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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。微生物冶金-微生物冶金学院：生命科学学院班级：10生工三班学号：1009030320姓名：邓坤摘要：微生物湿法冶金技术是一门新兴的矿物加工技术,它包括微生物浸出技术和微生物浮选技术。微生物浸出技术始于20世纪50年代,并已在铜、铀贫矿的堆浸及含砷难处理金矿的预处理方面实现了工业化生产应用;微生物浮选技术在20世纪80年代出现,目前尚在实验室研究阶段。由于微生物湿法冶金具有环境危害小和资源利用率高的优点,在资源环境问题日益受重视的今天倍受关注,在矿物加工领域展示了广阔的应用前景。关键词：微生物、湿法冶金正
2、文：一、微生物湿法冶金概述微生物浸矿是指用微生物生长代谢产生的酸性水溶液,将有价金属元素(如铜、铀)等从其矿石中溶解出来,加以回收利用的方法。这些金属矿物一般指低品位矿、复杂矿物、尾矿石等用传统方法难以利用的矿物,是生物、冶金、化学、矿物等多学科交叉技术。二、微生物冶金的研究现状2.1微生物浸取铜硫化矿迄今应用最成功的是铜硫化矿的微生物浸取,世界上第一座铜的生物堆浸工厂于20世纪60年代初期在美国的Kennecott铜业公司建成投产。到20世纪80年代的20多年中,生物氧化一直处于对微生物本身的特性、氧化作用机理、对不同矿物的适应性、对环境生态的影响等方面的研究。20世纪80年代以后,随着对生
3、物氧化过程研究的不断进步、矿物资源品位的逐渐下降、金属材料生产成本的日益提高及人们对生存环境的重视,生物氧化提取金属工艺的优点显现出来。采用生物氧化提取技术可以经济地从低品位铜矿石或废石中回收用其他方法不能回收的铜资源,整个铜材的生产过程中既不产生尾矿,也不产生气体,不污染环境,因而使得铜的生物氧化浸出厂迅速发展。20世纪80年代以来,世界上共有14座铜的生物氧化提取厂投入生产。其中最典型的是智利的QuebradaBlanca矿的生物浸出厂,该厂于1996年建成投产,矿石处理能力17300t/d,年产75000t铜,是目前世界上较大的铜生物氧化生产厂之一,而且是4400m海拔高度上的成功生产,
4、改变了认为高海拔、低温和低氧分压下,不能进行细菌浸出的看法。铜的生物氧化提取属于原生矿物细菌氧化工艺,其成套工艺主要采用生物堆浸浸出、萃取、电积方法,所得产品为阴极铜,纯度可达99.99%以上。目前世界微生物湿法冶金产铜的比例为25%,美国微生物湿法冶金产铜的比例为30%,最大生产规模为30万t/a。我国微生物冶金铜的比例小于2%,生产规模为1万t/a,发展空间和潜力巨大。我国采用微生物氧化浸取硫化铜矿的铜湿法冶金试验厂已形成一定规模,微生物浸出技术成功运用于江西德兴铜矿。目前,在广东大宝山建立了我国第一个生物浸铜中试基地.金川公司是我国镍、钴及其它铂族金属提炼中心,有200多万吨镍金属藏于贫
5、矿之中,另有至少10万t镍和数量可观的铜、钴等金属元素藏于尾矿及大量表外矿中,生物提取技术是利用该资源的有效途径。此外,据报道锑、镉、钴、钼、镍和锌等硫化物的生物浸出试验比较成功。2.2微生物浸取金矿难处理金矿石是指金以细粒浸染状赋存于硫化物、硅酸盐、亚锑酸盐或碲化物中,或由于矿石中存在炭质矿物,不经预处理则不适于直接氰化的矿石。矿石中的金或为物理包裹、或为化学结合,或化学覆盖膜包裹,因而难以被有效地提取,需要进行矿石的氧化预处理。难浸金矿石的氧化预处理在工业上主要有三种方法:焙烧氧化,加压氧化,生物氧化。由于其独有的特点,生物氧化的研究和应用越来越引起人们的重视。2.3微生物浸取稀土矿稀土矿
6、微生物浸取稀土矿微生物浸取存在于稀土矿物的风化过程中,微生物产生的各种无机酸(硝酸和硫酸)和有机酸(如柠檬酸、草酸、葡萄糖酸、甲酸、乙酸、乳酸、丁二酸等)侵蚀岩石,导致矿物发生分解和溶解作用,而且微生物常以生物膜(biofilm)或菌落的形式生长在岩石表面,使之发生风化作用,从而对成矿元素析离、富集。2.4微生物溶磷磷矿溶磷许多微生物可促使磷矿粉溶解。将无效态的矿物磷转化为速效磷和有效磷,如果在天然磷矿粉中接种某些溶磷微生物,则会产生较好的效果。前苏联学者亚历山大洛夫从土壤中分离难分解正长石和磷灰石而释放出磷钾的细菌,称之为硅酸盐细菌，它具有解钾溶磷的功能，可将硅酸盐类矿物中不溶的钾和磷释放出
