12.13 微生物湿法冶金的进展与展望

钴
最近几年来，微生物浸出提钴的产业化是
微生物湿法冶金的一重大进展。法国BRGM公
司在非洲的乌干达建成了一座采用微生物浸出
技术从含钴黄铁矿中回收钴的工厂，每年可处
理100万t含钴黄铁矿，年产1000t阴极钴，1999
年已顺利投产。该厂的浸出槽容量达1350m3。
墨江低品位镍钴矿生物堆浸中间工厂
德兴铜矿堆浸厂
左：酸性水库 右：集液库(合格液库)
紫金山铜矿300吨级生物堆浸提铜厂
紫金山铜矿千吨级生物堆浸提铜厂
•
入堆品位：0.45%Cu
• 浸出周期7个月，铜浸出率大于80% • 吨铜成本1.3万元
• 铜储量由50万吨扩大到150万吨
9. 基础理论研究
1) 发现了更多的适合于浸矿的菌种，
特别是中等嗜热菌与高温Hale Waihona Puke Baidu； (详见下图)
与BHP Bringfon两家公司共同投资，在智利Chuqicamata建设一座年
产电铜20000t的湿法提铜厂于2003年投产。该厂用BIOCOPTM技术处 理浮选硫化铜精矿，用高温菌，操作温度为70℃。
细菌与硫化矿作用的扫描电镜照片
细菌
硫化铜矿
细菌
Zaldivar 生物浸铜工厂（智利）
德兴铜矿堆浸现场 （Dump leaching)
以硫化铜为例，在细菌的作用下，将负二价
的硫氧化为正六价硫，从而使铜得以浸出。
7.基本原理与特点
细菌作用：
1、细菌接触作用：
CuS＋2O2
细菌
Cu2+＋SO42-
2、细菌间接氧化作用：
CuS ＋ Fe3+ Fe2+＋1/4O2＋H+ 2S0＋2H2O＋3O2 Cu2+＋Fe2+ ＋S0
细菌
Fe3+＋1/2H2O 2H2SO4
但这些仅仅是一些零星的现象，缺乏系统的研
究，当然更谈不上在工业上用作提取金属的手段。 从冶金的角度来看，真正有意义的并获得了工业应 用的是微生物，主要是细菌。把用生物来提取金属 的这门技术称为“生物冶金”是不够准确的，失之
过宽。叫“细菌冶金”又未免失之过窄，还是称
“微生物湿法冶金（Microbiohydrometallurgy）” 为好。
BIOX® 技术（中温菌槽浸） Bactech 技术（中等耐热菌槽浸） Newmont技术 （堆浸） Geobiotics技术（金精矿包覆堆浸）
难处理金矿细菌氧化预处理工厂一览表
厂家名称 Faiview Sao Bento Youanmi Harbour Lights Wiluna Ashanti Nemont-Carlin Tamboraque Beaconsfield Amantaytau Olypias Fosterville 烟台黄金冶炼厂 国 别 南非 巴西 澳大利亚 澳大利亚 澳大利亚 加纳 美国（内华达州） 秘鲁 澳大利亚 乌兹别克斯坦 希腊 澳大利亚 中国 原料性质 精矿 精矿 精矿 精矿 精矿 精矿 原矿块矿 （含铜金矿） 精矿 精矿 精矿 精矿 精矿 精矿 处理能力 （t/d） 55 150 60 40 158 960 10000 60 60 >100 >200 120 80 采用工艺 BIOX® BIOX® BacTech BIOX® BIOX® BIOX® Nemont BIOX® 投产时间 1988 1990 已关闭 1991 现已关闭 1993 1994 1995 1998 1998 2000 年以后 2000 年以后 2000 年以后 2000 年 9 月
2) 对浸矿细菌的性质进行了大量研究并开始 深入到基因水平，测定了主要浸矿细菌 DNA序列，对浸矿细菌进行了基因工程前
期工作研究；
氧化铁硫杆菌的不同菌株的DNA脉冲场凝胶电泳图像 （图下数字为不同菌株的编号）
1. TFD；2. VKM B-1160；3. TF 1292；4. TFG；5. TFN；6. TFBk；7. TFN； 8. VKM B-158；9. ATCC19859；10. TFV-1；11. TFW；12. TF97；13. TFR2.
