专利名称：深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法
技术领域：
本发明涉及微生物冶金技术领域，特别涉及一种深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法。
随着陆地资源的日趋减少和濒临枯竭，人类将目光转向海洋。深海多金属结核是近期内最具开发前景的一种海洋金属矿产资源。多金属结核俗称锰结核，呈深褐色土豆状，直径多在20-100mm之间，以覆盖或浅埋的方式赋存于5000-6000米海底沉积物上，结核中含有近80种金属元素，特别富含镍、钴、铜、锰等有价金属，其品位分别为0.84％,0.26％,0.89％,21.24％(实验用样品)。据估算，深海海底的多金属结核总量达30000亿吨，仅太平洋底就有17000亿吨(其中有价金属含量分别为镍164亿吨，钴58亿吨，铜88亿吨，锰4000亿吨)，其中有工业开采价值的约700亿吨。
1978年深海采矿试验证明，开采方法在技术上是可行的，由于经济原因没有进行商业开采，但它将成为人类下个世纪的主要矿产资源。我国1994年被批准成为先期投资国，1998年在太平洋海底锁定了7.5万平方公里的开采多金属结核的国际海底区域。
深海多金属结核是以铁、锰高价氧化物为主要矿相的复合氧化矿。有工业提取价值的有价金属包括Cu、Co、Ni、Mn等，其中Ni、Co、Cu均以吸附或离子取代形式嵌布于铁、锰氧化物晶格中，基本上没有机械分选富集的可能，要提取这些元素首先必须破坏锰氧化物晶格。由于二氧化锰在常温常压下不与酸、碱反应，使得加工工艺过程复杂化。
六十年代以来，对深海多金属结核加工处理进行了大量的研究工作，提出了几十种方案，其中研究较深入，并经过扩大试验检验的主要有以下五种方法还原焙烧氨浸出法、亚铜离子氨浸法、高温高压硫酸浸出法、氯化氢还原焙烧浸出法和熔炼-硫化-浸出法。
还原焙烧氨浸出法结核矿经破碎烘干，在625℃下经含CO和H2的混合气体还原焙烧后，用含NH3和CO2的溶液浸出，浸出渣蒸氨后堆弃。浸出液用萃取法先后分离铜和镍，萃镍余液用硫化氢沉钴，硫化钴沉淀用硫酸浸出、加压氢还原制取钴粉，回收Ni、、Cu、、Co三种金属，矿石浸出回收率(％)为Ni90、Cu90、Co65。
亚铜离子氨浸法结核矿磨细后用吸收一氧化碳的铜氨溶液，在50℃下浸出多金属结核中的铜、镍、钴，而铁、锰入渣。浸出液经萃取、电解回收镍、铜，萃余液通硫化氢回收钴。金属浸出回收率(％)Ni92、Cu92、Co65。
高温高压硫酸浸出法湿结核矿磨细后，与硫酸混合在230℃,35大气压下浸出，绝大部分铜、镍、钴溶解，而铁锰基本留于渣中，浸出液用溶剂萃取分离铜和镍，硫化氢沉淀法回收钴。金属回收率(％)为Ni95、Cu85、Co60。
氯化氢还原焙烧浸出法结核矿经磨细干燥后在500℃用氯化氢气体进行氯化后，再进行水解和固液分离，镍、钴、锰、铜和少量铁进入溶液，用萃取法分离铜、钴、镍。萃镍余液进行蒸发浓缩，使氯化锰结晶析出，熔盐电解回收锰。回收四种金属，全流程金属回收率(％)为Ni95、Cu90、Co90、Mn87。
熔炼-硫化-浸出法结核矿经破碎烘干后配炭在1000℃左右还原、1400℃熔化分离得富锰渣和铁、镍、铜、钴的熔炼合金，95％以上锰进入富锰渣，富锰渣可炼锰质合金。熔炼合金在1370℃下加硫硫化再氧化吹炼除铁得镍、钴、铜，萃取分离回收铜和镍，硫化回收钴，四种金属的全程回收率(％)分别为Ni94、Cu85、Co85、Mn75。
上面提及的五种方法中，前两中为氨浸出法，其优势在于不浸出铁、锰，选择性强，试剂腐蚀小、消耗少且易回收。缺点是浸出回收率低，特别是钴回收率低，且难回收锰。高温高压硫酸浸出法选择性强，矿石无需干燥，直接浸出、工艺可靠，缺点是钴收率低，不能回收锰，设备材质要求高，投资大。氯化氢还原焙烧浸出金属回收率高(特别是钴)，可回收锰、钴、镍、铜四金属，但试剂消耗量大且腐蚀性强，回收锰的工艺不但复杂，而且能耗高。熔炼-硫化-浸出法的优点是金属回收率高，可回收锰，流程试剂消耗少，但能耗较高。
中国微生物学报(Vol.30 No.3 1990)公开了一种《细菌浸锰技术及其半工业性实验》，锰矿的化学成份是Mn14.8％,S2.75％,Fe2O32.54％，还含有大量Ca、Mg、Al脉石，高达30％。锰的物相成份是碳酸锰22.59％，硫酸锰1.70％，硅酸锰5.79％，无二氧化锰矿物成份。
该技术采用氧化亚铁硫杆菌，菌种培养液用Leathen无机培养基。该技术分别提出了摇瓶浸锰、小型浸锰和半工业浸锰试验方法
1．摇瓶浸锰试验将含氧化亚铁硫杆菌的活性菌种培养液离心，洗涤，得无铁白色菌体沉淀物，按所需浓度用Leathen无机培养基稀释成种菌液；将-300目黄铁矿放入锥形瓶中，加入新鲜无铁Leathen无机培养基和种菌液，再加入锰矿粒，置于30℃旋转摇床(160r/min)培养浸出。浸出过程中用蒸馏水补充蒸发的水份。
2．小型浸锰试验将-120目锰矿粉放入烧杯中，加入浸矿剂，浸矿剂为细菌浸黄铁矿得到的浸出液，矿浆浓度10％，置恒温水溶液搅拌浸出。
