(chǎn)量。
文檔編號(hào)C22B3/00GK101561371SQ20091004351
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者劉學(xué)端, 周洪波, 競(jìng) 徐, 曾偉民, 邱冠周 申請(qǐng)人:中南大學(xué)