一、概述 运用微生物和相关的胞外生物聚合体从方铅矿与闪锌矿或黄铁矿的二元混合物中选择性别离方铅矿已有文献报导。本研讨所用Paenibacillus poly-myxa菌(多黏芽胞杆菌,缩写为P.polymyxa菌)为革兰氏阳性细菌,嗜中性,周边生有鞭毛状异养生物,在许多矿床中生计。在P.polymyxa菌代谢的首要产品中除含有首要的生物聚合物,如胞外多糖和蛋白质之外,还含有有机酸,如草酸、和乙酸。 除要对用生物来历的聚合物微生物诱导分选黄铜矿和方铅矿进行研讨外,了解生物体自身对分选进程的影响也是需求的。已对细菌特效的亲合力和生物聚合物对附着行为的调整进行了研讨。但是,依然需求了解在矿藏和细菌界面上存在的生物聚合物以及其在附着进程中所起的效果。本文将断定黄铜矿和方铅矿对胞外生物聚合物,如胞外蛋白质(EBP)和胞外多糖(ECP)的亲合力。还研讨了与可浮性相关的表面疏水性与生物药剂吸附的改变联系。 二、质料和实验办法 (一)矿藏 样品收集自印度Indscer Fabriks的Almin-Rock,经过手选得到的高纯度黄铜矿和方铅矿样品。运用化学分析、X射线分析和矿藏学分析来断定样品的纯度。黄铜矿和方铅矿样品纯度别离为99.8%和99.7%。用瓷球磨机将上述样品细磨,再筛分红-105+74μm和-37μm粒级。-37μm粒级进一步球磨,经过沉降得到-5μm粒级。用Malvern Zetasizer粒度分析仪对样品进行粒度分析,其均匀粒度为3~5μm。该粒级用来进行吸赞同絮凝实验。运用BET氮吸附法测定样品的比表面积。经过上述办法得到的黄铜矿的比表面积为1.93m2/g。方铅矿为1.939m3/g。-105+74μm粒级用来进行浮选研讨。 (二)细菌培育 本研讨所用P.polymyxa菌株(编号为NCIM2639)由印度国家化学实验室中的国家工业微生物标本室取得。在实验室运用Bromfield培育基进行培育。运用来保持离子强度,运用硝酸和作为pH调整剂。实验中一切试剂均为分析纯级。实验中运用比电导率 (三)制备无细胞代谢产品 将在4℃下成长彻底的细菌(48h)经SorvallRC-5B型离心机(10000 r/min)离心15 min。倾析出上清液,用无菌的Millipore(孔径o.2μm)过滤除掉一切不可溶物质,一同除掉细菌细胞。细胞球运用二次蒸馏去离子水洗刷,然后再离心。上述进程重复两次,以得到纯洁的细胞球。 (四)从代谢产品中别离出蛋白质 经过48 h培育,取1LP. polymyxa菌培育液进行离心。上清液用Millipore(孔径0.2μm)滤纸过滤。在4℃衡定振动下,缓慢参加分析纯超细颗粒状硫酸按,浓度为90%(600.16g/L)。溶液在4℃下冷却12h。蛋白质沉积物溶解在1mol/L的三羟甲基基盐缓冲剂溶液(pH 7)中。在4℃下渗析18h。离心除掉在渗析时发作的沉积物。上清液冷冻,称重后在4℃下保存。 (五)从代谢产品中别离出胞外多糖(ECP ) 取1L经48h培育液离心除掉细胞。含有ECP的上清液用无菌Millipore膜过滤。然后运用Virtis Freezemobile 12EL冷冻机在-80℃,真空下冻干至200mL。在室温下将脱水的固体物质溶解于10mL蒸馏的millipore高纯水中,并冷却l0℃以下。