安徽铜陵狮子山硫化物矿山酸矿水中微生物功能群的研究

从安徽铜陵狮子山硫化物矿山酸矿水溪流获得样品,采用YE、Feo、FeSo、FeTo 4种选择性培养基,利用overlay分离技术,获得7株细菌菌株.利用16S rRNA基因序列同源性分析,与目前已分离得到的酸矿水微生物进行了比较.利用分离菌株16S rRNA基因序列构建系统进化树,结果表明获得的菌株可分为3个功能群:嗜酸性异养菌、嗜酸性自养菌、中度嗜酸性铁氧化细菌.嗜酸性异养菌主要与酸矿水中三价铁的异化还原和寡营养状态的维持有关;嗜酸性自养菌与酸矿水中铁、硫元素的氧化有关,是酸水中的生产者;中度嗜酸性铁氧化细菌能将二价铁氧化成三价铁,并产生难溶性的矿物,可实现酸矿水与酸矿水底泥之间铁元素的动态平衡.     

煤矿酸性矿井水主动式生物修复中铁的行为与归宿

酸性条件下Fe(II)的生物氧化过程可以被有效应用于煤矿酸性矿井水修复中,但是Fe行为与归宿的不确定性增加了应用难度。本研究通过对某煤矿酸性矿井水场地发生的生物地球化学过程进行监测,富集培养场地沉积物嗜酸微生物群落,进行室内恒化生物反应器连续流实验,探究微生物作用下Fe及其他金属离子的行为与归宿。研究表明,Fe的形态转化是场地和反应器中最主要的生物地球化学过程。当pH<2.7时,反应更倾向于产生溶解性Fe(III);当2.7相似文献   

酸性矿山废水中生物成因次生高铁矿物的形成及环境工程意义

酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是一类pH低并含有大量有毒金属元素的废水。AMD及受其影响的环境中次生高铁矿物类型主要包括羟基硫酸高铁矿物(如黄铁矾和施威特曼石等)和一些含水氧化铁矿物(如针铁矿和水铁矿等),而且这些矿物在不同条件下会发生相转变,如施氏矿物向针铁矿或黄铁矾矿物相转化。基于酸性环境中生物成因次生矿物的形成会"自然钝化"或"清除"废水中铁和有毒金属这一现象所获得的启示,提出利用这些矿物作为环境吸附材料去除地下水中砷,不但吸附量大(如施氏矿物对As的吸附可高达120mg/g),而且可直接吸附As(III),还几乎不受地下水中其他元素影响。利用AMD环境中羟基硫酸高铁矿物形成的原理,可将其应用于AMD石灰中和主动处理系统中,构成"强化微生物氧化诱导成矿-石灰中和"的联合主动处理系统,以提高AMD处理效果和降低石灰用量。利用微生物强化氧化与次生矿物晶体不断生长的原理构筑生物渗透性反应墙(PRB)并和石灰石渗透沟渠耦联,形成新型的AMD联合被动处理系统,这将有助于大幅度增加处理系统的寿命和处理效率。此外,文中还探讨了上述生物成因矿物形成在AMD和地下水处理方面应用的优点以及今后需要继续研究的问题。     

嗜酸微生物与生物冶金技术

生物圈中广泛分布着自然酸性环境和人造酸性环境,为嗜酸微生物(最适生长p H3)提供了生存场所。嗜酸微生物在铁和硫等重要元素的地球化学循环等方面起着重要作用,可应用于冶金领域,具有流程短、成本低、环境友好等优势,目前已经成功地应用于铜、金、铀等金属的提取,成为世界矿物加工的前沿技术。该技术在国外已经实现工业化生产,中国也在逐步推广应用,但仍然存在浸出率和浸出效率低等问题。本文主要介绍嗜酸微生物和生物冶金技术的研究进展,为加强基础理论和应用技术研究提供启示。     

硅藻土、石英砂和钾离子促进微生物转化酸性矿山废水中亚铁成次生矿物的研究

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)能够在低pH值条件下,迅速将Fe2+氧化并产生大量次生羟基硫酸铁沉淀,从而除去水中可溶性Fe2+。这为富含Fe2+的酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)处理提供了新的思路。本文从晶种刺激和阳离子诱导两个方面,分别研究了固定化载体(硅藻土、石英砂)和具有强诱导能力的成矾离子(K+)对微生物转化酸性体系中Fe2+成次生矿物的影响。结果表明,3种材料均有明显促进可溶性Fe2+向次生矿物转化的作用,且总铁(TFe)沉淀率与3种材料的添加量呈正相关关系。在起始Fe2+浓度为160mmol/L,硅藻土、石英砂和钾离子最大添加量分别为10 g、10 g和80 mmol/L时,经过72 h反应后,TFe沉淀率分别比对照增加了8%、24%和20%。矿物中的Fe、K和S元素含量与溶液中的起始K+浓度有非常密切的关系,随着K+浓度的增大,矿物中的K和S含量逐渐增加,而Fe含量则相应减少。     

