硫化矿微生物浸出种群演替规律及相互作用研究

本项目针对硫化矿浸出体系混合细菌种群演替规律及其相互作用这一重要课题，开展以下几个方面的研究工作：研究不同矿区中微生物生态多样性和遗传特异性，揭示它们之间与地球化学性质间的相关性，指导原生硫化矿的高效浸矿菌种的筛选和遗传选育；研究浸矿体系不同模式、不同阶段、不同矿物特征、不同环境因素对浸矿微生物群落演替和种群相互作用的规律，阐明其与浸矿速度、浸出率的相关性及生态学规律，为生物浸出工艺的优化和调控提供相关理论和技术支持；研究浸矿微生物生长、代谢过程热力学和在矿物表面吸附热力学和动力学，以及硫化矿/溶液界面双电层模型结构，阐明浸矿微生物在矿物表面的吸附机制，揭示浸矿微生物性质对矿物/溶液界面电化学的影响规律，为生物浸出技术提供理论指导。

研究浸矿体系中微生物种群演替规律及相互作用，揭示微生物冶金的氧化机理，对我国的低品位矿细菌浸出技术的发展具有重大的理论指导意义。主要完成以下工作：1）研究不同样点微生物生态和与地球物理化学性质的相关性。通过对多个酸性样品的地球物理化学性质和细菌群落结构分析，发现二者有比较好的相关性。而样品中元素Cu和As可能是形成细菌种群结构差异的关键因素。2）浸矿菌种分离纯化，生理生化鉴定和浸矿驯化；中等嗜热混合菌的筛选和群落组成分析；Cyanidium caldarium的筛选鉴定及对金矿预氧化过程的影响等。结果表明浸矿菌群中加入特定的非浸矿生物，对浸矿具有促进作用。3）研究浸矿体系中不同阶段微生物群落演替规律及其对浸出效率的影响。DGGE实验发现混合菌浸出高砷金矿过程中存在明显的群落演替现象。浸出初期，Leptospirillum属为优势菌属；浸出后期，优势菌属为Sulfobacillus属，其所占比例由浸出前的47.5 %上升为80 %，而Leptospirillum属则由浸出前的50 %下降为20 %。4）设计了气升式反应器，对难浸金精矿进行细菌氧化预处理的连续浸出，对浸出参数进行优化，同时对连续浸出装置中细菌群落组成进行了分析。5）研究了微生物硫酸盐同化与重金属抗性耦合机制等。发现浸矿微生物对镉离子抗性机制有细胞累积、排出系统、以及生物转化等几种方式共存。在Cd2+和Zn2+刺激下，重金属抗性基因在转录水平上的表达量均呈上调趋势。而在Pb2+胁迫下则相反。6）利用CAD软件设计并模拟出一种新型的可鉴别细菌对不同矿物选择性作用的反应器。对茚三酮定量蛋白质法进行了改进研究，建立了一种简单而灵敏的矿物表面细菌吸附量定量方法，最低检出限为3.4×105细菌数。7）研究细菌与矿物的差异性吸附及其调控动力学，细菌与矿物的选择性吸附行为等。通过对比细菌对不同矿物的吸附动力学，发现细菌的趋化性决定其对不同矿物的差异性吸附。细菌能凭借本身的趋化特性诱导细菌选择性的跨膜运动，细菌对黄铁矿呈现出极大偏好。本项目已培养博士研究生3名，硕士研究生14名。已发表的论文33 篇，其中SCI 收录13 篇，EI 收录4 篇，国内核心期刊15 篇；已录用论文2 篇；申请国家发明专利10 项，其中授权3 项；学生获奖4项。