低品位磷矿的微生物浸出研究

论文摘要

磷是工业和农业生产的重要原料,我国的磷矿资源总量虽多,但平均品位低,采用传统生产工艺加工低品位的磷矿石经济效益极差。而生物浸矿技术具有污染小、能耗少、操作费用低等无可比拟的优点,为低品位磷矿石的开发利用开辟了新的途径。本研究采用生物湿法冶金技术中常用的嗜酸氧化硫硫杆菌（At.t）和嗜酸氧化亚铁硫杆菌（At.f）,从安徽某矿山酸性废水中提取的At.t和At.f菌,经过长时间的富集和纯化培养后,对其在不同的培养液初始pH值和能源物质条件下的产酸能力进行了实验研究,发现对于At.t菌,在初始pH值为2.35、以单质硫为能源物质的Starkey培养基中的产酸能力较强;对At.t菌而言,在初始pH值为3.01,以黄铁矿能源的9K培养基中的产酸能力较强。采用紫外线照射和微波诱变育种的方法对At.t和At.f菌进行产酸诱导实验,以提高它们的产酸能力。实验结果表明:对At.t菌采用微波和紫外线照射的方法都能够加强其产酸能力,尤其是以微波处理10 s和紫外线照射5 min时效果最好,其培养液的最低pH值可分别达到1.45和1.52;对于At.f菌采用微波诱变的方法,对其产酸能力有一定的加强,在微波诱变10 s时,其菌液最低pH值为1.82,而采用紫外线诱变处理的At.f菌,其产酸能力变化不明显。At.t和At.f菌对低品位磷矿浸出实验表明,磷的浸出率会随浸矿时间的增长而增加;在相同的浸出时间内,经过诱变育种后产酸能力强的菌种,其对磷矿的浸出率比原菌的更高。在同样条件下25天内,经过紫外诱变5 min的At.t菌浸磷率可达到39.14%,微波诱变10 s的At.f菌的浸出率达到38.12%,而At.t和At.f原菌的浸出率分别只有30.12%和28.13%。添加合适种类和用量的吐温类表面活性剂可以促进硫杆菌对磷矿的浸出,At.t菌添加0.001%（v/v）的吐温60可以将磷的浸出率提高到41.12%;添加0.001%（v/v）的吐温80可以将At.f菌的浸磷率提高到38.25%。不过,对诱变后的菌种添加相应的吐温类表面活性剂,只能对浸磷率起到微弱的提升效果。为了解释影响At.t和At.f菌产酸和浸磷效果的原因,进行了Zeta电位和FTIR分析,发现At.t菌在经过紫外线诱变后,其等电点比原菌要低;微波诱变后的At.f菌的IEP也会稍小于原菌。以黄铁矿为能源物质生长的At.f菌比以FeSO4为能源物质的IEP要高。经过At.t菌作用后的硫粉颗粒和经过At.f菌作用过的黄铁矿其等电点会随着作用时间的增加而升高,加入吐温60后的硫粉颗粒同细菌作用后的IEP也会增加。对At.t和At.f菌的的FTIR研究表明,其表面经过物理诱变后化学官能团或振动方式发生了变化,这表明其表面的氢键作用强弱改变了,这可能是导致诱变后的菌种表面性质的发生变化的重要原因。综合分析Zeta电位和FTIR测试结果,可以对At.t和At.f菌在产酸和浸矿方面的实验结果做出较合理的解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 我国磷矿资源及生产工艺现状
• 1.1.1 我国磷矿资源现状
• 1.1.2 我国磷矿资源生产现状
• 1.2 生物浸矿的研究现状
• 1.2.1 浸磷微生物
• 1.2.2 微生物浸出机理研究
• 1.2.3 浸矿微生物育种的研究状况
• 1.2.3.1 浸矿微生物基因工程育种研究状况
• 1.2.3.2 浸矿微生物诱变育种研究状况
• 1.2.4 硫杆菌氧化能源物质过程研究
• 1.2.5 细菌表面吸附研究
• 1.2.6 添加表面活性剂强化浸出效果的研究
• 1.3 本课题研究目的、意义与内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究意义
• 1.3.3 研究内容
• 第2章 实验材料、仪器与方法
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 菌种来源
