我国是硫化矿消费大国,随着全球硫化矿资源的日益枯竭,二次利用多金属硫化矿尾矿,是保障我国矿产资源供应安全的必然选择。多金属硫化矿尾矿中重金属和还原态硫化物含量高,在有水和空气的条件下极易被氧化而产生大量重金属离子和硫酸等物质。溶出的重金属容易发生迁移和转化,污染矿冶区周边土壤和水体,潜在环境风险巨大。与传统物理化学方法相比,生物浸出技术具有回收有价金属、降低尾矿环境毒性、反应温和环境友好的优点。本论文以粤北某铅锌矿选厂的铅锌硫化矿尾矿为研究对象,选用氧化活性较高的嗜酸铁硫氧化菌作为浸矿微生物,依据代谢特征互补的原则,对细菌进行人工组合后浸出铅锌硫化矿尾矿,深入探讨不同组合的微生物浸出机制,阐明生物浸出对降低尾矿环境毒性的作用。首先,将具有单一代谢功能的铁氧化菌Leptospirillum ferriphilum(L.ferriphilum)和硫氧化菌Acidithiobacillus thiooxidans(A.thiooxidans)进行复配,浸出铅锌硫化矿尾矿,考察不同初始接种比例的混合菌对铅锌硫化矿尾矿浸出的影响。结果表明:L.ferriphilum和A.thiooxidans在混合菌中的比例对浸出效率无显著影响,更值得注意的是,混合菌浸出效率与L.ferriphilum单菌无明显差异,20天锌浸出率约为94.5%。分析其原因发现,A.thiooxidans不能直接氧化铅锌硫化矿中的硫化矿物,需要L.ferriphilum或氧化剂先把硫化矿物中金属和硫之间的化学键打开,导致混合菌中L.ferriphilum起主导作用,而且阻碍铁氧化菌浸出的元素硫膜和黄钾铁矾类物质并未大量生成,未阻断L.ferriphilum对矿物的氧化作用。因此,只考虑微生物的代谢特征,组合铁氧化菌和硫氧化菌共同浸出铅锌硫化矿尾矿时并不一定显著提高浸出效率。为提高浸出效率,将具有亚铁和还原态硫双重代谢功能的铁/硫氧化菌Acidithiobacillus ferrooxidans(A.ferrooxidans)和Sulfobacillus thermosulfidooxidans(S.thermosulfidooxidans)进行复配,共同浸出铅锌硫化矿尾矿。结果表明浸矿效果优于L.ferriphilum和A.thiooxidans混合菌,达到94.5%锌浸出率仅需15天,生物浸出周期缩短了25%,最终锌浸出率为96.4%。与本团队前期土著菌A.ferrooxidans浸出过程相比,达到相同锌浸出率的时间缩短了64%,显著提高了浸出效率。微生物群落分析表明,在混合菌浸出过程中,两种菌在浸出过程中含量均未低于15%,浸出早期亚铁氧化能力强的A.ferrooxidans是优势菌,后期对硫氧化能力强的S.thermosulfidooxidans则占据优势地位,两种微生物菌发挥了氧化功能,共同浸出铅锌硫化矿。利用三维荧光光谱(Three-dimensional excitation-emission matrix,简称3DEEM)分析微生物介导生成的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,简称EPS)的特征变化,结果表明EPS的特征变化与微生物生理特性变化具有相关性。EPS中多糖含量越高,表示微生物具有更强的氧化活性,有利于生物浸出。最后,通过尾矿的重金属形态、浸出毒性以及生态风险分析,评价生物浸出对铅锌硫化矿尾矿毒性的影响。结果表明:铅锌硫化矿尾矿属于危险废物,生物氧化作用能促进酸可交换态和易还原态的重金属优先浸出或向可氧化态和残渣态转变,从而有效降低了尾矿的浸出毒性。实验证实,通过生物浸出,可以有效缓解尾矿对环境的潜在生态风险。本论文将不同代谢功能的微生物人工复配浸出铅锌硫化矿尾矿,提高浸出率的同时,显著缩短了生物浸出周期,为推动多金属硫化矿尾矿的二次利用提供了技术支撑。将具有不同代谢功能的铁硫氧化菌复配浸出时,应优先选择具有双重代谢功能的微生物,使生物浸出的各个阶段均存在亚铁和硫的代谢功能;同时在浸出前期加大亚铁氧化能力强的细菌在菌群中的比例,浸出后期加大硫氧化能力强的细菌在菌群中的比例,将可有效提高多金属硫化矿尾矿的生物浸出效率。