地浸采鈾溶液中共存離子對氧化亞鐵硫桿菌活性的影響

王清良,邱冠周，余潤蘭，胡鄂明,張洪燦,熊 驍

(1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083；2.南華大學(xué)核資源工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

地浸采鈾溶液中共存離子對氧化亞鐵硫桿菌活性的影響

王清良1，2,邱冠周1，余潤蘭1，胡鄂明2,張洪燦2,熊 驍2

(1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083；2.南華大學(xué)核資源工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

地浸采鈾；共存離子；氧化亞鐵硫桿菌(T.f)；活性

日本福島核事故之后，雖然世界核電的發(fā)展驟然放緩，且我國政府出臺了“國四條”，規(guī)定在核電安全規(guī)劃出臺之前暫停審批新項目。但我國作為一個人口眾多、能源問題十分突出的大國，不可能放棄核電，發(fā)展核電是不可替代的選擇[1-2]。我國核電將在確保安全的前提下健康、穩(wěn)步發(fā)展[3]。如何提供足夠多的天然鈾以滿足核電建設(shè)的需要，對我國鈾礦工業(yè)來說將是一個巨大的挑戰(zhàn)。目前，低品位、難處理鈾礦成為當(dāng)今和今后開采的主要資源，低品位、難處理的鈾礦資源給科研人員提出了挑戰(zhàn)，必須研究新技術(shù)、新方法，例如地浸、原地爆破浸出、堆浸等工藝，降低低品位礦的采冶成本[4-5]。

本文針對鈾礦浸出中可能存在的多種離子對T.f活性的影響，采用經(jīng)過某地浸采鈾礦山吸附尾液馴化的T.f，分別進(jìn)行了單一離子和多種離子共存時對T.f的活性影響試驗，可為今后細(xì)菌浸鈾的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

1.1.1 鈾浸出液成分

1.1.2 菌種和培養(yǎng)基

試驗所用菌種從某鈾礦山酸性礦坑水中取得，并經(jīng)過某地浸采鈾礦山吸附尾液的馴化，已基本能適應(yīng)地浸采鈾吸附尾液環(huán)境。細(xì)菌于HZQ-C型空氣浴振蕩器上進(jìn)行振蕩培養(yǎng)，培養(yǎng)基成分見表2。

表1 某地浸采鈾礦山浸出液成分

表2 培養(yǎng)基成分

1.2 細(xì)菌對離子的耐受性實驗方法

2 實驗結(jié)果與討論

地浸采鈾單一離子對T.f活性影響試驗結(jié)果見圖1～9。

圖1 T.f耐受試驗

圖2 T.f耐受試驗

圖3 T.f耐受不同Cl-濃度試驗

圖4 T.f耐受不同Zn2+濃度試驗

從圖3可以看出，Cl-濃度對T.f活性有明顯影響，當(dāng)Cl-濃度為0.40～3.20g·L-1時，隨著Cl-濃度升高，T.f活性越來越差，而且生長曲線的延滯期、對數(shù)期分界不明顯。當(dāng)Cl-濃度為0.40g·L-1時，接種后的菌液在第3天氧化還原電位即達(dá)到650mV，而Cl-濃度為3.20g·L-1時，達(dá)到同樣的氧化還原電位則需要6天，與文獻(xiàn)[10]結(jié)果基本吻合。

從圖4可以看出，當(dāng)Zn2+濃度為0.05～0.4g·L-1時，Zn2+濃度對T.f活性影響不大，但延滯期和對數(shù)期分界不明顯。

從圖5可以看出，Cu2+離子濃度對T.f活性影響較大，當(dāng)Cu2+離子濃度為0.10～3.2g·L-1時，雖然T.f仍有活性，T.f生長曲線基本相同，但其延滯期相差較大。當(dāng)Cu2+離子濃度達(dá)到3.2g·L-1時，氧化還原電位在第7天才開始較快升高，T.f延滯期由3天延長至7天。在未馴化前Cu2+對T.f生長活性的影響較大，經(jīng)馴化一段時間后，能在較高Cu2+濃度的培養(yǎng)基中生長，與文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[9]基本一致。

圖5 T.f耐受不同Cu2+濃度試驗

圖6 T.f耐受不同Mn2+濃度試驗

從圖6可以看出，當(dāng)Mn2+濃度為0.05～0.40g·L-1時，Mn2+濃度對T.f活性影響不大，延滯期基本相同。

從圖7可以看出，Cr3+對T.f活性的影響與Mn2+相似，當(dāng)Cr3+濃度為0.05～0.40g·L-1時，Cr3+濃度對T.f活性影響不大，延滯期為2天，比Mn2+少1天。

從圖8可以看出，U對T.f活性存在較大影響，隨著U濃度提高，T.f活性不斷降低，T.f延滯期增長。當(dāng)U濃度達(dá)到1.60g·L-1時，T.f已失去活性，氧化還原電位基本不變，與文獻(xiàn)[11]基本一致。

圖7 T.f耐受不同Cr3+濃度試驗

圖8 T.f耐受不同U濃度試驗

圖9 T.f耐受不同F(xiàn)-濃度試驗

從圖9可以看出，F(xiàn)-對T.f活性影響最大，低濃度的F-都將嚴(yán)重影響T.f活性。當(dāng)F-濃度為0.05g·L-1時，T.f已基本失去活性。這要求在進(jìn)行菌種選育的時候，根據(jù)使用環(huán)境條件，首先盡可能選育得到對F-具有一定耐受性的原生菌株。結(jié)合后續(xù)的馴化、誘導(dǎo)技術(shù)，對T.f進(jìn)行進(jìn)一步的耐F-馴化，可望使T.f的耐F-濃度得到較大幅度提高[12,14]。但地浸采鈾浸出液中F-濃度很低，如1.5 mg·L-1，T.f完全能夠適應(yīng)地浸采鈾環(huán)境條件。

3 結(jié)論

3)所選育的試驗菌種對F-非常敏感，其耐受F-濃度僅為20 mg·L-1左右；如浸出液中F-濃度較高，這要求在進(jìn)行菌種選育的時候，首先盡可能選育得到對F-具有一定耐受性的原生菌株。結(jié)合后續(xù)的馴化、誘導(dǎo)技術(shù)，對T.f進(jìn)行進(jìn)一步的耐F-馴化，可望使T.f的耐F-濃度得到較大幅度提高。

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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

國家自然科學(xué)基金項目資助(編號:51154003);礦業(yè)工程湖南省重點學(xué)科資助

王清良(1969-)，男，湖南寧鄉(xiāng)人，博士研究生，主要從事微生物浸礦技術(shù)和溶浸采鈾技術(shù)研究,E-mail:nhwql@sina.com。

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1004-4051(2015)06-0116-04