• 2.1.2 培养基组成
• 2.1.3 磷矿矿样
• 2.1.4 实验药剂
• 2.1.5 实验仪器与设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 细菌富集与纯化方法
• 2.2.2 紫外线诱导育种试验方法
• 2.2.3 微波诱导育种试验方法
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 硫杆菌特性的鉴定方法
• 2.3.2 细菌计数方法
• 2.3.3 pH值的测定
• 2.3.4 浸出液中总磷的测定方法
• 2.3.5 固体中总磷的含量测定
• 2.3.6 亚铁离子氧化率的测定
• 2.3.7 硫杆菌TEM样品制备
• 2.3.8 FTIR分析
• 第3章 硫杆菌育种实验结果
• 3.1 硫杆菌育种研究
• 3.1.1 At.t菌培养形态和显微特征
• 3.1.2 At.f菌培养形态和显微特征
• 3.2 硫杆菌生长动力学模型的探讨
• 3.3 本章小结
• 第4章 硫杆菌产酸实验结果
• 4.1 培养基初始pH对硫杆菌产酸的影响
• 4.1.1 初始pH值对At.t菌的产酸的影响
• 4.1.2 初始pH值对At.f菌的产酸的影响
• 4.2 不同能源物质对硫杆菌产酸的影响
• 4.2.1 不同能源物质对At.t菌产酸的影响
• 4.2.2 不同能源物质对At.f菌产酸的影响
• 4.3 物理诱变对硫杆菌产酸的影响
• 4.3.1 微波诱变对At.t菌产酸的影响
• 4.3.2 微波诱变对At.f菌产酸的影响
• 4.3.3 紫外线诱变对At.t菌产酸的影响
• 4.3.4 紫外线诱变对At.f菌产酸的影响
• 4.4 硫杆菌产酸机理研究
• 4.4.1 以硫为能源物质时的产酸机理
• 4.4.2 以硫代硫酸钠为能源物质时的产酸机理
• 4.4.3 以黄铁矿为能源物质时的产酸机理
• 4.4.4 以硫酸亚铁为能源物质时的产酸机理
• 4.5 At.f菌氧化亚铁离子速率的研究
• 4.6 硫杆菌作用后的能源物质SEM研究
• 4.6.1 At.t菌作用后的硫SEM研究
• 4.6.2 At.f菌作用后的黄铁矿SEM研究
• 4.7 本章小结
• 第5章 硫杆菌对低品位磷矿的浸出试验研究
• 5.1 At.t菌浸出磷矿实验
• 5.1.1 At.t菌浸出磷矿试验方法
• 5.1.2 At.t菌浸出磷矿试验结果
• 5.2 At.f菌浸出磷矿实验结果
• 5.3 表面活性剂对磷矿浸出实验的影响
• 5.3.1 吐温类表面活性剂对At.t菌浸出磷矿的影响
• 5.3.1.1 添加吐温20对浸磷的影响
• 5.3.1.2 添加吐温60对浸磷的影响
• 5.3.1.3 添加吐温80对浸磷的影响
• 5.3.2 吐温类表面活性剂对At.f菌浸出磷矿的影响
• 5.3.2.1 添加吐温20对浸磷的影响
• 5.3.2.2 添加吐温60对浸磷的影响
• 5.3.2.3 添加吐温80对浸磷的影响
• 5.3.3 吐温类表面活性剂对诱变后菌种的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 硫杆菌浸磷效果影响因素机理研究
• 6.1 硫杆菌的Zeta电位测定
• 6.1.1 单质硫与At.t菌的Zeta电位的测定
• 6.1.1.1 实验方法
• 6.1.1.2 实验结果及讨论
• 6.1.2 At.f菌的Zeta电位的测定
• 6.1.2.1 实验方法
• 6.1.2.2 实验结果及讨论
• 6.2 硫杆菌FTIR分析
• 6.2.1 At.t菌FTIR实验结果
• 6.2.2 At.f菌FTIR实验结果
• 6.2.3 关于FTIR实验结果的讨论
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录一:攻读博士学位期间发表的论文
• 附录二:吐温20、60、80简介