加人20 mL二次蒸馏的乙醇来沉积ECP,并将它与其它含有细菌的上清液别离出。重复上述乙醇沉积两到三次,然后进一步提纯多糖。该多糖溶液用二次蒸馏水透析。在透析之前,透析管在0.01mol/L EDTA和2%的碳酸氢钠溶液中水浴欢腾10~15min。透析之后,ECP在低温下(4℃)保藏。ECP的纯度选用-硫酸法侧定。 (六)吸附实验 将1g矿藏样品参加到放在250mL Erlenmeyer烧瓶中的已知pH和EBP浓度的100 mL10-3mol/L KNO3溶液中。在30℃和250 r/min下,运用Remi振动器振动15min。平衡之后,再次测定矿浆的pH。然后在200 r/min下离心5min,除掉粘附有EBP的矿藏颗粒。含有EBP的上清液用Whatman 42号滤纸进一步过滤,测定上清液中剩下的EBP浓度。选用相似的办法研讨细菌细胞和ECP在矿藏颗粒上的吸附行为。 (七)絮凝研讨 在絮凝研讨中将1g矿藏样品涣散于装在容积为100 mL的带有刻度的量筒中的100mL二次蒸馏去离子水中。将盖好塞子的量简上下倒置翻转10次,然后静置2min。运用移液管将90ml,上清液移出放入烧杯中。过滤上清液,烘干和称重,得到固体颗粒涣散的质量分数。以pH和时刻为变量进行实验。将含有1g的50 mL矿浆与50 mL蛋白质上清液或已知浓度的ECP加人100 mL带塞子的量筒中进行絮凝实验。在混合之前将矿浆和蛋白质的pH调整至同一数值。选择性絮凝实验用1∶1分量百分数的方铅矿和黄铜矿的二元混合物中进行。含有0.5g的50ml,添矿浆与50mL添细菌上清液一同参加带有刻度的量筒中。混合之前,将矿浆和细胞上清液的调到相同的pH。将带塞子的量筒翻转10次,静置2min(脱泥阶段)。涣散和沉降产品进行ICP光谱分析,以得到每种矿藏在两个产品中的质量分数。 (八)微量浮选实验 在中性pH下,将1g矿藏与100 mL添含有已知浓度EBP、ECP或细菌细胞的二次蒸馏去离子水放在锥形烧瓶中混合。将烧瓶在250 r/min振动器中孵化30min。效果之后将上清液除掉,别离得到矿藏颗粒.沉在底部的矿藏颗粒用Whatman42号滤纸过滤后用二次蒸馏去离子水洗刷,除掉矿藏表面上粘附的EBP,ECP或细胞。将调整后的矿藏转移至改进过的哈里蒙德浮选管中。通40 mL添/min氮气浮选3 min。别离沉降的和浮出的部分,别离烘干并称重。以异丙基黄原酸钾(PIPX)作为捕收剂,以研讨浮选行为。一同研讨了捕收剂和细菌试剂的增加次序对浮选的影响。将1g较度为-105+74μm矿藏(1∶1分量比)悬浮到200 mL添溶液中。浮选之前,将矿藏混合物与不同的细菌效果。用磁力拌和器将矿藏混合样品与已知pH的溶液混合15~20min.然后进行浮选实验研讨。浮出的矿藏用ICP测定,然后核算收回率。 (九)SEM分析 在10000 r/min下离心别离15 min后得到细菌细胞。将细胞球再次悬浮在二次蒸馏去离子水中。用经过氮气的水清洗矿藏颗粒两次.将0.5g矿藏悬浮在50mL添含有氮气的水中(NW)。将上述得到的矿藏颗粒与已知数量的细胞彼此效果。在锥形烧瓶中效果,然后转移至Eppendorf管中,在5000r/min下离心别离。参加5%的,刚好能够浸没矿藏样品,在100 r/min下拌和2h,然后与0.5%再拌和2h。