三株嗜盐古菌诱导形成白云石

白云石成因问题是地质学上长期悬而未决的难题之一.近年来,微生物诱导白云石沉淀逐渐成为白云石成因的重要理论之一,但其中微生物的作用机理远未探明.现生白云石主要分布于高盐环境,该环境中的优势菌群为嗜盐菌,包括嗜盐细菌和嗜盐古菌.因而此次选取三株嗜盐古菌Natrinema sp.J7-1、Natrinema sp.J7-3和Natrinema sp.LJ7,研究其诱导白云石沉淀的能力,并对比不同细胞浓度对白云石沉淀的影响,以期更深入地了解微生物在白云石形成中的作用.通过X射线衍射 (XRD) 检测沉淀物的物相,利用扫描电子显微镜 (SEM) 观察所得矿物形态,同时辅以能量色散谱分析 (EDS) 分析矿物的元素组成.实验结果表明三株嗜盐古菌皆可诱导球型、哑铃型、花椰菜型以及球形聚集体等白云石的形成,且在较高细胞浓度下诱导形成的矿物中白云石含量增多.分析表明细胞浓度的增加会导致细胞表面羧基含量的增加,从而为白云石的沉淀提供更多的成核位点,有利于Mg进入矿物晶格,从而诱导白云石沉淀,本结果进一步提高了对微生物白云石成因机理的认识.      

矿物培养影响微生物群落的ERIC研究

从江西东乡铜矿、江西银山铅锌矿和广东云浮硫铁矿三地采集了酸性矿坑水样品,用ERIC方法(肠细菌重复内源同源序列方法)分析了经不同矿物培养后的微生物变化情况。结果发现:不同矿山酸性矿坑水样品的化学性质及其微生物组成存在很大差异,同一样品经不同矿粉培养后微生物群落也会发生比较大的变化;样品经组成相似的能源物质培养后,其微生物群落结构也越相似。确定了ERIC方法用于酸性矿坑水样品时的最佳扩增体系和反应程序。     

721铀矿可培养嗜酸性微生物多样性分布

嗜酸性微生物是一类生活在极端酸性环境下的微生物,已被广泛用于生物冶金。对721铀矿嗜酸性微生物的群落分布规律进行了初步的研究与探讨。运用双层固体平板培养技术,以琼脂糖为凝固剂,以SJH为底层添加菌,分离样品中的微生物．得到8种嗜酸性微生物,根据不同菌在不同双层固体平板表面的菌落形态特征,并结合16SrRNA基因扩增技术鉴定菌种。占优势的嗜酸性微生物为氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A．f）.     

氧化锰矿物的生物成因及其性质的研究进展

土壤中的氧化锰矿物是原生矿物风化和成土过程的产物,是最具反应活性的一类矿物,决定着环境中许多物质的形态、迁移和转化,在元素生物地球化学循环中起着重要的作用,其形成机制和环境效应备受关注。已有的研究表明,环境中氧化锰的形成与微生物作用紧密相关,微生物作用可使自然环境中的Mn(Ⅱ)氧化速率提高105倍。参与Mn(Ⅱ)氧化的微生物在环境中广泛存在,已知的典型锰氧化细菌分布在变形菌门、放线菌门或厚壁菌门,它们均通过胞外聚合物中的多铜氧化酶来催化氧化Mn(Ⅱ)。细菌氧化Mn(II)成Mn(Ⅳ)是酶催化的两个连续的快速单电子传递过程,Mn(Ⅲ)在溶液中以与酶结合的瞬时中间态出现。生物形成氧化锰的最初形态为层状锰矿物,与δ-MnO2或酸性水钠锰矿很类似,且结晶弱,粒径小,锰氧化度高,结构中的八面体空穴多,因而比化学形成的氧化锰具有更强的吸附、氧化等表面活性。环境中Mn(Ⅱ)微生物氧化及形成的Mn(Ⅲ)中间体与碳、氮、硫等生命元素的地球化学循环的关系令人关注。     

