第五章 细菌浸铀细菌浸铀
1 概述
2 细菌的生物化学特性
3 细菌浸铀（矿）的基本原理
4 微生物培养基
5 菌种的保藏
6 细菌的驯化培养
7 细菌浸出的影响因素概 述
利用细菌的生物化学作用进行铀（矿）的浸出，叫做细菌浸铀（矿），又称细菌冶金、
微生物浸矿等。细菌浸矿是用浸矿微生物将矿石或精矿中有用组份有选择地转化为可溶化合物，实现有用组份与杂质的分离，达到回收有用金属的目的。
16世纪，匈牙利人从矿坑水中回收铜；
1953年，葡萄牙的“镭公司”应用细菌浸出铀矿石；
中国微生物研究所、核工业北京化冶院和 711
矿联合开展了含铀贫矿细菌浸出试验 。
细菌浸出铀矿石最早被葡萄牙的“镭公司”应用。他们从 1953年开始进行铀矿石的自然浸出研究，利用铀矿石中存在的或外加的黄铁矿（ FeS2），在水和空气的作用下产生 Fe3+和 SO42-，使铀氧化为 UO22+而溶解出来。在 1956年的第二届国际和平利用原子能会议上，
他们发表了“铀的自然浸出法”的研究报告。从此，
细菌浸出研究和应用开始受到各国的重视，许多国家相继开展了从贫矿、废矿及表外矿中细菌浸出回收铀的研究工作。从 20世纪 60年代起细菌浸出铀的技术用于工业生产。加拿大的安大略州伊利奥特湖曾是世界上规模最大的原地生物浸出铀矿的场所，该地区的斯坦洛克矿从 1964年起在采空区利用细菌浸出铀，平均每月回收 U3O8 6804 kg，产量占当时全矿总产量的 7%，
且生产成本由原来的每磅 5美元降至 3.3美元。其他产铀国如美国、法国、前苏联、澳大利亚等也在不同程度上利用细菌浸出贫矿石的铀。
2 细菌的生物化学特性
浸矿细菌是一种特殊性质的微生物。用于工业生产的主要有：氧化硫硫杆菌、聚生硫杆菌、氧化铁硫杆菌、氧化铁杆菌和氧化硫杆菌等。一般在 pH=2～ 4，
温度 30～ 35℃ 条件下生长良好、繁殖速度快。对于铜和铀浸出工艺最有价值的为氧化铁硫杆菌，能氧化金属硫化物、硫酸亚铁、硫代硫酸盐以及元素硫。
氧化硫硫杆菌为化能自氧菌，它把元素硫氧化生成硫酸，利用这一反应生成的能量作为其生活能源，
以 CO2和氨为原料合成菌体进行繁殖；氧化铁硫杆菌和氧化铁杆菌，以 Fe3+作为能源在含有矿物盐类强酸性介质中生长。
种类和特性? ① 氧化亚铁硫杆菌：
该菌在含亚铁的培养基中能将亚铁氧化成高铁。生长条件：
pH值 1.5~3.5（ 2.0最佳）。温度 16— 40℃ （ 30— 35℃ 最佳）
②氧化硫硫杆菌：
该菌的亚铁培养基保持清澈生长条件,pH=1.4~6.0能生长，
但最佳值为 pH=2.5~5.8，最适温度为 25~30℃ 。
③排硫硫杆菌：
该菌靠氧化硫代硫酸盐成硫酸盐获得能量,Na2S2O3
生存条件,pH=4.5~7.8能生长，最佳 pH=6.6~7.2，最适温度：
28℃ 。
④蚀阴沟硫杆菌：
该菌与氧化硫硫杆菌相类似，但它可以利用硝酸盐或氨离子作氮源，不能利用亚硝酸盐。
3 细菌浸铀（矿）的基本原理
自 20世纪 50年代发现浸矿微生物以来，经过许多人的研究和试验，人们已基本掌握了微生物浸出过程的规律和作用原理，细菌浸矿的机理主要有直接作用、间接作用以及复合作用三种理论。也有学者提出了破硫膜作用学说。
直接作用理论,
所谓细菌直接浸出是指不依赖于 Fe3+的触媒作用，细菌的细胞和金属硫化矿固体之间直接紧密接触，通过细菌细胞内特有的铁氧化酶和硫氧化酶直接氧化金属硫化物，使金属溶解出来。
间接作用理论,
氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌等具有氧化低价铁和元素硫生成高价铁和硫酸的能力，利用这些细菌所生成的氧化产物硫酸高铁和硫酸对沥青铀矿等主要铀矿物进行溶解和氧化。
Fe2（ SO4） 3能将不溶于水的四价铀氧化成溶于水的六价铀，
从而达到浸出的目的。
复合作用理论：
是指在细菌浸出过程中，既有细菌直接作用，又有通过