再用35%的乙醇调理矿藏样品。用微量移液管取出0.5 mL添,取一滴放到有盖的玻片上,在干操器中干操15min,然后加一滴(50%)乙醇。干操15min。然后用70%和95%的乙醇重复上述进程。彻底干操后,用浓度依次为35%、50%、70%和95%的进行次序枯燥。将盖玻片保存在枯燥器中,直到进行SEM测验(不该超越12 h)。 三、成果与评论 (一)吸附研讨 首要建立了细菌细胞,EBP和ECP在方铅矿和黄铜矿表面上的吸附行为与效果时刻和pH的改变联系。成果如图1和2所示。图1为细菌细胞在黄铜矿和方铅矿上粘附的扫描电镜相片。由图能够看出,细菌细胞对两种矿藏的亲合力均比较大。经过测定不同组分在矿藏表面上吸附密度随时刻的改变得到了细菌细胞的吸附动力学曲线。在10-3mol/L KNO3,pH6.5~7下调查了吸附行为随时刻的改变。在吸附之前,细胞浓度为4×109个细胞/mL。图2,a标明,效果15 min后细菌细胞在黄铜矿上的吸附密度为1.5×109个细胞/m2,而方铅矿上为1×109个细胞/m2。这标明细菌细胞在矿藏上的吸附并没有选择性。文献标明,细胞壁含有多糖和蛋白质。因而,在EBP初始浓度为4mg/g矿藏时研讨了EBP的吸附行为。图2,a标明,效果15min后EBP在黄铜矿上的吸附密度为3 mg/m2,而方铅矿则低于1 mg/m2。相同在ECP初始浓度为10mg/g时,研讨了ECP的吸附行为。图2,a标明,效果15 min后,超越9 mg/m2ECP吸附在黄铜矿上,而在方铅矿上的吸附量低于8mg/m2。在与两种矿藏效果15min后,ECP便在矿藏表面上饱满。但是,EBP和ECP在黄铜矿和方铅矿上的吸附量没有细菌细胞在这两种矿藏表面上的吸附量那样大。图1 在黄铜矿(a)和方铅矿(b)上的P. polymyxa,菌细胞的SEM相片 图2,b为细菌细胞,EBP和ECP在矿藏上的吸附量随 pH的改变。在一切pH下,细菌细胞在黄银矿上的吸附密度都比在方铅矿上的大。在酸性规模内。黄铜矿上的吸附密度比如铅矿上的高。关于黄铜矿,随pH增加,细菌细胞吸附密度锐减。EBP在黄铜矿上的吸附密度在酸性pH规模内改变均匀,中性规模内为3 mg/m2;而关于方铅矿,在整个pH规模内,吸附量比较均匀,最大吸附密度为1mg/m2。ECP在黄铜矿上的吸附密度在pH为3~8时从4 mg/m2改变到8 mg/m2。关于方铅矿也调查到相似的行为。ECP在黄铜矿和方铅矿上在酸性pH规模内的吸附行为与碱性规模内的吸附行为相似。但是,EBP在酸性和碱性pH规模内涵黄铜矿上的吸附量比在方铅矿上的要大。图2 上图:在pH6.5~7时,P.polymyxa菌的细胞、ECP和EBP在黄铜矿 和方铅矿上的吸附密度随时刻改变(pH6.56.7); 下图:P. polymyxa菌的细胞、ECP和EBP在黄铜矿和方铅~矿上的 吸附密度随pH改变(效果15 min) -细菌细胞+黄铜矿;-细菌细胞+方铅矿;-ECP+黄铜矿; -ECP+方铅矿;-EBP+黄铜矿;-EBP+方铅矿 (二)絮凝实验 断定了不同生物试剂和细菌细胞存鄙人,不一同间和pH时黄铜矿和方铅矿细粒的沉降行为.图3为黄铜矿和方铅矿随时刻改变的沉降行为。图3,a标明在pH为6.5~7时,在效果15min后,黄铜矿从没有细菌细胞时的沉降率30%增加至有细菌细胞时的90%。