跟着金矿资源的不断挖掘，易处理矿日益减少。现在难处理金矿的金资源占国际黄金储量的近60%。所谓“难处理”是指用传统化浸出不能有用提取矿石中的金。细菌氧化法用于难浸金矿的生物预氧化是1964年法国Pares首要提出的，在今后的作业，又相继在南非、巴西、澳大利亚、美国等国家投入工业运用。从实践得知，经生物浸出预处理后金的收回率显着进步。
从动力学观念看，所得成果不太抱负。过长的停留时刻(2～5 d)导致过高的操作本钱。因而需求改善生物浸出动力学。按生物浸出直接机理，动力学改善就应依据经过发现新一类细菌或选用遗传基因操控技能改善已知细菌，以开发活性更大的细菌。
一般生物冶金中常用的菌种首要是常温菌，如氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，它们的最适温度为28～30℃。近些年来对嗜热菌在冶金方面的研讨也证明嗜热菌具有从各种硫化矿中提取金属的才能，如铜矿、钼矿、镍及促进金的收回等；一些研讨的成果证明嗜热菌对矿石具有比常温菌更快的氧化速度，与常温细菌比较，嗜热菌适用于发热的反响系统，可省去运用中温菌的冷却设备；从动力学的视点讲可进步反响速度，缩短预氧化时刻。但是在国内对嗜热菌运用研讨较少。本研讨的意图是挑选高效嗜热菌，研讨其形状特性，其氧化黄铁矿单矿藏才能，尴尬处理金矿预氧化以及黄铜矿的生物浸出供给根底数据，具有重要的理论和实际意义。
一、实验材料和办法
（一）酸性矿坑水
调查地质条件、地理环境以及气候的影响，并依据嗜热菌所适合的成长环境，采纳煤矿酸性矿坑水作为别离样品。
实验用酸性煤矿矿坑水采自南边某城市，该煤矿为挖掘了几十年的老矿，煤层内搀杂脉石矿藏首要为黄铁矿，在废矿堆显着看到黄铁矿的氧化。该煤矿全年平均气温约为25℃，夏天空气温度最高40℃，地表温度最高可达50℃。因而从该矿坑水有或许别离到意图菌株。水样经膜过滤办法浓缩搜集，再在高速台式离心机进行水样别离，得到用于别离的酸性矿坑水。
（二）别离用培育基
基本培育基组成：(NH4)2SO4 3gL－1，KCl 0.1 gL－1, K2HPO4 0.5 gL－1, MgSO4 7H2O 0.5gL－1，Ca(NO3)2 0.01 gL－1。实验进程中，选用多种动力与基本培育基组合，接种入酸性矿坑水，进行意图菌株的别离。
（三）黄铁矿单矿藏
将黄铁矿单矿藏用切割机切割成15mm×10mm×5mm的长方体，将其中一个表面进行初磨、细磨、抛光使其成为镜面，用蒸馏水冲刷置于室温进行枯燥。
（四）实验办法
1、菌种别离办法。固体培育基平板划线别离法和液体培育基稀释别离法相结合。将酸性矿坑水和不同培育基按不同稀释度倒置于多孔培育板内，放置于恒温生化培育箱，温度操控在50℃进行培育。培育进程中，调查菌落成长状况，并在显微镜下用血球计数板进行核算。
2、细菌形状调查。用日立S－570扫描电镜调查菌落在矿样中成长的形状。被调查菌种样品制备流程如下进程：(1)固定：－饿酸双固定，2.5%固定4h（或过夜）磷酸缓冲液清洗3次，每次15min，1%饿酸（OsO4）固定2h，磷酸缓冲液清洗两次，每次15min; (2)脱水：乙醇系列30%，50%，70%，85%，95%乙醇各一次，每次15min，100%乙醇两次，每次15 min; (3)置换：乙酸异戊脂两次，每次15 min(或过夜)；(4)二氧化碳临界点枯燥；(5)离子溅射金；(6)日立S－570扫描电子显微镜调查、照相。
3、黄铁矿预氧化程度调查办法。将黄铁矿单矿藏抛光片置于200 ml三角瓶中，培育基选用FeS2(10g L－1)+ yeast(0.02% W/V)为底物的培育基，温度52℃，接种量15%，调理溶液初始pH值为2.0，摇床转速150 r min－1，别离培育5，8，12和16 d，取出样品用扫描电镜调查黄铁矿单体矿藏被氧化的程度。
