生物选矿技术概论

2.4 选矿细菌的采集、培养与训化
(1)细菌菌样的采集；
(2)细菌的分离、培养、纯化与鉴定； (3)细菌的驯化；
(4)细菌数量的测定；
(5)细菌活性的测定。
2.5 细菌生长曲线
四个时期： 生长缓慢期：2～4周 对数生长期 稳定生长期 衰亡期
以上是所有微生物生长繁殖所必须经历的四个时期，每个时期的长 短和细菌的活跃程度受环境因素制约。
辉铜矿，斑铜矿，古巴矿，铜蓝，黄铁矿，硫砷铜矿，硫铜钴矿，黄铜 矿。
◆ 在各种硫化矿中黄铜矿属于较难浸出的，其原因归结于在黄铜矿的表 面随反应的进行生成了固态产物层覆盖于矿粒表面从而阻碍了反应的进 一步进行。
4.2 硫化铜矿生物浸出的原理
• 辉铜矿：
Cu2S+2Fe2(SO4)3 2CuSO4+4FeSO4+S 氧化铜矿： Cu2O+Fe2(SO4)3+H2SO4 2CuSO4+4FeSO4+H2O 铜蓝：
生成的Fe2(SO4 )3是强氧化剂和溶剂，可溶解矿石。如溶解铜矿(CuS)， 从中浸出铜元素。 CuS+ Fe2(SO4 )3 → CuSO4 + 2FeSO4 + S 溶出的CuSO4 液再加入铁屑、废铁等便可将铜置换出来。生成的FeSO4 和S还可在这类细菌作用下再次氧化成H2SO4和Fe2SO4，而循环使用。
2.2 浸矿细菌的分类
按浸矿细菌适宜的生长温度范围可分为三个类型:嗜中温细菌、中等嗜 热细菌和极端嗜热细菌。
(1)嗜中温细菌(Mesophile)
最佳生长温度28—45℃，主要包括氧化硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和氧化亚铁 钩端螺菌。它们嗜酸、严格好氧、属硫化矿和煤矿等矿山的酸无机化能自养，
广泛存在于金性矿坑水中。
常见的铜矿石
黄铜矿(CuFeS2 )
孔雀石(Cu2(OH)2CO3 )
毛赤铜矿(Cu2O )
蓝铜矿CuCO3 Cu(OH)2
●
◆ 到目前为止,世界每年利用细菌溶浸法得到的铜量占整个采铜量的20% 以上。 ◆ 智利是应用生物提铜技术产铜最多的国家。 ◆ 近年来生物浸出己用来处理含铜品位大于1%的次生硫化铜矿和高品位 的铜精矿。 ◆ 我国铜的保有储量6917万吨，采用传统的采选冶金技术资源开发率只 有28％左右，而利用生物浸出技术开发率接近100％。目前，我国在微生 物冶金应用方面刚刚起步。 ◆ 中温细菌浸出时，各种硫化铜矿的浸出效果由大到小可排序如下：
金属的化学浸出。
◆胞外多聚物(Extracellular
Polymers，简称EPS)是微生物表面分泌
的粘液层，它是附着于细胞壁外面的一层松散透明、粘液状或胶质状的 物质。胞外多聚物的化学组成因菌种和培养条件而不同，主要是多糖， 有时为多肽、蛋白质、脂肪以及由他们组成的复合物一脂多糖、脂蛋白
等。
2.6.2 非接触浸出机制 悬浮在浸出液中的游离细菌在溶液中氧化亚铁离子 (Fe2+) 为三价铁离子 (Fe3+)，三价铁离子与矿物表面接触而溶解矿物。
• Bio Heap生物堆浸技术，利用中等嗜热细菌在45-60℃温度条件下浸出 高盐铜精矿,是海水盐的6倍；
• Geocoat技术,其核心是将黄铜矿精矿的矿浆喷涂于耐酸的普通岩石表 面进行堆浸； • Bactech/Mintek生物浸出技术,采用喜高温细菌在温度65℃一85℃的搅 拌罐中运作，用来处理含贵金属或者铅和锌的复杂铜精矿； • BioCop生物浸出技术(2003年)。BioCop法基本上是采用原生铜矿浮选 精矿、采用极端嗜热嗜酸菌进行生物浸出使铜溶解,罐温度在65℃85℃，分离出的硫酸铜矿浆进行SX-EW（萃取-电积）生产阴极铜。铜 浸出率95%。铜生物浸出在搅拌槽中进行,该工艺采用富氧或纯氧供气,
（3）大多数种能够生长在极端酸性的环境中(pH1.4 - 2.0)，由于对硫的氧化所
形成的副产物为硫酸，因而如此，甚至对于那些仅仅能够使用亚铁作为能源的 微生物来说，也能够生长在这种极端酸性环境中。
（4）尽管不同种或同种内不同株系之间对金属的抗性存在着某些差异，但它
们通常都能耐受一定范围浓度的金属离子。
3.2 微生物堆浸
