生物氧化进程中酸度对生物活性的影响.docx
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生物氧化进程中酸度对生物活性的影响
生物氧化进程中酸度对生物活性的影响
王梅君,2陈庆根1,2林海彬1,2范道焱1,2郭金溢1,2
（1.低品位难处置黄金资源综合利用国家重点实验室，福建厦门361101；
2.厦门紫金矿冶技术有限公司，福建厦门361101）
摘要：
为明确酸度对生物氧化的影响及影响阈值。
本文开展细菌培育酸性条件实验、生物氧化酸度条件实验、BIOX生物氧化实验及荧光PCR菌群结构分析。
结果表明，酸度对细菌的活性影响显著，初始酸度值控制在5~10g/L为适；高酸环境对纯细菌培育和矿物的生物氧化均有不利影响；BIOX生物氧化进程，一段反映器中酸度pH值应控制在~为适，随着氧化进程的进行，二段反映器中细菌对酸的耐受性会增强，酸度由10g/L升高至35g/L。
荧光PCR分析结果表明，与控酸体系比较，不控酸的体系中菌群结构发生明显转变，Sulfobacillus和Ferroplasma的菌量减少了1~3数量级。
因此，酸度对细菌活性影响的研究，对此后生物预氧化工业生产和控制运行本钱具有重要的指导意义。
关键词高硫高砷金精矿生物氧化生物活性酸度
引言
生物氧化工艺作为一种矿物预处置工艺[1]，在高硫、高砷的金精矿处置上有着不可替代的优势，相较于热压工艺，生物氧化工艺能够减少设备的投入本钱，同时能够使硫不被100%的氧化，减少中和本钱和系统的热负荷。
相较于焙烧工艺，生物氧化中和阶段，溶液中的砷可与铁形成稳固的砷酸铁，减少含砷烟气的处置问题，具有环保上的优势[2]。
而微生物作为生物氧化的主体，具有敏感的特性，会受到多因素的影响，硫酸作为生物氧化的产物之一，明确其对浸矿工程菌是不是有影响，和影响的阈值，就显得十分成心义。
1材料和方式
矿石及其性质
针对某矿山高硫、高砷的金精矿，进行了生物氧化中试实验，金精矿化学多元素、硫化学物相、金化学物相分析结果如表1-一、1-二、1-3所示。
表1-1多元素分析结果/%
Table1Resultsofmulti-elementanalysis/%
项目
Au*
As
TS
Fe
SiO2
MgO
含量
项目
Ag*
Al2O3
TC
有机碳
CaO
Cu
含量
注：
注*单位为下同。
表1-2硫化学物相分析结果
Table1-2Resultsofsulfurchemicalphaseanalysis
项目
硫酸盐中硫
硫化物中硫
其它硫
TS
含量/%
比例/%
表1-3金化学物相分析结果
Table1-3Resultsofgoldchemicalphaseanalysis
项目
裸露金
氧化物及碳酸盐包裹金
硫化物
包裹金
硅酸盐及
其它包裹金
总金
含量（）
比例/%
由表1-1可知，金精矿矿中Au、S、As含量别离为t、%、%，有机碳含量%，为典型的高硫、高砷、低有机炭金精矿。
由表1-2和1-3可知，硫化物中硫占88%，硫化物包裹金为%，袒露金%。
菌群
菌群从铜矿山的酸性矿坑水中提取取得，通过多次的铜矿浸出的培育驯化，保留在紫金矿冶技术有限公司中。
1.3培育基
菌液培育阶段，利用9K培育基：
（NH4）2SO43g/L，MgSO4·7H2O0.5g/L，K2HPO40.5g/L，KCl0.1g/L，Ca（NO3）20.01g/L，pH1.6-1.8。
实验开始进料以后，只进行氮磷钾的补充，加入无铁盐的培育基：
（NH4）2SO43.6g/L，KCl1.7g/L，KH2PO41.7g/L。
1.4主要试剂和仪器
引物27F、、、、、从生工生物工程（上海）股分有限公司订购，DNA提取试剂盒由tiangen（天根生化科技有限公司）生产，其他培育基配制和酸碱调节药剂均为分析纯。
生物预氧化设备的材质为不锈钢材。
pH计与电位计均为梅特勒-托利多。
荧光PCR仪采购于德国的Biometra。
氧化体系
工艺流程采用了BIOX工艺[3][4]：
生物预氧中试装置主要包括6个不锈钢的生物氧化槽（有效体积为6L），流程如图1。
氧化的前3槽为并联，后3槽为串联。
工艺流程为，对浮选的金精矿进行调浆，调浆后矿浆平行泵入前3槽，而后依次串联进入后三槽，前三槽为一段，后三槽为一段，矿浆通过六槽以后，完成两段氧化。
每一个槽中都配有曝气装置和搅拌装置，各槽进行水浴加热，模拟工业化控制温度。
氰化
图1BIOX工艺流程
BIOXprocessflow
体系运行前，在前三槽中进行细菌培育，电位达到600mV以后，加入金精矿，矿浆浓度为15%，氧化培育。
第4d开始，前3槽别离掏出1/3体积矿浆到第6槽，前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度；第5天，前3槽别离取出1/3矿浆到第5槽，前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度；第6天，前3槽别离掏出1/3矿浆到第4槽，前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度；从第6天开始，每隔30min从第六6槽取出175mL的矿浆，前5槽按照并联与串联方式依次转移相同量的矿浆，转移后，前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度。
每30min取出的样品进行混合，8h为一个终和样，过滤处置，滤液检测总Fe、SO42－、As；滤渣进行氰化。
