采用优势菌种从电解锰废渣中浸取锰的研究

论文摘要

微生物冶金是利用微生物从矿物中提取有价金属的经济方法,特别适用于处理贫矿、表外矿及废矿,并具有成本低、投入小、能耗低、环境污染小等突出优点。在利用微生物浸取锰渣中锰的研究中,选取优化的条件,采用对锰具有较强耐受性和浸取能力的优势微生物对锰渣的浸取进行研究,考察锰的浸出效率和微生物的代谢活动。曹建兵等已从电解锰废渣土壤及水体中筛选出一株锰抗性强的霉菌A5,并对其进行了初步鉴定。在微生物冶金中,对高效浸矿菌种的选育和机理研究意义重大。在本文研究中,通过扩增26S rDNA D1/D2区序列,进一步鉴定为Fusarium属的其中一个种。为了研究其在电解锰废渣浸出中的作用和其浸取电解锰的机理,以锰渣及Fusarium sp.的特性为出发点,通过摇瓶实验考查了矿浆浓度、接种量、浸取时间初始pH、金属离子等因素对锰浸取效率的影响,从而得出最优化的浸取锰的条件,同时考察了浸取前后Fusarium sp.以及锰渣表征的形态变化,并对其浸锰能力进行了研究,初步探讨了Fusarium sp的浸锰机理。从电解锰废渣土壤中筛选分离到一株锰抗性强的霉菌A5,己对其形态特征进行了初步研究。其菌丝细长,菌落疏松,菌落表面有棕、绿、褐、米黄不同颜色,培养基正反两面颜色有一定差异。基于26S rDNA,测序结果表明此菌属于Fusarium属的一个种。利用Fusarium sp进行锰渣摇瓶浸出试验,结果表明,矿浆浓度为10%（m/v）、微生物的接种量为2%（v/v）、浸取时间为36小时左右、环境温度为28℃、摇瓶振荡速率为120rpm的条件下,锰的浸出率最高,若当矿浆浓度继续增加,锰浸出率则会呈现下降趋势；锰浸出率随时间的增加而提高,36h时达到最大；微生物的接种量变化,对锰浸出率影响不大。Fe2+和Fe3+的加入能够有效地提高锰浸出率,但是若是溶液中存在有毒有害金属离子,如Hg2+,锰的浸出效率则会大大降低。采用液相色谱和气象色谱等手段测定了微生物浸取锰渣中锰的过程中浸取溶液中有机酸的种类和含量,对部分产量较高的有机酸进行了定性定量测定,确定了6种有机酸的种类和相对比例。通过菌体干重法测定了微生物不同生长时期的生物量变化趋势,绘制了微生物生长曲线,结合不同时期微生物产生有机酸的情况,可以发现,微生物有机酸的产生与其生长情况有着较为密切的关系。在对数增长期,有机酸的产生量也急剧增加,因而溶液中有机酸的浓度会快速升高；到达平稳期后,有机酸的产量达到顶峰,这个时候,有机酸产量保持一种产生与消耗平衡状态,即有机酸的产生速率与消耗速率达到平衡,表现为有机酸浓度保持平稳。同时利用电镜扫描技术,研究了锰渣颗粒表征在浸取前后锰的形态变化特征。结果显示,浸取前后,锰渣颗粒表征有显著的变化。浸取前,表面的锰渣呈细小颗粒状,相互之间结合的比较致密。而浸取后,表面的细小颗粒状物质明显减少了取而代之的是内部的较大粒径的锰渣团的出现,周围还有絮状物质存在,这显然就是丝状霉菌属微生物Fusarium sp.,可能是Fusarium sp的吸附作用和其代谢产生的有机酸溶解了表面的细小颗粒状锰渣。可见,微生物活动对锰渣有一定的促进作用。通过单独外加有机酸的方式,考察了有机酸对锰的浸取能力。考察了丙酸、柠檬酸、草酸等几种产量较大、报道较多的有机酸单独浸取锰渣时锰的浸取效率结果表明,不同浓度的丙酸、柠檬酸和草酸对锰渣中的锰都有一定的浸取能力。在等摩尔量的有机酸和相同浸出时间的条件下,柠檬酸浸取锰渣的能力比较强,且随着其浓度的增加,锰的浸取效率则越高。浸取15天后外加量为0.5M的柠檬酸对锰的浸出率达到55%。锰的浸出效率随着时间的增加逐渐升高,15天后基本趋于稳定。可见,有机酸对锰有一定的浸取能力,但是由于浸取周期太长,不利于实际应用。此外,还通过空白对照实验考察了诸如去离子水、培养基等这些因素对锰浸取的影响,结果表明,去离子水对锰的浸取基本没有影响,而培养基则能够浸出部分锰离子,这主要是因为培养基中加入了Fe2+和Fe3+等金属离子,由于这些金属离子在锰的浸取过程中有很重要的作用,比如Fe2+是浸取锰的良好还原剂,因而能够达到较高的浸取效率。同时对浸取前后的Fusarium sp进行了扫描电镜,结果显示,Fusarium sp代谢过程产生生物酸并参与了反应,Fusarium sp.本身在锰浸出过程中也起到了一定的吸附作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 电解锰废渣的污染现状
• 1.2.1 电解金属锰的用途及生产
• 1.2.2 目前电解锰废渣污染的处理方法及存在的问题
• 1.3 生物冶金技术的研究进展
• 1.3.1 生物冶金技术的研究现状
• 1.3.2 生物冶金中存在的问题
• 1.4 微生物浸矿技术的研究进展
• 1.4.1 浸矿微生物的种类及特性
• 1.4.2 浸矿微生物的生理及作用特点
• 1.4.3 微生物浸矿的原理
• 1.5 微生物及其对锰矿浸取的研究
• 1.5.1 主要的浸矿微生物
• 1.5.2 微生物作用于锰的机制
• 1.5.3 国内外微生物浸出锰的试验研究进展
• 1.6 课题研究的内容
• 第2章 最优浸取条件
• 前言
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 电解锰废渣
• 2.1.2 耐锰微生物
• 2.2 主要试验仪器与设备
• 2.2.1 主要试验仪器
• 2.2.2 要试验设备
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 锰渣理化性质的分析方法
• 2.3.2 Fusarium sp.的鉴定
• 2.4 Fusarium sp.浸取锰渣中锰的最优条件的探索
• 2.4.1 锰渣的理化性质
• 2.4.2 Fusarium sp.的鉴定
• 2.4.3 Fusarium sp.浸取锰渣中锰的最优条件的探索
• 2.5 小结
• 第3章 Fusarium sp.浸取锰过程中产酸的研究
• 前言
• 3.1 试验材料
• 3.2 主要试验仪器和设备
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器设备
• 3.3 分析方法
• 3.3.1 有机酸的测定
• 3.3.2 Fusarium sp.浸取锰渣试验
• 3.3.3 锰渣的表征
• 3.3.4 微生物的生长曲线
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 有机酸的测定与分析
• 3.4.2 Fusarium sp.的生长情况
• 3.4.3 Fusarium sp.浸取前后锰渣表征的形态变化
• 3.5 小结
• 第4章 Fusarium sp.浸取机理的研究
• 前言
• 4.1 试验材料
• 4.2 主要试验仪器和设备
• 4.2.1 主要试验仪器
• 4.2.2 主要试验设备
• 4.3 分析方法
• 4.3.1 外加有机酸浸取锰渣实验
• 4.3.2 Fusarium sp.浸取锰渣实验
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 有机酸浸取锰的能力
• 4.4.2 Fusarium sp.浸取锰的能力
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢
• 附件