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1、微生物与冶金工业的发展,微生物冶金的原理,前言,随着人类社会的快速发展，人类对自然资源的需求量与日俱增，自然矿产资源的枯竭，对矿冶工作提出了更高的要求。微生物冶金技术是近代学科交叉发展生物工程技术和传统矿物加工技术相结合的工业上的一种新工艺，其能耗少、成本低、工艺流程简单、无污染等优点，在矿物加工、三废治理等领域展示了广阔的应用前景，并取得了较好的经济效益。,1 微生物冶金技术,生物冶金:是利用某些微生物或其代谢产物对某些矿物（主要为硫化矿物）和元素所具有的氧化、还原、溶解、吸收等作用，从矿石中将有价元素选择性浸出，制备高纯金属及其材料的新技术。按照微生物在矿物加工中的作用可将生物冶金技术分为
2、：生物浸出、生物氧化、生物分解。,生物浸出：硫化矿的细菌浸出的实质是使难溶的金属硫化物氧化，使其金属阳离子溶入浸出液，浸出过程是硫化物中S2-的氧化过程。生物氧化：对于难处理金矿，金属以固-液体或次显微形态被包裹于砷黄铁矿、黄铁矿等载体硫化矿物中，应用传统的方法难于提取，很不经济。应用生物技术可预氧化载体矿物，使载金矿体发生某种变化，使包裹在其中的金属解离出来，为下一步的氰化浸出创造条件，从而使金属易于提取。生物分解：铝土矿存在许多细菌，该类微生物可分解碳酸盐和磷酸盐矿物。,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。公元11世纪，我国史书记载有“胆水浸铜
3、”，可见古人很早就会利用生物冶金技术。“胆水浸铜法”，是指把铁放在胆矾（硫酸铜的古称，又称石胆）水中浸泡，胆矾水与铁发生化学反应，水中的铜离子被铁置换而成为单质铜沉积下来的一种产铜方法。,2 微生物湿法冶金的发展,1958年美国用细菌在铜矿中浸出了金属铜，之后有20多个国家的学者开展了微生物冶金工业的应用的研究。1966年加拿大细菌浸出铀的研究和工业应用获得成功，使得应用微生物技术在低品位金属矿、难浸金矿、矿冶废料、矿冶废料处理等方面的应用呈现较好的前景。已经实现了铜矿、铀矿、金矿等一系列矿种的微生物浸出生产。南非、加拿大、美国、英国先后有工厂投入生产应用。,生物冶金细菌学研究进展,几种浸矿细
4、菌SEM照片,a：Acidithiobacillus ferrooxidans；b：Acidithiobacillus caldus；c：Acidithiobacillus albertensis；d：Leptospirillum ferrophilium；e：Acidiphilium spp.,最初是由Colmer与Hinkel，分离得到了氧化亚铁硫杆菌（T.f），拉开了生物冶金细菌学的研究。现在已经发现Acidithiobacillus ferrooxidans、Leptospirillum ferrooxidans和Acidiphilium spp等几十个种属普遍存在于浸矿废水中的。,嗜
5、酸氧化亚铁硫杆菌是目前生物冶金最有应用价值的一个种。属革兰氏阴性，化能自养菌，好氧嗜酸，主要生长在pH1-3的环境中。,到80年代，对难浸出矿石进行细菌预氧化的工业实践大大推进了微生物技术在矿石冶金的应用。在加拿大、俄罗斯、印度等国，广泛使用细菌法溶浸铀矿。可以从低品位铀矿石（0.01%0.05%U3O8)中回收铀、而其成本仅为其它方法的一半。用细菌法溶浸镍矿石，只需5-15天，可浸出镍80%90%，而无菌溶镍的提取率仅为9.5%12%在微生物湿法冶金领域，大量的现代生物技术也相继引入并被应用，如采用免疫荧光标记技术可以进行活体检测菌体对矿石的吸附过程，用蛋白质定量分析方法来确定菌体对矿石的吸
6、附量等。,3、微生物冶金的优点,提高金和贱金属的回收率；从商业角度证实下游技术如溶剂萃取、电积法可用于经生物技术处理过的溶液现物生产贱金属；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；生产在常压和室温（约为25摄氏度）条件下进行，不用冷却设备，节约了投资和运营资本；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；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。,4、细菌冶金的限制,罐浸出的时间通常为46天，与焙烧和高压氧化的几小时相比，时间较长；难以处理碱性矿床和碳酸盐型矿床；如工艺放大
7、、金属回收周期、回收率、经济核算问题等。,生物脱硫设备,几种微生物可利用矿石,5、微生物冶金的现状,国内：目前，以中南大学邱冠周教授为首席科学家已正式启动“微生物冶金的基础研究”，该项目以教育部为依托、由中南大学为第一承担单位，北京有色金属研究总院、山东大学、中国科学院过程工程研究所、北京矿冶研究总院和长春环境研究院等单位协作承担，这标志着我国有色金属矿产选冶领域的基础研究进入了与国际一流水平同步的发展阶段。,国外:近年来，在国外该技术的研究与应用已成为矿冶领域热点。堆浸在铜、金等金属的提取上获得工业应用。自1980年以来，智利、美国、澳大利亚等国相继建成大规模铜矿物堆浸厂。对于锌、镍、钴、铀等金属的生物提取技术亦得到研究。,6、微生物冶金的前景展望,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。,
