地浸采铀溶液中共存离子对氧化亚铁硫杆菌活性的影响

王清良,邱冠周，余润兰，胡鄂明,张洪灿,熊 骁

(1.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083；2.南华大学核资源工程学院，湖南 衡阳 421001)

地浸采铀溶液中共存离子对氧化亚铁硫杆菌活性的影响

王清良1，2,邱冠周1，余润兰1，胡鄂明2,张洪灿2,熊 骁2

(1.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083；2.南华大学核资源工程学院，湖南 衡阳 421001)

地浸采铀；共存离子；氧化亚铁硫杆菌(T.f)；活性

日本福岛核事故之后，虽然世界核电的发展骤然放缓，且我国政府出台了“国四条”，规定在核电安全规划出台之前暂停审批新项目。但我国作为一个人口众多、能源问题十分突出的大国，不可能放弃核电，发展核电是不可替代的选择[1-2]。我国核电将在确保安全的前提下健康、稳步发展[3]。如何提供足够多的天然铀以满足核电建设的需要，对我国铀矿工业来说将是一个巨大的挑战。目前，低品位、难处理铀矿成为当今和今后开采的主要资源，低品位、难处理的铀矿资源给科研人员提出了挑战，必须研究新技术、新方法，例如地浸、原地爆破浸出、堆浸等工艺，降低低品位矿的采冶成本[4-5]。

本文针对铀矿浸出中可能存在的多种离子对T.f活性的影响，采用经过某地浸采铀矿山吸附尾液驯化的T.f，分别进行了单一离子和多种离子共存时对T.f的活性影响试验，可为今后细菌浸铀的应用提供参考依据。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 铀浸出液成分

1.1.2 菌种和培养基

试验所用菌种从某铀矿山酸性矿坑水中取得，并经过某地浸采铀矿山吸附尾液的驯化，已基本能适应地浸采铀吸附尾液环境。细菌于HZQ-C型空气浴振荡器上进行振荡培养，培养基成分见表2。

表1 某地浸采铀矿山浸出液成分

表2 培养基成分

1.2 细菌对离子的耐受性实验方法

2 实验结果与讨论

地浸采铀单一离子对T.f活性影响试验结果见图1～9。

图1 T.f耐受试验

图2 T.f耐受试验

图3 T.f耐受不同Cl-浓度试验

图4 T.f耐受不同Zn2+浓度试验

从图3可以看出，Cl-浓度对T.f活性有明显影响，当Cl-浓度为0.40～3.20g·L-1时，随着Cl-浓度升高，T.f活性越来越差，而且生长曲线的延滞期、对数期分界不明显。当Cl-浓度为0.40g·L-1时，接种后的菌液在第3天氧化还原电位即达到650mV，而Cl-浓度为3.20g·L-1时，达到同样的氧化还原电位则需要6天，与文献[10]结果基本吻合。

从图4可以看出，当Zn2+浓度为0.05～0.4g·L-1时，Zn2+浓度对T.f活性影响不大，但延滞期和对数期分界不明显。

从图5可以看出，Cu2+离子浓度对T.f活性影响较大，当Cu2+离子浓度为0.10～3.2g·L-1时，虽然T.f仍有活性，T.f生长曲线基本相同，但其延滞期相差较大。当Cu2+离子浓度达到3.2g·L-1时，氧化还原电位在第7天才开始较快升高，T.f延滞期由3天延长至7天。在未驯化前Cu2+对T.f生长活性的影响较大，经驯化一段时间后，能在较高Cu2+浓度的培养基中生长，与文献[6]和文献[9]基本一致。

图5 T.f耐受不同Cu2+浓度试验

图6 T.f耐受不同Mn2+浓度试验

从图6可以看出，当Mn2+浓度为0.05～0.40g·L-1时，Mn2+浓度对T.f活性影响不大，延滞期基本相同。

从图7可以看出，Cr3+对T.f活性的影响与Mn2+相似，当Cr3+浓度为0.05～0.40g·L-1时，Cr3+浓度对T.f活性影响不大，延滞期为2天，比Mn2+少1天。

从图8可以看出，U对T.f活性存在较大影响，随着U浓度提高，T.f活性不断降低，T.f延滞期增长。当U浓度达到1.60g·L-1时，T.f已失去活性，氧化还原电位基本不变，与文献[11]基本一致。

图7 T.f耐受不同Cr3+浓度试验

图8 T.f耐受不同U浓度试验

图9 T.f耐受不同F-浓度试验

从图9可以看出，F-对T.f活性影响最大，低浓度的F-都将严重影响T.f活性。当F-浓度为0.05g·L-1时，T.f已基本失去活性。这要求在进行菌种选育的时候，根据使用环境条件，首先尽可能选育得到对F-具有一定耐受性的原生菌株。结合后续的驯化、诱导技术，对T.f进行进一步的耐F-驯化，可望使T.f的耐F-浓度得到较大幅度提高[12,14]。但地浸采铀浸出液中F-浓度很低，如1.5 mg·L-1，T.f完全能够适应地浸采铀环境条件。