2．半工业性浸锰试验大型柱浸细菌氧化黄铁矿，采用三个大不锈钢柱，装置结构与小柱相似，每个大柱装粒径20-25mm黄铁矿6吨，加入自来水，接种量10％，最终浸出液1.5立方米，培养方法与小柱浸出相似，通气量0.15m3/min。
其缺陷在于该方法浸出条件要求比较严格，浸出率不够理想，而且浸出时间较长，不利于工业化生产。
本发明目的在于利用深海多金属结核独特的物理化学结构特点，采用污水作培养基，对细菌进行驯化、诱变，可获得专一高效的菌种，用此菌对结核中有价金属进行浸取，效率高，污染小，时间短，工艺简洁，矿渣可再利用，开创了一条综合利用深海多金属结核的节能、环保、经济的新途径，为新世纪开采深海多金属结核作好技术贮备。
本发明的实施方案如下本发明提供的深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法，其特征在于具体浸出步骤如下(一)消除菌种对黄铁矿的感应期菌种采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferooxidans T.f.)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans T.t.)或氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的混合菌种；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水混合制成，其重量配比为Leathen培养基∶纺织染料污水=20∶1=3∶1,pH=1.5-2.5；分2或3次驯化菌种(1)第1次驯化将粉碎后的黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶50-1∶40，加入氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)或氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的混合菌的菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶20-1∶15，进行6-10天的第1次驯化；(2)第2次驯化将粉碎后的黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶40-1∶20，以第1次驯化后所得的浸出液作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶15-1∶10，再进行6-10天的第2次驯化；(3)第3次驯化将粉碎后的黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20-1∶10，以第2次驯化后所得的浸出液作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5，进行6-10天的第3次驯化；(二)制备菌生黄铁矿浸矿剂(1)扩种将黄铁矿粉碎加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20-3∶20，将步骤(一)(2)或步骤(一)(3)所得的黄铁矿浸矿液作种液，进行扩种，种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5，上摇床培养3-5天，温度为25℃-38℃；(2)接种将黄铁矿粉碎加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20-3∶20，将扩种后的浸液作种液，进行接种，种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5；(3)制备菌生黄铁矿浸矿剂接种后，用柱浸、气升式反应器或用锥形瓶在摇床摇进行浸出，浸出温度为常温，并以控制在25℃-38℃为佳，当其浸液的pH值小于1时，进行过滤、离心，即制得菌生黄铁矿浸矿剂种液。
用制得的菌生黄铁矿浸矿剂种液，重复步骤(二)(1)-(3)，并用该菌生黄铁矿浸矿剂种液调节pH，将pH值控制在1.5-2.5之间，即制得菌生黄铁矿浸矿剂。
(三)消除菌种对多金属结核的感应期菌种采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)或氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的混合菌菌种；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水混合制成，其重量配比为Leathen培养基∶纺织染料污水=20∶1-3∶1,pH=1.5-2.5；分2或3次驯化菌种