Fe3+氧化的间接作用，有时以直接作用为主，有时则以间接作用为主。这是至今为止绝大多数学者所赞同的观点。
破硫膜作用,
有的学者认为，在浸矿过程中，矿块表面覆盖着硫的薄膜，阻碍了溶浸液与矿块表面的直接作用，若有细菌存在，
可以将硫薄膜氧化或破坏，使金属得以继续浸出。
4 微生物培养基
培养基是指用人工方法配制的专供微生物生长繁殖的营养混合物。用于细菌浸矿的主要微生物培养基有以下三种：
①液体培养基，是指营养物质以溶质状态溶解于液体中，使微生物能更充分地接触和利用养分，因而也能更好地积累代谢产物。
②半固体培养基，在液体培养基中加入 0.2%
的琼脂作凝固剂，就可得到半固体培养基。
③固体培养基，在液体培养基中加入 1~2%琼脂或者 5~12%明胶，可制成 固体培养基 。
5 菌种的保藏
活性优良菌种应及时进行保藏，菌种的保藏要达到不死亡、不变异两个要求。因此，
要达到这两点必须使菌种处于不活跃状态。
长期保藏菌种的方法很多，但对浸矿菌种来讲，采用砂土 —— 黄铁矿保藏法和冰冻干燥法较为有效。
6 细菌的驯化培养
细菌的驯化培养 是指用某一特定因素长期处理某微生物的群体，同时不断地对它们进行接种传代，以达到逐步适应其环境 → 适应环境 → 生长繁殖的目的。
例如，在装有一定体积培养基的三角瓶中加入较低浓度的金属离子，然后接入要驯化的细菌进行恒温培养，开始细菌不适应，要较长时间才能生长，待细菌适应并能正常生长后，再将它转移到会有更高浓度金属离子的培养基中继续培养。以此类推，叫做细菌驯化。
7 细菌浸出的影响因素
1 矿石的性质：矿石的透气性,物理化学性质
2 矿石的粒度：矿石粒度越细,对浸矿越有利
3 温度：温度太高或太低都不利
4 pH值：细菌氧化 Fe2+最适 pH为 1.5~2.5
5 培养基成分：影响细菌生长繁殖速度
6 通气量：充分供气是很重要
7 铁离子,Fe3+是金属矿物的氧化剂
8 光线,微生物对紫外线很敏感
9 氨离子浓度：氨离子是细菌生长所必需的
10其他影响因素
1 概述
2 细菌的生物化学特性
3 细菌浸铀（矿）的基本原理
4 微生物培养基
5 菌种的保藏
6 细菌的驯化培养
7 细菌浸出的影响因素概 述
利用细菌的生物化学作用进行铀（矿）的浸出，叫做细菌浸铀（矿），又称细菌冶金、
微生物浸矿等。细菌浸矿是用浸矿微生物将矿石或精矿中有用组份有选择地转化为可溶化合物，实现有用组份与杂质的分离，达到回收有用金属的目的。
16世纪，匈牙利人从矿坑水中回收铜；
1953年，葡萄牙的“镭公司”应用细菌浸出铀矿石；
中国微生物研究所、核工业北京化冶院和 711
矿联合开展了含铀贫矿细菌浸出试验 。
细菌浸出铀矿石最早被葡萄牙的“镭公司”应用。他们从 1953年开始进行铀矿石的自然浸出研究，利用铀矿石中存在的或外加的黄铁矿（ FeS2），在水和空气的作用下产生 Fe3+和 SO42-，使铀氧化为 UO22+而溶解出来。在 1956年的第二届国际和平利用原子能会议上，
他们发表了“铀的自然浸出法”的研究报告。从此，
细菌浸出研究和应用开始受到各国的重视，许多国家相继开展了从贫矿、废矿及表外矿中细菌浸出回收铀的研究工作。从 20世纪 60年代起细菌浸出铀的技术用于工业生产。加拿大的安大略州伊利奥特湖曾是世界上规模最大的原地生物浸出铀矿的场所，该地区的斯坦洛克矿从 1964年起在采空区利用细菌浸出铀，平均每月回收 U3O8 6804 kg，产量占当时全矿总产量的 7%，
且生产成本由原来的每磅 5美元降至 3.3美元。其他产铀国如美国、法国、前苏联、澳大利亚等也在不同程度上利用细菌浸出贫矿石的铀。
2 细菌的生物化学特性
浸矿细菌是一种特殊性质的微生物。用于工业生产的主要有：氧化硫硫杆菌、聚生硫杆菌、氧化铁硫杆菌、氧化铁杆菌和氧化硫杆菌等。一般在 pH=2～ 4，
温度 30～ 35℃ 条件下生长良好、繁殖速度快。对于铜和铀浸出工艺最有价值的为氧化铁硫杆菌，能氧化金属硫化物、硫酸亚铁、硫代硫酸盐以及元素硫。