甘肃小柳沟钨矿床矿石特征

文章对甘肃小柳沟钨矿床矿石类型、矿石结构构造、矿石矿物化学成分、主要有用组分赋存状态及其镶嵌关系、矿石比重特征进行了详细论述,指出(1)小柳沟钨矿床矿石类型简单;(2)矿石结构构造较为复杂;(3)矿石中矿物组成较复杂,种类多;矿石中有用元素主要有钨,此外含硫、铜、铋、钼、锌、锡等,钨是矿石中主要回收对象,而硫、铜、铋等具有一定的综合利用价值,可以考虑综合回收;(4)矿石中钨主要呈白钨矿存在,有少量钨华及黑钨矿;矿石中铜主要呈黄铜矿存在,有少量斑铜矿或辉铜矿;矿石中铋主要呈辉铋矿存在;矿石中钼主要呈辉钼矿存在,部分呈类质同象分布于白钨矿中,这部分钼难以用选矿方法分离;矿石中含硫矿物主要为黄铁矿,次为磁黄铁矿,其他含硫的矿物有黄铜矿、辉铋矿、辉钼矿,但是量都很少;(5)1号矿体及4号矿体所处矿化带中矿体的比重值不尽相同,进行资源/储量估算时应区别对待.     

水钠锰矿氧化硫化物的过程与动力学研究

水钠锰矿是表生环境中常见的氧化锰矿物之一,影响土壤溶液中硫化物的迁移、转化和归趋。本文考察了酸性水钠锰矿氧化硫化钠溶液的反应过程,采用分光光度法、离子色谱法分析S2-及其氧化产物的浓度和变化趋势,用XRD、SEM表征酸性水钠锰矿粉末反应前后的晶体结构和微观形貌,探讨了温度、pH值、矿物用量对S2-氧化速率的影响。结果表明,S2-的氧化产物主要为单质S,其氧化速率符合准一级动力学规律,且氧化速率随着温度升高、pH值降低和矿物用量增加而增大;酸性水钠锰矿首先被还原生成Mn(OH)2,Mn(OH)2在空气中与O2作用转化成Mn3O4,Mn3O4可进一步转化生成MnOOH。     

现代酸性矿山废水环境中的真核微生物:生物多样性、生理学、生物地球化学特征及其对古环境和早期生命演化的指示

现代酸性矿山废水(AMD)环境被认为是地球早期环境的理想对应物.AMD的水环境具有金属含量高、pH低的特点,这与太古代-早元古代时期海洋的某些环境条件十分类似.然而,尽管AMD的环境条件恶劣,但仍然栖息着非常丰富的原核和真核微生物,在这其中那些嗜酸的、营光合作用的真核微生物类群(特别是Euglena mutabilis)更是引起众多科学家极大的研究兴趣.本文全面概述了在AMD环境中发现的真核微生物Euglenids种群的生物化学、生理学和生物地球化学特征,以及这些特征对于理解生命演化和早期地球环境条件等方面的指示性作用.Euglenids的细胞具备区域化功能,因而具备需氧和厌氧的蜡酯和甾醇的双生物合成途径,同时它们还可以形成生物膜,所有这些均使得Euglenids能够在早期地球极端恶劣的环境条件下生存并持续演化.在AMD酸性环境中发育的富铁叠层石、嗜酸微生物的脂类化合物及其碳同位素比值以及它们独特的生理和生化特征可用于阐述真核生物的演化、地球早期大气中氧气的产生、条带状富铁建造的形成以及地球早期的环境演化等.     

微生物对碳酸盐岩的风化作用

微生物-矿物相互作用可以促进许多表生生物地球化学反应过程,是表生地球化学研究的重要内容。通过综合岩石表面的微生物类群及其地质作用,分析碳酸盐岩微生物风化的各种现象,特别是微观尺度上的各种形态,阐述碳酸盐岩的微生物风化机制与风化产物,笔者提出微生物对碳酸盐岩风化的4种途径:(1)通过微生物在岩石表面和缝隙中生长,导致岩石表层发生生物溶蚀、生物磨蚀和生物钻孔作用,加速岩石风化进程;(2)微生物群体形成的钻孔网络可以增强岩石化学溶蚀的有效表面积并导致其表面强度减弱而促进机械侵蚀作用,微生物对周围岩石颗粒胶结结构的破坏、疏松作用也会导致岩石矿物颗粒的分解;(3)微生物的持水作用,微生物分泌的有机酸以及微生物呼吸所释放的CO2对岩表水分的酸化过程亦加速岩石矿物的分解;(4)微生物生长过程中从岩石内摄取营养元素和产生复杂的有机配体,能促进矿物元素的释放。文中提出在开展微生物对碳酸盐岩风化过程和机理研究的基础上,有必要引入微生物生物技术来综合开发本地低品位含钾磷矿产资源,加速岩溶地区山地土壤的形成与演化。     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌与硫化物矿石相互作用的实验研究