(1)第1次驯化将粉碎后的深海多金属结核放入混合培养基中，驯化菌种多金属结核与混合培养基的重量比为1∶50-1∶40，加入氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans T.f.)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)或氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的混合菌菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶20-1∶15，进行6-10天的第1次驯化，驯化过程中，加入步骤(二)制得的菌生黄铁矿浸矿剂，将pH值控制在1.5-2.5之间；(2)第2次驯化将粉碎后的驯化菌种多金属结核放入混合培养基中，驯化菌种多金属结核与混合培养基的重量比为1∶40-1∶20，以第1次驯化后所得的浸出液作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶15-1∶10，再进行6-10天的第2次驯化，驯化过程中，加入步骤(二)制得的菌生黄铁矿浸矿剂，将pH值控制在1.5-2.5之间；(3)第3次驯化将粉碎后的驯化菌种多金属结核放入混合培养基中，驯化菌种多金属结核与混合培养基的重量比为1∶20-1∶10，以第2次驯化后所得的浸出液作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5，进行6-10天的第3次驯化，驯化过程中，加入步骤(二)制得的菌生黄铁矿浸矿剂，将pH值控制在1.5-2.5之间；(四)扩种将粉碎后的黄铁矿、硫酸亚铁或元素硫作为还原剂加到混合培养基中，还原剂与混合培养基重量比为1∶100-3∶20，用步骤(三)(2)或步骤(三)(3)所得浸矿液作种液，种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5，在摇床上培养3-5天，温度控制在25℃-38℃，加入步骤(二)制得的菌生黄铁矿浸矿剂将pH值控制在1.5-2.5之间；(五)接种在混合培养基中加入还原剂和多金属结核，混合培养基与多金属结核的重量比为100∶1-5∶1，多金属结核与还原剂的重量比为20∶1-1∶1，再加入扩种后的浸液作种液，进行接种，种液与混合培养基的体积比为1∶20-7∶10，接种过程中，加或不加菌生黄铁矿浸矿剂；并以加菌生黄铁矿浸矿剂，将初始pH值调至1-6为佳，以将初始pH值调至1-3为最佳；(六)浸出接种后选用柱浸、堆浸、槽浸、用锥形瓶上摇床或气升式反应器进行浸出，在浸出过程中，可通气或不通气，温度为常温，温度控制在25℃-38℃之间，浸出效果为佳，通气时的通气量为0-400L/min；浸出过程中，可加或不加菌生黄铁矿浸矿剂，在浸出液颜色由黑色或黑褐色变成棕色或棕黄色，浸液的pH恒定时，即完成浸出，得到含Mn、Fe、Co、Ni、Cu的浸出液；并以加入菌生黄铁矿浸矿剂将pH值控制在1-6之间，效果较佳，以加入菌生黄铁矿浸矿剂将pH值控制在1-3之间，效果最佳。
本发明提供的深海多金属结核有价金属的微生物浸出方法，具有以下优点1、充分利用了深海多金属结核的生物成因，即由于锰细菌的作用使海洋中的有价金属以特殊结构沉积，同时用生物法浸出结核中的金属具有生物相容性；2、用纺织染料污水作培养基，污水既得到处理，污水中的氮、磷和硫可作为细菌能量，节省药剂，降低成本；3、用菌生黄铁矿浸矿剂浸出深海多金属结核效果显著，且节省药剂，降低成本；4、本方法的浸出条件宽松，浸出时间短，浸出效率高；5、深海多金属结核无需干燥、磨细，可直接使用，节省人工和能源；6、浸出后的矿渣骨架未变，孔隙增加，可再利用作为污水处理工艺中好氧和厌氧菌的固定化载体。
浸出机理由于深海多金属结核为多孔结构，其内充满着直径约100A大小的微孔，孔隙率为50～60％，比表面积可达200m2/g以上，细菌吸附在矿石上，与矿石直接和间接作用的传递面积较大；细菌和深海多金属结核矿物紧密接触、吸附，是被细菌的酶浸蚀并浸出的条件。
黄铁矿和二氧化锰在水溶液中相互接触时，氧化亚铁硫杆菌能使亚铁离子氧化成三价铁离子获得能源的同时，二氧化锰开始氧化黄铁矿，二氧化锰还原浸出，从黄铁矿中分解出来的二价铁也可还原氧化锰，随着二氧化锰的还原，即使Mn4+还原成Mn2+，结核的矿物晶格被破坏；同时，矿物晶格被破坏，在菌种的催化作用下，附着在晶格上的其它有价金属被硫酸根置换出来。
实验表明在无菌种条件下，即使有酸和还原剂结核的浸出速度和效率都相当低；由电镜扫描可知而在有菌种时，微生物对结核矿物的侵蚀作用是明显的，在浸出过程中，菌种边吸附结核上，边生长、繁殖；同时对结核进行侵蚀，使结核溶解。当细菌和营养条件完全满足时，直接作用和间接作用在锰结核矿上完全体现出来。
下面结合实施例进一步描述本发明实施例1用本发明提供的深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法，提取深海多金属结核中的有价金属，其具体步骤如下1．消除菌种对黄铁矿的感应期菌种采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)作菌种；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水(取自保定化工三厂)混合制成，本实施例所有步骤均使用该混合培养基，Leathen培养基与纺织染料污水的成分如表1、表2所示，其重量配比为Leathen培养基∶纺织染料污水=20∶1,pH=1.5；表1 Leathen培养基的组成 表2纺织染料污水基础成分(mg/L)
