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1、第19卷第3期(总第75期)湿法冶金Vol.19No.3(Sum.75)2000年9月HydrometallurgyofChinaSep.2000细菌浸矿的细菌学原理张在海,王淀佐,邱冠周,胡岳华(中南工业大学矿物工程系,湖南长沙410083)摘要:探讨了细菌浸矿的细菌学原理。认为细菌浸出的本质是生命活动,不能等同视之为冶金学上的“催化剂”;细菌所表现出的浸出机理,是由其内在的生理、生化特性以及由此而组成的生态关系——细菌学本质所决定的,不论直接间接作用机理,还是初级次级反应机理,在细菌学上都是统一的。根据细菌学原理,分
2、析了细菌育种对象问题和铁矾产生的细菌学意义,提出了解决这些问题的方法。关键词:细菌学;直接作用;间接作用;初级反应;次级反应;铁矾中图分类号:TF18;Q963文献标识码:A文章编号:1009-2617(2000)03-0016-06细菌冶金是湿法冶金研究和应用的新方菌种筛选、改良问题。研究细菌浸出的细菌学向,目前已在铜、铀、金的提取方面得到成功原理,了解浸矿菌种的生理、生化特性,明析应用。几乎所有的硫化矿物都可用细菌提取每种浸矿菌种作用、地位及其相互关系,就能[1,2]有价金属。在工业应用中,特别是黄铜矿指导菌种选育工
3、作,提高菌种氧化活性,优化细菌氧化过程中,存在着菌种活性太低,浸出菌种浸出工艺条件,最终实现硫化矿的高速速度较慢的问题。冶金工作者重工艺过程,关浸出,因而意义重大。于“浸出”的研究和发表的文章较多,而对于1细菌浸出的分子生物学细菌本身的“细菌学”的研究则较少。自1947年Colmer和Hinkle分离出氧化亚铁硫杆菌1.1能量与酶[8、9](简称T.f菌),并发现其浸矿功能以后,直根据热力学原理计算,硫化矿物氧化到80、90年代才开始对浸矿自养菌的生理、过程中有大量的能量放出,如1molCuFeS2[3～7]生化、遗传和
4、育种等方面进行研究。在细可放出1644.65kJ的标准自由能,有17菌浸出矿物过程中,细菌起能动作用;而冶金mol的电子给出;1molFeS2可以放出[2]工作者一般视之为一种“催化剂”,并根据2420.00kJ的标准自由能,给出15mol的浸出结果提出了直接作用和间接作用机理电子。矿物中的自由能来自两部分的状态变(Sutton,etal.,1963和Duncan,etal.,化:还原硫的硫酸化氧化和亚铁的高铁化氧1964)。冶金学上的机理不能区分各菌种在浸化,特别是还原硫部分的氧化。由于自由能的出过程中所起的作用与地位
5、,因而指导不了给出只与物质的起始和终止状态有关,而与收稿日期:2000-04-02基金项目:国家杰出青年科学基金(59925412)资助项目·16·过程无关,因此,1molCuFeS2中的亚铁完1.2电子传递链与ATP合成酶[2]全氧化放出136.95kJ标准自由能,硫完全..º¿¶¶³认为,酶利用硫化物中的氧化放出1508.46kJ标准自由能。硫的氧自由能是通过电子传递进行的(图1)。细菌化自由能是亚铁氧化自由能的10多倍,给出膜上有电子传递链,电子在传递过程中与电子的量比为16∶1。ATP合成酶藕联,把能量贮于ATP
6、中,ATP细菌具有快速利用硫化矿能量的酶。酶是一切生命进行活动的直接能源物质。电子是一种高催化活性的蛋白质分子,可使矿物传递同时也促成了还原力NAD的合成,因氧化分解:此实现了浸矿自养菌同化作用对能量和还原硫化物氧化酶力的需求。硫化矿细菌氧化时,硫化矿物是电CuS+2O2CuSO4(1)化学作用子传递链的最初电子供体,氧是最终电子受FeS2+Fe2(SO4)3体。矿物中的能量最终转移到细菌体内,细菌03FeSO4+2S(2)利用其实现了自身的生长和复制。因此,细菌化学作用CuFeS2+8Fe2(SO4)3+8H2O利用矿
7、物中电子的多少决定了细菌的生长[8]CuSO4+17FeSO4+8H2SO4(3)量。反过来,繁殖了的细菌进一步加强了矿硫化物氧化酶物的氧化分解速度,发生正反馈循环式的自CuFeS2+4O2催化,而催化剂在反应前后是不变的。因而,FeSO4+CuSO4(4)Fe2+氧化酶细菌浸矿的本质不是发生简单的催化作用,4FeSO4+2H2SO4+O2而是生命活动。2Fe2(SO4)3+2H2O(5)S0氧化酶2细菌浸矿的生态学原理02S+2H2O+3O22H2SO4(6)有酶参与的氧化作用比自然氧化要快得2.1主要浸矿菌种的生理、
8、生化特性5[10]多,如可使亚铁氧化速度提高5×10倍,浸矿场所细菌种类很多,目前已分离出3[2]可使黄铜矿的分解速度提高10倍。大多二十几种自养或兼性自养菌以及一些共生异[2,8]数反应可能是酶系反应,即有多种功能相关养菌。一般浸出场所中分离到的最重要的的酶参与的连续的分解反应。如硫化物的细生态菌种有:氧化亚铁硫杆
