專利名稱：用于浸出含有金屬硫化物礦成分的礦石或精礦的菌株及其浸出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分離的無機化能營養(yǎng)菌株，屬于嗜酸氧化亞鐵硫桿菌種(Acidithiobacillus ferrooxidans)，命名為”Wenelen”，并以分類保藏號DSM16786保藏于Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und ZellkulturenGmbH-DSMZ，所述細菌用于浸出含有金屬硫化物礦成分的礦石或精礦的用途，和基于所述細菌或含有所述細菌的混合物的所述用途的浸出方法。當(dāng)與已知菌株比較時，該Wenelen DSM 16786菌株具有增強的氧化活性，尤其涉及黃銅礦。由于以上特征，該菌株表現(xiàn)出用于生物采礦應(yīng)用的很大價值，并在測序后不久可用于數(shù)據(jù)綜合方法(annotation processes)。
背景技術(shù)：
目前，世界上超過90％的可開采的銅是通過加工硫化銅礦石得以制備。在存在于礦石的硫化銅之中，黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦(chalcosite)、靛銅礦、砷黝銅礦和硫砷銅礦，黃銅礦是相對最豐富的礦種，因此屬于經(jīng)濟上最受關(guān)注的礦種。
現(xiàn)在，加工硫化銅礦石是建立于基于與礦石碾碎、碾磨、浮選，隨后精礦熔化轉(zhuǎn)換和金屬電解精煉相關(guān)的物理和化學(xué)加工的技術(shù)之上。在常規(guī)生產(chǎn)中，超過80％的銅遵循所描述的路線-所謂的常規(guī)路線-進行加工而得以生產(chǎn)，其限于高品位和中品位礦，并取決于礦物礦石和礦加工廠的特有特征。鑒于該事實，由于缺少用于開采它們的有效技術(shù)，當(dāng)使用常規(guī)技術(shù)時，具有相對低品位礦的大量的和有價值的礦源是經(jīng)濟含量不足的，并保持未勘探的。
另一方面，以易溶于酸的銅的氧化形式存在的礦石，可利用酸浸加工法，隨后溶劑提取加工法和金屬電解冶金法(其構(gòu)成用于獲得銅的濕法冶金路線)得以加工。當(dāng)與常規(guī)技術(shù)比較時，該路線由于其較低的生產(chǎn)費用和投資費用以及由于其較低的環(huán)境影響而非常有吸引力的。然而，該技術(shù)的應(yīng)用限于氧化礦石或限于金屬作為次生硫化物(secondary sulfides)如輝銅礦或靛銅礦而存在的硫化銅混合礦石的情況，該金屬當(dāng)存在微生物觸媒的強氧化劑時是酸溶性的(Uhrie，JL，Wilton，LE，Rood，EA，Parker，DB，Griffin，JB和Lamana，JR，2003，“The metallurgical development of the Morenci MFL Project”，Copper 2003 Int Conference Proceedings，Santiago，Chile，Vol.VI，29-39)。
至于低品位礦，唯一有效的技術(shù)是在矸石堆或礦石廢石堆以堆浸法加工，其中金屬以酸溶性物質(zhì)(氧化物)或當(dāng)存在細菌時是可溶的物質(zhì)而存在(礦物具有次生硫化物，例如輝銅礦和靛銅礦)，這樣的礦是非常稀少的。鑒于該原因，為持續(xù)擴展采礦業(yè)必需有技術(shù)突破，允許對具有高含量初生硫化物的礦石進行經(jīng)濟生產(chǎn)，如黃銅礦，該礦石現(xiàn)在對于傳統(tǒng)技術(shù)而言是不可開發(fā)的。
已經(jīng)證實了可氧化鐵和硫磺的細菌的存在有利于硫化物礦的浸出或溶解(參見，例如，Rawlings DE的最近綜述“Biomineralization ofmetal-containing ores and concentrates”，TRENDS in Biotechnology，Vol.21No.1，p38-42，2003)。在這些礦石的開采中，利用25-45℃范圍內(nèi)的嗜溫性微生物以工業(yè)規(guī)模進行矸石堆或廢石堆堆浸，在270天作業(yè)后可獲得85％的令人滿意的回收和提取率-用于浸出如靛銅礦(CuS)和輝銅礦(Cu2S)的次生硫化物。在該溫度范圍內(nèi)，目前最普遍描述的細菌屬于酸硫桿狀菌屬(Acidithiobacillus)和鉤端螺菌屬(Leptospirillum)，其中最常見菌種是嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(A.ferrooxidans)、嗜酸硫氧化硫桿菌(A.thiooxidans)和鐵氧化鉤端螺菌(L.ferrooxidans)(Espejo，RT和Romero，J.，1997，“Bacterial community incopper sulfide ores inoculated and leached with solutions from acommercial-scales copper leaching plant”，Applied & EnvironmentalMicrobiology，Vol.63，4，183-187)。