氧化硫硫杆菌为化能自氧菌，它把元素硫氧化生成硫酸，利用这一反应生成的能量作为其生活能源，
以 CO2和氨为原料合成菌体进行繁殖；氧化铁硫杆菌和氧化铁杆菌，以 Fe3+作为能源在含有矿物盐类强酸性介质中生长。
种类和特性? ① 氧化亚铁硫杆菌：
该菌在含亚铁的培养基中能将亚铁氧化成高铁。生长条件：
pH值 1.5~3.5（ 2.0最佳）。温度 16— 40℃ （ 30— 35℃ 最佳）
②氧化硫硫杆菌：
该菌的亚铁培养基保持清澈生长条件,pH=1.4~6.0能生长，
但最佳值为 pH=2.5~5.8，最适温度为 25~30℃ 。
③排硫硫杆菌：
该菌靠氧化硫代硫酸盐成硫酸盐获得能量,Na2S2O3
生存条件,pH=4.5~7.8能生长，最佳 pH=6.6~7.2，最适温度：
28℃ 。
④蚀阴沟硫杆菌：
该菌与氧化硫硫杆菌相类似，但它可以利用硝酸盐或氨离子作氮源，不能利用亚硝酸盐。
3 细菌浸铀（矿）的基本原理
自 20世纪 50年代发现浸矿微生物以来，经过许多人的研究和试验，人们已基本掌握了微生物浸出过程的规律和作用原理，细菌浸矿的机理主要有直接作用、间接作用以及复合作用三种理论。也有学者提出了破硫膜作用学说。
直接作用理论,
所谓细菌直接浸出是指不依赖于 Fe3+的触媒作用，细菌的细胞和金属硫化矿固体之间直接紧密接触，通过细菌细胞内特有的铁氧化酶和硫氧化酶直接氧化金属硫化物，使金属溶解出来。
间接作用理论,
氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌等具有氧化低价铁和元素硫生成高价铁和硫酸的能力，利用这些细菌所生成的氧化产物硫酸高铁和硫酸对沥青铀矿等主要铀矿物进行溶解和氧化。
Fe2（ SO4） 3能将不溶于水的四价铀氧化成溶于水的六价铀，
从而达到浸出的目的。
复合作用理论：
是指在细菌浸出过程中，既有细菌直接作用，又有通过
Fe3+氧化的间接作用，有时以直接作用为主，有时则以间接作用为主。这是至今为止绝大多数学者所赞同的观点。
破硫膜作用,
有的学者认为，在浸矿过程中，矿块表面覆盖着硫的薄膜，阻碍了溶浸液与矿块表面的直接作用，若有细菌存在，
可以将硫薄膜氧化或破坏，使金属得以继续浸出。
4 微生物培养基
培养基是指用人工方法配制的专供微生物生长繁殖的营养混合物。用于细菌浸矿的主要微生物培养基有以下三种：
①液体培养基，是指营养物质以溶质状态溶解于液体中，使微生物能更充分地接触和利用养分，因而也能更好地积累代谢产物。
②半固体培养基，在液体培养基中加入 0.2%
的琼脂作凝固剂，就可得到半固体培养基。
③固体培养基，在液体培养基中加入 1~2%琼脂或者 5~12%明胶，可制成 固体培养基 。
5 菌种的保藏
活性优良菌种应及时进行保藏，菌种的保藏要达到不死亡、不变异两个要求。因此，
要达到这两点必须使菌种处于不活跃状态。
长期保藏菌种的方法很多，但对浸矿菌种来讲，采用砂土 —— 黄铁矿保藏法和冰冻干燥法较为有效。
6 细菌的驯化培养
细菌的驯化培养 是指用某一特定因素长期处理某微生物的群体，同时不断地对它们进行接种传代，以达到逐步适应其环境 → 适应环境 → 生长繁殖的目的。
例如，在装有一定体积培养基的三角瓶中加入较低浓度的金属离子，然后接入要驯化的细菌进行恒温培养，开始细菌不适应，要较长时间才能生长，待细菌适应并能正常生长后，再将它转移到会有更高浓度金属离子的培养基中继续培养。以此类推，叫做细菌驯化。
7 细菌浸出的影响因素
1 矿石的性质：矿石的透气性,物理化学性质
2 矿石的粒度：矿石粒度越细,对浸矿越有利
3 温度：温度太高或太低都不利
4 pH值：细菌氧化 Fe2+最适 pH为 1.5~2.5
5 培养基成分：影响细菌生长繁殖速度
6 通气量：充分供气是很重要
7 铁离子,Fe3+是金属矿物的氧化剂
8 光线,微生物对紫外线很敏感
9 氨离子浓度：氨离子是细菌生长所必需的
10其他影响因素
