铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f菌)、氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans,简称A.t菌)、氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans,简称L.f茵)和耐热氧化硫杆菌(Sulfobacillum thermosul fidooxidans,以上几种细菌都是嗜酸、好氧,无机化能自养,以空气中的CO2为碳源,其中前三种均属于中温菌,最适合生长的pH值为1.5~2.0,温度为25~35℃。其中使用最多的是A.f菌和A.t菌,目前在酸性环境下氧化浸矿的主导细菌是A.f菌。A.f茵容易分离、培养,对溶液中的金属离子Cu2+、Mg2+、Fe3+等有一定的耐受性,但不耐热,使用的温度一般不能超过40℃。Brierley认为在强酸性环境中硫化矿物生物氧化体系中采用氧化铁铁杆菌和铁氧化钩端螺菌的混合菌氧化效果最佳。Schrenk等人的研究指出,L.f菌与A.f菌分布广泛,对硫化矿物的生物氧化极具工业应用前景。从浸出反应动力学来看,中高温菌在较高温度条件下不仅可以显著地加快反应速度,缩短预氧化周期,而且可以防止硫化矿物的过度钝化而阻碍浸出反应,因此目前人们越来越重视中高温菌在生物冶金领域的应用。Henry等人研究表明:高于60℃环境下生长的高度嗜热菌在硫化矿生物浸出工业中应用较为困难,而最佳生长温度在45~55℃的中度嗜热菌在工业应用中极具优势,因为高度嗜热菌多为古细菌,其大部分缺少细胞壁,通常难以耐受高矿浆浓度造成的较强剪切力,相对而言中度嗜热菌就具有较高矿浆浓度的耐受能力。澳大利亚BacTech公司培养出一种耐热温度可达45-90℃、最适宜生存温度为60℃的高温耐热菌,而且在缺氧条件下可以存活数小时,已完成该细菌的半工业试验且计划在哈萨克斯坦采用该工艺建厂生产。我国中科院兰州化学物理所分离的T-901菌株和李雅序等人花费10年分离的MP30菌株都为中度嗜热菌,能同时氧化铁和硫,氧化金属硫化物矿物最适宜温度为45-50℃。姚国成等研究者也进行了中高温细菌强化浸矿的研究工作,而为了适应北美气候,加拿大学者培育出了低温下高活性的A.f菌,其适宜的温度范围为5-35℃,并对该A.f菌对难处理硫化矿的低温氧化行为进行了研究。
细菌作为活的机体,一方面需要各种营养成分来保证自身的成长,另一方面又作为催化剂参与反应,因此优良菌种的获取是微生物技术的关键和核心。微生物赖以生存并繁殖的营养介质就是培养基,主要由氮、钾、磷及微量元素组成,培养基有液体培养基和固体培养基之分,液体培养基主要用于粗略的分离和培养某种微生物,而固体培养基主要是用于微生物的纯种分离。常用的浸矿培养基有9K和Leathen培养基。国内外学者的研究表明浸矿菌的生物量与浸出速率和浸出率有明显的正相关性,细菌的活性、浓度和生物量直接影响力生物氧化的效果,因此不少学者通过对浸矿微生物营养学的研究试图促进生物冶金效率低的问题得到有效解决。俄罗斯科学家将饲料工业废弃的胶原蛋白降解成制剂应用于冶金微生物浸矿过程中,对浸矿效果有良好的促进作用。在BIOX工艺的营养液中含有5%的酵母水解物,现阶段国内从微生物生长所需营养条件角度进行的研究较少。浸矿细菌在使用前,需要对工业环境中的各种条件进行适应性驯化,以使细菌尽快进入生长对数期,廖梦霞等人经过近10年的选育、分离、驯化,培育出了耐砷18g/L的高效浸矿工程菌株Mdl。
生物氧化预处理过程是一个复杂的反应过程,需要依靠细菌来完成,其本质是细菌的生命活动,细菌所表现出的浸出机理是直接作用还是间接作用,都是由其内在的生理、生化特性决定的,用于生物预氧化难处理金矿的菌群数量以及细菌对硫化矿的氧化能力都受环境影响。由此可见,只有选用氧化能力强、繁殖速度快的菌株作菌种并保证细胞生长、繁殖环境,才能提高氧化速率及氧化率。