然而，至于黃銅礦(CuFeS2)，已知的微生物表現(xiàn)出很低的浸出速率，因此從黃銅礦回收的銅組分被認為在工業(yè)勞動中是無價值的。在一些其他原因中，可能的解釋是覆蓋黃銅礦表面的膜的形成，能阻止銅溶解過程(Tshilombo和Dixon DG，“Mechanism and kinetics of chalcopyrite passivation duringbacterial leaching”.Proceedings of Copper 2003，5th internationalconference Vol.VI book 1，p99-116)。
75-80℃范圍內(nèi)的高溫可用于避免鈍化過程，并獲得使加工具有經(jīng)濟意義的回收物(Rawlings DE，“Heavy metal mining using microbes”.Annu RevMicrobiol.；5665-91，2002)。例如，如美國專利6,110,253和US 20030167879中公開的，Codelco和BHP-Billiton在智利的Chuquicamata使用的BioCOPTM加工法，利用了在攪拌池中極度嗜熱微生物(古細菌)。浸出池中達到的條件，對于利用在大桶、矸石堆、廢石堆、尾礦壩和原地浸出作業(yè)中進行礦石加工的濃度浸出，是商業(yè)上不可行的。
在工業(yè)規(guī)模的黃銅礦礦石浸出中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些微生物例如，已經(jīng)描述了屬于鉤端螺菌屬和硫化桿菌屬的微生物用途(Okibe N，Gericke M，HallbergKB，Johnson DB.，“Enumeration and characterization of acidophilicmicroorganisms isolated from a pilot plant stirred-tank bioleachingoperation.”Appl Environ Microbiol，2003，69(4)1936-43)，然而在它們的分離、生長和儲存中發(fā)現(xiàn)的困難，使得它們的用途變得復(fù)雜。在生物浸出法中其他相關(guān)微生物是酸硫桿狀菌屬，其通過介于60-70％范圍之間的種間基因組同源性和低到20-30％的種內(nèi)基因組同源性而呈現(xiàn)巨大的多樣性。專利EP0004431公開了用于黃銅礦浸出的氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans)(現(xiàn)在命名為嗜酸氧化亞鐵硫桿菌，Acidithiobacillus ferrooxidans)和能在pH 1.0作用但需要強制通風(fēng)(forced aeration)的菌株的用途。該菌種的其他實例是保藏于美國典型培養(yǎng)物保藏中心的菌株，ATCC 19，859、ATCC 33，020(Sugio T等?！癊xistence of a hydrogen sulfideferric ion oxidoreductase iniron-oxidizing bacteria.”Appl.Environ.Microbiol.58431-433，1992)、ATCC 23，270(Abdel-Fattah等?！癗umerical modeling of ferrous-ionoxidation rate in Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270optimization of culture conditions through statistically designedexperiments”Acta Microbiol Pol.2002；51(3)225-35)等等。然而，它們中沒有一個顯示對于銅回收百分率或其回收速率的令人滿意的活性。
