含砷碳质难处理金矿生物预氧化菌种的选育驯化及群落分析

论文摘要

随着人类对矿石资源的开采利用,金矿资源日益枯竭,易处理矿石不断减少,难处理金矿成为了研究和开发的重点。贵州泥堡金精矿含金16.78g/t、砷1.47%、硫35.85%、碳质2.42%,金粒度极小（多数小于2μm）,且硫、砷难以分离,为典型的难处理金矿石。本文针对贵州泥堡金矿的特点,选育高效浸矿菌种,开展金精矿生物预氧化-氰化浸出试验研究,并采用构建16S rRNA克隆文库和荧光定量PCR技术相结合的方法对浸出体系微生物群落进行分析。用采自泥堡金矿NB、紫金山铜矿ZJ、白山镍钴铜矿BS、墨江镍钴矿MJ、德兴铜矿DX五个矿山的浸矿菌对金精矿进行氧化预处理,发现NB菌效果最显著,选择NB菌群作为出发菌,经过连续转接、逐级驯化后,用于生物预氧化试验。该菌群镜下检测为杆状、球状以及螺旋菌组成的混合菌,在45℃、10%的接种量及以金精矿和0.1g/L酵母提取物作为能源物质的条件下生长最好。经过不断的转接驯化,获得一个高效浸矿菌群,硫、砷氧化能力得到大幅提高,与出发菌群相比,驯化菌群硫氧化平均速率提高15.30倍,砷氧化平均速率提高3.12倍,金浸出率提高了7.63倍。驯化菌群用于金精矿生物预氧化-氰化浸出试验,在45℃,10%矿浆浓度以及10%接种量条件下对金精矿预氧化处理15天,金精矿砷氧化率达到68.03%,硫氧化率达到49.21%,预氧化渣氰化浸出,金浸出率达77.91%。而约22%的金仍残留在浸渣中,经物相检测查定,原因是极微细的金被脉石包裹、黄铁矿氧化不完全以及“炭劫金”作用造成。金精矿经氧化处理生成的渣相物质主要为三氧化二铁、黄钾铁矾以及砷酸铁,而金精矿中的有机碳含量下降27.88%,无机碳含量下降70.59%,说明NB菌种对碳质有一定的降解作用。通过构建16S rRNA基因克隆文库查明驯化菌群微生物组成：主要存在的细菌为Sulfobacillus sp.、Sulfobacillus thermotolerans、Leptospirillum ferriphilum,主要古菌为Ferroplasma acidiphilum。通过已设计的五种特异性引物Acidithiobacillus sp., Leptospirillum sp., Sulfobacillus sp., Ferroplasma sp., UniVersal:Bacteria and Archaea,对样品DNA进行扩增,荧光定量实时监测结果显示只有三种引物成功扩增,分别为Leptospirillum sp., Sulfobacillus sp., Ferroplasma sp.,三种菌属所占比例分别为0.0049%,1.64%,98.37%。驯化菌群的多样性明显低于出发菌群,并且NB菌群不同于其他生物预氧化工艺所用的菌群。NB菌群中占绝对优势的为古菌Ferroplasma acidiphilum,在预氧化过程中起主要作用, Leptospirillum ferriphilum可能为菌群中氧化砷的菌种,Sulfobacillus sp.、 Sulfobacillus thermotolerans为该菌群中硫氧化菌,并且和Ferroplasma acidiphilum都能以有机碳源作为能源生长,可能对金精矿中的碳质有一定的降解能力。NB菌群和其他生物预氧化菌群相比,生长温度范围更宽广,耐酸能力和抗逆性更强,特别适合含砷碳质难处理金矿的氧化预处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 难处理金矿的概念及处理方法
• 1.1.1 难处理金矿的定义及分类
• 1.1.2 难处理金矿的预氧化方法
• 1.2 菌种选育驯化及组成分析
• 1.2.1 浸矿微生物
• 1.2.2 菌种选育驯化
• 1.2.3 菌种组成分析
• 1.3 国内外生物预氧化发展现状
• 1.3.1 国外研究应用发展现状
• 1.3.2 国内研究应用发展现状
• 1.4 本文研究的目的与意义
• 1.4.1 选题的科学依据与实用价值
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 课题受资助情况
• 2 试验材料及研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 矿样来源及分析
• 2.1.2 菌种及培养基
• 2.2 试验设备与药剂
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 试验所用药剂
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 菌种培养和驯化
• 2.3.2 生物预氧化-氰化浸出
• 2.3.3 微生物群落分析
• 2.3.4 分析检测方法
• 3 菌种的选育驯化及预氧化试验
• 3.1 菌种的选育驯化
• 3.1.1 试验菌种的筛选
• 3.1.2 培养温度对菌种生长的影响
• 3.1.3 接种量对菌种生长的影响
• 3.1.4 添加不同能源NB菌株的生长情况
• 3.1.5 矿浆浓度对菌种生长的影响
• 3.1.6 体系pH和氧还电位变化
• 3.2 生物预氧化-氰化浸出试验
• 3.2.1 出发菌种摇瓶预氧化试验
• 3.2.2 驯化菌种摇瓶预氧化试验
• 3.2.3 驯化菌种搅拌罐预氧化扩大试验
• 3.3 本章小结
• 4 微生物群落组成分析
• 4.1 16S rRNA基因克隆文库构建与分析
• 4.1.1 总DNA的提取、纯化
• 4.1.2 细菌和古菌16S rRNA基因扩增
• 4.1.3 PCR产物纯化
• 4.1.4 PCR产物与载体连接
• 4.1.5 连接产物转化
• 4.1.6 阳性克隆测序和系统发育分析
• 4.2 荧光定量PCR
• 4.2.1 荧光定量PCR引物标准曲线分析
• 4.2.2 荧光定量PCR检测
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