实验研究了嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f)与硫化物矿石之间的相互作用,以观察不同矿石矿物发生微生物氧化和形成次生矿物的差异。采用ICP-OES分析了反应前后溶液成分变化,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等分析手段研究了矿石表面形貌的变化和沉淀物的矿物组成。分析结果表明,A.f对同一矿石中不同矿物作用强度存在明显差异,方铅矿、闪锌矿发生强烈氧化分解,而与黄铁矿的相互作用则较弱。这种差异可能与矿物晶体结构有关,在多种矿物并存的情况下,可能发生了原电池反应,作为阴极的黄铁矿受到保护,而作为阳极的闪锌矿、方铅矿的氧化作用得到促进,总体上表现为A.f对矿石硫化矿物的选择性作用。     

基于铀矿中本源硫杆菌对黄铁矿和铀矿浸出的协同作用

研究砂岩型铀矿床中本源嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans, At.f）、嗜酸性氧化硫硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans,At.t）对黄铁矿及铀矿浸出的协同作用。采用富集培养法、无机盐硅酸钠平板法对砂岩型铀矿中的硫杆菌分离纯化,通过分析菌株的形态学特征、生理生化结果及16S rDNA序列确定菌株的系统发育地位,并利用摇瓶培养法设计浸矿试验,向黄铁矿浸出体系中分别加入分离纯化的At.f、At.t及混合的At.f和At.t,检测pH值、氧化还原电位值（Eh值)的变化,浸矿40 d,测定浸矿体系的总铁离子浓度和硫酸根离子浓度,并分析黄铁矿矿渣表面形态及成分。根据黄铁矿的浸出结果,设计铀矿浸出试验,浸矿40 d,测定浸出体系中的pH值、Eh值、总铁离子浓度、硫酸根离子浓度等参数并计算四价铀的浸出率。结果表明,分离的两株优势菌中SW-2鉴定为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(At.f),SW-3鉴定为嗜酸性氧化硫硫杆菌(At.t)。At.f、At.t浸出黄铁矿和铀矿时存在协同作用,At.f为浸矿体系的强氧化剂,主要将Fe2+氧化成Fe3+,Fe3+将UO2氧化成可溶性的UO22+;At.t可为浸矿体系提供酸性环境;At.f: At.t = 5:1试验组对黄铁矿和铀矿的浸矿效果最好,四价铀的浸出率为55.60%,黄铁矿矿渣表面形态显示细菌对黄铁矿存在直接的氧化作用;At.f、At.t高效浸出黄铁矿的菌量比例对以黄铁矿为伴生矿的铀矿的细菌浸出也具有明显的促进作用,研究结果可以为工业微生物浸铀时提供一定的支持并为以黄铁矿为伴生矿的其他矿物的微生物浸出提供参考。     

极端微生物的多样性及应用

极端微生物是一类适应极端环境相对隔离进化的微生物,占据对生命而言接近极限的生态位,在形态结构、生理生化、分子进化机制等方面具有特殊性.文中综述了极端微生物的分布和分类特点,对嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜盐和嗜压微生物等六大类群分别进行描述,并分别叙述了其具有的极端环境活性物质和应用价值.     

黔中铝土矿成矿作用的研究

贵州中部铝土矿的主要成矿阶段有:(1)准平原古风化壳中的粘土岩及碳酸盐岩经粘土化作用形成的层状粘土。在湿热气候条件下,其中水云母(白云母、伊利石)在氧化条件和酸性或弱酸性水介质作用下,经脱硅脱铁形成铝土矿矿物和(或)高岭石矿物的成矿母岩。(2)此类母岩经冲积、洪积作用至相对低洼地区沉积后,或因地下水位上升,或因湿润多雨,沉积物被沼泽     

