生物冶金

●生物湿法冶金（Biohydrometallugy），是应用微生物将金属矿物氧化、还原或络合

分解，使金属或金属离子进入溶液，进一步分离、富集、纯化而提取金属的技术。

该法适应于溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，从而最大限度地利用有限的矿产资源。

●生物冶金主要发生在水环境中，包括生物淋滤（bioleaching）：一种不溶性金属在水

中转变为可溶性金属，例如CuS转变为CuSO4。指利用特定微生物或其代谢产物的氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其它金属)分离浸提的一种技术。

●

●；生物冶金（biomining）；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。

●生物氧化（biooxidation ）：金属的是重获可有微生物分解金属中的矿物质来提高，

但获得的金属并不一定都是可溶的。例如金可从黄铁矿和毒砂中获得。

●

●矿石品位：指金属矿床或部分非金属矿床（如磷灰石、钾盐、莹石等）中有

用组分的单位含量。通常以％、克/吨、克/米3、克/升等表示。矿石品位高低决定矿产资源开发利用价值大小。

●贫矿：铜矿< 0.3%；锰矿< 10%；金矿<1g/吨

●生物冶金应用领域：从矿石中提取金属（硫化矿）、矿物预处理（硫化矿包裹矿）、

环境治理及修复（酸性矿水及重金属污染水源）

●生物冶金优势：1，更加温和、友好。生物冶金不需要高能量，不产生SO2等有害

物质，适合低电势金属的提取。

●黄铁矿（FeS2, pyrite）、砷黄铁矿(AsFeS2, arsenopyrite) 含金、黄铜矿(CuFeS2

chalcopyrite、闪锌矿(ZnS, sphalerite) 锰、铀等

●生物冶金微生物的共同特点：1，大部分是化能自养微生物，二价铁或无机硫化物

作为电子受体。2，嗜酸性微生物适应的PH是1.5~5。3，需要CO2

●和O2的混合气体，CO2供生长，O2作为电子受体4，痕量有机物可以刺激生长，

浓度高的有机物对微生物有毒。5，嗜温微生物20-35oC适于堆浸。例如（嗜酸硫杆菌，。

●浓度在温度20-35oC pH 1.8-2.0下生长最快，可利用二价铁和其他硫化物作为电子

受体，有氧时优先生长。

●

●

●6，中等嗜热微生物40 - 50oC，适于生物氧化。例如硫化杆菌，需要提高环境中CO2、

少量酵母膏和铁氧化细菌7，高嗜热微生物60-80oC，适合生物浸矿。例如酸菌属G-。

●细菌的16S rRNA基因文库比较丰富，从Eco RI酶切图谱来看，

●应有3-4种不同的主要类型，而古菌的16S rRNA基因文库比较单一，从Eco RI酶

切图谱来看，应该只有1种类型。

●微生物分离培养难点：生长缓慢、对有机质敏感、在低H和高温下凝胶基质易酸水

解

●从环境样品中分离纯化菌株

●根据16S rRNA 基因库分析结果，结合文献资料，选择合适的培养方法分离菌株。

●从营养需求上，分为两类不同培养方法：异养培养和自养培养。自养培养又包括以

硫为能源和以铁为能源两类培养方法。

●从培养方法上，分为固体平板培养和液体稀释培养

●分离菌株经显微镜观察为单一形态后再进行16SrRNA鉴定

●生物冶金过程是多种微生物协同作用过程。例如，硫化细菌和铁氧化细菌的协同作

用。菌株T eng-A存在时，溶液中的Fe2+氧化相对铁氧化细菌LJ-1和LJ-2单独存在时减慢，但最终达到一致(5d)铁氧化细菌L. ferriphilum LJ-2单独培养（图a左侧）和与菌株T eng-A共同培养时培养液（图a右侧）中形成的铁氧化物沉淀形态不同。b和c分别显示单独培养和混合培养时形成的沉淀物在电子显微镜下的形态。

●生物冶金作用机理

●间接作用：利用代谢产物硫酸铁和硫酸与金属硫化物起氧化还原作用，硫酸铁被还

原为硫酸亚铁，并产生元素硫，金属以硫酸盐形式溶解出来，亚铁又被细菌氧化为高铁，元素硫被氧化为硫酸，构成一个氧化还原的浸出循环系统。例如，细菌对铀矿、氧化铜矿、铜的简单硫化物（辉铜矿、铜蓝等）和高硫锰矿等的浸出，都是间接作用的结果。2FeSO4+1/2O2+H2SO4 Fe2(SO4)3+H2O

●

●直接作用：不依赖硫酸铁的作用，细菌细胞和金属硫化物紧密接触，通过铁氧化酶

和硫氧化酶直接氧化金属硫化物，使金属溶解出来。CuFeS2 + 4O2 FeSO4 + CuSO4At. ferrooxidans and L. ferrooxidans 等能够产生胞外多糖(EPS) : 促使附着在矿物表面的细菌形成生物膜. 富含铁的EPS层为高浓度Fe3+攻击矿物的共价键构成了反应空间。在这个反应区内Fe3+被还原成Fe2+ ，二价铁再被生物膜中的微生物氧化为三价铁。此外EPS层也适合铁氧化或硫氧化蛋白对矿物的直接作用

●生物冶金基因组学

●目前已有50多株冶金微生物的全基因组序列已经测定或正在测定中，包括30株细

菌、19株古菌；有8个元基因组计划已经开展。此外，22个质粒、17个病毒完成全序列测定。——表明对于生物冶金研究已经提高到基因组学研究水平

●

●相对于生物冶金环境中微生物的多样性而言，这些基因组信息量还比较少；且对于

已有的信息中所包含的生物学规律挖掘的程度还不够(Demergasso et al. 2010;

González-T oril et al. 2010)；其中还有一些序列没有公布。

●

●已经完成测序的冶金微生物绝大多数为中温微生物(20-40℃)，而中度嗜热

(40-55℃)以及极端嗜热(55-80℃)的冶金微生物的基因组则较少，对于这些冶金微生物生理生化性质的遗传物质基础的研究目前还十分缺乏。生物冶金工业将高温反应器作为提高冶金效率的一个措施。

●基因操作系统：1，质粒（多从生物冶金微生物中分离出来）2，载体系统

●从硫化物中获得金属的两种方法：堆浸Heap leaching和槽浸tank leaching

●槽浸：悬浆密度高于20%，搅拌器温度在40~50之间。通过搅拌器鼓入空气，低流

速以形成矿浆悬浮液。可用于毒砂冶炼金及其精提。

●堆浸：处理成堆的矿石如CuS或粗矿、尾矿。

●影响提取效率的因素;

●Fe2+ /Fe3+

●电化学能：Fe2＋/Fe3＋对生物氧化体系中的氧化还原电位有重要影响。Fe3＋不能

单独有效的氧化金属硫化物，附着的微生物使这个过程更加容易，它使得Fe3＋固