专利名称：硫氧化细菌及其在硫化的铜矿物的生物浸出方法中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及属于物种氧化硫硫酸杆菌(Acidithiobacillusthiooxidans)的名为Licanantay的分离的化能无机营养菌，保藏于德意志微生物保藏中心-DSMZ，保藏号DSM 17318，并且涉及它以纯化形式或以混合物形式的应用，该应用中包含它以用于矿物或硫化的金属品种精矿的生物浸出工艺。这种Licanantay菌株DSM 17318在原生和次生硫化的矿物中都具有硫氧化活性，特别是对于黄铜矿，铜蓝，斑铜矿，辉铜矿，硫砷铜矿和砷黝铜矿而言。
本发明还公开了上述硫氧化嗜温性细菌在生物浸出工艺中的应用，其中进行元素硫的去除，所述元素硫作为浸出抑制剂而起作用。将Licanantay细菌加入到生物浸出溶液中，使得用作浸出溶液的硫酸溶液在环境温度下有效浸出铜矿物，同时避免有利于生物浸出的氧化还原电位(ORP)的过度升高。
相关现有技术目前，世界上90％以上的矿业铜都获自硫化的铜矿的加工。在存在于矿物里的所有硫化的铜品种中，主要的品种是黄铜矿，斑铜矿，辉铜矿，铜蓝，砷黝铜矿和硫砷铜矿，黄铜矿是相对最丰富的品种并且因此在经济上最相关。
一般，使用火法冶金从硫化的矿物中回收铜含量，其中金属铜通过纯化阶段来提取，所述纯化阶段包含选矿，熔融和转化，火法精炼和电解。不过，这一方法对于前述那些低金属含量的矿物来说在经济上不可行。还通过利用湿法冶金来提取金属铜，如代表性的SX-EW法，其包含硫酸浸出，溶剂提取，分离和电解冶金阶段。
湿法冶金具有一些优点，因为它具有低的起始资本转换和低的操作成本并且可以应用到许多类型的矿物以及介于氧化的铜矿和次生硫化铜矿之间的矿物中的多种铜含量等级。在湿法冶金中，硫酸浸出阶段的效率是影响整个铜生产工艺的一个主要因素。
通过利用公知的方法如化学浸出法来实现硫酸浸出，其中矿物颗粒尺寸和温度适应使用嗜热和嗜温细菌的生物浸出法。在这些方法中，使用嗜温细菌的生物浸出法具有优势，因为它能够在环境温度下进行并且不需要额外的能量。使用自养菌，并且，一般是铁氧化嗜温细菌。
一个缺点是，尽管生物浸出速率通过将铁氧化嗜温细菌加入到浸出溶液中而暂时提以提高，但所述浸出速率不能在高平上保持长时期；所述浸出速率降低是由于钝化层覆盖了矿物。所述钝化层具有两种可能的起源(a)由生物浸出反应释放的元素硫和(b)氢氧化铁(III)在高于2的pH上趋于形成黄钾铁矾。由于两种化合物沉淀到矿物上，形成了覆盖矿物表面的层，其妨碍铜浸出。
已经作出了一些提议试图克服上述生物浸出的缺点。例如，在美国专利4.571.387中，向浸出溶液中加入作为反应催化剂的银离子，氧化剂如Fe(III)，高锰酸和过氧化氢溶液以控制溶液中的氧化还原电位(ORP)从而保持ORP恒定，如在WO98/39491中所述，这种条件有利于硫化的矿物的生物浸出，因为浸出速率在较低的ORPs下较低。
然而，上述溶液有缺点，因为它们具有高经济成本和/或氧化电位，在实践中不易控制。
本发明公开了硫氧化细菌及其在硫化的矿物的生物浸出方法中的应用。此方法可应用于各种类型的矿物和介于氧化铜矿物与原生和次生硫化铜矿物之间的各种铜含量水平。这种方法的特点是通过利用包含嗜温硫氧化细菌Licanantay的酸生物浸出溶液防止充当浸出抑制剂的钝化现象，同时防止氧化还原电位(ORP)的过度升高。由此，在环境温度下有效浸出铜矿物。
背景技术：
发明领域本发明的目的是公开一种新的嗜温菌株，其防止生物浸出工艺中的钝化现象，所述现象充当浸出抑制剂。通过利用包含嗜温硫氧化细菌Licanantay的酸生物浸出溶液，防止氧化还原电位(ORP)的过度升高并且因此在环境温度下有效浸出铜矿物。
另外本发明的另一个目的是一种利用湿法冶金的生物浸出方法，其能够在实际环境中以及在通用条件下实施，所述通用条件可以应用于各种类型的矿物和介于氧化的铜矿物与硫化铜矿物如黄铜矿，斑铜矿，铜蓝，辉铜矿，砷黝铜矿和硫砷铜矿之间的多种铜含量水平。优选将该方法应用于黄铜矿。