二、意图菌株形状特征
意图菌株扫描电镜图如图1所示。
图1 菌株扫描电镜图
经过采样、富集、别离纯化等系列办法，建立了从自然界选育高效嗜热菌的有用办法，终究别离出一株嗜热菌。经分子生物学判定可知，该菌株为革兰氏阳性菌，无机化能养分菌，细胞呈杆状、细胞巨细在0.4～2×3～6.8μm之间，能在铁、硫、硫化矿等不同底物上成长。专性好氧，嗜酸，中等嗜热，最适成长温度50℃，在60℃能存活。以Fe2+，硫化矿为动力自养成长，以酵母为动力异养成长，以铁和酵母为动力混合养分成长；有酵母存在时，可氧化元素硫。以无机底物为动力自养成长时，细胞杰出成长需求满足CO2，在有机物存在的混合养分条件下该菌更易成长。在细胞成长进程中有球形孢子生成，细胞不具运动性。
依据伯杰氏细菌判定手册中对Sulfobacillus属的描绘：Sulfobacillus菌属存在于富含铁、硫、硫化矿的酸热环境中，属革兰氏阳性、无机化能养分菌，细胞呈杆状、棒状，最适成长温度为52℃。比照选育出的意图菌株生理和生化特征可知，其为Sulfobacillus中等嗜热菌，典型种为Sulfobacillus thermosulfidooxidans，在金属硫化矿的生物浸出进程中起重要的效果。
三、氧化黄铁矿单矿藏成果
金具有亲硫和亲铁的两层性质，在矿床构成的进程中，金常常与硫化矿藏共生；黄铁矿是金的首要载体。张世柏等在研讨了黄铁矿表面及其与Au[HS]2－溶液效果后以为，晶体表面的缺点是黄铁矿与Au[HS]2－效果后并吸附于其表面的阶梯面和扭折位的根本原因；李久岭等以为，硫化物的晶体结构中往往存在电价不平衡、缺位等，这为金替代一个硫而与另一个硫呈共用电子状况进入黄铁矿型结构供给了或许性。
难处理金矿预氧化的意图也是将包裹于金外表面的黄铁矿部分或悉数氧化，以便露出金于后续的化提金。因而，研讨选育的嗜热菌氧化黄铁矿单体矿藏的才能是十分必要。氧化完毕，用扫描电镜调查黄铁矿被氧化成果。如图2。
图2 黄铁矿氧化前后描摹比照图
黄铁矿浸出前镜面润滑，颗粒完好，边际规整，结构细密[如图2(a)]；经过5 d的氧化，被抛光的黄铁矿表面遭到轻度腐蚀[如图2(b)]；经过8 d氧化，被抛光的黄铁矿表面遭到重度腐蚀[如图2(c)]；跟着细菌氧化时刻的添加，黄铁矿的腐蚀程度在不断的加深，腐蚀12 d后构成空泛[如图2(d)]，腐蚀16 d构成了空泛并伴有裂纹[如图2(e)]，构成的空泛和裂纹逐步加深，黄铁矿细密结构被损坏。关于难处理金矿，一旦包裹在金单粒外的黄铁矿被细菌氧化构成空泛和裂纹后，那么包裹的颗粒金就露出出来，后续直接化提金就变得十分简单。
黄铁矿氧化进程中，发作如下反响：
由反响式(1)看出，氧化进程中发生酸，导致溶液pH值不断下降，因而从产酸的程度能够调查黄铁矿被氧化的程度。如图3所示。
图3 pH随黄铁矿氧化改变曲线
从图3能够看出，黄铁矿预氧化进程中，溶液pH值不断下降，经过140h的预氧化，溶液pH值到达1.2。从实验可知，经过16d的生物预氧化，单体黄铁矿被氧化掉60%以上，到达露出单体金的意图。
四、定论
（一）经过采样、富集、别离纯化等系列办法，建立了从自然界选育高效嗜热菌的有用办法，终究别离出一株嗜热菌，并判定为为Sulfobacillus中等嗜热菌，典型种为Sulfobacillus thermosulfidooxidans，在金属硫化矿的生物浸出进程中起重要的效果。
（二）经过该菌株氧化黄铁矿才能可知，选育的嗜热菌株具有预氧化难处理金矿的才能，是一株活性较高、高效的浸矿功用菌。
