微生物湿法冶金医学知识培训课件.ppt
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- 微生物 湿法 冶金 医学知识 培训 课件
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1、微生物湿法冶金医学微生物湿法冶金医学知识知识基本情况基本情况 国外在生物冶金方面的研究起步较早,目前许多国家已国外在生物冶金方面的研究起步较早,目前许多国家已实现了铜实现了铜 矿、油矿、金矿等一系列矿种的微生物工业化浸出生产矿、油矿、金矿等一系列矿种的微生物工业化浸出生产。此外,。此外,已有大量的现代生物学手段被引入工业化生产,对其中的金矿微已有大量的现代生物学手段被引入工业化生产,对其中的金矿微 生物进行有效监控。如用免疫荧光标记技术来活体检测菌体的吸生物进行有效监控。如用免疫荧光标记技术来活体检测菌体的吸 附过程,用蛋白质定量分析来确定菌体对矿石的吸附量等。附过程,用蛋白质定量分析来确定菌
2、体对矿石的吸附量等。国内系统研究适于国内系统研究适于1959年。年。1972年开始有微生物湿法冶金技术年开始有微生物湿法冶金技术 应用于工业化生产(细菌应用于工业化生产(细菌浸出铜铀半生矿浸出铜铀半生矿)。)。1977年完成年完成高硫锰高硫锰 矿和锡矿矿和锡矿的微生物浸出半工业化生产。的微生物浸出半工业化生产。1994年在陕西进行年在陕西进行吨位黄吨位黄 铁矿类型贫瘠矿的细菌堆浸实验,金回收率提高铁矿类型贫瘠矿的细菌堆浸实验,金回收率提高58(原矿含金(原矿含金 量只有量只有0.54g/吨);吨);1995年以后有更多的开发应用。年以后有更多的开发应用。但跟国外比还有很大差距,如对浸矿微生物菌
3、种没有监控,对菌但跟国外比还有很大差距,如对浸矿微生物菌种没有监控,对菌种生理状态等也缺乏全面认识,不能很好指导浸矿。我国还种生理状态等也缺乏全面认识,不能很好指导浸矿。我国还 没没有真正建立起一家细菌浸矿工厂。有真正建立起一家细菌浸矿工厂。微生物湿法冶金医学知识2第一节第一节 与微生物冶金有关菌类的开发与微生物冶金有关菌类的开发 与微生物冶金有关的菌类与微生物冶金有关的菌类 微生物冶金的原理微生物冶金的原理 浸矿用菌的开发途径浸矿用菌的开发途径微生物湿法冶金医学知识31.1.与微生物冶金有关的菌类与微生物冶金有关的菌类l 硫杆菌属硫杆菌属 包括至少包括至少14种,最重要的是种,最重要的是氧化
4、亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌和和氧化硫硫杆菌。氧化硫硫杆菌。硫杆菌硫杆菌属无机化能营养型,细胞为革兰氏阴性,棒状。直径属无机化能营养型,细胞为革兰氏阴性,棒状。直径0.3 0.8 m,长长0.92.0 m。菌体通过单极生鞭毛进行运动,许多菌体表面还有粘液层。菌体通过单极生鞭毛进行运动,许多菌体表面还有粘液层。l 钩端螺菌属钩端螺菌属 所有的钩端螺菌属菌都是严格好氧微生物,专一性地通过氧化溶液中所有的钩端螺菌属菌都是严格好氧微生物,专一性地通过氧化溶液中的的Fe3或矿物质中的或矿物质中的Fe2来获取能量。来获取能量。l 硫化杆菌属硫化杆菌属 能量来源是能量来源是Fe2、硫磺和其它矿物。该属菌严格好氧
