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1、微生物冶金微生物冶金MicrobiohydrometallurgyMicrobiohydrometallurgy一一 微生物冶金的定义和分类微生物冶金的定义和分类n微生物冶金是指以细菌为主体的微生物技术应用于矿产资源的提取冶金，在相关微生物存在时，由于微生物的催化氧化作用，将矿物中有价金属以离子形式溶解到浸出液中加以回收，或将矿物中有害元素溶解并除去的方法。n微生物冶金包括生物浸出、生物吸附、生物选矿和富集、废弃物生物重整等4个方面。应用于微生物冶金的微生物包括细菌、真菌、藻类和霉菌等。细菌是其中研究最深入、应用最广泛的一类微生物。二二 生物与冶金关系生物与冶金关系 在生物六界中，除病毒外，其
2、他五界均能在不同程度上从自然界提取或富集金属的作用。微生物在冶金过程中的作用：1)微生物浸出；2)微生物氧化；3)微生物吸附与积累；Microbiohydrometallurgy 浸矿微生物主要有：氧化铁硫杆菌氧化铁硫杆菌 氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌硫化芽孢杆菌硫化芽孢杆菌氧化铁杆菌氧化铁杆菌高温嗜酸古细菌高温嗜酸古细菌微螺球菌属微螺球菌属三三 微生物湿法冶金的意义微生物湿法冶金的意义 我国是一个有色金属矿产资源储量大国,同时也是消费大国。经过半个多世纪的生产消耗,易采易选冶矿已为数不多。现有的常规物理、化学选冶方法由于回收率低、资源损耗大、生产成本高和对环境污染严重等问题已不适应社会经济可持续
3、发展要求。在此情况下,微生物在矿物分离方面的作用逐渐引起人们的重视,它既可用于矿物的就地浸出,也可用于工厂矿物处理、废水废渣处理。并且微生物浸矿具有生产成本低、投资少、工艺流程短、设备简单、环境友好、能处理复杂多金属矿物等优点,因此细菌浸矿的广泛应用,将引起传统矿物加工产业的重大变革,为人类、资源与环境的可持续发展开辟广阔的前景。生物冶金是指在相关微生物存在时,由于微生物的催化氧化作用,将矿物中有价金属以离子形式溶解到浸出液中加以回收,或将矿物中有害元素溶解并除去的方法。许多微生物可以通过多种途径对矿物作用,将矿物中的有价元素转化为溶液中的离子。利用微生物的这种性质,结合湿法冶金等相关工艺,形
4、成了生物冶金技术。n生物冶金技术，又称生物浸出技术，通常指矿石的细菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物进行。这些微生物被称作适温细菌，大约有0.52.0微米长、0.5微米宽，只能在显微镜下看到，靠无机物生存，对生命无害。这些细菌靠黄铁矿、砷黄铁矿和其他金属硫化物如黄铜矿和铜铀云母为生。四生物冶金优缺点四生物冶金优缺点（一）、（一）、生物冶金的主要优点有生物冶金的主要优点有：1）提高金和贱金属的回收率；2）从商业角度证实下游技术如溶剂萃娶电积法可用于经生物技术处理过的溶液现物生产贱金属；3）生产过程的简单化降低了前期投入和运营费用，缩短了建设时间，维修简单方便；4）生产在常压和室温（约为25摄
5、氏度）条件下进行，不用冷却设备，节约了投资和运营资本；5）生物浸出的废弃物为环境所接受，节约了处理废弃物的成本，生物浸出的废弃物的预防措施也很少；6）细菌易于培养，可承受生产条件的变化，对水的要求也很低，每百万水溶液中可溶解固体物2万份。（二）生物冶金的主要缺点是：二）生物冶金的主要缺点是：1）罐浸出的时间通常为46天，堆浸的时间通常为200300天，与焙烧和高压氧化的几小时相比，时间较长；2）难以处理碱性矿床和碳酸盐型矿床。五五 微生物湿法冶金的历史沿革及前景展望微生物湿法冶金的历史沿革及前景展望微生物冶金是即古老又年轻公元前600多年的山海经就有记载。但人们对其有本质上的认识从1954年开
6、始，1955年申请了生物堆浸的专利。Microbiohydrometallurgy 生物湿法冶金是二十年来冶金领域十分活跃的学科之一。与传统氧化工艺相比，生物氧化工艺其成本低，无污染，对低品位难处理的硫化矿矿产资源的有效开发利用有着广阔的工业应用前景。相信在不远的将来，生物湿法冶金一定会得到更加广泛的应用。目前生物浸出技术主要应用于低品位矿物资源的再利用并取得了很好的效果,但在浸出速度,工艺优化,开发新菌种,研发反应设备等方面仍有巨大的发展潜力。另外,若能将生物浸出技术进一步应用于冶金、材料、化工等行业排放的大量工业有害废物如铬渣、砷碱渣等的治理,则可极大地拓展其应用范围,并给工业固体废弃物的
