粉煤灰是煤炭燃烧产生的微细颗粒物。其中Si O₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Ca O、Mg O、Na₂O、K₂O等氧化物和痕量重金属以及种类丰富的稀有元素多以晶态或非晶态硅酸盐形式存在于粉煤灰中。硅酸盐细菌是土壤中可分解硅酸盐矿物并释放其中元素的一类微生物的总称,其中最具有代表性的是芽孢杆菌属。应用硅酸盐细菌对含有大量硅酸盐化合物的粉煤灰进行浸出具有节能环保、工艺简单、成本可控的优点;矿浆中的硅经分离提纯可作为制作芯片、水玻璃、硅胶等的原料,同时提升浸渣中有价元素的品位;浸渣因其疏松多孔还可作为吸附材料加以二次利用。本研究从土壤中分离筛选出一株具有粉煤灰脱硅能力的菌株,通过生物学方法鉴定为解淀粉芽孢杆菌,命名为ZGW-12,并应用ZGW-12对粉煤灰进行生物浸出。研究菌种生长和粉煤灰浸矿脱硅实验条件。实验确定培养基最适碳源和氮源分别为蔗糖和硝酸钠;菌种培养最佳条件为:p H为7.2的培养基中接菌5 m L,保持30℃恒温并在125 r/min条件下培养4 d达到生长稳定期;粉煤灰脱硅最佳条件为:7.5%浓度的无菌矿浆100 m L中接菌5 m L,在30℃和150 r/min的条件下摇瓶浸出。实验发现菌种适宜在中性或弱碱性环境中生长,并对培养环境有一定调节作用,使培养基p H趋于中性,粉煤灰的添加会促进菌种分泌更多酸性物质;此外粒度对浸出有较大影响,粒度小于75μm的粉煤灰脱硅效果较好。应用XRD、HPLC、SEM-EDS和FTIR等对菌液、粉煤灰矿浆和浸渣检测分析,研究ZGW-12对粉煤灰的浸出机理。将粉煤灰在实验优化条件下浸矿31 d,测定矿浆中Si²⁺、Al³⁺浓度分别可达306 mg/L和0.5 mg/L,表明菌种对粉煤灰中硅元素具有选择性浸出作用。生物浸出过程中矿样表面吸附大量细菌;浸出后矿样表面发生明显溶蚀,Si-O发生断裂使得Si、Al含量占比分别从25%和20.53%变为22.93%和21.81%;但硅酸盐晶体化合物的X射线衍射峰未发生明显改变,所以在浸矿过程中发生溶解的主要成分为粉煤灰中的无定型非晶态化合物。检测菌液和矿浆中的有机酸和氨基酸,发现矿浆中酸性产物的含量远高于菌液;筛选种类和含量变化较明显的有机酸和酸性氨基酸对粉煤灰进行单因素浸出实验,结果表明有机酸的浸出效果优于酸性氨基酸,且有机酸浸出能力由强到弱依次为柠檬酸>乳酸>丁二酸>乙酸>富马酸。解淀粉芽孢杆菌ZGW-12在对粉煤灰的浸出实验中存在细胞直接吸附和代谢产物间接浸出两种作用机制。细菌在矿浆中会吸附于粉煤灰颗粒表面并通过分泌多糖和生物酶等物质强化吸附;细菌生长和代谢产生的酸性代谢物因矿物颗粒对细胞膜通透性的改变而排出胞外,与矿样中无定型非晶态成分发生酸解作用,并选择性与Si²⁺形成可溶性络合物,从而实现菌种脱硅提铝的浸出效果。