分3次驯化菌种(1)第1次驯化将粒径-200目的黄铁矿4克放入混合培养基中，黄铁矿(采自山西交城，其成分如表3所示)与混合培养基的重量比为1∶50，加入氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)的菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶20，进行6天的第1次驯化；(2)第2次驯化将粒径-200目的黄铁矿5克放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶30，以第1次驯化后所得的浸出液作为菌种液(10毫升)，菌种液与混合培养基的体积比为1∶15，进行6天的第2次驯化；(3)第3次驯化将粒径-200目的黄铁矿10克放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶10或1∶20，以第2次驯化后所得的浸出液作为菌种液(20毫升或10毫升)，菌种液与混合培养基的体积比为1∶10，进行6天的第3次驯化表3黄铁矿、深海多金属结核成份(％) 2．制备菌生黄铁矿浸矿剂(1)扩种将粒径-200目黄铁矿10克加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20，将1-(3)所得黄铁矿浸矿液20毫升作种液，进行扩种，种液与混合培养基的体积比为1∶10，在25℃温度下，上摇床培养、扩种3天；(2)接种将将粒径-200目黄铁矿20克加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20，将扩种后的浸液20毫升作种液，进行接种，种液与混合培养基的体积比为1∶10；(3)制备菌生黄铁矿浸矿剂接种后的混合液，上摇床培养，转速180r/min，温度控制在25℃，在浸液pH＜1时，过滤、离心，即制得菌生黄铁矿浸矿剂种液。
用步骤2-(3)所得浸出液为种液，重复2-(1)至2-(3)步骤，用菌生黄铁矿浸矿剂种液调节pH值，并将pH值控制在1.5，即制得菌生黄铁矿浸矿剂，备用；3．消除菌种对深海多金属结核的感应期菌种采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)的菌种；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水(取自保定化工三厂)混合制成，其重量配比为Leathen培养基∶染料污水=20∶1,pH=1.5；分3次驯化菌种(1)第1次驯化将粒径-200目的深海多金属结核(采自太平洋，其成分如表3所示)4克放入混合培养基中，深海多金属结核与混合培养基的重量比为1∶50，加入氧化亚铁硫杆(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)菌种液10毫升，菌种液与混合培养基的体积比为1∶20，驯化过程中，加步骤2制得的菌生黄铁矿浸矿剂调节pH值，并将pH值控制为1.5，进行10天的第1次驯化，
(2)第2次驯化将粒径-200目的深海多金属结核6克放入混合培养基中，深海多金属结核与混合培养基的重量比为1∶40，以第1次驯化后所得的浸出液16毫升作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶15，驯化过程中，加步骤2制得的菌生黄铁矿浸矿剂调节pH值，并将pH值控制为1.5，进行10天的第2次驯化；(3)第3次驯化将粒径-200目的深海多金属结核10克深海多金属结核放入混合培养基中，深海多金属结核与混合培养基的重量比为1∶20，以第2次驯化后所得的浸出液25毫升或20毫升作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶8或1∶10，驯化过程中，加步骤2制得的菌生黄铁矿浸矿剂调节pH值，并将pH值控制为1.5，进行10天的第3次驯化；4．扩种将2克硫酸亚铁还原剂加到混合培养基中，还原剂与混合培养基重量比为1∶100，加入步骤3-(3)制得的浸矿液20毫升作种液，种液与混合培养基的体积比为1∶10，加步骤2制得的菌生黄铁矿浸矿剂调节pH值，并将pH值控制为1.5，于25℃条件下，在摇床上培养、扩种4天；5．接种在混合培养基中加入1克硫酸亚铁还原剂和粒径为-200目的2克深海多金属结核，混合培养基与深海多金属结核的重量比为100∶1，深海多金属结核与硫酸亚铁还原剂的重量比为2∶1，再将扩种后的浸液作种液(10毫升)，种液与混合培养基的体积比为1∶20，加步骤2制得的菌生黄铁矿浸矿剂将pH值调至1或6；6．浸出将接种后的浸出液用锥形瓶上摇床进行浸出，在浸出过程中，温度控制在25℃，摇床转速为180r/min，浸出过程中，可不加菌生黄铁矿浸矿剂，在浸出液颜色出黑色变成黑褐色，制得得到含有价金属Mn、Fe、Co、Ni、Cu的浸出液，其中Cu的浸出率6.8％,Co的浸出率10.7％,Ni的浸出率39.3％,Mn的浸出率9.8％,Fe的浸出率13.8％；也可加步骤2制得的菌生黄铁矿浸矿剂将pH值控制为6或1，浸出液的pH为6且恒定时，在浸出液颜色由黑色变成深棕色，即完成浸出，得到含有价金属Mn、Fe、Co、Ni、Cu的浸出液，其中Cu的浸出率18.9％,Co的浸出率28.5％,Ni的浸出率39.8％,Mn的浸出率27.2％,Fe的浸出率28.3％；浸出液的pH为1且恒定时，在浸出液颜色出黑色变成棕色，即完成浸出，浸出率钴90.23％，镍92.472％，锰89.03％，铜78.08％，铁83.66％。