7、来变成可溶性离子,被植物直接吸收利用。2.5微生物炼铝铝矿脱硅拜尔法生产氧化铝要求铝土矿具有高的铝硅比和较低的铁钙杂质含量等,需要对铝土矿进行降硅除杂。“硅酸盐”细菌可将矿物中的硅溶解释放出来,可利用它除去矿物中的硅杂质进行微生物选矿,使低品位铝土矿质量提高适于拜尔法工艺,某些劣质铝土矿及含铝硅酸盐矿物亦可成为炼铝资源,同时生物浸出最大限度地满足于环保要求。研究表明,B.mucilaginossusLv12对铝土矿中的主要杂质伊利石有明显的脱硅作用。“硅酸盐”细菌大都是典型的异养菌微生物,代表性微生物有环状芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌及黑曲霉菌等。通过综合利用各种诱变剂(如紫外线、乙撑
8、亚胺、亚硝基肌等)发生突变,突变体对矿物的溶解能力得到加强,在生长过程中能释放出有机酸的异养微生物的生物降解,这些酸对岩石和矿物有侵蚀作用,可以从矿石中浸出硅、铁、镍、钙等。三、发展趋势与展望(1)对浸矿微生物生长条件的研究有必要更加广泛深入地进行。主要原因在于矿石性质的千差万别,这与众多行业以标准的原料、同一条件、在同一机器上生产出同样的产品不一样。不同的矿石性质,必然要求进行针对性的研究。通过考察相关因素对细菌生长量及细菌活性的影响,从而得到浸矿细菌的最佳生长条件。(2)采用多种手段选育浸矿微生物,是微生物浸矿技术的重要发展方向。包括借助于已经取得巨大进展的分子生物学手段改良浸矿微生物种群
9、,提高其生长和氧化矿石的速度。针对氧化亚铁硫杆菌以及其他可浸矿细菌,选择合适的克隆载体、合适的筛选标记以及将DNA导入细胞的有效方法等,均是具有意义的基础工作。通过将外源基因导入浸矿微生物,改良其现有性状或者增加新的性状,或者将浸矿微生物的特有基因导入生长速度快、耐高温的菌种,将有可能产生出新的高效菌株。(3)采用极度嗜热菌浸出铜硫化矿,可以提高铜浸出速率,缩短浸出时间。高温浸矿微生物的研究显示了改善浸出动力学性能的前景,有可能避免常规微生物浸出的不足之处,比如反应时间长,微生物耐热性较差,易受重金属的干扰等。但是目前极度嗜热菌的研究以金矿为对象尚少。因此筛选适用的嗜热菌,采用其浸出难处理金矿
10、,对于难处理金矿微生物浸矿技术的发展,必将具有重要的推动作用。(4)过去数十年的经验表明,目前广泛采用的微生物浸矿反应器存在着局限性。这主要在于自身结构和操作模式的缺陷,造成氧的传质系数低和搅动矿浆的高剪切力以及放大的准确性低。高的氧的传质速率、有效而柔和的混合、低停留时间和低单位能耗受到越来越多的注意。在较好的微生物浸矿反应器中,高效的浸出反应与细菌的较高生长速度有关。基础理论包括传热、传质、动量传输、细菌的生长动力学以及浸出动力学方面的深入研究将有助于推出高效的浸出反应器。值得注意的是,国内在微生物浸矿反应器的自主设计方面尚属空白,此状况应该而且必须改变,以便适应我国微生物浸矿的发展需要。
11、(5)微生物浸出已经展现了蓬勃发展的前景,国内外已经具有一定的实践经验。根据我国矿产资源贫细杂的特点,为了缓解矿物加工业目前受到的“经济能源环境”三角的严酷扼制,有必要加大中间试验的力度,加快具体矿石的微生物浸出技术工程化进程,提高我国难选冶金矿资源的利用水平。四、结语21世纪是生物技术的世纪，生物技术的发展与进步必将影响人类活动的各个领域，对冶金自然会有进一步的渗透和影响。生物冶金技术为人类解决当今世界所面临的矿产资源和环境保护等诸多重大问题提供了有力的手段，显示出难以估计的巨大潜力。参考文献1李红桂等.湿法冶金学.长沙：中南大学出版社，2002.2陈家镛，杨守志，柯家骏，毛铭华等湿法冶金的研究与发展北京：冶金工业出版社，19983陈家镛.湿法冶金手册.北京：冶金工业出版社，2005.4马荣骏.湿法冶金新进展.长沙：中南工业大学出版社，1996.5马荣骏.湿法冶金新研究.长沙：湖南科技出版社，1999.6杨显万，邱定蕃湿法冶金北京：冶金工业出版社，2001-