生物冶金的工业化

生物冶金的工业化
摘要：生物冶金作为一项最大极限地利用矿藏资源的绿色冶金技术，近年来其工业化应用得到了巨大的发展。

详细介绍了生物槽浸和生物堆浸两大类生物冶金工艺的工业化应用及最新进展。

关键词：生物浸出工业化生物槽浸生物堆浸
Biological metallurgy industrialization
Abstract：Bioleaching as a green metallurgical technology which could maximize the utilization of mineral resources,and its industrial app lication developed greatly in recent years. Industrial app lication and latest development of Tank Bioleaching and Heap Bioleaching these two kinds of bioleaching technolgy are presented in detail. Keywords:Bioleaching Industrializaton Tank Bioleaching Heap Bioleaching [引言]：
随着我国工业化进程的加快，有色金属矿产资源消费急剧增加，供需矛盾日益突出，低品位复杂难处理矿和西部偏远地区矿已成为我国有色金属行业依赖的主体资源，而采用传统的选矿冶金技术难以经济利用。

生物冶金，也是生物浸出，通常也称生物氧化，即利用微生物、空气和谁等天然物质溶浸贫矿、废矿、尾矿和冶炼炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。

与传统冶炼方法相比，生物浸出通常基建投资少，操作成本低，对环境的污染小且可处理品位较低的矿物，因此被认为是绿色冶金技术]2][1[。

生物冶金技术可有效缓解我国当前面临的资源供需矛盾，促进我国有色金属矿产资源业走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新型工业化道路。

生物冶金工业化始于1955年，并在20世纪80年代中期取得产业性的突破以后，其工业化水平不断提高，处理规模不断增加]3[。

目前全世界正在运行的生物浸出工厂超过50家，并且正处于高速发展期，每年都有数家生物浸出工厂投入运作]4[。

已经实现大规模工业化生物浸出的浸出主要有金、铜等，镍、钴、锌等的工业化也正在进行中]5[。

工业化生物浸出工艺中主要运用两种工艺，即生物槽浸和生物堆浸两大类]7][6[。

1.生物槽浸
生物槽浸是指在搅拌槽中进行含金属矿物的生物浸出工艺，通常用于难浸出的贵重金属（金）和基本金属（铜、钴、镍、锌）的浮选精矿浸出。

1.1 生物槽浸基本工艺流程
浮选精矿进入矿浆池，然后与其他营养物质一道添加进入反应槽进行生物浸出，其浸出过程分两级进行：第一级由3个反应槽并联而成，主要目的在于使细菌繁殖生长，达到需要的菌体浓度；第二级由3个反应槽串联而成，使硫化矿物氧化，达到需要的浸出率。

通常来说两级的停留时间各为2d，总停留时间为4d。

若浸出矿物为含金矿物时，浸出残渣通过洗涤后进入氰化操作以提取其中的金；若浸出含铜、钴、镍等基本金属矿物时，将生物浸出后的浸出液进行溶剂萃取-电积工艺得到阴极金属物]8[。

1.2 生物槽浸技术的发展历程
生物槽浸技术的发展起源于20世纪70年代，最初主要集中处理选矿后得到的金精矿和高品位难浸出金矿石，并很快在南非实现了工业化，现已建成20家预处理难浸金硫化精矿的生物槽浸厂。

同时人们很快认识到用该技术回收其他金属如铜和镍等的潜力，经过20世纪90年代以来的发展，基本金属的工业化生物槽浸技术不断推进，当前正处于发展成熟阶段。

1.3 生物槽浸工艺工业化应用情况
生物槽浸技术的先驱者是南非Gencor公司（目前其技术已被Gold Fields公司和BHP Billiton公司分享），其开发的BIOX工艺于1986年在南非Fairview金矿建立了世界上第一个生物槽浸厂，率先实现了含金难浸硫化物精矿的工业化槽浸]9[。

自此，BIOX技术在全世界范围内推广，在南非、巴西、秘鲁和澳大利亚等国建立了10多个生物槽浸厂，其工艺不断完善]10[。

同时，Mintek/Bactech共同开发完成的工艺也于1994年在澳大利亚Youanmi 矿（现已关闭）建成年产金6万盎司金的生物浸出厂。

随后，Mintek/Bactech技术又在澳大利亚Beaconsifield和中国莱州金矿得到进一步的推广。

目前世界上只有Gold Fields公司和Mintek/Bactech公司实现了难浸金矿生物浸出的工业化。

其生产实践证明，生物槽浸预处理难浸金不仅技术上可行，而且比其它方法投资少、生产成本低，已取得显著的经济效益]12][11[。

同时国内也有几家机构致力于难浸金矿生物浸出的工业化，如长春黄金研究院]13[、烟台黄金冶炼厂等]5[。

用生物槽浸技术浸出几种基本金属如铜、镍、锌、钴的研究近年来也取得了巨大的进步。

在用生物槽浸技术提取基本金属领域，BRGM、BHP Billiton公司及Mintek/Bactech公司推进了基本的生物浸出技术，实现了工业化生产]2[。

2.生物堆浸
生物堆浸通常用于低品位难浸出贵重金属（金、铀）和基本金属（铜、钴、镍、锌）矿物浸出，大规模工业生产主要采用三种方式，即筑堆浸出（Heap Bioleaching）、废石堆浸（Dunp Bioleaching）、原地浸出（Bioleaching insitu）。