所得结果是用原子吸收法测定浸出液中Mn、Fe、Co、Ni、Cu的含量；用国产302pH计测定pH值；用国产XSX-2显微镜观察菌种并用血球计数板直接计数。
浸出时间为9天经检测，浸出前混合培养基与浸出后浸出液的成分如表4所示。
表4浸出前混合培养基与浸出后浸出液成份(pH=1)
实施例2用本发明提供的深海多金属结核有价金属的微生物浸出方法，提取深海多金属结核中的有价金属，其具体步骤如下1．消除菌种对黄铁矿的感应期菌种采用氧化硫硫杆菌(Thiobacillus Thiooxidans T.t.)菌种；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水(取自保定化工三厂)混合制成，本实施例所有步骤均采用该混合培养基，Leathen培养基和纺织染料污水的成分同实施例1中的表1、表2所示，其重量配比为Leathen培养基∶纺织染料污水=3∶1,pH=2.5；分2次驯化菌种(1)第1次驯化将粒径为-26目的黄铁矿4克放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶40，加入氧化硫硫杆菌(Thiobacillus Thiooxidans T.t.)菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶15，进行8天的第1次驯化；(2)第2次驯化将粒径为-5mm的10克黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20，以第1次驯化后所得浸出液20毫升作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶10，再进行8天的第2次驯化；2．制备菌生黄铁矿浸矿剂(1)扩种将30克粒径为-10mm黄铁矿加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为3∶20，再将步骤1-(2)所得的黄铁矿浸矿液40毫升作种液，进行扩种，种液与混合培养基的体积比为1∶5，在38℃温度下，上摇床培养5天；(2)接种将粒径为-10mm黄铁矿300克加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为3∶20，将扩种后的浸液400毫升作种液，进行接种，种子液与混合培养基的体积比为1∶5；(3)制备菌生黄铁矿浸矿剂接种后的混合液，用柱浸进行浸出，温度控制在38℃，在浸液pH＜1时，过滤、离心，即制得菌生黄铁矿浸矿剂种液。
用步骤2-(3)所得浸出液为种液，重复2-(1)-2-(3)步骤，用菌生黄铁矿浸矿剂种液调节pH值，并将pH值控制为2.5，即制得菌生黄铁矿浸矿剂，备用。
3．消除菌种对深海多金属结核的感应期菌种采用氧化硫硫杆菌(Thiobacillus Thiooxidans T.t.)菌种；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水混合制成，其重量配比为Leathen培养基∶纺织染料污水=3∶1,pH=2.5；分3次驯化菌种(1)第1次驯化将粒径为-26目的深海多金属结核4克放入混合培养基中，深海多金属结核与混合培养基的重量比为1∶40，加入氧化硫硫杆菌(ThiobacillusThiooxidans T.t.)的菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶15，进行6天的第1次驯化，驯化过程中，加菌生黄铁矿浸矿剂控制pH=2.5；(2)第2次驯化将粒径为-5mm的深海多金属结核10克放入混合培养基中，深海多金属结核与混合培养基的重量比为1∶20，以第1次驯化后所得的浸出液20毫升作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶10，再进行6天的第2次驯化，驯化过程中，加菌生黄铁矿浸矿剂控制pH=2.5；(3)第3次驯化将粒径为-15mm的深海多金属结核20克放入混合培养基中，深海多金属结核与混合培养基的重量比为1∶10或1∶15，以第2次驯化后所得的浸出液40毫升作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶5，进行6天的第3次驯化，驯化过程中，加菌生黄铁矿浸矿剂将pH值控制为2.0或2.5；4．扩种将元素硫还原剂8克加到混合培养基中，还原剂与混合培养基重量比为1∶80，步骤3-(3)所得浸矿液作种液，种液与混合培养基的体积比为1∶5，在摇床上培养5天，温度控制在38℃，加菌生黄铁矿浸矿剂将pH值控制在2.5。