3 结论

3)所选育的试验菌种对F-非常敏感，其耐受F-浓度仅为20 mg·L-1左右；如浸出液中F-浓度较高，这要求在进行菌种选育的时候，首先尽可能选育得到对F-具有一定耐受性的原生菌株。结合后续的驯化、诱导技术，对T.f进行进一步的耐F-驯化，可望使T.f的耐F-浓度得到较大幅度提高。

[1] 张国宝.中国不可能放弃核电[J].中国核电，2011,4(4):290-292.

[2] 潘自强,沈文权.核能在中国的战略地位及其发展的可持续性[J].中国工程科学，2008,10(1)：33-37.

[3] 夏良康.稳步推进我国核电建设的思考[J].宏观经济管理，2011(2):47-48.

[4] 郭志峰.国内外铀资源动态分析[J].中国核工业，2007(6):16-19.

[5] 杜运斌.发挥优势 转变模式 满足核电快速发展的需求[J].中国核工业,2010(12):2-29.

[6] 李洪枚，柯家骏.Cu2+对T.f生长活性的影响[J].黄金,2000,21(4)：27-29.

[7] 李洪枚，柯家骏.Ni2+和Co2+对T.f活性的影响[J].有色金属,2000,52(1)：49-51.

[8] 李洪枚，柯家骏.Mg2+对T.f生长活性的影响.中国有色金属学报[J].2000，10(4):576-578.

[9] 姚静,徐文静,李红玉.氧化亚铁硫杆菌驯化菌株的铜离子运输特性[J].中国有色金属学报，2005,15(12):2009-2015.

[10] 张成桂,张倩,王晶,等.阴离子对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长和硫氧化活性的影响[J].中国有色金属学报，2009,19(12):2237-2242.

[12] 李广悦，刘玉龙，丁德馨，等.T.f耐酸耐氟紫外线诱变的研究[J].铀矿冶.2009,28(2):76-80.

[13] 吴学玲.抗性浸矿T.f的选育及抗性机理研究[D].长沙：中南大学,2007.

[14] 王清良,刘迎九,胡凯光,等.细菌耐酸耐氟驯化培养试验研究[J].矿业研究与开发,2005,15(2):35-36

[15] Silver，S.，and L.T.Pheng.Bacterial heavy metal resistance：new surprises[J].Annu.Rev.Microbiol，1996，50:753-789.

[16] Ballester A，Gonzealez F，Blazquez M L .The influence of various ions in the bioleaching of metalsulphides[J].Hydrometallurgy，1990，23：221-235.

[17] Wang Mo-hui，Tan Long-hua，Wang Jun.metal ions in 1999.The Catalysis of Metal Ions on Thiobacillus ferrooxidans’ Leaching Metallic Sulfide Minerals[J].Chinese Journal of Applied Chemistry，1997，14 (5) ：55-58.

[18] Jiang Jin-long，WangMoHui，WangKangLin.The Effect of Metal Ions on Thiobacillus ferrooxidans’ Leaching Complex Metallic Sulfide Minerals [J].Journal of Chengdu University of Technology，2001(2) ：60-62

[19] Ballester A，Gonzealez F，Blazquez M L,et al.Astudy of mechanism of silver-catalysed bioleaching of chalcopyrite[A].Separation Procession in Hydrometal-lurgy[C].New York：Society of Chemical Industry/El-lis Horwood Limited，1987.

[20] Das A，Modak J M，Natar ajan K A.Studies on multi-metal ion tolerance of Thiobacillus ferrooxidations[J].Minerals Engeering，1997(10)：743-749.

Effects of coexisting ions on activity of thiobacillus ferrooxidans in in-situ leaching of uranium

WANG Qing-liang1,2，QIU Guan-zhou1，YU Run-lan1，HU E-ming2，ZHANG Hong-can2，XIONG Xiao2

(1.School of Minerals Processing and Bioengineering，Central South University，ChangSha 410083，China；2.School of Nuclear Resource，University of South China，Hengyang 421001 ，China)

in-situ leaching of uranium;coexisting ions；thiobacillus ferrooxidans(T.f)；activity

2014-06-02

国家自然科学基金项目资助(编号:51154003);矿业工程湖南省重点学科资助

王清良(1969-)，男，湖南宁乡人，博士研究生，主要从事微生物浸矿技术和溶浸采铀技术研究,E-mail:nhwql@sina.com。

X172

A

1004-4051(2015)06-0116-04