筑堆浸出和废石堆浸通常用于边缘矿物，但筑堆浸出需先将矿石粉碎后再筑堆，且堆高通常为6-10m，而废石浸出直接将废石筑堆浸出，堆高可达50m。

原地浸出是指已开采的矿坑中接菌浸出，由于其浸出率过低、浸出周期长且可能对环境产生损害，当前应用得较少。

2.1 生物堆浸基本工艺流程
堆浸通常是在矿山附近的山坡、盘地、斜坡等地上，铺上混凝土、沥青等防渗材料，矿石经粉碎后筑堆，堆高通常为6-10m，然后将事先准备好的含菌溶浸液，用泵自矿堆顶面上浇注或喷淋矿石的表面，使之在矿堆上自上而下浸润，同时通过底部事先埋好的通气管路通入空气，经过一段时间后，浸提出有用金属。

含金属的浸提液积聚在矿堆底部，集中送入收集池中，而后根据不同金属性质采取适当方法回收有用金属。

回收金属之后的含菌溶浸液，经调节pH后，可再次循环使用。

2.2 生物堆浸技术的发展历程
生物堆浸工艺的现代化应用起源于1955年美国肯尼科特铜业公司从次级硫
化铜矿石中浸出铜的商业化工厂，随后堆浸处理低品位难浸出金矿的工业化工厂也在美国Carlin金矿得以实现。

由于矿物浸出效果的差异，现存的生物堆浸厂大多是处理氧化铜矿和次生硫化铜矿。

进入21世纪后，原生硫化铜矿（黄铜矿）和其他基本金属如镍、钴、锌等生物堆浸的工业化也在不断实践中得到发展，并已建成了许多示范性工厂，其工业化实现为时不远]14[。

2.3 生物堆浸工艺工业化应用情况
智利是当前生物堆浸工业化应用最多的国家，其第一家投入生产的生物浸出厂是1982年开始生产的S.M.Paudahue矿。

2001年智利有13家公司采用生物浸出技术，通常采用成熟的制粒、结块和堆浸的方法，即TLB生物浸出工艺，年产铜占智利铜生产的10%。

硫化铜矿石筑堆生物浸出已经成为智利广泛应用的工艺，每天约处理8.5万吨矿石]15[。

目前关于生物堆浸处理黄铜矿的研究很多，生物堆浸是黄铜矿生物冶金中的一个发展趋势。

众多的科研院校和大型公司在黄铜矿的工业化生物浸出上进行了巨大的努力，目前其工业化的前景明朗，已经有数家公司开发出专利技术工业化处理黄铜矿精矿。

如Geobiotic,LLG公司开发的GeocoafTM技术和Titan Resources Ltd公司开发的BIOHESPTM技术]14[。

3 工艺评价
伴随着21世纪世界金属价格的大幅上涨，同时生物槽浸技术在经过三十几年的发展后日趋成熟，其经济性受到产业界的普遍认可，同时使用风险性降低、使用范围扩大，其工业化将得到进一步的推广。

生物堆浸法未来仍是处理低品位矿石和尾矿，但在未来几年内在用生物浸出处理难处理的黄铜矿矿石和精矿是工业中将会出现令人振奋的前景。

槽浸过程相对简单，对其研究也比较成熟，采用标准化设计，反应器放大的经验比较成熟。

而堆浸系统及其复杂，且当前研究手段有限，对其过程的理解尚待完善。

目前已经有一些机构对堆浸过程进行了部分研究，并建立了一些堆浸模型，如HeapSin和CSRO模型，这些模型的建立对理解堆浸过程并最终达到优化（提高进出率、缩短浸出周期、提高经济效益）有积极的影响]17][16[。

生物浸出可行性必须从经济角度考虑，工艺的经济性与世界金属价格、成本、浸出周期、浸出率密切相关，但是其作为一种潜力技术，其处理规模巨大，处理的矿石品位低的特点十分适于矿物资源的现状和大规模生产]18[。

生物槽浸工艺与生物堆浸工艺可以处理各种传统工艺条件下无法浸出的矿物。

适于生物浸出的矿区具体选择上述何种工艺取决于很多因素，主要包括矿物类型与品位、气候条件、经济性等。

4 结束语
随着世界金属价格的攀升及嗜热微生物工业化浸出的推进，生物浸出的适用范围将进一步得到延伸，许多在以前无法经济地浸出的矿物如低品位黄铜矿、黑色片岩等也能实现工业化浸出。

生物浸出作为一项潜在的可行性技术，不仅可以拓宽可利用的矿藏资源，提高回收率，而且具有明显的环境和社会效益，符合可持续发展、保护环境的要求。

为了推动生物浸出的发展，世界各国及大型矿业公司都加大了研究和投资力度，如欧盟于2008年完成的Biomine]20][19[和Bioshale计划，BHP联合多家机构
的AMIRAS堆浸计划。

同时前述已实现工业化生物浸出的工艺也在应用过程中不断发展进步。

现有工业化的生物浸出技术为国外几家大型公司所有，其工业化比较成熟。

尽管今年来我国生物浸出技术已经有了较大发展，但与国外相比还有较大差距，主要是在浸出基本理论和工业化技术方面存在缺陷，而且已建立的工业生产厂规模小，产量低。

在矿产资源日益匮乏的今天，我国自主开发并实践工业化的浸出技术刻不容缓。

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