5、且极度嗜酸。、硫磺和其它矿物。该属菌严格好氧且极度嗜酸。嗜酸嗜嗜酸嗜热古生菌纲热古生菌纲 该类群中,一共有四个属的菌(硫化叶菌属、酸菌属、生金球菌属及硫球该类群中,一共有四个属的菌(硫化叶菌属、酸菌属、生金球菌属及硫球菌属),均为好氧菌,极度嗜热嗜酸,球形,不具运动性,不具有鞭毛,兼菌属),均为好氧菌,极度嗜热嗜酸,球形,不具运动性,不具有鞭毛,兼性无机化能自养。性无机化能自养。嗜酸硫杆菌的煎鸡蛋形菌落嗜酸硫杆菌的煎鸡蛋形菌落微生物湿法冶金医学知识42.2.微生物冶金的原理微生物冶金的原理 细菌直接作用浸矿细菌直接作用浸矿 细菌对矿石存在着细菌对矿石存在着直接氧化的能力直接氧化的能力,细菌与矿
6、石之间通过,细菌与矿石之间通过物理化学接触把金属溶解出来。某些靠有机物生活的细菌,可物理化学接触把金属溶解出来。某些靠有机物生活的细菌,可以以产生一种有机物,与矿石中的金属成分嵌合产生一种有机物,与矿石中的金属成分嵌合,从而使金属从,从而使金属从矿石中溶解出来。矿石中溶解出来。细菌间接作用浸矿细菌间接作用浸矿 细菌能把金属从矿石中溶浸出来是细菌生命活动中细菌能把金属从矿石中溶浸出来是细菌生命活动中生成生成代谢物的间接作用代谢物的间接作用,例如细菌作用产生,例如细菌作用产生硫酸和硫酸铁,然后硫酸和硫酸铁,然后通过硫酸或硫酸铁作为溶剂浸提出矿石中的有用金属通过硫酸或硫酸铁作为溶剂浸提出矿石中的有用
7、金属。微生物湿法冶金医学知识53.3.浸矿用菌的开发途径浸矿用菌的开发途径从已有菌从已有菌群中开发群中开发基因工程基因工程构建和重组构建和重组获得新性状菌获得新性状菌株(工程菌)株(工程菌)接矿小试验接矿小试验及扩大试验及扩大试验效果不明显效果不明显抛弃抛弃效果明显效果明显菌种保藏菌种保藏野外采野外采样开发样开发不断不断驯化培养驯化培养接矿小试验接矿小试验扩大试验扩大试验效果不明显效果不明显继续驯化继续驯化效果明显效果明显细致研究细致研究 基因改造基因改造改善浸出条件改善浸出条件提高浸出效率提高浸出效率工业化生产工业化生产微生物湿法冶金医学知识62.在合适条件下培养样品在合适条件下培养样品 培
8、养基的选择培养基的选择 刚采集到的样品一般不直接用于接矿培养基来培养。通常选刚采集到的样品一般不直接用于接矿培养基来培养。通常选择一些择一些易于菌体分解利用的培养物来扩大菌体数量。易于菌体分解利用的培养物来扩大菌体数量。由于冶金菌多为自养型细菌,培养基中一般加入由于冶金菌多为自养型细菌,培养基中一般加入硫酸胺或硝硫酸胺或硝酸钾、磷酸钾、硫酸镁、硫酸铁、硫酸钾、磷酸钾、硫酸镁、硫酸铁、硫等作为等作为N及矿物质来源。及矿物质来源。培养温度的初步确定培养温度的初步确定 培养温度根据菌种来源而定。有适合培养温度根据菌种来源而定。有适合30培养的,但中度嗜热培养的,但中度嗜热菌的最佳生长温度约菌的最佳生
9、长温度约50,极度嗜热菌最适生长温度,极度嗜热菌最适生长温度6070。通过通过初步设定培养温度可以有选择地获得一些适于特定环境浸出初步设定培养温度可以有选择地获得一些适于特定环境浸出的微生物类群。的微生物类群。培养基培养基pH以以34为宜。还必须通气,避免阳光照为宜。还必须通气,避免阳光照射等以利繁殖。射等以利繁殖。微生物湿法冶金医学知识83.驯化培养驯化培养 驯化培养就是驯化培养就是不断提高目的矿样在培养基中的浓度不断提高目的矿样在培养基中的浓度,同时不,同时不断减少其他易于被菌体分解利用的化合物的量,直至完全停断减少其他易于被菌体分解利用的化合物的量,直至完全停止。止。驯化培养实际上是定向