利用在生物浸出溶液中的嗜温硫氧化细菌，特别是名为Licanantay的氧化硫硫酸杆菌菌株DSM 17318，防止充当浸出抑制剂的硫的去除，以有效地在环境温度浸出铜矿，同时防止氧化还原电位(ORP)的过度升高。根据本发明，将引发上述覆盖现象的元素硫作为硫酸去除，由此防止生物浸出速率的下降。
在有氧条件下进行所述方法，优选在1.0和1.8之间的pH范围中，在一些情况下最高到pH2.5，从而避免限制该生物浸出方法的黄钾铁矾的形成。
同样地，将溶液的ORP维持在相对于Ag/AgCl参比电极500mV或更小的值。
附图简述
图1显示如实施例1中所述，在浸出溶液中利用细菌DSM 17318和细菌Wenelen DSM 16786从具有28％铜含量的黄铜矿中的铜的释放。
图2显示作为时间函数的ORP的变化，其中根据实施例1在加入不同细菌后进行铜浸出。
图3显示如实施例2中所述，在浸出溶液中利用细菌Licanantay和许多现有技术细菌从具有28％铜含量的黄铜矿中的铜的释放。
图4显示来自氧化硫硫酸杆菌DSM 17318的16S rDNA基因的Seq ID NO1。它与其它氧化硫硫酸杆菌菌株(ATCC 19377和NBRC13701)具有100％的同源性。
图5显示在两种氧化硫硫酸杆菌菌株之间的基因组差异的RAPD-PCR分析。St100碱基对DNA梯标准；1保藏菌株DSM 504；2由Biosigma S.A.分离和保藏的菌株DSM 17318。
为了适当区分不同的分离菌株，利用RAPD-PCR技术(Selenska-Pobell S，Otto A，Kutschke S.Identification anddiscrimination of thiobacilli using ARDREA，RAPD(“RandomAmplification of Polymorphic DNA”)and rep-APD.J ApplMicrobiol 1998，84，1085-1091.)，包括使用低特异性引物的PCR扩增，所述引物随机地与存在于被分析微生物整个基因组上的序列对齐。这种RAPD-PCR系统允许获得可重复的扩增模式，这些模式对于属于单一物种的不同菌株来说是特征性的。在图5中，观察到属于2种氧化硫硫酸杆菌菌株的不同模式，这说明两种被分析的序列在它们的基因组水平上不同，尽管两种菌株属于相同的属和物种，这可以解释它们在生物浸出活性中的差异。
优选实施方案的描述将参照附图，作为实施例，对本发明进行详细介绍。应当注意本发明并不限于具体公开的实施方案。
本发明涉及一种用于许多类型的铜矿物和铜含量的生物浸出方法，其有利地应用于已知特别抗浸出的黄铜矿(CuFeS2)。
其中本发明可以实施的生物浸出方法并不仅仅应用于顺序浸出方法，还可用于搅拌的分批反应器生物浸出工艺和颗粒材料的生物浸出沉积，如在池，罐和反应器中的生物浸出，还可应用于堆(piles)，堆(heaps)，洗涤坝或其它“原位”操作。还可以将矿物用单独或组合包含Licanantay菌株的来自溶剂提取工厂的再循环溶液接种。优选在1.0和1.8之间的pH，在极端条件下最高达2.5的pH有氧地实施该方法。加入到生物浸出工艺中的硫氧化性嗜温细菌的量并不受限，但一般优选介于106和109细胞/ml浸出溶液之间的细菌浓度。
应当理解黄铜矿分解和浸出按照下列反应式(1)-(3)所述的反应序列进行。如果这些反应以平衡方式进行，铜生物浸出进行地更快并且持续进行。
(1)(2)(3)在本发明中，将硫氧化性嗜温细菌加入到浸出溶液中以加速反应(3)，其在上述反应中具有最低的反应常数并且因此是瓶颈。元素硫趋于在矿物上沉淀，形成钝化层。应当注意反应(3)是硫去除反应，所以如果反应(3)以更高速率进行则观察不到硫覆盖。而且，因为硫氧化性嗜温细菌并不参与任何铁氧化-还原反应，通过将ORP保持于500mV或更低，可以实现反应(3)的加速，同时防止ORP过度升高。
ORP被定义为三价铁离子(Fe3+)浓度和亚铁离子(Fe2+)浓度之间的比例。在反应(1)中铁氧化性细菌将亚铁离子再循环为三价铁离子，由此帮助反应(1)继续进行。对于不循环所述离子的硫氧化性细菌的情况下，这一再循环由环境氧的氧化而发生；所以，优选在有氧环境下进行本发明的反应。
