浸矿微生物氟抑制机理及铁的竞争络合作用

李想^1,2，温建康¹，莫晓兰¹，武彪¹，尚鹤¹，武名麟¹，王淀佐¹，杨洪英²

1. 北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室2. 东北大学冶金学院

摘 要：含氟矿石中生物浸出技术推广应用存在瓶颈,究其原因在于伴随含氟脉石矿物溶解,氟对浸矿微生物有较强的抑制作用.本研究利用氟的水化学特性,通过添加可形成稳定络合物的物质来转换F离子存在形态,进而使浸矿微生物可以耐受高氟环境.本文系统研究了氟对细菌的抑制机理,明确了氟的真实毒性形态HF,发现了氟对细菌存在跨膜抑制作用,氟胁迫条件下,干细胞内氟离子质量分数明显高于无氟对照组达到18%以上.选择在生物冶金体系中常见Fe³⁺做为研究对象,研究了Fe³⁺对F-的络合解毒作用,热力学分析结果可知,Fe³⁺可以与HF发生一级竞争络合反应,破坏HF络合结构.在铁离子存在条件下,细菌最高可以耐受F-质量浓度1.0 g·L-1的环境下生长.铁氟络合形态分析可知,只有当培养基中Fe³⁺质量浓度5倍过量于F-质量浓度,细菌才能正常生长,对应的FeF²⁺在氟化物中质量分数达45%时,而游离氟离子浓度为2.87×10-5mol·L-1.络合机理实验结果表明,根据配位化学原理,随着F-/Fe³⁺浓度比的减小,配体浓度相对较低,氟与铁的络合物向低配位方向移动,可以通过调整培养基中的氟铁浓度比来调整氟铁络合产物,使细菌在高氟环境中生长成为可能.

关键词：氟抑制机理;铁;竞争络合;热力学;络合物形态控制;