浸鈾異養(yǎng)微生物的篩選及黑曲霉浸鈾機(jī)理研究

浸鈾異養(yǎng)微生物的篩選及黑曲霉浸鈾機(jī)理研究異養(yǎng)微生物是一類以有機(jī)物為能源的微生物，它們在生長代謝過程中能產(chǎn)生檸檬酸、草酸、乙酸、蘋果酸、乳酸、琥珀酸、葡萄糖酸等多種有機(jī)酸，這些有機(jī)酸能被用來浸出氧化礦、硫化礦和高耗酸的礦石。由于異養(yǎng)微生物能利用工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物作為能量來源，并且浸出的pH值較高，產(chǎn)生的有機(jī)酸可以被自然界中的微生物分解，對環(huán)境的影響小，更適應(yīng)目前資源短缺、企業(yè)環(huán)保壓力不斷增大的現(xiàn)狀，因此，對浸礦異養(yǎng)菌的研究日益受到重視。但是，目前可供研究的菌種較少，且對其浸出機(jī)理的認(rèn)識還不深入，尤其是對異養(yǎng)微生物浸出鈾礦石還少有研究，這妨礙了異養(yǎng)微生物浸鈾技術(shù)的發(fā)展。本論文首先運(yùn)用多種培養(yǎng)基進(jìn)行了浸礦異養(yǎng)微生物的分離和純化，獲得了43株具有產(chǎn)酸和產(chǎn)堿性能的異養(yǎng)微生物，并對其浸鈾性能開展了研究，篩選出浸鈾效果較好的真菌、產(chǎn)酸細(xì)菌和具有浸鈾性能的產(chǎn)堿細(xì)菌共5株。運(yùn)用生理生化鑒定技術(shù)和核糖體DNA鑒定技術(shù)對這5株微生物進(jìn)行了鑒定，對其生長特性進(jìn)行了研究。運(yùn)用分析純有機(jī)酸開展了鈾礦石的浸出研究，了解了有機(jī)酸的配比和濃度與鈾浸出率之間的關(guān)系，為優(yōu)化真菌的培養(yǎng)條件、提高鈾浸出率提供了參考。開展了黑曲霉浸鈾機(jī)理研究，運(yùn)用微觀和宏觀分析技術(shù)研究了黑曲霉菌絲體及其產(chǎn)生的有機(jī)酸浸出鈾礦石的機(jī)理。運(yùn)用離子交換技術(shù)對有機(jī)酸-鈾絡(luò)合物的回收進(jìn)行了初步研究。論文的具體研究內(nèi)容和結(jié)果可概括為以下幾個(gè)方面：一、異養(yǎng)微生物的分離和純化和浸鈾性能研究運(yùn)用PSA等多種培養(yǎng)基，采用富集、平板分離、單克隆培養(yǎng)的方法分離、純化得到了43株具有產(chǎn)酸或產(chǎn)堿能力的異養(yǎng)微生物，其中，產(chǎn)酸霉菌23株，產(chǎn)酸酵母樣菌16株，產(chǎn)酸細(xì)菌2株，產(chǎn)堿細(xì)菌2株。運(yùn)用分離得到的43株異養(yǎng)微生物開展了鈾礦石浸出研究，這些菌株均有一定的浸鈾能力。培養(yǎng)基種類的不同會(huì)影響其浸鈾效果，PSA培養(yǎng)基對浸出最有利。H1和Q5這兩株真菌的鈾浸出率均最高，在PSA培養(yǎng)基中，二者的浸出率分別為66.75%和54.41%。產(chǎn)酸細(xì)菌SJ9和SJ10在PSA培養(yǎng)基中的鈾浸出率分別為46.35%和33.27%。酵母菌J5在PSA培養(yǎng)基中的鈾浸出率為49.05%。產(chǎn)堿菌JLI和JR11在營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中的鈾浸出率要高于其在LB培養(yǎng)基中的鈾浸出率，JL1在營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中獲得最高浸出率為27.68%。二、浸鈾異養(yǎng)微生物的鑒定及生長特性研究運(yùn)用生理、生化技術(shù)和核糖體DNA測序技術(shù)對選取的5株浸鈾異養(yǎng)微生物進(jìn)行了鑒定。菌種JR11號為Staphylococcussciuri（松鼠葡萄球菌）；菌種SJ9號為Sphingobacteriummμltivorum（多食鞘氨醇桿菌）；菌種JL1號為Brevundimonasdimimuta（缺陷短波單胞菌）；菌種H1號為Aspergillusniger（黑曲霉）；菌種Q5為Penicilliumfunicμlosum（繩狀青霉）。