微生物代谢产物作为选矿剂

微生物代谢产物作为选矿剂

通过对微生物选矿剂大量深入的研究发现不仅微生物细胞本身能够作为选矿剂,其胞外代谢产物也可以。Patra等^[28] 选择多粘芽孢杆菌研究其胞外产物对方铅矿和黄铜矿浮选效果的影响,实验发现多粘芽孢杆菌的某些代谢产物如糖蛋白等物质可以选择性地絮凝黄铜矿,从而将方铅矿选择性分离出来。YU R^[29] 及Govender等^[30] 用微生物胞外产物对黄铜矿和闪锌矿进行浮选实验研究,结果发现微生物代谢产物能显著提高黄铜矿的浮选率。

微生物经驯化培养后其代谢产物将更易于制备和大量生产,国外在此方面的研究较早。Padukone等^[31] 研究了利用方铅矿和石英对一种酿酒酵母的驯化培养,结果发现酵母菌能够分泌出更多的特殊多糖和蛋白质类代谢产物而增大矿物的疏水性,将之用于矿物的浮选分离时能够显著提高矿物品位。Sabari Prakasan^[32] 等用石英和赤铁矿驯化培养硫酸盐脱硫弧菌,使细菌分泌出更多的代谢产物,浮选实验结果表明细菌的代谢产物与矿物作用后,赤铁矿的可浮性减小而石英的可浮性增加,因此在选矿过程中可以选择性地将赤铁矿和石英分离。

4 微生物选矿剂的作用机理

4.1 基本原理

利用微生物进行选矿的第一步是微生物或微生物代谢物吸附在固体矿物表面。目前,微生物选矿剂的吸附机理尚未完全明确,因为微生物与矿物之间的相互作用情况相当复杂,不同类型微生物的不同结构特征是决定这种相互作用的核心与关键,微生物吸附在矿物表面综合了静电力、范德华力、亲水斥力、疏水引力、氢键等多种力共同作用的结果。此外,某些特殊微生物还可能和矿物表面形成化学键合作用而加强这种吸附^[33] 。

微生物吸附在矿物表面之后,利用微生物具有和传统选矿剂类似的絮凝、捕收、调整等性质对矿物进行选择性浮选;微生物或其代谢产物还可与矿物相互作用后产生还原、溶解等反应从而将矿石中的有用成分选择出来或者脱除不需要的成分^[34] 。

4.2 微生物与矿物之间的相互作用

微生物或其代谢产物吸附于矿物表面后,进一步发生物理或化学的相互作用,有研究表明微生物与矿物接触后发生的某些化学反应是微生物选择性吸附在矿物表面的根本原因^[5,12] ,对微生物诱导选矿起关键作用的可能是微生物与矿物之间发生以下相互作用的结果:①微生物在矿物表面附着并形成生物膜;②代谢产物的吸附和化学反应;③生物催化氧化和还原反应^[14,33] 。

同理,柳建设等^[35] 研究发现,微生物吸附在固体矿物表面后,往往逐渐发育出之前所没有的细胞结构或者分泌出多糖类物质,从而使得微生物更加牢固地吸附在矿物表面,生长成菌落,进而形成局部微观环境即生物膜;对这种生物膜研究发现,它能够控制矿物表面与外界的物质交换,是微生物与矿物表面相互作用的重要因素。

研究还发现微生物附着在固体矿物表面后,某些微生物还可能会通过腐蚀矿物表面来改变矿物表面的性质。王军等^[36] 用氧化硫硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌研究细菌与黄铜矿的相互作用中发现这两种细菌吸附在矿物表面后,矿物表面被不同程度地腐蚀,且随着时间的延长腐蚀程度逐渐加剧。

另一些研究认为,微生物与固体矿物之间可能通过某些官能团进行相互作用^[2,4] ,借助于扫描电镜及红外光谱等检测分析手段,分析出氧化亚铁硫杆菌与黄铁矿、黄铜矿、方铅矿及闪锌矿之间的相互作用,是因为细胞表面含有的羟基(—OH)、氨基(—NH₂)、羰基(—CO)等活性基团发挥了重要作用。Jia C Y等^[37] 研究草分枝杆菌与黄铁矿、闪锌矿之间的相互作用时发现—C—O—C、—CO、—N—H、—C—N、—PO等官能团促使细菌与矿物表面的相互作用中发生了化学反应。余润兰等^[38] 对多种微生物研究发现,不同类型微生物之间的协同作用会提高微生物的代谢活动,对微生物与矿物表面之间的相互作用产生较大影响。

4.3 微生物对矿物表面选择性改性作用

微生物应用于选矿在于利用其选择性吸附来达到拉大不同矿物间可浮性差异而选择性地分离出有用矿物的目的,如诺卡氏菌在黄铁矿和方铅矿表面的吸附表面出明显的选择性,在黄铁矿表面的吸附率达96.99%,而在方铅矿表面的吸附率仅为20%左右;Mehrabani等^[39] 采用氧化亚铁硫杆菌处理低品位闪锌矿,结果发现细菌能够选择性地吸附在黄铁矿表面从而抑制黄铁矿的可浮性,使得闪锌矿的回收率和锌的品位大大提高。

王立艳等^[40] 研究了胶红酵母菌株Y21对细粒煤的表面改性作用,结果发现煤样在加入微生物Y21后,浮选煤层与沉降煤层分层变得更加迅速和明显,表明菌株的作用拉大了煤浆悬浮液中精煤和杂质间表面性质的差异,从而提高了精煤浮选效率。