◆微生物堆浸通常利用斜坡地形，把低品位矿石堆积在矿坑外，从底部开始 以阶梯形式堆积起来，并整平其上部（一般6-10m高）。从上部喷射含菌浸 出液，在低处建集液池收集浸出液。随着浸出的进行，浸出矿物的金属离子 含量逐渐下降，此时在上部重新设置堆积层继续进行浸出。 ◆ 为提高浸出后的浸出液的集水率，堆积场的地表要具有不透水性。
最佳生长温度60-85℃，多为古细菌，主要包括硫化叶菌属。为兼性化能自 养菌、嗜酸、极端嗜热，可氧化亚铁和元素硫。
2.3 生物选矿微生物的一般性特征
目前所研究的与选矿有关的微生物都具有几个共同的生理特征: （1）营养类型一般属于化能无机自养型，以CO2为碳源。尽管主要的微生物之 间对二氧化碳的固定效率存在着差异，但它们都能固定CO2 。只不过固定效率 较低的种类往往需要较高浓度的CO2或少量的酵母提取物才能迅速地生长。 （2）能够利用亚铁离子或还原性无机硫(或二者都能利用)作为电子供体，一般 以O2为电子受体；尽管某些采矿微生物能够使用Fe3+(并不是氧气)作为电子受 体，但它们通常在氧气充足的条件下生长得更好。
◆ 某些情况下，可在矿堆内铺设管网以保证矿堆的通气。
◆ 该工艺的特点是：规模大、浸出时间长，成本低。
3.3 槽浸或搅拌浸出
槽浸是一种渗滤浸出，通常在槽中或渗滤池中进行，分Hale Waihona Puke Baidu机械搅拌浸出 和空气搅拌浸出。这两种浸出方式主要用来处理高品位的矿石或者精矿。 搅拌浸出的物料一般粒度非常细，浓度比较低。每个浸出槽一次可以装 矿数十吨或数百吨，此法反应速度快，浸出周期为十天至数百天，比金 属在缺少细菌的前提下由空气和水自然氧化大约快50万倍。金属回收率 高，控制比较容易。但成本比堆浸高。搅拌浸出一般用于大型冶炼厂。
(2)中等嗜热细菌(Moderate thermophile)： 最佳生长温度45—55℃，主要有硫化芽孢杆菌属,有坚固的细胞壁，能耐受
较高的矿浆浓度和较高浓度的金属离子, 因此该菌属在从硫化矿提取金属特
别是从难选冶金矿回收金属方面展现了潜在的应用前景。 (3)极端嗜热细菌(Extreme thermophile)：
3）微生物槽浸和搅拌浸出；
3.1 微生物地浸
◆微生物地浸又称为原位浸出、原地浸出或溶浸采矿，是从低品位残留矿 床或未开采的矿床中不用采矿作业回收金属的一种方法。 ◆ 这种浸出在矿体中直接进行，在开采完毕的场所和部分露出的矿体上浇 淋细菌溶浸液，或者在矿体上按设计好的位置钻孔至金属矿体，然后将浸 矿菌液注入孔中，浸矿剂在多孔的金属矿体中循环，最后经生产井用泵将 浸出液抽到地面并回收。
主要成本花在氧气上。
4.4 难选金矿的概念和生物浸出工艺
砂金矿含金0.3～2g/m3，多用重选法回收。 脉金矿的种类较多，在我国目前分为四类：石英脉金矿、黄铁矿金矿、含 金多金属矿、含特殊矿物的金矿(如金铀矿、钨锑金矿属于此类)。 难选金矿又称难处理金矿或难浸金矿，是指常规氰化工艺中直接氰化率低
四、微生物浸出的实际应用
4.1 硫化铜矿生物浸出
◆ 自然界中含铜矿物至少有360种，这些铜矿物又可分为硫化铜矿物和氧 化铜矿物。 ◆ 我国的铜矿物以硫化矿为主，在己探明的储量中，硫化矿占87％，氧化 矿占10％，混合矿只占3％。 ◆ 硫化铜矿物主要有辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿、渤铜矿和铜蓝。
◆ 氧化铜矿物主要有孔雀石、蓝铜矿、硅孔雀石、水晶矾、氯铜矿。
（5）人类社会生活的高速发展要求矿物加工工程学科的创新是实现矿物加 工过程的“高效益、低能耗、高环保”。由此产生了生物选矿技术。
1.2 生物选矿的优缺点
优点：微生物浸矿具有反应温和、环境友好，生产成本低、投资少、工艺 流程短、设备简单、能处理复杂多金属矿物等优点，特别适于贫矿、废矿、 表外矿及难采、难选、难冶矿的堆浸和就地浸出。 缺点：微生物氧化分解矿物组分的速度太慢是目前阻碍细菌氧化工艺应用 的主要问题；现在使用的菌种绝大多数是不同来源的氧化铁硫杆菌，其生 长速度慢、浸矿周期较长、对环境适应性较差，直接影响了浸矿效率。
生物选矿技术概论
1