式(1)反应据说由两种另外的反应组成，其具有下列式(4)和(5)的形式。
(4)(5)根据Okamoto等(Redox Potential Dependence and OptimumPotential of Chalcopyrite Leaching in Sulfuric acid Solutions.Shigen-to-Sozai，Vol 120 (2004) No.10，11 p592-599)公开的结果，从黄铜矿到辉铜矿(反应4)的转化速率在较低的氧化-还原电位下更高；而从辉铜矿到铜离子的反应速率在较高的ORPs下更高。所以，将ORP保持在中间水平从而以平衡的方式发生两种反应是便利的。
通过在1.0和1.8的pH之间，极端最高达2.5的pH值进行细菌生物浸出，在此条件下本发明的硫氧化性嗜温细菌是活性的，防止充当浸出抑制剂的铁沉积物，如黄钾铁钒等的产生。随着所述硫氧化菌株产生硫酸，浸出溶液被酸化，这有助于溶解可溶性铜化合物(例如，氧化铜和硫化铜)并且是反应(2)必需的。所以，已经证明通过提高H+浓度实现有效的铜浸出。
所述硫氧化性嗜温细菌菌株或物种是氧化硫硫酸杆菌，更加优选地为包含菌株Licanantay的单一培养物或混合物，所述菌株Licanantay于2005年4月11日保藏于德意志微生物保藏中心(Mascheroder Weg 1b，D-38124 Braunschweig)，保藏号DSM 17318。
利用面向具有硫氧化活性的微生物菌株的分离策略，由筛选(mining)作业中获得的样品中分离出菌株Licanantay。将样品富集于具有9KS液体培养基(3.0g/L (NH4)2SO4，0.5g/L K2HPO4，0.5g/L MgSO4×7H2O，0.1g/L KCl和0.1g/L Ca(NO3)2，1％元素硫或其它还原的硫化合物)的搅拌瓶中，随后分离出存在于样品中的纯菌株。通过分别试验每种菌株，当与其它分离的菌株相比时，发现菌株Licanantay为显示从黄铜矿回收铜最高的细菌。
菌株Licanantay为化能无机营养性利用还原的硫化合物，如元素硫，硫代硫酸盐或连四硫酸盐的专性(obliged)嗜酸和好氧的革兰氏阴性细菌，在维持自养生长的9KS液体培养基中于最大温度30-35℃显示良好的生长，但像其它氧化硫硫酸杆菌物种一样不能将铁氧化(Kelly DP，Wood AP，“Reclassification of some species ofThiobacillus to the newly designed genera Acidithiobacillus gen.Nov.，Halothiobacillus gen.Nov and Thermithiobacillus gen.Nov.”，Int.J.Syst.Evol.Microbiol.2000，50，511-516)。菌株DSM 17318的部分16S rDNA基因序列显示于图4中。
该菌株与保藏在国际保藏单位中的其它氧化硫硫酸杆菌菌株在16S rDNA序列水平上具有高度同一性百分比。具体地，发现与氧化硫硫酸杆菌ATCC19377和氧化硫硫酸杆菌NBRC13701具有100％同一性；同样地，发现与Acidithiobacillus albertensis DSM 14366具有100％同一性。
实施例实施例1使用主要包含黄铜矿的铜精矿，所述黄铜矿具有28％铜含量，28％铁含量和32％硫含量，余下的主要为硅，锌和钙。
将3g精矿和用硫酸调节到1.5和1.8之间pH的300ml浸出溶液(3.0g/L(NH4)2SO4，0.5g/L K2HPO4，0.5g/L MgSO4×7H2O，0.1g/L KCl和0.1g/L Ca(NO3)2)进行混合并倒入500ml搅拌瓶中。将包含精矿和浸出溶液的这种混合物在环境温度下搅拌，并加入107细胞/ml的硫氧化性嗜温细菌Licanantay。
根据比较实施例，将样品接种以107细胞的具有铁氧化活性的不同嗜温氧化亚铁酸硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)保藏菌株(菌株Wenelen DSM 16786)。