研究了培養(yǎng)基的種類、初始pH值、培養(yǎng)溫度、接種量對上述5株浸鈾異養(yǎng)微生物的生長及產(chǎn)生有機(jī)酸的影響。PSA培養(yǎng)基、PCS培養(yǎng)基、DOX培養(yǎng)基（pH=6.5）、DOX+玉米漿培養(yǎng)基（自然pH值）、DOX+玉米漿培養(yǎng)基（pH=6.5）適合用于黑曲霉和繩狀青霉的產(chǎn)有機(jī)酸培養(yǎng)；發(fā)酵新培養(yǎng)基、DOX培養(yǎng)基（自然pH值）、DOX培養(yǎng)基（pH=6.5）、DOX+玉米漿培養(yǎng)基（自然pH值）、DOX+玉米漿培養(yǎng)基（pH=6.5）和葡萄糖培養(yǎng)基均適合用于多食鞘氨醇桿菌的產(chǎn)有機(jī)酸培養(yǎng)；培養(yǎng)溫度的變化會(huì)對黑曲霉、繩狀青霉和多食鞘氨醇桿菌產(chǎn)有機(jī)酸的能力造成一定的影響，25℃的培養(yǎng)溫度最有利于有機(jī)酸的產(chǎn)生。影響有機(jī)酸產(chǎn)生的最主要的因素是培養(yǎng)基的種類。黑曲霉的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為7.0，培養(yǎng)溫度為37℃，接種量為0.1%（孢子懸液OD600值為1.0）；繩狀青霉的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為3.0，培養(yǎng)溫度為28℃，接種量為0.1%（孢子懸液OD600值為1.0）；多食鞘氨醇桿菌的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為7.0，培養(yǎng)溫度為28℃，接種量為1.5%（母液OD600值為1.0）；松鼠葡萄球菌的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為8.0或9.0，培養(yǎng)溫度為30℃，接種量為1.5%（母液OD600值為1.0）；缺陷短波單胞菌的最佳生長條件為：培養(yǎng)基的初始pH值為7.0，培養(yǎng)溫度為30℃，接種量為2.5%（母液OD600值為1.0）。5株浸鈾異養(yǎng)微生物的最佳生長溫度均與其浸鈾的最佳溫度不一致。三、有機(jī)酸的配比和鈾浸出率關(guān)系研究混合有機(jī)酸由于組成和含量的不同會(huì)對鈾浸出率造成較大的影響，有機(jī)酸濃度大、種類多有利于鈾浸出率的提高，合理搭配有機(jī)酸有助于降低酸耗和提高鈾浸出率。草酸和檸檬酸是浸出過程中起主要作用的有機(jī)酸。四、黑曲霉浸鈾機(jī)理研究采用黑曲霉代謝產(chǎn)物浸出更為有利，而獲得最佳浸鈾效果的黑曲霉代謝產(chǎn)物的培養(yǎng)溫度為25℃，培養(yǎng)物的pH值為2.3，在此條件下獲得的黑曲霉代謝產(chǎn)物的鈾浸出率達(dá)83.09%。浸出率的差異主要由有機(jī)酸的配比不同造成的，而影響黑曲霉產(chǎn)生的有機(jī)酸的配比的主要因素是培養(yǎng)基的種類、培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)物的pH值。黑曲霉的最佳浸出溫度并不是其最適生長溫度。鈾礦石的存在會(huì)抑制黑曲霉產(chǎn)生有機(jī)酸，從而導(dǎo)致浸出率降低。黑曲霉浸出鈾礦石的主要機(jī)制有以下三方面：1、菌絲對礦石的機(jī)械作用力造成礦石的晶體層面結(jié)構(gòu)破壞和礦石的結(jié)晶度降低；2、菌絲胞外產(chǎn)物的絡(luò)合作用；3、有機(jī)酸的絡(luò)合作用。五、鈾礦石柱浸實(shí)驗(yàn)及浸出液中鈾的回收研究黑曲霉代謝產(chǎn)物和硫酸為浸出劑的鈾浸出率分別為81.76%和83.90%，浸出時(shí)間分別為14d和15d，總液固比分別為1.4:1和1.5:1。浸出過程中，黑