生物湿法冶金的应用与发展

生物湿法冶金的应用与发展

摘要：随着资源的贫化、不易处理，生产经济成本以及对环境的影响，生物湿法冶金作为一种新型的冶金工艺已取得了长足的发展，并不断地在其产业化方面取得愈来愈多的成就。本文主要阐述了生物湿法冶金的发展历史、浸出机理、生产应用、并分析了生物湿法冶金的优势与缺陷和生物湿法冶金未来发展趋势。

关键词：微生物浸出

Abstract：With the resources, difficult to deal with it, the production cost and economic impact on the environment, biological hydrometallurgy as a new type of metallurgy process has made great progress, and continuously in the industrialization has more and more achievements. This article mainly expounds the biological hydrometallurgy development history, leaching mechanism, the production application, and analyzes the biological hydrometallurgy advantages and disadvantages and biological hydrometallurgy future development tendency.

Keywords：microbial leaching

生物湿法冶金是微生物学与湿法冶金学的交叉学科，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。在世界矿产资源日渐贫瘠以及环境污染加剧的今天，传统的选矿技术（重选、磁选、电选、浮选）与理论已不能完全解决这些问题。人类社会生活的发展要求矿物加工科技发展的目标是实现矿物加工过程的“高效益、低能耗、无污染”。由此产生了生物选矿技术。

1、生物湿法冶金简介【1】

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。又根据微生物在回收金属过程中所起作用，可将微生物湿法冶金分为三类：生物吸附、生物累积、生物浸出。

生物吸附是指溶液中的金属离子，依靠物理化学作用，被结合在细胞膜或细胞壁上。组成细胞壁的多种化学物质常具有如下功能基：胺基、酰基、羟基、羧基、磷酸基和巯基。这些基团的存在，构成了金属离子被细胞壁结合的物质基础。

生物累积是依靠生物体的新陈代谢作用而在体内累积金属离子。例如巴伦支海的藻类细胞含金量是海水中金浓度的2×1014倍。铜绿假单胞菌能累积铀，荧光假单胞菌和大肠杆菌能累积钇。

生物浸出就是利用微生物自身的氧化或还原特性，使矿物的某些组分氧化或还原，进而使有用组分以可溶态或沉淀的形式与原物质分离的过程，此即生物浸出过程的直接作用；或者是靠微生物的代谢产物（有机酸、无机酸及Fe3+）与矿物进行反应，而得到有用组分的过程，此即浸出过程中微生物的间接作用。

2、生物湿法冶金的历史【2】

生物湿法冶金始于20世纪50年代，并经历了三个发展时期，即诞生期、摇

篮期、觉醒期。

诞生期（1947-1955）:1947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。之后几年，生物湿法冶金成功地在回收铜、铀、金3种金属的冶金工艺上获得了应用。

摇篮期(1955-1985):1958年美国用细菌在铜矿中浸出了金属铜，1966年加拿大在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、矿冶废料及其处理等方面的应用呈现较好的前景，基本实现了铜矿、铀矿、金矿等一系列矿种的微生物浸出生产。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。在这一时期，先后有包括南非、加拿大、美国、英国中国在内30多个国家开展了微生物在矿冶工程中的应用研究工作。

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，已先后在铀、铜等金属的生产应用中取得成功。20 世纪70年代初，在湖南711铀矿进行了处理量为700 t贫铀矿石的细菌堆浸扩大试验。同一时期，核工业北京化工冶金研究院在抚州铀矿厂进行半工业细菌堆浸试验回收铀1 142. 14kg。

觉醒期(1985-现在)：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。加拿大、俄罗斯、印度等国，广泛使用细菌法溶浸铀矿。生物湿法冶金可以节约经济。从低品位铀矿石（0.01%－0.05%U3O8)中回收铀，而其成本仅为其它回收方法的一半；生物湿法冶金也可以节约时间，提高浸出率。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%。另外，在微生物湿法冶金领域，大量的现代生物技术相继被引入与应用，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附量等。

3、生物湿法冶金的浸出机理【3~5】

在大多数金属硫化物，如黄铜矿、辉铜矿、黄铁矿、闪锌矿等以及某些氧化矿诸如铀矿、MnO2等难溶于稀硫酸等一般工业浸出剂加入某些特殊微生物，在合适条件下上述矿物中的金属便能被稀硫酸浸出。这些微生物可以分为两大类。一类能在无有机物的条件下存活，叫“自养微生物”。另一类生长时需要某些有机物作为营养物质，叫“异氧微生物”【6】。这些微生物是单细胞微生物，繁殖是以自身细胞分裂形式来进行的，即一分为二、二分为四……，以2n（n为分裂次数）的形式增加。已报道用于浸矿的细菌有20多种，比较重要的有以下六种：①氧化铁硫杆菌；②氧化硫硫杆菌；③氧化铁铁杆菌；④微螺球菌属；⑤硫化芽孢杆菌属；⑥高温嗜酸古细菌。用于采矿的细菌都有一个共同的特征，都是宽约5×10-7 m、长约1×10-6-2×10-6m，它们生长在普通微生物所不能生存的强酸性坑内水中，摄取空气中的二氧化碳、氧和水中的其它微量元素，用以合成细胞组织，并在促进矿石中硫、铁等成分的氧化作用的同时。获得新陈代谢的能量，自养自