5．接种在混合培养基中加入10克元素硫还原剂和粒径为-15mm的200克深海多金属结核，混合培养基与深海多金属结核的重量比为10∶1，深海多金属结核与还原剂的重量比为20∶1，再将扩种后的浸液作种液，种液与混合培养基的体积比为3∶8，加菌生黄铁矿浸矿剂将初始pH调至3；6．浸出接种后选用柱浸进行浸出，在浸出过程中，温度控制在38℃，加菌生黄铁矿浸矿剂，pH值控制在3，在浸出液颜色由黑色或黑褐色变成棕色，浸液的pH下降后不再上升，即完成浸出，得到含Mn、Fe、Co、Ni、Cu的浸出液。
用原子吸收法测定Mn、Fe、Co、Ni、Cu的浸出量；用国产302PH计测定PH；用国产XSX-2显微镜观察菌种并用血球计数板直接计数。
其结果为浸出率浸出率钴88.45％，镍88.52％，锰87.23％，铜70.13％，铁78.67％。
浸出时间35天经检测，浸出前混合培养基与浸出后浸出液的成分如表5所示。
表5浸出前混合培养基与浸出后浸出液成份
实施例3用本发明提供的深海多金属结核有价金属的微生物浸出方法，提取深海多金属结核中的有价金属，其具体步骤如下1．消除菌种对黄铁矿的感应期菌种采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)与氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)混合菌的菌种液；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水(取取自保定化工三厂)混合制成，本实施例所有步骤均采用该混合培养基，Leathen培养基和纺织染料污水的成分同实施例1中的表1、表2所示，其重量配比为Leathen培养基∶纺织染料污水=5∶1,pH=2.0；分3次驯化菌种(1)第1次驯化将粒径为-26目的黄铁矿4克放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶45，加入氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidansT.f.)与氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)混合菌的菌种液10毫升，菌种液与混合培养基的体积比为1∶18，进行10天的第1次驯化；(2)第2次驯化将粒径为-2mm的6克黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶40，以第1次驯化后所得的浸出液20毫升作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶12，再进行10天的第2次驯化；(3)第3次驯化将10粒径为-5mm的黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶15，以第2次驯化后所得的浸出液30毫升或25毫升作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶5或1∶6，进行10天的第3次驯化；2．制备菌生黄铁矿浸矿剂(1)扩种将50克粒径为-5mm黄铁矿加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶10，再将步骤1-(3)所得的黄铁矿浸矿液62.5毫升作种子液，进行扩种，种子液与混合培养基的体积比为1∶8，在气升式反应器中培养4天，温度控制在30℃；(2)接种将粒径为-5mm黄铁矿200克加到混合培养基，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶10，再将扩种后的浸液250毫升作种液，进行接种，种液与混合培养基的体积比为1∶8；(3)制备菌生黄铁矿浸矿剂接种后，用气升式反应器进行浸出，温度控制在30℃，在浸液pH＜1时，过滤、离心，即制得菌生黄铁矿浸矿剂。
用步骤2-(3)所得浸出液为种液，重复2-(1)-2-(3)步骤，用菌生黄铁矿浸矿剂将pH值控制在2，即制得菌生黄铁矿浸矿剂，备用。
3．消除菌种对深海多金属结核的感应期培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水混合制成，其重量配比为Leathen培养基∶纺织染料污水=5∶1,pH=2.0；分2次驯化菌种(1)第1次驯化将6克粒径为-26目的多金属结核放入混合培养基中，多金属结核与混合培养基的重量比为1∶45，再加入氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans T.f.)和氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)混合菌的菌种液15毫升，菌种液与混合培养基的体积比为1∶18，进行8天的第1次驯化，驯化过程中，加菌生黄铁矿浸矿剂控制pH=2.0；(2)第2次驯化将6克粒径为-2mm的多金属结核放入混合培养基中，多金属结核与混合培养基的重量比为1∶30，以第1次驯化后所得的浸出液15毫升作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶12，再进行8天的第2次驯化，驯化过程中，加菌生黄铁矿浸矿剂控制pH=2.0；4．扩种将粒径为-5mm的300克黄铁矿还原剂加到混合培养基中，还原剂与混合培养基重量比为3∶20，以步骤3-(2)所得浸矿液作种液(250毫升)，种液与混合培养基的体积比为1∶8，在气升式反应器中培养3天，温度控制在30℃，加菌生黄铁矿浸矿剂将pH值控制在2.0。
