氧化亚铁钩端螺旋菌生长与浸矿过程模型及过程在线监测与控制研究

【摘要】：生物冶金是微生物学与湿法冶金的交叉学科。近二三十年来,由于可用常规方法开采的金属富矿日益匮乏,也由于人们的环保意识不断增强,人们越来越开始关注如何使用生物浸矿技术,特别是应用生物浸矿技术从各种低品位矿中回收重要金属。氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans)是生物湿法冶金过程主要的浸矿菌种之一。该菌是一类专性自养铁氧化细菌,螺旋状,革兰氏阴性菌,有鞭毛,可运动。最适生长pH2.0,在pH1.0时仍能很好的生长;最适生长温度37℃,最高45℃。由于L.ferrooxidans可以耐受较低的pH值及较高的氧化还原电位和较高的温度,因而在微生物浸矿中起着重要的作用,已越来越受到人们的关注。在硫化矿细菌浸出过程中,金属的溶解速率与细菌的生物量有关。研究细菌生长繁殖过程中铁的行为以及各种参数的变化规律对实际的细菌浸出过程工艺条件的控制与优化具有重要的参考价值。 硫化矿的氧化分为生物氧化和化学氧化(主要是三价铁离子)两大类,其中细菌吸附在固体反应物的表面是生物浸出过程的最重要的环节。氧化亚铁硫杆菌对金属硫化物的生物浸出主要分为两类,即直接浸出和间接浸出。然而,Rojas-Chapana认为存在间接和直接浸出的协调作用,而且这种协调作用有利于细菌的生存。 本文通过对氧化亚铁钩端螺旋菌在9K培养基中生长及铁的行为的研究。以Fe~(2+)的氧化表征氧化亚铁钩端螺旋菌的生长特性及活性,推导并建立了氧化亚铁钩端螺旋菌MLH04在含亚铁培养基中的生长响应模型。考察了不同二价铁离子初始浓度、三价铁离子初始浓度对菌体生长和对亚铁离子氧化速率的影响,并建立了底物和产物抑制条件下的细菌生长动力学模型。考察了不同初始pH对菌体生长和对亚铁离子氧化