微生物湿法冶金 的进展与展望
1. 生物分类
病毒界 — 病毒(virus) ria 蓝色光合菌门— 蓝细菌(cyanobacte ) 原核生物界(m onera ) 细菌(bacteria) 细菌门 te 放线菌(actinom yce ) 微细藻类 真核原生生物界 protistate) ( 原生动物 粘菌门— 粘菌 真菌界( fungi) 霉菌 真菌门 酵母菌( yeasts) 植物界( plants) 动物界(anim als )

镍
BIONICTM法中间示范厂于1997年2月建成 投产，处理镍黄铁矿，设计产量为日产20kg阴 极镍。示范工厂试验结果表明，10天的连续浸 出操作，镍的平均浸出率为92%。其试验结果 证实了用中温细菌在30～45℃从低品位硫化矿 精矿中生物浸出镍是可行的。
澳 大 利 亚 泰 坦 公 司 硫 化 镍 矿 生 物 堆 浸 中 间 工 厂
3) 研究了浸矿细菌对阴阳离子的抗性，初步揭示了浸矿细 菌对阴阳离子抗性的质粒编码机理，并进行了质粒基因 重组的尝试。细菌对离子的抗性机理有内在的（细菌的 生理及遗传特性），有以下4个方面：
① 通过改变膜转移系统，使有毒离子不能进入细胞内， 也能将原先就存在于胞内的有毒离子泵出胞外； ② 通过特殊的金属离子络合剂在细胞内外将有毒离子固 定（一般固定细胞壁上），使其不能进入细胞内； ③ 通过抗性基因编码的高度特异性的离子泵出系统，将 有毒离子泵出胞外，这是质粒控制的抗性系统； ④ 通过细胞的酶系统，将有毒离子转变成低毒的物质。
微生物
生物分类系统
2. 生物与冶金的关系
生物六界，除病毒外均能在不同程度上起到从自然界 中提取与富集金属的作用。以动物而言，有的昆虫，例如 前捷克斯洛伐克的一种金龟子就能富集黄金，一些鱼类能 从水中吸收并富集重金属。很多植物可以从土壤和水中选 择性吸收某些金属而使其富集。已知金能在特定的植物， 特别是在植物的种子中富集。生长在富含金地区的木贼的 灰中含金量可达160g/t，经换算这种植物中的含金量达60g/t。 在热泉地区的野蕨、白茅草、曼陀罗、铁线草也是富含金 的植物，椴木含金500ng/g干物质，红山什草每克干物质含 金80ng，有人把这些植物称之为“金植物”。黑云杉、美 洲白桦、柳树、山地赤杨、拉布拉多茶、马代草能富集Pt、 Pd。中药黄芪中能富集Pt、Pd、Au。葱中富含银，是一个 矿物指示剂植物。
硫化叶菌 (Sulfolobus)
高温菌 (thermophile) 氨基酸变性菌 (Acidans)
硫化叶菌属
Acidans属
氧化铁硫杆菌细胞形貌（放大1.5万倍）
氧化铁微螺菌细胞的电子显微镜照片
L. thermoferrooxidans(L.t)中等嗜热菌 的电子显微镜照片
云南热温泉水中的高温菌形貌（放大4万倍）
纤 毛
细 胞 质 细 胞 膜 周 质 间 隔
鞭 毛
荚 膜
细 胞 壁
细菌细胞结构示意图
鞭毛
细胞壁 细胞膜 细胞质 蛋白粒 呼吸链 类囊体 核糖体 RNA丝
纤毛 30S亚单位
50S亚单位 间体 DNA丝
细 菌 细 胞 结 构 图
细胞膜 胞壁质 脂蛋白 脂多糖 细胞壁
3.微生物湿法冶金的分类 微生物浸出 微生物氧化
氧化铁硫杆菌 简称T.f (Thiobacillus ferrooxidans) 中温菌 (mesophile) 氧化铁铁杆菌 简称T.t (Thiobacillus thiooxidans)
氧化铁微螺菌 简称L.f (Leptospirillum ferrooxidans) Thiobacillus Caldus 简称T.Caldus 中等嗜热菌 (moderate thermophile) Leptospirillum thermoferrooxidans 简称L.t Sulfobacillum thermosulfidooxidans 简称S.t Sulfobacillus属 微螺菌属 硫杆菌属
微生物吸附
微生物积累
4. 微生物湿法冶金发展 的历史进程
诞生期: 摇篮期: 觉醒期: 1947-1955 1955-1985 二十世纪九十年代
