斜方蓝辉铜矿(anilite)是Cu-S体系中的一种,1969年被Morimoto发现,化学式为Cu1.75S或Cu7S4 [Morimoto,1969],2000年在我国被首次报道[薛纪越,2000]。斜方蓝辉铜矿生物浸出的研究至今没有报道。本项目在国家重大基础研究(973)计划项目(2004CB619204)、国家创新研究群体科学基金项目(50621063)的资助下,对斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿的生物浸出及机理进行了研究,主要工作及创新点如下：(1)浸矿细菌的分离鉴定及理化性质分析本文采用双层固体平板分离纯化和鉴定了两种浸矿细菌,嗜酸氧化亚铁硫杆菌和喜温硫杆菌,分别对两种菌的理化性质和重金属离子对其影响进行了研究。嗜酸氧化亚铁硫杆菌可以氧化亚铁和单质硫,最适生长温度为35℃,最适pH为2.0-2.5之间,对Cu2+、Cr3+、Cd2+和Pb2+有较好的抗性。喜温硫杆菌DX-2可以氧化单质硫和硫代硫酸钠,不能氧化亚铁,最适生长温度为45℃,该菌对重金属离子的抗性不如嗜酸氧化亚铁硫杆菌。(2)斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿的生物浸出用嗜酸氧化亚铁硫杆菌和喜温硫杆菌进行了斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿的浸出,考察了四个体系：不加单质硫也不加亚铁体系,添加单质硫体系,添加亚铁体系,既加单质硫又加亚铁体系。在所有体系中,喜温硫杆菌浸出液中铜离子浓度和无菌浸出液的铜离子浓度差别不大,喜温硫杆菌对斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿氧化作用不明显。当喜温硫杆菌和嗜酸氧化亚铁硫杆菌共同作用于矿物时,它能加强嗜酸氧化亚铁硫杆菌对三种矿的浸出。单质硫的加入能提高斜方蓝辉铜矿的浸出率,但不能提高铜蓝和黄铜矿浸出率。亚铁的添加能明显提高斜方蓝辉铜矿铜的浸出,在一定范围内浸出液的铜离子浓度和加入的亚铁浓度呈线性关系,加入亚铁的量越多,铜离子浓度越高；亚铁的加入能提高铜蓝的浸出速率,但不能提高浸出率；亚铁的加入能提高无菌黄铜矿的浸出率,但不能明显提高嗜酸氧化亚铁硫杆菌对黄铜矿的浸出。(3)细菌氧化斜方蓝辉铜矿、铜蓝及黄铜矿的微观机理研究对浸出后的固体残渣进行扫描电镜观察发现,有大量的细菌吸附于斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿表面,且细菌大部分吸附于矿物表面裂隙和晶体缺陷处；斜方蓝辉铜矿和铜蓝表面没有发现腐蚀小坑,黄铜矿表面出现了细菌形状的腐蚀小坑,有细菌吸附的表面变得粗糙,没有细菌吸附的地方仍然较为光滑。在添加硫酸亚铁体系中,斜方蓝辉铜矿不同浸出周期产生浸渣的能谱分析结果表明：在接种嗜酸氧化亚铁硫杆菌的矿物,表面铜元素随着时间增加逐渐减少,元素硫随着浸出时间增加逐渐增加,最后在表面形成了多孔的硫层。对嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出后的斜方蓝辉铜矿矿渣进行X-衍射分析发现,主要成分为黄钾铁矾,含有少量的铜蓝和单质硫。斜方蓝辉铜矿的氧化分为两个步骤：第一是斜方蓝辉铜矿被氧化成铜蓝,第二步是铜蓝进一步被氧化成铜离子。在添加硫酸亚铁体系中,铜蓝不同浸出周期的固体残渣进行扫描电镜和能谱分析结果表明：在接种嗜酸氧化亚铁硫杆菌体系中,矿物表面铜元素随着时间增加逐渐减少,元素硫随着浸出时间增加缓慢增加,但没有形成多孔的硫层。在既不加硫也不加亚铁体系,黄铜矿浸出后固体残渣的能谱分析显示,随着浸出时间的延长,矿物表面Cu原子的重量百分比是逐渐降低,Fe原子的重量百分比逐渐增加, S0在矿物表面积累,逐步形成硫膜。(4)斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿氧化的电化学机理研究采用循环伏安电化学研究方法对斜方蓝辉铜矿、铜蓝和黄铜矿在有菌或无菌酸性体系中的电化学行为进行研究。斜方蓝辉铜矿-碳糊电极在9K电解质溶液的循环伏安曲线表明,在-0.65V和-0.25V左右存在阳极峰A1、A2,在OV和-0.7V左右存在阴极峰C1、C2。当浸矿细菌加入该体系进行循环伏安曲线分析发现,在加菌体系中,阳极峰A1的起始峰电位和峰电位都负移。铜蓝-碳糊电极在9K电解质溶液条件下的循环伏安曲线表明,E=-0.50V、E=-0.15V、E=0.72V附近出现阳极峰A1、A2、A3,负向扫描时在E=-0.55V、E=-0.13V出现了阴极峰C1、C2。辉铜矿是铜蓝氧化的中间产物。浸矿细菌加入9K电解质溶液中,阳极峰A3的峰电流增大。黄铜矿-碳糊电极在9K电解质溶液中的循环伏安曲线表明,在0.072、0.47、1V左右分别出现黄铜矿的阳极氧化峰A3、A2、A1。阴极方向在OV时出现还原峰C1。其中A2是黄铜矿的直接氧化峰,黄铜矿氧化后形成Cu1-xFe1-yS2-z中间产物,对矿物表面继续分解起钝化作用。黄铜矿电极在高电位下形成氧化峰A1,亚铁离子被氧化成铁离子,氧化峰A3为中间产物辉铜矿的氧化峰。还原峰C1可能是阳极氧化反应的产物为反应物的电流峰,单质硫还原形成铜蓝。当扫描速率大时,新增氧化峰A4和还原峰C2,是氧化还原产物积累在矿物电极的表面,来不及扩散,形成峰。