图1显示通过加入嗜温性硫氧化细菌(Licanantay)和嗜温性铁氧化细菌(Wenelen)，作为时间函数的铜浓度变化，。利用感应耦合等离子原子发射光谱(ICP-AES)测量溶液中的铜含量，提取在微孔材料(5μm孔直径)中过滤的样品。该图显示，使用硫氧化菌株是有利的。铜释放更慢但更加持久，而铁氧化细菌在处理的前十天显示快速的释放，随后迅速接近极限，所述极限比用本发明的菌株所达极限低30％。
图2显示根据本发明实施例1的作为时间函数的ORP的变化。根据上述解释，通过由嗜温性硫氧化细菌进行的浸出促进了铜浸出。同时，根据浸出过程中进行的测量，参照Ag/AgCl参比电极，ORP保持于500mV或更小。
实施例2将菌株Licanantay与相同的黄铜精矿以107细胞/ml的浓度在500ml烧瓶中接种于pH 1.8的实施例1的相同浸出溶液中，最终体积125ml。作为比较实施例，将混合物在相同的条件下接种以107细胞的具有硫氧化活性的菌株氧化硫硫酸杆菌(DSM 508)或具有铁氧化活性的氧化亚铁酸硫杆菌(菌株Wenelen DSM 16786)。将菌株伴随着搅拌在30℃下培养。利用原子吸收光谱法(AAS)测量溶液中的铜含量，提取微孔材料(5μm孔直径)中过滤的样品。
图3显示加入嗜温性硫氧化细菌(Licanantay，DSMZ 17318，Acidithiobacillus thiooxidan DSM508)和嗜温性铁氧化细菌(Wenelen)，来自精矿的铜提取百分比作为时间函数。该图显示当使用本发明的菌株，菌株Licanantay时获得较高的铜回收率。
对实施例1和2进行类似的实验，但将矿物接种以包含菌株Licanantay DSM 17318的来自溶剂提取工厂的再循环溶液；结果与那些获得的并在图1，2和3中显示的结果基本相同。
序列表<110>拜奥希格马公司<120>硫氧化细菌及其在硫化的铜矿物的生物浸出方法中的应用<130>IIC061765<160>1<170>PatentIn version 3.2<210>1<211>
<212>DNA<213>氧化硫硫酸杆菌<400>1CGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGGGGGGTGCAAGCGTTAATCGGAATCACTGGGCGTAAAGGGTGCGTAGGCGGTGCATTAGGTCTGTCGTGAAATCCCCGGGCTCAACCTGGGAATGGCGGTGGAAACCGGTGTACTAGAGTATGGGAGAGGGTGGTGGAATTCCAGGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAGATCTGGAGGAACATCAGTGGCGAAGGCGGCCACCTGGCCCAATACTGACGCTGAGGCACGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACGCCCTAAACGATGAATACTAGATGTTTGGTGCCAAGCGTACTGAGTGTCGTAGCTAACGCGATAAGTATTCCGCCTGGGAAGTACGGCCGCAAGGTTAAAACTCAAAGGAATTGACGGGGGCCCGCACAAGCGGTGGAGCATGTGGTTTAATTCGATGCAACGCGAAGAACCTTACCTGGGCTTGACATGTCTGGAATCCTGCAGAGATGCGGGAGTGCCCTTCGGGGAATCAGAACACAGGTGCTGCATGGCTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTTGTCCTTAGTTGCCAGCGGTTCGGCCGGGCACTCTAGGGAGACTGCCGGTGACAAACCGGAGGAAGGTGGGGATGACGTCAAGTCCTCATGGCCTTTATGTCCAGGGCTACACACGTGCTACAATGGCGCGTACAGAGGGAAGCCAAGCCGCGAGGTGGAGCAGACCCCAGAAAGCGCGTCGTAGTTCGGATTGCAGTCTGCAACTCGACTGCATGAAGTCGGAATCGCTAGTAATCGCGGATCAGCATGCCGCGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTGTACACACCGCCCGTCACACCATGGGAGTGGATTGTACCAGAAGCCGTTAGCCTAACCTTCGGGAGGGCGATGACCACGGTATGGTTCATGACTGGGGTGAAGTCGTAACAAGGTAGCCGTAGGGGAACCTGCGGCTGGATCACCTCC
权利要求
1.一种分离的细菌菌株，其中所述菌株属于物种氧化硫硫酸杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)，名为Licanantay，保藏于DSMZ(德意志微生物保藏中心，Braunschweig，Germany)保藏号为DSM17318；菌株Licanantay DSM 17318为专性嗜酸和好氧细菌，革兰氏阴性杆菌，其为能动的，其利用还原的硫化合物，如元素硫，硫代硫酸盐或连四硫酸盐，以维持自养生长；所述Licanantay DSM 17318菌株防止充当矿物生物浸出抑制剂的含硫化合物沉积的生成。
2.根据权利要求1的分离的细菌菌株，其中它显示从混合的硫化的矿石的提高的铜浸出活性，特别是那些含有黄铜矿，斑铜矿，铜蓝和其它类似铜矿品种的矿石。
3.用于硫化的金属矿石的生物浸出的细菌接种物，其中所述接种物包含单独的或在组合的微生物混合物中的根据权利要求1的菌株Licanantay DSM 17318。
4.一种矿物生物浸出方法，其中将待浸出的硫化的金属矿石接种以包含根据权利要求1的菌株Licanantay DSM 17318的酸细菌溶液，其去除充当浸出抑制剂的硫，并于1.0和2.5之间的pH下在低于35℃的温度于环境温度有效浸出铜矿物。
5.根据权利要求4的矿物生物浸出方法，其中将待浸出的硫化的金属矿石接种以包含菌株Licanantay DSM 17318和其它菌株的浸出细菌溶液。
6.根据权利要求4或5的矿物生物浸出方法，其中所述金属矿石或精矿包含黄铜矿，斑铜矿，辉铜矿，铜蓝，砷黝铜矿和硫砷铜矿等矿物品种。
7.根据权利要求4到6的矿物生物浸出方法，其中在池，罐和反应器，堆(piles)，堆(heaps)，洗涤坝或其它“原位”操作中浸出矿物。
8.一种矿物生物浸出方法，其中将矿物用包含菌株LicanantayDSM 17318的来自溶剂提取工厂的再循环溶液在混合物中接种，这些细菌去除充当浸出抑制剂的硫，并且在1.0-2.5的pH范围于环境温度有效浸出铜矿物。
9.根据权利要求8的方法，其中所述金属矿石或精矿包含黄铜矿，斑铜矿，辉铜矿，铜蓝，砷黝铜矿和硫砷铜矿等矿物品种。
10.根据权利要求8和9的方法，其中在池，罐和反应器，堆(piles)，堆(heaps)，洗涤坝或其它“原位”操作中浸出所述矿物。
11.一种铜矿物的浸出方法，其中利用湿法冶金从硫化铜矿物中提取铜，其中该方法包括通过向用作浸出溶液的硫酸溶液中加入嗜温硫氧化细菌或菌株氧化硫硫酸杆菌来去除充当浸出抑制剂的硫，以便有效地在环境温度下浸出铜矿物。
全文摘要
本发明涉及属于物种氧化硫硫酸杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)的名为Licanantay的分离的化能无机营养菌，保藏于德意志微生物保藏中心－DSMZ，保藏号DSM 17318，并且涉及它以纯化形式或以混合物形式的应用，该应用中包含它以进行矿物的或硫化的金属品种精矿生物浸出工艺。这种Licanantay菌株DSM 17318在原生和次生硫化的矿物中都具有硫氧化活性，特别是对于黄铜矿，铜蓝，斑铜矿，辉铜矿，硫砷铜矿和砷黝铜矿而言。
文档编号C22B3/18GK1955279SQ200610115628
公开日2007年5月2日 申请日期2006年8月17日 优先权日2005年8月17日
发明者A·欧哈塔, M·马纳比, P·A·帕拉达瓦尔德坎托斯 申请人:拜奥希格马公司