發(fā)明描述為了更好地理解文中描述的方法，應(yīng)用下列定義a)在大桶中進例的生物浸出在具有活動底層的儲液池(大桶)進行的加工，其中礦石帶電荷并充滿了可在礦物顆粒中循環(huán)的浸提液，在存在嗜酸微生物的情形下，經(jīng)溶解的銅被提取進入酸液中。
b)在攪拌池或反應(yīng)池中的生物浸出在將精細分開的礦石與浸提液混合的機械攪拌池中進行生物浸出加工，從而形成含有固體含量達到20％的礦漿，在存在嗜酸微生物的情形下，經(jīng)溶解的銅被提取進入酸液中。
c)矸石堆中礦石的生物浸出該方法中，將碾碎至粒度測定法可確定的礦石，堆積在具有小斜坡的不透水面，并在存在嗜酸微生物的情形下將浸提液噴淋在表面，經(jīng)溶解的銅被提取進入底部的酸液中。
d)廢石堆中礦石的生物浸出取自于露天礦的低于切碎級別的礦石是堆集的“原礦”，或在粗碎后，在具有可控制溶液的浸潤的適宜特性的或在表面預(yù)先用不透水覆蓋物進行處理的地裂或地縫，并在存在嗜酸微生物的情形下將浸提液嗩淋在表面，經(jīng)溶解的銅被提取進入底部的酸液中。
e)尾礦壩的生物浸出將通過浮選法獲得的底層堆積于壩中，其在礦石中存在較少量金屬，其被取得用于堆浸法或攪拌池中的浸出，在存在嗜酸微生物情形下，經(jīng)溶解的銅被提取進入底部的酸液中。
f)原地礦生物浸出天然或在預(yù)先采礦作業(yè)中破碎的礦物礦石，就地在表面噴淋浸提液直接進行浸出，在存在嗜酸微生物的情形下，經(jīng)溶解的銅被提取進入底部的酸液中。
g)培菌液在生物浸提法中，純種或混合細菌培養(yǎng)物作為活性生物材料。
h)ATCC美國典型微生物保藏中心。
i)DSMZDeutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkul turen GmbH，德國典型微生物保藏中心。
j)PCR允許擴增或“銬貝”DNA片段的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
為了提高從獲自采礦方法的樣品中的銅提取，發(fā)展了對銅提取呈現(xiàn)高度特異活性的微生物菌株的分離策略。用改良的9K培養(yǎng)基(3.0g/L(NH4)2SO4，0.5g/LK2HPO4，0.5g/L MgSO4·7H2O，0.1g/L KCl，0.1g/L Ca(NO3)2，30g/L FeSO4·7H2O)在攪拌瓶中富集樣品，并轉(zhuǎn)入補充了鐵鹽或硫的固體或液體培養(yǎng)基，在30℃或45℃生長一周后，以獲得對一種底物或另一種底物表征氧化特性的微生物。
獲得一些混合培養(yǎng)物，它們用于鐵氧化和溶解銅的釋放的特異活性通過原子吸收光譜法(AAS)得以測量。具有最高活性的混合物選自以前的培養(yǎng)物，并進行分離純種菌株。對各個分離的菌株進行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)與其他分離的菌株和來自采集物的細菌進行比較時，菌株Wenelen DSM 16786表現(xiàn)出對黃銅礦的最高銅回收。
命名為Wenelen DSM 16786的菌株是嚴格嗜酸的(pH＜4.0)、需氧的、嗜溫的(26-35℃)以及桿菌形態(tài)學(xué)為革蘭氏陰性菌，大小介于0.2和0.4μm之間，在用作為唯一能源的亞鐵離子、硫元素或硫代硫酸鹽改良的液體9K培養(yǎng)基中進行無機化能營養(yǎng)生長，并表現(xiàn)對亞鐵離子和金屬硫化物礦石的強氧化活性。通過16S rDNA測序法，該菌株分類學(xué)上被鑒定為嗜酸氧化亞鐵硫桿菌類(Kelly DP，Wood AP，“Reclassification of some species of thiobacillus to the newiydesigned genera Acidithiobacillus gen.nov.，Halothiobacillus gen.novand Thermithiobacillus gen.nov.”，Int.J.Syst.Evol.Microbiol.2000，50，511-516)。利用Coram，N.和Rawlings，DE(“Molecular relationshipbetween two groups of the genus Leptospirillum and the finding thatLeptospirillum ferriphilum sp.nov.dominates South African commercialbiooxidation tanks that operate at 40℃”，Appl.Env.Microb.，2002，p.838-845)描述的通用引物，通過PCR進行16S rDNA基因的擴增。菌株WenelenDSM 16786的全部基因組通過鳥槍法文庫方法得以測序，并同時得以注解。從該測序中，確定出G+C的含量為58.5％。