5．接种在混合培养基中加入粒径为-5mm还原剂黄铁矿400克和多金属结核400克，混合培养基与多金属结核的重量比为5∶1，多金属结核与还原剂的重量比为1∶1，再将扩种后的浸液作种液，种液与混合培养基的体积比为7∶10，加菌生黄铁矿浸矿剂将初始pH调至2；6．浸出接种后选用气升式反应器进行浸出，在浸出过程中，温度控制在30℃，通气量为300L/min或350L/min，加菌生黄铁矿浸矿剂，将pH值控制在2，在浸出液颜色由黑色棕黄色，浸液的pH下降后不再上升，即完成浸出，得到含Mn、Fe、Co、Ni、Cu的浸出液。
用原子吸收法测定Mn、Fe、Co、Ni、Cu的浸出量；用国产302PH计测定pH；用国产XSX-2显微镜观察菌种并用血球计数板直接计数。
其结果为浸出率钴96.45％，镍97.52％，锰95.23％，铜81.25％，铁90.67％。浸出时间6天经检测，浸出前混合培养基与浸出后浸出液的成分如表6所示。
表6浸出前混合培养基与浸出后浸出液成份
权利要求
1．一种深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法，其特征在于具体步骤如下(一)消除菌种对黄铁矿的感应期菌种采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)或氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的混合菌种；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水混合制成，其重量配比为Leathen培养基∶纺织染料污水=20∶1-3∶1,pH=1.5-2.5；分2或3次驯化菌种(1)第1次驯化将粉碎后的黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶50-1∶40，加入氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f.)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)或氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌混合菌的菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶20-1∶15，进行6-10天的第1次驯化；(2)第2次驯化将粉碎后的黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶40-1∶20，以第1次驯化后所得的浸出液作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶15-1∶10，再进行6-10天的第2次驯化；(3)第3次驯化将粉碎后的黄铁矿放入混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20-1∶10，以第2次驯化后所得的浸出液作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5，进行6-10天的第3次驯化；(二)制备菌生黄铁矿浸矿剂(1)扩种将黄铁矿粉碎加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20-3∶20，将步骤(一)(2)或步骤(一)(3)所得的黄铁矿浸矿液作种液，进行扩种，种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5，上摇床培养3-5天，温度为25℃-38℃；(2)接种将黄铁矿粉碎加到混合培养基中，黄铁矿与混合培养基的重量比为1∶20-3∶20，将扩种后的浸液作种液，进行接种，种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5；(3)制备菌生黄铁矿浸矿剂接种后，用柱浸、气升式反应器或用锥形瓶在摇床摇进行浸出温度为常温，以控制在25℃-38℃为佳，在其浸液pH＜1时，进行过滤、离心，即制得菌生黄铁矿浸矿剂种液。用制得的菌生黄铁矿浸矿剂种液，重复步骤(二)(1)-(3)，并用该菌生黄铁矿浸矿剂种液调节pH，将pH值控制在1.5-2.5，即制得菌生黄铁矿浸矿剂。