5. 微生物湿法冶金产业化 的进展
低品位铜矿与废石的细菌堆浸
细菌浸铜厂矿一览表
厂矿名称 Lo Aguirre Gnndpowder, Mammoth Leyshon Cerro Colorado Girilambone Ivan-Zar Queered Blanca Sulfuros Bajalay Toquepala Mt Cuthbert Andacollo Dos Amigos Zaldivar 德兴铜矿 紫金山铜矿 官房铜矿 Chuqicamata 国 智 别 利 原料特点 辉铜矿，含 Cu1.4%（堆浸） 辉铜矿与斑铜矿， Cu2.2% 含 （原位浸出） 含金辉铜矿，含 Cu1750g/t， 含金 1.739g/t 辉铜矿， Cu0.25% 含 （堆浸） 辉铜矿，含 Cu2.5%（堆浸） 辉铜矿，含 Cu2.5%（堆浸） 辉铜矿，含 Cu1.3%（堆浸） 原生硫化铜矿，含 Cu0.35% 次生与原生，含 Cu0.17% 次生硫化铜矿 辉铜矿 辉铜矿 次生硫化铜矿，含 Cu1.4% 含铜废石堆浸， 原生硫化铜， 含 Cu0.09% 规模（t/d 矿石） 3500 （14000~15000tCu/a） 设计能力为 13000t/aCu 1370 16000（60000t/aCu） 2000（14000t/aCu） 1500 （10000~12000t/aCu） 17300（75000t/aCu） 14000~15000 60000~120000 16000 10000 3000 约 20000 设计年产电铜 2000 吨 设计年产电铜 10000 吨 年产 2000 吨电铜 年产 20000 吨电铜 服务时间 1980－1996 1991 至今 1992－1997 1993 至今 1993 至今 1994 至今 1994 至今 1994－ 1995－ 1996－ 1996－ 1996－ 1998－ 1997－ 2004 2003 2003
澳大利亚 澳大利亚 智 利
澳大利亚 澳大利亚 智 智 秘 智 智 智 利 利 鲁 利 利 利
澳大利亚
中国（江西）
辉铜矿占 60% 中国（福建） 矿含铜 0.6%， 矿含铜 0.9%，含 Ag50g/t， 中国（云南） 原生硫化铜矿占 20%， 次生硫化铜矿占 70% 智 利 硫化铜浮选精矿
6. 难处理金矿的 细菌氧化预处理
BIOX®
山东天承金业股份 中国 精矿 100* BacTech 2001 年 5 月 有限公司（莱州） * 设计处理能力为 100t/d，实际达产能力为 140t/d，投资 6300 万元，技术为国外引进，设备由国外制作。
GeoCoat技术用于难处理金矿堆浸预氧化(南非）
7.基本原理与特点
生物冶金技术是利用微生物、空气和水等天 然组分从矿石中直接提取金属，无需选矿、火法 炼制的清洁短流程技术，是矿冶工程和生物工程 的交叉学科。
细菌
7.基本原理与特点
硫化铜矿石 生 物 提 铜 原 则 工 艺 流 程 微生物 浸 出
含铜浸出液
萃 取 电 积
阴极铜
7.基本原理与特点
流程短，装备简单，易操作 投资与操作成本低 无SO2等气体排放、废水循环利用 适合处理低品位、含杂高以及偏远地区资源
8. 基础金属硫化矿浮选精矿 的细菌浸出
• 含砷低品位硫化镍矿：Ni 0.6%，Co 0.05%，As 0.5%
•中温菌、中等嗜热菌混合应用，年浸出率65% • 浸出液硫化沉淀产出硫化镍中间产品：Ni 20%
铜
近几年来，由于BIOX®生物浸出的快速发展，中温菌
（Mesophile）和高温菌（Sulfolobus）被逐渐地运用于浸出铜精矿上， 为此，BIOCOPTM工艺被开发出来。其中，1997年，智利建立了和 溶剂萃取相结合的2m3生物连续浸出半工业试验处理次生硫化铜矿。 1997年9月至1999年10月，建在智利丘基卡玛塔（Chuqicamata）的 BIOCOPTM半工业试验厂处理硫化铜矿精矿的成功经验（铜回收率 达99%）验证了BIOCOPTM工艺技术上商业上的可行性。由Codelco