圖1顯示序列SEQ ID NO 1，其屬于通過PCR從Wenelen DSM 16786的基因組外的DNA擴增的16S rDNA，其可用于該菌株的系譜分類。
圖2顯示利用對兩種菌株提取的總DNA分析，在菌株A.ferrooxidansWenelen DSM 16786和ATCC 23270的基因組物質(zhì)之間進行比較。根據(jù)以下順序?qū)?.5％瓊脂糖凝膠進行上樣。
泳道Std.λHind III標(biāo)準(zhǔn)分子量；泳道1Wenelen DSM 16786總DNA；泳道“-”陰性提取對照；泳道2ATCC 23270總DNA。
白色箭頭指示兩種菌株中存在的質(zhì)粒。
圖3顯示利用16S-23S rRNA基因間隔區(qū)域(ISR)擴增，在菌株A.ferrooxidans Wenelen DSM 16786和ATCC 23270的基因組物質(zhì)之間進行比較。
根據(jù)以下順序?qū)?.5％瓊脂糖凝膠上樣泳道StdΦX174/HaeIII標(biāo)準(zhǔn)分子量；
泳道“-”陰性擴增對照；泳道1來自Wenelen DSM 16786總DNA的基因間隔區(qū)擴增子；泳道2來自ATCC 23270 DNA的基因間隔區(qū)擴增子。
觀察每個菌株的不同帶型，可確定遺傳水平的差異。
圖4顯示用于黃銅礦精礦的生物浸提的動力學(xué)。黑圓代表由未接種培養(yǎng)基(無生命的)組成的空白或?qū)φ盏奶卣?，其中銅提取是最小的，并僅僅由于化學(xué)浸出。黑三角代表菌株ATCC 23270，其是類似Wenelen菌株的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌菌株。黑色正方形顯示由于嗜酸氧化亞鐵硫桿菌菌株Wenelen DSM 16786作用的銅提取的百分率，其值在41天后比收集菌株ATCC 23270的高約5％。
圖5顯示溫度在菌株Wenelen DSM 16786的生物浸出活性中的作用。曲線代表對于不同溫度(℃)以u1O2/mg蛋白質(zhì)/分鐘表示的特異生物浸出活性?？梢杂^察到，最適溫度范圍是26℃和55℃之間。
圖6顯示pH在分離的菌株Wenelen DSM 16786的生物浸出活性中的作用。曲線代表較高生物浸出活性的最適pH范圍。該范圍介于1.5和3.5之間。
圖7顯示菌株Wenelen DSM 16786和收集菌株ATCC 23270的生物浸出活性，其屬于在微型柱分析非河漫灘礦石(non flooded ore bed)的相同菌種。
圖1顯示命名為SEQ ID NO 1的序列，其屬于Wenelen DSM 16786 16S rDNA。有很多細菌，即使比較它們的16S rDNA認為它們是相同時，它們在全部基因組中具有很大同源差異，并因此具有很大表型差異。這是菌株Wenelen DSM 16786的情況，當(dāng)其與菌株ATCC 23270比較時，其在16S rDNA具有100％同源性，所述ATCC 23270的基因組已經(jīng)得以測序，并保藏于美國遺傳研究院(the Instituteof Genomic Research，US)(NC_002923 2n GeneBank/RefSeq)。然而，如圖2所觀察的，它們的基因組差異是顯而易見的在菌株ATCC 23270(泳道2)，可以辨別具有小于2Kb的兩個質(zhì)粒，而在Wenelen DSM 16786(泳道1)中，只有約5Kb的一種質(zhì)粒得以發(fā)現(xiàn)。該信息在測序后進行的細菌的初步注解(preliminary annotation)中得以確定，其中約5Kb的片段被檢測具有重疊末端，這明顯地暗示圓形的質(zhì)粒結(jié)構(gòu)。在該序列中，還檢測出與復(fù)制起始和終止相關(guān)的位點、啟動子和核糖體結(jié)合位點，這也是暗示了存在質(zhì)粒型的染色體外元件的論據(jù)。
在圖3中，在菌株Wenelen DSM 16786和ATCC 23270中的差異是非常明顯的，因為根據(jù)Pizarro等人(“Bacterial population in samples of bioleachedcopper ore as revealed by analysis of DNA obtained before and aftercultivation”，Applied and Environmental Microbiology，1996，p1323-1328)描述的方法，在16S-23S rRNA基因間區(qū)的擴增中，可觀察到每個菌株的全部不同結(jié)合模式。
