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控电位体系下微生物与黄铁矿的“接触作用”研究

批准号:
51674231
项目类别:
面上项目
资助金额:
66.0 万元
负责人:
阮仁满
学科分类:
冶金物理化学与冶金原理
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
贾炎、谭巧义、孙和云、牛晓鹏、刘畅

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
黄铁矿氧化与硫化矿生物冶金及矿山酸性水治理密切相关。微生物与黄铁矿的“非接触作用”假说已获得广泛共识;但是微生物的“接触作用”,即通过吸附在黄铁矿表面的微生物及其胞外聚合物EPS,对黄铁矿氧化的贡献及其作用条件尚存争论和疑点。采用自主开发的有菌体系恒电位动力学实验装置与方法,恒定微生物“非接触作用”背景,通过有菌/无菌黄铁矿氧化动力学对照,来判定“接触作用”对黄铁矿氧化的贡献;采用激光共聚焦(CLSM)等手段,查证有菌体系中微生物在矿物表面吸附并形成生物膜和EPS;采用高效液相色谱(HPLC)等测定EPS中活性组分及含量,探究EPS活性组分与溶液电位和黄铁矿氧化动力学的内在联系,获得“接触作用”发生的生物/化学条件;结合黄铁矿氧化过程表面组份表征,探究微生物“接触作用”机理。研究可望提升黄铁矿氧化过程中微生物作用方式及其机理的认识,并形成有菌体系中促进/抑制黄铁矿氧化的新技术原型。
英文摘要
Regulation of pyrite oxidation is related to the economically extraction of sulfide ore and also the controlling of acid mine drainage. The non-contact mechanism that promotion of pyrite oxidation by ferric iron regeneration and redox potential elevation under microbial activity, now is widely accepted. The contact mechanism of the attachment of microbes on the mineral surface with the EPS layer serving as reaction space for ferrous ions oxidation, are still not clear about its contribution and action condition. In this program, the novel method and independent developed kinetic instruments which can control the chemical environment is used to elucidated the relative contribution of non-contact and contact mechanism during microbial oxidation of pyrite; confocal laser scanning microscopy (CLSM), atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscope (SEM) are used to investigate the extracellular polymeric substances (EPS) formation of mixed and pure standard microbes; high-pressure liquid chromatography (HPLC), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and raman spectroscopy (Raman) are used to determine the content of the EPS, and to find out its active component, the linkage to leaching kinetics and finally get boundary microbial and chemical conditions of contact mechanism. Combining with the characterization of surface composition during pyrite oxidation process, the contact mechanism is fully elucidated. This program will benefit to the fully understanding of the mechanism of microbial assisted pyrite oxidation, and also help to form the technology prototype of pyrite oxidation controlling under acidic microbial condition both in sulfide mineral processing and acid mine drainage controlling.
本研究采用恒定电位的动力学实验装置,研究了恒电位条件下黄铁矿氧化动力学,获得纯化学体系下黄铁矿不氧化的边界电位650mV,以此为基础研究了边界电位下有菌体系黄铁矿生物氧化,试验结果证实即使黄铁矿表面生成生物膜,在边界电位下黄铁矿依然不氧化,微生物的“接触作用”可忽略。为进一步判定“接触作用”促进黄铁矿氧化的贡献大小,对比研究了更高电位下的黄铁矿化学/生物氧化动力学,研究结果证实黄铁矿的浸出速率与溶液电位紧密相关,无论有无吸附态微生物,高电位可以显著促进黄铁矿溶解,吸附态微生物对黄铁矿浸出的促进作用有限;综合使用原子力显微镜(AFM), 激光共聚焦显微镜(CLSM) 和扫描电镜(SEM)等仪器分析浸矿菌在黄铁矿浸渣表面的吸附量及胞外聚合物(EPS) 的产生。证实黄铁矿表面微生物吸附率高达70%以上并分泌EPS形成生物膜,培养基及溶液酸度的改变亦会抑制浸矿菌在黄铁矿表面的吸附量。通过X射线光电子能谱(XPS)、高效液相色谱(HPLC)、微生物种群鉴定等分析查明,酸性介质里黄铁矿氧化渣表面富集单质硫,主要的嗜酸微生物是硫氧化细菌,硫氧化微生物氧化单质硫获取能量,减弱了单质硫层覆盖对黄铁矿氧化的阻碍作用,明晰了微生物“接触作用”对黄铁矿氧化的促进作用机理。通过紫外分光光度计(uv),红外光谱(IF)及X射线光电子能谱(XPS)分析吸附态微生物与游离态微生物的胞外多聚物中蛋白质和糖醛酸含量发现,不同存在状态微生物胞外多聚物中蛋白质及糖醛酸含量并没有明显差异,吸附态微生物的胞外多聚物中多糖含量偏高,微生物表面的铁可以通过酸性溶液的洗涤而去除,胞外聚合物中不存在以络合状态存在的较为稳定的铁。糖醛酸作为广为接受的络合铁离子的功能物质,也没有促进黄铁矿的浸出。该研究深化了对浸矿菌在黄铁矿氧化作用方面的认识并在此上基础研究开发了生物堆浸体系源头控酸新技术,并通过实际矿石进行验证,取得了显著的控酸效果,黄铁矿抑制率柱浸试验高达85%,半工业试验超过70%。
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Correlation of Surface Adsorption and Oxidation with a Floatability Difference of Galena and Pyrite in High-Alkaline Lime Systems
高碱石灰体系中方铅矿和黄铁矿表面吸附和氧化与可浮性差异的相关性
DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b04189
发表时间: 2018-02-27
期刊: LANGMUIR
影响因子: 3.9
作者: [Niu, Xiaopeng, Ruan, Renman, Tan, Qaoyi]
通讯作者: Tan, Qaoyi
Limited role of sessile acidophiles in pyrite oxidation below redox potential of 650 mV.
氧化还原电位低于 650 mV 时,固着嗜酸菌在黄铁矿氧化中的作用有限
DOI: 10.1038/s41598-017-04420-2
发表时间: 2017-07-10
期刊: Scientific reports
影响因子: 4.6
作者: [Liu C, Jia Y, Sun H, Tan Q, Niu X, Leng X, Ruan R]
通讯作者: Ruan R
Competitive Growth of Sulfate-Reducing Bacteria with Bioleaching Acidophiles for Bioremediation of Heap Bioleaching Residue
硫酸盐还原菌与生物浸出嗜酸菌竞争生长,用于堆生物浸出残留物的生物修复
DOI: 10.3390/ijerph17082715
发表时间: 2020-04-01
期刊: INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL RESEARCH AND PUBLIC HEALTH
影响因子: --
作者: [Phyo, Aung Kyaw, Jia, Yan, Ruan, Renman]
通讯作者: Ruan, Renman
Correlation of surface oxidation with xanthate adsorption and pyrite flotation
表面氧化与黄药吸附和黄铁矿浮选的相关性
DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.07.153
发表时间: 2019-11
期刊: Applied Surface Science
影响因子: 6.7
作者: [Niu Xiaopeng, Chen Jianhua, Li Yuqiong, Xia Liuyin, Li Li, Sun Heyun, Ruan Renman]
通讯作者: Ruan Renman
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