生物选矿的概念 生物选矿用微生物
微生物浸矿工艺
目 录
CONTENTS
2 3 4
微生物浸出的实际应用
一、生物选矿的概念
生物选矿是指利用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，再通过离子交换、电解沉积、溶剂萃取等方法加
以回收有价金属；或将矿物中某些元素溶解并除去的技术，也称为生物浸 出或生物冶金，是矿冶工程和现代生物科学交叉结合形成的一门新型学科。
2.6 生物选矿的机理
2.6.1 接触浸出机制
◆在浸出体系中，细菌通过分泌胞外多聚物(EPS)，吸附于矿物表面形
成吸附层。在吸附层内，细菌将硫化矿氧化产生的及其它存在于浸出体
系中的Fe2+氧化为Fe3+，将低价S氧化为高价S,Fe3+和H+具有强氧化作用，
对硫化矿物进一步氧化，硫化矿物氧化析出有用金属及Fe2+，Fe2+又被细 菌氧化为Fe3+，如此反复。这样整个浸出过程分为两步，即Fe3+的生成和
三、微生物浸矿工艺
通气
浸出渣
原矿或精矿
矿石准备
细菌浸出
固液分离
浸出液
金属回收
破碎、与硫酸 混合、堆放 细菌浸矿剂 尾液 营养剂 粗金属
细菌再生
空气 CO2
随着大量低品位金属矿的堆积，近年来生物浸矿越来越吸引人们的 注意力。微生物浸矿方法有许多种，大致可以分为： 1）微生物地浸（原位浸出）； 2）微生物堆浸；
1.3 生物选矿技术的主要应用领域
◆ 次生硫化铜矿( 辉铜矿、铜蓝、斑铜矿等)生物堆浸；
◆ 原生硫化铜矿(黄铜矿)生物堆浸及精矿生物搅拌浸出；
◆ 难处理金矿生物预氧化； ◆ 硫化镍、钴、锌矿的生物浸出； ◆ 煤炭脱硫，铝土脱硅等。
二、选矿用微生物
2.1 选矿微生物种类及生理生态特性
生物选矿工业用的微生物绝大多数为细菌，从营养类型上大致可划 分为：自养型和异养型两类。在生产中得到实际应用的主要是自养性微生 物。
1.1 生物选矿技术兴起的背景
上世纪60年代以来,随着世界经济的快速发展,人类对矿物资源的需求 不断增加，导致了以下的资源供给格局： （1）矿物资源中富矿减少、贫细矿物资源增加,绝大多数矿床中金属种类 及伴生稀有、贵金属品种多,品位低,嵌布细,分离富集难度大。 （2）在中国，煤炭是重要的能源载体，但燃烧煤炭会给环境带来严重的负 面效应。从环保角度考虑，煤炭的脱硫及深加工技术一直是而且仍将是矿 物加工面临的重要问题。 （3）矿山、冶炼厂排出的废水、固体废弃物等对环境的污染与治理问题越 来越受到重视。 （4）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 上述问题。
CuS+Fe2(SO4)3 CuSO4 +2FeSO4+S
黄铜矿： CuFeS2+2H2SO4 CuSO4+FeSO4+H2S CuFeS2+2Fe2(SO4)3 CuSO4+5FeSO4+2S
4.3 铜矿石生物浸出工艺
铜的生物浸出一般采用生物浸出-萃取-电积工艺，其中具有代表性 的浸出技术如下：
自养型菌的特征
细菌靠氧化培养基中的亚铁离子或硫化合物取得能量，以空气中的CO2 作为碳源，并吸收培养基中的N、P等无机盐营养，合成菌体细胞物质。 细菌的生活需要氧气，属于好氧菌，它们广泛生活于金属硫化矿和煤矿 等矿山的酸性矿坑水中。 除利用的能源有差异外，其他性质都十分相近。
如氧化亚铁硫杆菌可将S或硫代硫酸盐氧化成硫酸和将氧化亚铁氧化成 高铁，氧化率达95－100％,并放出能量。 2FeS2+7O2 +2H2 O→ 2FeSO4 + 2H2SO4 2FeSO4 + 2H2SO4 + 1/2O2 →Fe2(SO4)3 +H2O
Fe2(SO4)3是一种很有效的金属矿物氧化剂和浸出剂，铜及其他多种金属
矿物都可被Fe2(SO4)3浸出： 黄铁矿：FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4 辉铜矿：Cu2S+2Fe2(SO4)3=2CuSO4+4FeSO4+S 氧化铜：Cu2O+Fe2(SO4)3+H2SO4=2CUSO4+4FeSO4+H2O 铀 矿：UO2+Fe(SO4)3=UO2SO4+2FeSO4