在微生物學(xué)和分類學(xué)表征后，菌株Wenelen DSM 16786被成功分離用于以工業(yè)規(guī)模時在攪拌瓶、微型柱、pilot column和大桶、池、研石堆、廢石堆、尾礦壩和原地作業(yè)中礦石和硫化金屬精礦(特別是黃銅礦)的浸出。
同樣地，進行礦石浸出測試，其中礦石用源于溶劑萃取設(shè)備的、并含有本發(fā)明的菌株Wenelen DSM 16786的循環(huán)液進行接種。該方法優(yōu)選在2和3之間的pH，和20℃和50℃之間的溫度下進行實施。
對于接種目的，菌株Wenelen DSM 16786可在添加營養(yǎng)素、空氣、富氧空氣、二氧化碳、碳酸鹽和其他利于它們生長的元素的水池、反應(yīng)容器和礦石矸石堆中進行培養(yǎng)。
菌株Wenelen DSM 16786在介于10℃和60℃、更優(yōu)選25℃和50℃之間的溫度范圍中，以及在介于1.3和4.0、更優(yōu)選1.6和2.8之間的pH范圍的溶液中表現(xiàn)氧化活性，以致加工條件不得不維持在這些范圍中以獲得最佳黃銅礦氧化活性。
可將菌株Wenelen DSM 16786接種于存在當(dāng)?shù)鼐甑牡V石，以及和其他菌株一起接種，在兩種情況中具有增加的銅增溶作用。
應(yīng)用實施例實施例1根據(jù)以下實驗性方法，經(jīng)分離的菌株Wenelen DSM 16786的特異活性，在來自工業(yè)水平的礦場的、包含黃銅礦(按重量84.69％)的銅精礦生物浸出中得以測量1.以107細胞/ml的濃度將預(yù)培養(yǎng)的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌Wenelen DSM16786接種于含有150ml改良的9K培養(yǎng)基(pH2.5)的500ml燒瓶中。
2.將含84.69％(按重量)黃銅礦的直到1％的銅精礦，其具有表1所示的化學(xué)成分以及表2所示的礦物學(xué)成分，加入接種培養(yǎng)基。表1僅僅顯示礦石的化學(xué)成分，因為剩下的35.45％相當(dāng)于脈石和微量元素。
3.將含有前述混合物的燒瓶在回轉(zhuǎn)式振蕩器中以150轉(zhuǎn)/分、30℃培養(yǎng)41天。
4.通過原子吸收光譜法，浸提液中的銅含量在Perkin Elmer AAnalist 400儀器中得以測量。
出于對比的目的，將該相同的方法用于分析菌株Wenelen DSM 16786、收集菌株嗜酸氧化亞鐵硫桿菌ATCC 23270和未接種的樣品。
表1銅精礦的化學(xué)分析

表2銅精礦的礦物學(xué)分析

圖4中的結(jié)果表明通過分離的菌株Wenelen DSM 16786進行銅精礦生物浸出，并與ATCC 23270以及未接種對照(空白)相比較。菌株Wenelen DSM 16786的生物浸出具有高于ATCC 23270的斜率，在第一種情況中0.8271和相關(guān)系數(shù)R2＝0.9824，銅回收接近35％，對于收集菌株0.7320和R2＝0.9825，低于30％的銅回收。前者的事實是與菌株嗜酸氧化亞鐵硫桿菌ATCC 23270和未接種的空白樣品進行比較時，基因組已得以測序的菌株Wenelen DSM 16786顯示出更高的黃銅礦生物浸出活性。
實施例2根據(jù)以下方法，測量銅精礦的氧化活性以建立溫度和pH對分離的菌株Wenelen DSM 16786生長的影響1.將菌株Wenelen DSM 16786在改良的9K培養(yǎng)基中培養(yǎng)7天。
2.細胞通過Toyo No.5B濾紙進行過濾，以除去鐵沉淀物。
3.過濾的細胞以15,000×g離心10分鐘，并用0.1M的β-丙氨酸-SO42-緩沖液進行洗滌。將對應(yīng)于0.1g總蛋白質(zhì)的細胞總數(shù)(Lowry等，J Biol Chem.1951Nov；193(1)265-75)重懸浮于1.0ml相同的0.1M β-丙氨酸-SO42-緩沖液中。
4.于需要的pH和溫度，在1.0ml β-丙氨酸-SO42-緩沖液中制備50mg的表1和表2所述的銅精礦的懸浮液。
5.通過將步驟3中獲得的細胞加入銅精礦懸浮液中而開始反應(yīng)，調(diào)節(jié)終體積2.5ml。
6.在這些條件下，利用可控制反應(yīng)溫度的生物氧氣監(jiān)測儀(Yellow SpringInstrument Co.，Ohio，USA)測量菌株的生物需氧量。