细菌细胞壁含有多糖和蛋白质。因而,研讨了在有EBP和ECP存在时矿藏的絮凝率随效果时刻的改变。在用EBP效果黄铜矿15min时絮凝率为95%;而有ECP存在时,则只要很少的黄铜矿发作絮凝。细菌细胞和EBP的效果促进很多的细粒黄铜矿絮凝,在只要ECP存在时,细粒黄铜矿的絮凝没有明显改变(图3,b和c)。15 min方铅矿的沉降率从没有细胞存在时的35%增加至有细胞存在时90%。但是,在EBP时,15 min方铅矿的沉降率降至20%以下,而不加任何药剂时的沉降率为30%。方铅矿与ECP效果后15min的絮凝率高于90%,而没有任何试剂时絮凝率为35%。细菌细胞和生物试剂的特效性归因于矿藏与细菌细胞壁上的特效官能团。在别离测验黄铜矿和方铅矿絮凝效果时,每一种矿藏都沉降15 min。与EBP效果时,黄铜矿的沉降速率(15 min内为95%)比如铅矿高沉降率(15min内为20%)高。与ECP彼此效果后,约30%的黄铜矿和高于90%的方铅矿在15 min内发作沉降。矿藏与细菌细胞、EBP和ECP在不同PH下的沉降行为如图4所示。图4,a标明,在没有任何药荆时,90%的黄铜矿在PH3时沉降,而在PH 9时沉降率削减至40%。在pH3~9且有细菌细胞和EBP存在时,大约90%的黄铜矿沉降。方铅矿在没有任何药剂和pH3时的沉降率为55%,pH9时沉降率为35%。图3 黄铜矿和方铅矿在有细菌胞(上)、ESP(中) 和ECP(下)存在时的沉降与沉降时刻的联系 1-黄铜矿;2-方铅矿;3-黄铜矿+细菌细胞;4-方铅矿+细 菌细胞; 5-黄铜矿+EBP;6-方铅矿+EBP;7-黄铜矿+ECP; 8一方铅矿+ECP 图4 黄铜矿和方铅矿在有细菌细胞(上)、EBP(中) 和ECP(下)存在时的沉降与pH的联系 1-黄铜矿;2-方铅矿;3-黄铜矿+细菌细胞;4-方铅矿+细菌细胞; 5-黄铜矿+EBP;6-方铅矿+EBP;7-黄铜矿+ECP;8-方铅矿+ECP 但是,在有细菌细胞存在时,矿粒的沉降率增加。简直90%的方铅矿在与细菌细胞效果后发作沉降。图4,b标明,在没有药荆和pH3时黄桐矿的沉降率为90%,而在pH9时其沉降率下降至40%。在有EBP存在和pH3时,黄铜矿沉降率为92%,pH7沉降率为95%,pH9时沉降率降至65%;而在没有药剂和pH3时方铅矿的沉降率为55%,pH9沉降率为35%。但是,方铅矿在pH3规模沉降率为30%,在pH 9降至20%。这标明方铅矿在有EBP时得到涣散。图4,c标明,在没有任何药剂存在和pH3时黄铜矿的沉降率为90%,pH9时沉降率降至40%.但是,有ECP存在时,黄铜矿的沉降率很小,这标明ECP没有大的影响。没有任何药剂和pH 3时方铅矿的沉降率为55%,pH9时沉降率降至35%。但是,在有ECP存在时,方铅矿絮凝明显增加。在pH 3~9规模内95%以上方铅矿絮凝。 细菌细胞/生物试剂与矿藏构成的絮团是三维圆盘.絮状物的SEM相片标明,细菌细胞与矿藏混合在一同,而且彼此包裹。前期研讨成果标明,细胞表面安排对不同矿藏有特定的亲合力。因而,细菌细胞壁作为矿藏与细菌细胞的桥梁将它们衔接为三维结构.SEM絮团如图5和6所示。由细菌发作的生物试剂(EBP)相同也构成矿藏絮团。