（三）要想将该菌株用于工业运用，还需求对其进行屡次转接驯化，一起在今后的实验进程中还需求驯化其耐受砷的才能以及耐受其他重金属的才能，以在有毒性的条件下保持其活性。
从动力学观念看，所得成果不太抱负。过长的停留时刻(2～5 d)导致过高的操作本钱。因而需求改善生物浸出动力学。按生物浸出直接机理，动力学改善就应依据经过发现新一类细菌或选用遗传基因操控技能改善已知细菌，以开发活性更大的细菌。
一般生物冶金中常用的菌种首要是常温菌，如氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，它们的最适温度为28～30℃。近些年来对嗜热菌在冶金方面的研讨也证明嗜热菌具有从各种硫化矿中提取金属的才能，如铜矿、钼矿、镍及促进金的收回等；一些研讨的成果证明嗜热菌对矿石具有比常温菌更快的氧化速度，与常温细菌比较，嗜热菌适用于发热的反响系统，可省去运用中温菌的冷却设备；从动力学的视点讲可进步反响速度，缩短预氧化时刻。但是在国内对嗜热菌运用研讨较少。本研讨的意图是挑选高效嗜热菌，研讨其形状特性，其氧化黄铁矿单矿藏才能，尴尬处理金矿预氧化以及黄铜矿的生物浸出供给根底数据，具有重要的理论和实际意义。
一、实验材料和办法
（一）酸性矿坑水
调查地质条件、地理环境以及气候的影响，并依据嗜热菌所适合的成长环境，采纳煤矿酸性矿坑水作为别离样品。
实验用酸性煤矿矿坑水采自南边某城市，该煤矿为挖掘了几十年的老矿，煤层内搀杂脉石矿藏首要为黄铁矿，在废矿堆显着看到黄铁矿的氧化。该煤矿全年平均气温约为25℃，夏天空气温度最高40℃，地表温度最高可达50℃。因而从该矿坑水有或许别离到意图菌株。水样经膜过滤办法浓缩搜集，再在高速台式离心机进行水样别离，得到用于别离的酸性矿坑水。
（二）别离用培育基
基本培育基组成：(NH4)2SO4 3gL－1，KCl 0.1 gL－1, K2HPO4 0.5 gL－1, MgSO4 7H2O 0.5gL－1，Ca(NO3)2 0.01 gL－1。实验进程中，选用多种动力与基本培育基组合，接种入酸性矿坑水，进行意图菌株的别离。
（三）黄铁矿单矿藏
将黄铁矿单矿藏用切割机切割成15mm×10mm×5mm的长方体，将其中一个表面进行初磨、细磨、抛光使其成为镜面，用蒸馏水冲刷置于室温进行枯燥。
（四）实验办法
1、菌种别离办法。固体培育基平板划线别离法和液体培育基稀释别离法相结合。将酸性矿坑水和不同培育基按不同稀释度倒置于多孔培育板内，放置于恒温生化培育箱，温度操控在50℃进行培育。培育进程中，调查菌落成长状况，并在显微镜下用血球计数板进行核算。
2、细菌形状调查。用日立S－570扫描电镜调查菌落在矿样中成长的形状。被调查菌种样品制备流程如下进程：(1)固定：－饿酸双固定，2.5%固定4h（或过夜）磷酸缓冲液清洗3次，每次15min，1%饿酸（OsO4）固定2h，磷酸缓冲液清洗两次，每次15min; (2)脱水：乙醇系列30%，50%，70%，85%，95%乙醇各一次，每次15min，100%乙醇两次，每次15 min; (3)置换：乙酸异戊脂两次，每次15 min(或过夜)；(4)二氧化碳临界点枯燥；(5)离子溅射金；(6)日立S－570扫描电子显微镜调查、照相。
3、黄铁矿预氧化程度调查办法。将黄铁矿单矿藏抛光片置于200 ml三角瓶中，培育基选用FeS2(10g L－1)+ yeast(0.02% W/V)为底物的培育基，温度52℃，接种量15%，调理溶液初始pH值为2.0，摇床转速150 r min－1，别离培育5，8，12和16 d，取出样品用扫描电镜调查黄铁矿单体矿藏被氧化的程度。
二、意图菌株形状特征