圖5和6顯示了分析結(jié)果。這些圖表明菌株Wenelen DSM 16786的最適氧化條件是溫度范圍介于10℃和60℃之間，pH范圍介于1.3和4.0之間。
圖5顯示在pH 3.0時，溫度對硫化銅的氧化活性的作用。顯然，在20℃和50℃之間，菌株Wenelen DSM 16786表現(xiàn)更高的活性。
圖6顯示在30℃時，溫度對硫化銅的氧化活性的作用。顯然，在介于2和3之間的pH范圍中，菌株Wenelen DSM 16786表現(xiàn)更高的活性。
實施例3根據(jù)以下方法，當(dāng)與相同菌種(菌株ATCC 23270)的其他收集菌株進行比較時，進行實驗以在生物浸出微型柱中，比較分離的菌株Wenelen DSM 16786對硫化銅礦石樣品的生物浸出活性，所述的微型柱具有模擬用于在矸石堆和廢石堆堆浸法中采礦加工的工業(yè)條件的非河漫灘礦石。
1.利用直徑40mm和高20cm的聚氯乙烯管制備的柱。
2.將225g主要包括黃銅礦和斑銅礦的礦石來填充柱，并具有表3所述表征。
3.接種的細胞預(yù)先用洗柱緩沖液(3.0g/L(NH4)2SO4，0.5g/L K2HPO4，0.5g/LMgSO4·7H2O，0.1g/L KCl，0.1g/L Ca(NO3)2，6g/L FeSO4·7H2O，pH 2.5)洗滌，并重懸浮于0.5ml的緩沖液中。對于每個柱，接種的細胞總數(shù)是2×109總細胞。
4.對一個柱不進行接種，并保留作為對照。
5.對于每個柱，以0.20ml/分鐘設(shè)定洗柱速率。
6.室溫(22℃)保存柱。
7.在7天中，以24小時間隔進行采樣，并利用原子吸收光譜法測定浸提液中的銅。
表3礦物學(xué)成分(100％不透明礦石和脈石)

如圖7所示，將沒有細菌接種物的銅溶解曲線(約3％)與存在細菌的銅溶解曲線(11天后介于12％和15％之間)進行比較，細菌對從礦石中浸出銅的總量具有明顯作用的，其中呈現(xiàn)最高生物浸出活性的菌株Wenelen DSM 16786表示為與收集菌株進行比較時，可觀測到銅回收增長。
計算含有表3中存在于礦石中的礦物學(xué)成分的銅，所述組分是斑銅礦(59％)和黃銅礦(39％)。在存在微生物時，斑銅礦的生物浸出速率通過反應(yīng)(1)表示(Peters，E.，1976，“Direct Leaching of SulfidesChemistry andApplications”)斑銅礦(1)在存在用于釋放首個兩個銅原子的高鐵離子時(化學(xué)浸出)，斑銅礦的氧化速率是快的，然而根據(jù)反應(yīng)(2)，斑銅礦浸出的中間化合物容易轉(zhuǎn)換為黃銅礦和靛銅礦(2)根據(jù)反應(yīng)(3)和(4)，存在高鐵離子和細菌時，得到的靛銅礦和黃銅礦都得以緩慢浸出黃銅礦靛銅礦基于以上反應(yīng)，顯然圖7中礦石生物浸出方法的第一個階段與反應(yīng)(1)和(2)相關(guān)，其對應(yīng)于斑銅礦的化學(xué)浸出，其中在所使用的菌株中并沒有觀察到實質(zhì)上的差異。如上文實施例1中所示，只要該方法與得到的靛銅礦和黃銅礦的浸出相關(guān)，菌株之間的差異是顯著的，其中細菌的存在和活性是基本的。
另一方面，眾所周知生物浸出速率隨著提取量增加而降低，因為隨著位于礦石顆粒表面的礦物學(xué)成分被提出，加工速率不是由第一個加工階段的微生物協(xié)助下的氧化控制(稱為化學(xué)控制)的速率控制的，而是由浸出劑和微生物進入到礦石細孔中以接近位于顆粒內(nèi)部的金屬的擴散(最慢時期)控制的。
基于先前的分析，并為了比較圖7所代表的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌ATCC23270和Wenelen DSM 16876的生物浸出活性，必須基于受化學(xué)反應(yīng)控制的具有非反應(yīng)核的液體-固體反應(yīng)模型、并根據(jù)方程式(5)(Levenspiel，O.，“ChemicalReaction Engineering”，Wiley，1962，pp 344-350)相關(guān)變換每次提取的銅組分Xb，來確定每種微生物(圖7中各種情況)的動力學(xué)常數(shù)值1/tau＝1-(1-Xb)1/3(5)其中(1/tau)代表提取礦石顆粒中含有的全部銅所需要的時間。銅提取結(jié)果與使用方程式(5)相關(guān)，其給出的值(1/tau)如表4中所示，并具有分別對應(yīng)于菌株Wenelen DSM 16876和ATCC 23270以及無菌對照的相關(guān)系數(shù)R2＝0.9918、0.895和0.986。
表4實施例2中使用的混和礦物的特異性生物浸出速率和生物浸出時間