条件为：
Ca（OH）2调节pH10－11，矿浆浓度20%，氰化24h，氰化钠2‰，炭密度45g/L；氰化渣检测Au、As、TS、S6+。
体系运行两次，一次氧化不控制pH；一次氧化控制pH，其中第一段pH值控制在~，二段不控pH值。
1.6菌群结构研究
.1细菌总DNA提取：
对实验进程中，各槽的矿浆进行取样并进行混合，取2mL样品进行离心（13000×g，15min），去上清，搜集沉淀物，在离心管中加入TENP溶液（Tris50mmol/L，EDTA20mmol/L，PVP1%，NaCl100mmol/L，pH10.0），重悬沉淀后，进行离心，去上清，重复TENP洗涤至上清液pH≥7。
洗涤后的样品按天根试剂盒要求提取其中的细菌总DNA。
1.62实时定量PCR
将已知浓度的标准品和未知浓度的待测样品cDNA按10倍稀释成4个浓度梯度，作为标准曲线模板（各10ul）；将各样品cDNA别离稀释10倍（各10ul）；（反映mix20ul，SYBRgreenImix10ul，ddH2O8ul，forwardprimerul，引物浓度，reverseprimerul，template1ul）剪好八联管，将mix分装到PCR八联管中，19ul/管。
加模板，将稀释好的模板加入PCR管，每管都应改换枪头，加在管壁上刻痕下方，设不加模板的空白对照，及空孔对照盖上管盖，离心，放入定量PCR仪中，按设定的参数进行PCR反映，程序为：
95℃5min，94℃30s，55℃30s，72℃1min，共30个循环，72℃8min。
数据分析
利用仪器配套软件分析实验数据，定量样品起始模板量。
2结果与讨论
酸度对生物氧化的影响实验
菌种耐酸培育实验
实验采用同样活性菌种20%的转接量，用硫酸进行耐酸实验，体系温度45℃，恒温水浴振荡器进行摇瓶培育。
各硫酸浓度Eh值趋势图如2所示。
图2菌种耐酸实验结果
bacterialacidtestresults
由图2可知，菌种在硫酸浓度5-10g/L之间扩培时刻在48h左右，大于10g/L扩培时刻开始变长。
所以细菌培育的低级阶段，硫酸浓度在5-10g/L为宜，对应pH值~。
不同酸度的生物氧化实验
对同样活性菌液调节硫酸浓度，添加5%浓度的金精矿，在体系温度45℃，恒温水浴振荡器进行摇瓶生物氧化，实验周期7天，各硫酸浓度Eh值趋势图如3所示，pH值趋势图如4所示，7天硫氧化率与初始酸度的关系如图3所示。
图3各硫酸浓度氧化Eh值趋势图
Fig.3Theconcentrationofsulfuric
acidoxidationEhvalueofthetrend
图4各硫酸浓度氧化pH值趋势图
Fig.4Trendsinsulfuric
acidconcentrationOxidationpH
图5各硫酸浓度氧化7天的硫氧化率趋势图
sulfuricacidconcentrationoxidationof7dayssulfuroxidationratetrend
由图3～4能够看出，金精矿的细菌氧化效果受硫酸浓度的影响较大，硫酸浓度在5~10g/L对整个氧化效果起增进作用，当硫酸浓度大于10g/L后，浓度越大细菌需要越长的时刻去适应体系环境，所以细菌氧化金精矿初始阶段宜控制在5~10g/L（图5直观反映了同样时刻和操作条件下，低硫酸浓度下的硫氧化率高于高浓度硫酸体系下的硫氧化率。
BIOX氧化结果
BIOX体系不控酸
氧化为持续进行，矿浆浓度为15%。
第6天开始，每隔30min，从第6槽取样175mL，前面5槽按原来并联与串联方式依次转移相同量的矿浆，前3槽补加金精矿和培育基到原来的体积和浓度。
对距离8h的终和样进行过滤处置。
前三槽（即一段）不进行酸度控制，氧化进行23d。
图6不控酸-二级氧化实验结果
Fig.6Noacid-secondaryoxidationtestresults
随着体系的运行，氧化10d后，体系的氧化电位从600mv-700mv降低到500mv-600mv后，而后再也不升高。
氧化10d，硫氧化率为60%，金的浸出率为80%。
达不到生物氧化的预期效果，而后对整个流程进行诊断排查，二段氧化的的最后一槽（即第六槽：
6#）中的酸度达到了60g/L-70g/L，三价铁的含量达到50g/L。
对氧化铁和氧化硫的细菌都有抑制作用[4]。
BIOX体系控酸（一级控制pH值）
一段（前三槽）pH值控制在~[4]，二段（后三槽）不控pH值[5][6]，1-7d为细菌培育和细菌驯化阶段，通过控制进料和出料的量来调控停留时刻，9-15d，停留时刻7天d，第27-36d，停留时刻10d，第37-45d，停留时刻14d，半持续进料9天。
实验进行45d，由于一段并联，监测以3#为代表，二段串联，6#最能反映最后浸出情形，监测以6#为代表。
实验期间一段的第三槽（3#）、二段的第六槽（6#）Eh值/pH值趋势如图7、图8所示。
图7一段（3#）Eh值/pH值趋势图
Fig.7（3#）asectionofEh/pHtrend
图8二段（6#）Eh值/pH值趋势图
（6#）asectionofEh/pHtrend
由实验结果可知，在一段控制pH=左右的情形下，体系能够维持着600mV的电位在运行，渣样的分析结果也表明，生物氧化7天，矿物的硫氧化率就抵达了70%，氧化10d，达到80%，氧化14d硫的氧化率达到了94%，氧化7d金的浸出率为8
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