意图菌株扫描电镜图如图1所示。
图1 菌株扫描电镜图
经过采样、富集、别离纯化等系列办法，建立了从自然界选育高效嗜热菌的有用办法，终究别离出一株嗜热菌。经分子生物学判定可知，该菌株为革兰氏阳性菌，无机化能养分菌，细胞呈杆状、细胞巨细在0.4～2×3～6.8μm之间，能在铁、硫、硫化矿等不同底物上成长。专性好氧，嗜酸，中等嗜热，最适成长温度50℃，在60℃能存活。以Fe2+，硫化矿为动力自养成长，以酵母为动力异养成长，以铁和酵母为动力混合养分成长；有酵母存在时，可氧化元素硫。以无机底物为动力自养成长时，细胞杰出成长需求满足CO2，在有机物存在的混合养分条件下该菌更易成长。在细胞成长进程中有球形孢子生成，细胞不具运动性。
依据伯杰氏细菌判定手册中对Sulfobacillus属的描绘：Sulfobacillus菌属存在于富含铁、硫、硫化矿的酸热环境中，属革兰氏阳性、无机化能养分菌，细胞呈杆状、棒状，最适成长温度为52℃。比照选育出的意图菌株生理和生化特征可知，其为Sulfobacillus中等嗜热菌，典型种为Sulfobacillus thermosulfidooxidans，在金属硫化矿的生物浸出进程中起重要的效果。
三、氧化黄铁矿单矿藏成果
金具有亲硫和亲铁的两层性质，在矿床构成的进程中，金常常与硫化矿藏共生；黄铁矿是金的首要载体。张世柏等在研讨了黄铁矿表面及其与Au[HS]2－溶液效果后以为，晶体表面的缺点是黄铁矿与Au[HS]2－效果后并吸附于其表面的阶梯面和扭折位的根本原因；李久岭等以为，硫化物的晶体结构中往往存在电价不平衡、缺位等，这为金替代一个硫而与另一个硫呈共用电子状况进入黄铁矿型结构供给了或许性。
难处理金矿预氧化的意图也是将包裹于金外表面的黄铁矿部分或悉数氧化，以便露出金于后续的化提金。因而，研讨选育的嗜热菌氧化黄铁矿单体矿藏的才能是十分必要。氧化完毕，用扫描电镜调查黄铁矿被氧化成果。如图2。
图2 黄铁矿氧化前后描摹比照图
黄铁矿浸出前镜面润滑，颗粒完好，边际规整，结构细密[如图2(a)]；经过5 d的氧化，被抛光的黄铁矿表面遭到轻度腐蚀[如图2(b)]；经过8 d氧化，被抛光的黄铁矿表面遭到重度腐蚀[如图2(c)]；跟着细菌氧化时刻的添加，黄铁矿的腐蚀程度在不断的加深，腐蚀12 d后构成空泛[如图2(d)]，腐蚀16 d构成了空泛并伴有裂纹[如图2(e)]，构成的空泛和裂纹逐步加深，黄铁矿细密结构被损坏。关于难处理金矿，一旦包裹在金单粒外的黄铁矿被细菌氧化构成空泛和裂纹后，那么包裹的颗粒金就露出出来，后续直接化提金就变得十分简单。
黄铁矿氧化进程中，发作如下反响：
由反响式(1)看出，氧化进程中发生酸，导致溶液pH值不断下降，因而从产酸的程度能够调查黄铁矿被氧化的程度。如图3所示。
图3 pH随黄铁矿氧化改变曲线
从图3能够看出，黄铁矿预氧化进程中，溶液pH值不断下降，经过140h的预氧化，溶液pH值到达1.2。从实验可知，经过16d的生物预氧化，单体黄铁矿被氧化掉60%以上，到达露出单体金的意图。
四、定论
（一）经过采样、富集、别离纯化等系列办法，建立了从自然界选育高效嗜热菌的有用办法，终究别离出一株嗜热菌，并判定为为Sulfobacillus中等嗜热菌，典型种为Sulfobacillus thermosulfidooxidans，在金属硫化矿的生物浸出进程中起重要的效果。
（二）经过该菌株氧化黄铁矿才能可知，选育的嗜热菌株具有预氧化难处理金矿的才能，是一株活性较高、高效的浸矿功用菌。
（三）要想将该菌株用于工业运用，还需求对其进行屡次转接驯化，一起在今后的实验进程中还需求驯化其耐受砷的才能以及耐受其他重金属的才能，以在有毒性的条件下保持其活性。