7、处理提供很好的途径。七七 微生物湿法冶金的进展微生物湿法冶金的进展n1947年,美国Colmer和 Hinkle从矿山酸性坑水中分离鉴定出氧化亚铁硫杆菌,并证实了微生物在浸出矿石中的生物化学作用。细菌浸出在冶金工业上获得成功应用主要是3种金属的回收:铜、铀、金。n自1958年美国利用微生物浸铜和1966 年加拿大利用微生物浸铀的研究及工业化应用成功之后,已有30多个国家开展了微生物在矿冶工程中的应用研究工作。而且继铜、铀、金的微生物湿法提取实现工业化生产之后,钴、锌、镍、锰的微生物湿法提取也正由实验室研究向工业化生产过渡。n我国微生物浸矿技术方面的研究是从 20 世纪 60 年代末开始的,已先
8、后在铀、铜等金属的生产应用中取得成功。Microbiohydrometallurgy(一）细菌浸铜n迄今为止,利用微生物技术处理的铜矿石都是一些硫化矿。在微生物的作用下,矿石中的铜硫化物首先被氧化溶解 出来,同时生成一些氧化能力较强的物质,如H2SO4,Fe2(SO4)3等,它们可以氧化其他铜硫化物或铜氧化物。n美国在细菌氧化堆浸处理铜矿方面起步较早,开展了多方面的研究,技术也比较成熟,1994 年采用此法生产的铜价值已超过3.5亿美元。n从世界上第1座铜的微生物堆浸工厂于 1950 年在美国的 Kennecott 铜业公司建成投产,到 20 世纪 80 年代,世界上 共有14座(我国 2 座
9、)铜的微生物氧化提取厂投入生产。（二）细菌浸铀n在大多数铀矿石当中,都存在一些金属硫化矿,比较常见的有黄铁矿（FeS2）。黄铁矿为浸矿细菌提供了能源,矿石受浸矿细菌的浸蚀作用,生成 FeSO4和 H2SO4。FeSO4在细菌作用下,很快被氧化为 Fe2(SO4)3，而很好的氧化剂,又可以氧化黄铁矿:FeS2+Fe2(SO4)3=3FeSO4+2S反应生成的元素硫也是细菌的能源,受细菌氧化生成H2SO4,在 H2SO4和 Fe2(SO4)3存在的条件下,铀矿物被溶解 出来,反应如下:UO2+Fe2(SO4)3=UO2SO4+2FeSO4（三）细菌浸铀的发展1965 年葡萄牙堆浸年产U3O8 45
10、 t,加拿大井下细菌回收8387.6 t/a,法国井下和堆浸回收的U3O8 在40 t/a左右。经过20年的发展,加拿大生物铀的年产量已达 420 t 之多。法国也有一些铀矿用细菌进行地下浸出,如埃卡尔勃耶尔铀矿原以化学浸出为主,后改用细菌浸出,到 1975 年产铀由原 25 t 增至635 t。此外,美国、南非等也用这一方法生产铀。我国湖南某矿曾进行半工业试验,浸出率50%60%。（四）难处理金矿的细菌氧化生物氧化工艺是近年发展起来的一种金矿氧化新工艺,其过程简单,投资少,生产成本低而且对环境的影响很低,现在越来越受到重视。目前金的生物氧化浸出主要限于处理难浸金矿石,作为氰化提金的预处理,而
11、且浸出方式均采用浮选精矿充分搅拌浸出。（五）难浸金矿的细菌氧化工业难浸金矿的细菌氧化预处理最早是 1964 年法国人尝试利用细菌浸取红土矿物中的金,取得了令人鼓舞的效果。1977年苏联最先发表了实验结果。北美最先用搅拌反应槽对难浸金矿石及精矿进行细菌氧化,对于搅拌反应槽式细菌氧化厂的投产和推广,具有奠基作用。19841985 年,加拿大 Giant Bay微生物技术公司对北美及澳大利亚的30多种金精矿进行了细菌氧化实验。1986年南非金科公司的 Fairview金矿建立世界上第1个细菌氧化提厂,实现了难浸金矿细菌氧化预处理法的首次商用。继南非后,巴西、澳大利亚、美国、加纳、秘鲁等国生物技术预处
12、理金矿的工厂纷纷投入运营。世界上第1座大型细菌处理厂是加纳的 Ashanti 生物氧化系统,1995 年扩建设计规模为 960 t/a。细菌冶金在美国的矿冶工程中已占有相当重要的地位,美国黄金总产量的1/3是用生物堆浸法生产的。美国内华达州的 Tomkinspytins金矿1989年建成生物浸出厂,日处理1500 t 矿石,金回收率为90%。美国加纳Ashanti 微生物浸出厂在1994年能处理720 t/d金精矿,年产黄金100万盎司。（六）细菌浸出其他金属法国BRGM研究中心在乌干达建成 1 座年产钴 1000 t的细菌冶金厂,这意味着世界上 5%的钴是用微生物法获得的。国内的研究主要以金川低品位镍矿资源 贫矿和尾矿为研究对象,进行微生物浸出试验研究。锰矿的微生物浸出主要用异养菌将矿石中的Mn4+还原成易溶解的 Mn2+。前苏联用无色杆菌属浸出尼柯波尔锰矿,浸出率达到80%90%。我国用 Tf 菌除去高硫锰矿中的硫,硫排出率81%99%。