表4所示的結(jié)果表明菌株DSM 16786具有比菌株ATCC 23270高約30％的特異礦石生物浸出速率，其可通過提取礦石顆粒中含有的全部銅所需要的時間得以反映出來，也就是182天比238天。例如，通過回收50％銅，需要38天而不是收集菌株所需的49天。
眾所周知，采礦業(yè)中對硫化物礦堆和矸石堆進行浸出作業(yè)的主要問題是相對低的金屬回收率。在該實例中銅提取率提高30％，將在工業(yè)規(guī)模上的生物浸出方法節(jié)省約20-40％的費用(目前其介于10和15 的純銅)，因為更高的回收率需要更少的礦石總量，具有更少的爆破、通風(fēng)和洗礦費用，以及在被傳送到溶劑萃取工廠的溶液中具有更高的銅濃度，等等。在Quebrada Blanca，IstRegion，智利，就硫化物礦細菌浸出作業(yè)來說，每天可生產(chǎn)約200噸精銅，這些節(jié)省在該采礦工程的剩余使用年限中相當(dāng)于四千萬至九千萬美金。
序列表TGGAGAGTTTGATCCTGGCTCAGATTGAACGCTGGCGGCATGCCTAACACATGCAAGTCGAACGGTAACAGGTCTTCGGATGCTGACGAGTGGCGGACGGGTGAGTAATGCGTAGGAATCTGTCTTTAGTGGGGGACAACCCAGGGAAACTTGGGCTAATACCGCATGAGCCCTGAGGGGGAAAGCGGGGGATCTTCGGACCTCGCGCTAAGAGAGGAGCCTACGTCCGATTAGCTAGTTGGCGGGGTAAAGGCCCACCAAGGCGACGATCGGTAGCTGGTCTGAGAGGACGACCAGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAATTTTTCGCAATGGGGGCAACCCTGACGAAGCAATGCCGCGTGGATGAAGAAGGCCTTCGGGTTGTAAAGTCCTTTCGTGGAGGACGAAAAGGTGGGTTCTAATACAATCTGCTATTGACGTGAATCCAAGAAGAAGCACCGGCTAACTCCGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGGGGGGTGCAAGCGTTAATCGGAATCACTGGGCGTAAAGGGTGCGTAGGCGGTACGTTAGGTCTGTCGTGAAATCCCCGGGCTCAACCTGGGAATGGCGGTGGAAACCGGTGTACTAGAGTATGGGAGAGGGTGGTGGAATTCCAGGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAGATCTGGAGGAACATCAGTGGCGAAGGCGGCCACCTGGCCCAATACTGACGCTGAGGCACGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACGCCCTAAACGATGAATACTAGATGTTTGGTGCCTAGCGTACTGAGTGTCGTAGCTAACGCGATAAGTATTCCGCCTGGGAAGTACGGCCGCAAGGTTAAAACTCAAAGGAATTGACGGGGGCCCGCACAAGCGGTGGAGCATGTGGTTTAATTCGATGCAACGCGAAGAACCTTACCTGGGCTTGACATGTCCGGAATTCTGCAGAGATGCGGAAGTGCCCTTCGGGGAATCGGAACACAGGTGCTGCATGGCTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTTGTCCTTAGTTGCCAGCGGTTCGGCCGGGCACTCTAGGGAGACTGCCGGTGACAAACCGGAGGAAGGTGGGGATGACGTCAAGTCCTCATGGCCTTTATGTCCAGGGCTACACACGTGCTACAATGGCGCGTACAGAGGGAAGCCAAGCCGCGAGGTGGAGCAGACCCCAGAAAGCGCGTCGTAGTTCGGATTGCAGTCTGCAACTCGACTGCATGAAGTCGGAATCGCTAGTAATCGCGGATCAGCATGCCGCGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTGTACACACCGCCCGTCACACCATGGGAGTGGATTGTACCAGAAGCAGCTAGCCTAACCTTCGGGAGGGCGGTTACCACGGTATGGTTCATGACTGGGGTGAAGTCGTAACAAGGTAGCCGTAGGGGAACCTGCGGCTGGATCACCTCCTT