工艺矿物学近十年的主要进展

我国的工艺矿物学在过去十年中的重大进展主要表现在以下几方面:(1)矿物加工和冶金工艺矿物学的发展与应用;初步建立了矿物-生物浸矿机制和各类微生物冶金的制约因素,为生物选矿和冶金过程中工艺矿物学奠定了新的理论基础.(2)新的分析技术的发展及其应用使工艺矿物学开始从定性走向定量;探测和揭示了微生物在分子水平上与矿物表面相互作用和能量转换.这些研究将有助子了解微生物矿产开采和微生物选矿和冶金的控制因素的机制,为建立一个新的选冶工艺矿物学打下了深厚基础.(3)将矿物的晶体化学,矿物物理学,量子矿物学与工艺矿物学紧密结合,使这门应用学科不仅在选、冶、加工工艺等提取其中的某种有用元素,而且也促进了新兴的矿物材料和技术的发展.总之,在未来新的分析技术发展中,将被更广泛地用于研究矿物质,矿物-水界面和矿物-微生物界面,这不仅在新型的工艺矿物学发展中取得了好的成果,而且在环境矿物学,也有广泛的应用前景.     

硫化亚铁矿物的生物合成及其对六溴环十二烷的还原脱溴研究

选用两种不同的硫酸盐还原菌(一种是嗜酸性硫酸盐还原菌Desulfosporosinus sp.,另一种是嗜中性硫酸盐还原菌Desulfomicrobium baculatum)合成了两种硫化亚铁(FeS)矿物,并采用BET、SEM、XRD、XPS对其进行表征。结果显示,嗜酸性硫酸盐还原菌合成的FeS矿物(S-FeS)比表面积为13.35 m2/g,铁硫原子比为0.91,表面活性组分FeS相对含量是63.6%;嗜中性硫酸盐还原菌合成的FeS矿物(Z-FeS)比表面积为7.64 m2/g,铁硫原子比为0.84,表面活性组分FeS相对含量为77.2%;两种FeS矿物的主要成分均为不定形FeS和结晶程度较差的四方硫铁矿。通过批处理实验,研究了这两种FeS矿物对六溴环十二烷(HBCD)的还原脱溴效果。结果显示,两种FeS体系下HBCD的还原脱溴反应均遵循假一级反应动力学;反应速率常数随着FeS浓度的增加而增加,当FeS的浓度从0.3 g/L增加至1.2 g/L时,S-FeS和Z-FeS转化HBCD的反应速率常数分别从0.0049 h–1增至0.3194 h–1和0.3868 h–1;反应体系p H值(4~8)的变化极大地影响FeS对HBCD的还原脱溴效率;两种FeS均能还原转化HBCD的三种主要同分异构体,转化率大小依次为β-HBCDγ-HBCDα-HBCD;在两种FeS反应体系中均检测出四溴环十二碳烯(C12H18Br4)、二溴环十二碳二烯(C12H18Br2)和环十二碳三烯(C12H18)等HBCD还原脱溴的中间产物(GC-MS方法鉴定),由此推测S-FeS和Z-FeS还原脱溴HBCD的途径均为逐步邻位双脱溴。以上研究结果表明,两种不同类型硫酸盐还原菌合成的FeS矿物均具有还原脱溴HBCD的能力,并且它们的还原脱溴的能力和机制差异不大。     

矿物白度的影响因素与增白机理研究

白度是矿物的重要光学性质之一。为了深化矿物的光学性质及白色矿物功能材料的研究与应用,根据测试分析结果和叶大年的结构光性矿物学理论,系统研究了影响矿物白度的主要因素,以及矿物增白效果的差异性及其产生机理。研究结果表明:(1)晶体化学是决定不同种类透明矿物白度的最主要因素,但对于某种透明矿物来说,影响其白度的主要因素是矿物中的碳质有机质、含铁钛矿物杂质、杂质元素的价态与晶体化学环境、介质环境、矿物中的水和粒度大小等。(2)证明了透明矿物白度大小与折射率呈正相关。白度相同的不同矿物的增白效果存在很大差异性,其根本原因是由矿物折射率所决定的反射率存在很大差别。(3)提出了真白度和假白度的概念,即主要由自色产生的白度称为真白度,主要由假色产生的白度称为假白度;真白度高的矿物具有增白作用,而真白度低的矿物,即使粉末白度高,也没有增白作用。(4)在影响矿物白度的主要因素中,矿物中的碳质有机质、含铁钛矿物杂质、杂质元素的价态等杂质成分对矿物白度和增白效果起负面作用。(5)矿物中与晶体结构相关的水所产生的颜色属于自色,脱去结晶水、层间水和结构水都有利于提高矿物的真白度或增白效果,但脱去沸石水的效果正好相反;由矿物粒度大小变化产生的颜色属于假色;通过降低粉体粒度大小所提高的白度属于假白度,由此增加的白度没有增白作用。另外,矿物粉体与使用介质之间的折射率大小差别越大,增白效果越明显。