(三)消除菌种对多金属结核的感应期菌种采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans T.f)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)或氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的混合菌的菌种；培养基采用混合培养基，由Leathen培养基和纺织染料污水混合制成，其重量配比为Leathen培养基∶染料污水=20∶1-3∶1,pH=1.5-2.5；分2或3次驯化菌种(1)第1次驯化分别将粉碎后的多金属结核放入混合培养基中，多金属结核与混合培养基的重量比为1∶50-1∶40，加入氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans T.f.)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans T.t.)或氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌的混合菌的菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶20-1∶15，进行6-10天的第1次驯化，驯化过程中，加步骤(二)制得的菌生黄铁矿浸矿剂，将pH控制在1.5-2.5之间；(2)第2次驯化将粉碎后的多金属结核放入混合培养基中，多金属结核与混合培养基的重量比为1∶40-1∶20，以第1次驯化后所得的浸出液作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶15-1∶10，再进行6-10天的第2次驯化，驯化过程中，加步骤(二)制得的菌生黄铁矿浸矿剂，将pH控制在1.5-2.5之间；(3)第3次驯化将粉碎后的多金属结核放入混合培养基中，多金属结核与混合培养基的重量比为1∶20-1∶10，以第2次驯化后所得的浸出液作为菌种液，菌种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5，进行6-10天的第3次驯化，驯化过程中，加步骤(二)制得的菌生黄铁矿浸矿剂，将pH控制在1.5-2.5之间；(四)扩种将粉碎后的黄铁矿、硫酸亚铁或元素硫作为还原剂加到混合培养基中，还原剂与混合培养基重量比为1∶100-3∶20，以步骤(三)(2)或步骤(三)(3)所得浸矿液作种液，种液与混合培养基的体积比为1∶10-1∶5，在摇床上培养3-5天，温度控制在25℃-38℃，培养过程中，加步骤(二)制得的菌生黄铁矿浸矿剂，将pH控制在1.5-2.5之间；(五)接种在混合培养基中加入还原剂和多金属结核，混合培养基与多金属结核的重量比为100∶1-5∶1，多金属结核与还原剂的重量比为20∶1-1∶1，再加入扩种后的浸液作种液，进行接种，种液与混合培养基的体积比为1∶20-7∶10；(六)浸出接种后选用柱浸、堆浸、槽浸、用锥形瓶上摇床或气升式反应器进行浸出，在浸出过程中，在通气或不通气的常温条件下，温度最好控制在25℃-38℃之间，进行浸出，通气量为0-400L/min，在浸出液颜色由黑色或黑褐色变成棕色或棕黄色，浸液的pH恒定时即完成浸出，得到含Mn、Fe、Co、Ni、Cu的浸出液。
2．按权利要求1所述的深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法，其特征在于所述的步骤(五)的接种过程中，加入菌生黄铁矿浸矿剂，将初始pH值调至1-6。
3．按权利要求1所述的深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法，其特征在于所述的步骤(五)的接种过程中，加入菌生黄铁矿浸矿剂，将初始pH值调至1-3。
4．按权利要求1所述的深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法，其特征在于所述的步骤(六)的浸出过程中，加入菌生黄铁矿浸矿剂，将pH值控制在1-6之间。
5．按权利要求1所述的深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法，其特征在于所述的步骤(六)的浸出过程中，加入菌生黄铁矿浸矿剂，将pH值控制在1-3之间。
全文摘要
本发明涉及深海多金属结核中有价金属的微生物浸出方法,用氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌或其混合菌株作菌种,以Leathen培养基和纺织染料污水作培养基,黄铁矿、硫酸亚铁、硫元素为还原剂,用菌生黄铁矿浸矿剂调pH,菌种经驯化,多金属结核无需干燥、磨碎,在常温、酸性环境下,有价金属可直接浸出。浸出后的废渣可作微生物固定化载体,用于污水处理。此方法工艺简单、投资少,成本低;是一种节能、环保、经济利用深海多金属结核的方法。
文档编号C22B3/18GK1310239SQ0010274
公开日2001年8月29日 申请日期2000年2月22日 优先权日2000年2月22日
发明者李浩然, 冯雅丽, 欧杨藩, 石红, 张文明 申请人:中国科学院化工冶金研究所, 北京科技大学