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)分離的菌株，其中所述菌株屬于嗜酸氧化亞鐵硫桿菌種(Acidithiobacillus ferrooxidans)，命名為Wenelen DSM 16786，以分類保藏號DSM 16786保藏在DSMZ(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen undZellkulturen GmbH，Braunschweig，Alemania)；所述Wenelen DSM 16786菌株屬于革蘭氏陰性桿菌，其通過對鐵、硫元素以及生物浸出硫化物礦物或硫化物礦石得到的化合物進行氧化而無機化能營養(yǎng)地生長，所述菌株具有如圖1描述的16S rDNA序列和含有自主復(fù)制序列的約15Kb的染色體外元件；所述Wenelen DSM 16786菌株具有對于金屬硫化物礦石的增強的浸出活性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的經(jīng)分離的菌株，其中所述菌株具有從混合硫化物礦石，特別是含有黃銅礦、斑銅礦、靛銅礦以及其他含銅的礦物種類，浸出銅的增強的活性。
3.一種用于金屬硫化物礦石浸出的細菌接種物，其中所述接種物單獨或以微生物混合地包含根據(jù)權(quán)利要求1的菌株Wenelen DSM 16786。
4.一種礦物浸出的方法，其中在介于1.3和4之間pH范圍中，所述被浸出的硫化金屬礦石用除了其他之外還包含根據(jù)權(quán)利要求1的菌株Wenelen DSM16786的細菌浸提液進行接種，所述方法在介于10℃和60℃之間的溫度下得以實施。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的礦物浸出方法，其中在優(yōu)選介于1.6和2.8之間pH范圍中，所述礦物用包含菌株Wenelen DSM 16786的細菌浸提液進行接種，并且所述方法優(yōu)選在介于20℃和50℃之間的溫度下得以實施。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其中所述的金屬礦石或精礦除了其他礦物種類外還包括黃銅礦。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6的方法，其中所述礦物在大桶、水池和反應(yīng)容器、矸石堆、廢石堆、尾礦壩或其他原地作業(yè)進行浸出。
8.一種礦物浸出的方法，其中所述的礦物用來自溶劑萃取工廠的含有根據(jù)權(quán)利要求1的菌株嗜酸氧化亞鐵硫桿菌Wenelen DSM 16786的循環(huán)溶液進行接種，所述方法優(yōu)選在pH介于2和3之間以及溫度介于20℃和50℃之間進行實施。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述的礦石或精礦除了含有其他化合物之外還包括黃銅礦。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其中所述的礦物在大桶、水池和反應(yīng)容器、矸石堆、廢石堆、尾礦壩或其他原地作業(yè)中進行浸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及經(jīng)分離的無機化能營養(yǎng)生長的菌株，其屬于嗜酸氧化亞鐵硫桿菌屬(Acidithiobacillus ferrooxidans)，命名為”Wenelen”，并以分類保藏號DSM 16786保藏于Deutsche Sammlung von Mikroorganismen undZellkul turen GmbH－DSMZ，所述細菌用于浸出含有金屬硫化物的礦石或精礦的用途，和基于所述細菌或含有所述細菌的混合物的所述用途的浸出方法。當(dāng)與已知菌株比較時，該Wenelen DSM 16786菌株具有增強的氧化活性，尤其涉及黃銅礦。由于以上特征，該菌株表現(xiàn)出用于生物采礦應(yīng)用的很大價值，并在測序后不久可用于數(shù)據(jù)綜合方法。
文檔編號C22B3/00GK1869198SQ200510121710
公開日2006年11月29日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者杉尾剛, A·繆拉, P·A·帕拉達瓦爾德坎托斯, R·巴迪拉歐爾保穆 申請人:拜奧希格馬公司