铝土矿微生物预脱硅过程及机理研究

铝土矿微生物预脱硅菌种主要为硅酸盐细菌，筛选不同来源的硅酸盐细菌数株，并对它们进行驯化、诱变获得数株新菌种，通过对这些菌种的生物信息学研究和基本浸矿试验，筛选出高效专属的铝土矿浸矿菌种。利用这些菌种，研究它们在不同发酵培养基中分泌的各种代谢产物及其对铝土矿中硅、铝的浸溶作用。研究各菌种及菌种组合情况下，在不同浸出方式下对铝土矿的浸出效果及其浸矿影响因素，得出菌种浸矿的最佳工艺和最优培养条件。项目重点研究不同类型菌种组合作用下，铝土矿微生物浸出过程中矿物表面和浸出液中铝、硅及主要杂质元素的化学形态变化、工艺矿物学特征、微生物种群及环境因素的影响，目的在于探明微生物种群作用规律、矿物形态转化与环境因素之间的关系，揭示铝土矿微生物浸出过程中矿物形成与转化机理。

通过物理化学诱变，从定向筛选的28株具有一定脱硅能力的野生与7株购买的标准（模式）菌种中获得了 5株高效脱硅菌种，其生物信息研究表明，具有较高产酸与产胞外聚合物能力的菌种具有较高的溶硅性能。不同矿物能源富集培养菌的表面零电点会向培养基中矿物表面零电点靠近，菌种在不同矿物培养环境中可以产生特定元素的诱导酶系，因此，应选择相应的矿物培养菌或者混合菌种对铝土矿进行生物浸出。细菌代谢特性研究表明：硅酸盐细菌中多黏类胶质芽孢杆菌的溶硅效果较好，原因是该类细菌可以代谢产生更多的各种小分子有机酸、氨基酸与胞外多聚物。不同结构的硅酸盐矿物可以不同程度的刺激与促进该类细菌产代谢产物量与种类的能力。各种代谢产物均对硅酸盐矿物具有一定的风化分解作用，其中多糖对矿物的分解作用最强，与各代谢产物相比，混合代谢产物对矿物具有更强的风化作用，但均远低于活细菌的溶硅效率，表明细菌脱硅是细菌各种生命活动因素综合作用的结果。通过物理与化学诱变育种，可以显著提高菌种的生长代谢能力与浸矿性能。各诱变菌株浸出液中SiO2的质量浓度分别比出发菌株提高了20%~40%，且达到浸出终点的时间提前了2~5天。生物浸矿机理研究表明：铝土矿微生物脱硅由细菌分化分解作用与生物浮选作用两部分组成。多种矿物同时存在的情况下，细菌对不同晶体结构的硅酸盐矿物的分解有一定的选择性，对较易分解的矿物破坏作用较快。浸矿过程中，生物膜的形成可以促进铝土矿细菌溶硅，Al2O3 沉淀所形成的钝化膜对Al与Si的溶出有明显的抑制作用。铝土矿中K、Fe、Si 的溶出主要受细菌的间接作用的影响；Al 的溶出主要受直接作用的影响。不同菌种在浸矿过程中具有一定的协同效应，在铝土矿混合菌浸出前期，没有明显的优势菌种，而到中后期，Bacillus mucilaginosus 的比例则会上升，并最后取代Bacillus circulans 和Rhizobium spp. 成为优势菌种。浸出工艺研究表明：与摇瓶及搅拌浸出工艺相比，连续浸出工艺可以缩短浸矿周期并有较高的硅浸出率（70%）；浸矿过程中硅、铝分别以不溶性的氧化物或晶体矿物的形态与可溶性的无机物或有机络合物形态存在于浸出液中。根据项目研究结果，发表学术论文 18 篇。其中，SCI/EI核心源期刊上发表学术论文7篇（EI收录6篇）；CSCD核心源期刊上发表学术论文6篇；国际学术会议上EI收录论文5篇。