10、选择抗性菌体的过程,一开始可能所驯化培养实际上是定向选择抗性菌体的过程,一开始可能所需时间比较长,但随着目的菌数的不断增多,驯化培养的周需时间比较长,但随着目的菌数的不断增多,驯化培养的周期会不断缩短。期会不断缩短。当当菌体对某种金属离子具有较强的耐受力,或菌数在一个较菌体对某种金属离子具有较强的耐受力,或菌数在一个较短周期内到达短周期内到达10108 810109 9个个/ml/ml时,时,驯化菌样就可用于生物浸矿驯化菌样就可用于生物浸矿试验。试验。微生物湿法冶金医学知识94.浸矿试验浸矿试验浸矿试验要注意以下因素:浸矿试验要注意以下因素:酸度:酸度:细菌氧化过程中,细菌氧化过程中,pH的选
11、择非常重要。有菌体培的选择非常重要。有菌体培 养养 物、处理硫化矿物及氧化工艺造成的影响。物、处理硫化矿物及氧化工艺造成的影响。大部分控制大部分控制pH23。通气通气:对好氧嗜酸菌很重要。对好氧嗜酸菌很重要。当溶解氧下降至当溶解氧下降至0.51.0mg/L时,细菌氧化很时,细菌氧化很 快停止。但堆矿工艺不通气,只在矿堆上撒水。快停止。但堆矿工艺不通气,只在矿堆上撒水。温度:温度:一般情况下,细菌最适生长温度并不等于最适浸出温度。一般情况下,细菌最适生长温度并不等于最适浸出温度。每种细菌都有最适生长温度与浸出温度。每种细菌都有最适生长温度与浸出温度。硫化矿物的量:硫化矿物的量:搅拌浸出法矿浆浓度
12、并非越高越好。搅拌浸出法矿浆浓度并非越高越好。较高矿浆浓较高矿浆浓度度下,需氧量高,需提高搅拌速度,对细菌剪切力随之增加,使细下,需氧量高,需提高搅拌速度,对细菌剪切力随之增加,使细菌难于吸附到矿物表面;同时在同样条件下矿浆浓度越高,相对吸菌难于吸附到矿物表面;同时在同样条件下矿浆浓度越高,相对吸附到矿体表面的细菌数目就少,从而降低细菌的氧化速率。附到矿体表面的细菌数目就少,从而降低细菌的氧化速率。其他(如营养物等)其他(如营养物等)微生物湿法冶金医学知识105.5.细菌的进一步改造和重新构建细菌的进一步改造和重新构建n 诱变育种:诱变育种:分离获得的菌种,在改造上要选择具以下特征进行育种:分
13、离获得的菌种,在改造上要选择具以下特征进行育种:1)具有很高的氧化铁或硫的能力具有很高的氧化铁或硫的能力2)具再生生长能力)具再生生长能力3)已有相当程度的变异)已有相当程度的变异。诱变后,挑选浸出效率提高,又具。诱变后,挑选浸出效率提高,又具 稳定遗传性的突变菌株。稳定遗传性的突变菌株。n 基因工程构建新菌株基因工程构建新菌株 筛选合适酶的菌株筛选合适酶的菌株 确定酶基因的位置(基因或质粒)确定酶基因的位置(基因或质粒)如基因组则提取及纯化基因组染色体如基因组则提取及纯化基因组染色体 将将纯化后的基纯化后的基因片段因片段克隆到大肠杆菌的质粒上克隆到大肠杆菌的质粒上 检出被转化的大肠杆菌检出被
14、转化的大肠杆菌 从转化菌中提取质粒从转化菌中提取质粒,切割质粒上相关的酶基因片段,切割质粒上相关的酶基因片段 检测所获酶基因片段及由该基因表达的酶的氨基酸顺序检测所获酶基因片段及由该基因表达的酶的氨基酸顺序 构建穿梭质粒,构建穿梭质粒,将酶基因导入目的硫杆菌将酶基因导入目的硫杆菌内内 表达。表达。微生物湿法冶金医学知识116.6.细菌浸出扩大试验(工业级)细菌浸出扩大试验(工业级)搅拌浸出、堆浸和原位浸出搅拌浸出、堆浸和原位浸出3种方法。种方法。1)搅拌浸出)搅拌浸出 半连续浸出半连续浸出:重复给料分批培养,即在浸出过程定期补加新鲜:重复给料分批培养,即在浸出过程定期补加新鲜培养液,并定期将浸
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