基于同步辐射技术的典型浸矿菌-黄铜矿界面微环境及其作用过程的表征

This item is to characterize the micro-environments of interfacial surfaces of typical bioleaching microbes and chalcopyrite and therein the interaction processes. It is by mainly using the synchrotron radiation-based techniques including sulfur K-edge XANES, iron L-edge XANES, iron and copper K-edge EXAFS, μ-XAFS，μ-XRF and STXM, complemented simultaneously with other surface structural and component analytical methods, e.g., AFM, Raman，FT-IR，XPS，and XRD, to analyze the S, Fe, Cu speciation and transformations of chalcopyrite, the surface structures and components of minerals, and bioleaching microbial extracellular structures and their changes, and so that to realize the characterization of the interrelationship of structures and properties of the interfacial micro-environments and the interfacial interaction of the typical bioleaching microbes and chalcopyrite, and thus to strengthen the understanding of chalcopyrite bioleaching mechanism, and lay the theory bases for optimizing chalcopyrite bioleaching technics.

本申请立题研究典型浸矿菌-黄铜矿界面微环境及其作用过程的表征。通过基于同步辐射技术的硫的K边XANES，铁的L边XANES，铁、铜的K边EXAFS，μ-XAFS，μ-XRF以及STXM法，同时辅以其它表面结构/成分分析方法，如AFM，Raman，FT-IR，XPS，XRD等方法，分析不同温度、不同能量代谢体系的典型浸矿菌与黄铜矿作用下，黄铜矿硫、铁、铜的形态赋存形式和转化、矿物表面微结构和组成及浸矿微生物细胞表面结构和变化，对典型浸矿菌-黄铜矿界面微环境及其作用过程进行表征，揭示界面微环境结构和性质与界面作用过程的关联性，进而进一步加深对黄铜矿浸出机理的认识，并为黄铜矿生物浸出工艺的优化奠定理论基础。

本项目主要针对典型浸矿菌-黄铜矿界面作用，基于同步辐射技术的硫、铁、铜的K边XANES，铁的L边XANES和XRD等，研究了不同温度、不同能量代谢体系的典型浸矿菌与黄铜矿作用下，黄铜矿表面微结构（组成）变化以及硫、铁、铜的形态赋存形式和转化。同时，基于硫的K边XANES和铁的L边XANES，研究了典型嗜酸热古菌对黄铁矿利用和铁硫形态转化。基于μ-XAFS，μ-XRF以及STXM等方法对浸矿微生物在不同培养基生长时细胞表面铁的赋存形态、表面巯基及胞外多聚物进行了原位显微表征。此外，还研究了典型浸矿微生物对不同形态单质硫利用和形态转化的差异。所取得的主要成果为:.1..揭示了黄铜矿生物浸出过程中矿物表面微结构及其变化与浸矿功能菌的作用的关系，以及功能菌-矿物界面中间产物分子形态转化与浸出过程的关联性。阐明了典型单一和混合菌浸出黄铜矿过程中矿物表面中间产物演替的分子机制；.2..发展了基于同步辐射的硫的原位K-边，铁铜的L-边XANES分析矿物表面硫铁铜等的化学形态的方法；.3..发展了基于同步辐射的STXM和μ-XRF原位表征单细胞表面巯基等硫活化相关基团、细胞表面铁的分布和赋存形态以及胞外多聚物的方法。.4..发表文章16篇（其中SCI源刊9篇，国外刊物13篇，国内核心刊物2篇），培养博士生4名，硕士生6名。.这些研究成果构建了原位研究和表征矿物-微生物作用过程的基本方法与体系，揭示了典型硫化矿-微生物界面微环境结构和性质的演替与界面作用过程的关联性，为加深对黄铜矿浸出机理的认识奠定了重要理论基础，同时对进一步研究复杂体系的生物浸出作用，优化黄铜矿生物浸出工艺具有理论和实践指导意义。