生物技術在濕法冶金領域的應用現狀及研究趨勢

????目前，高品位、易選別礦產資源日趨減少，低品位、難選冶資源日益受到重視。而傳統的開發方式非常不適應開發低品位資源，而且對環境還有一定程度的破壞。資源開發與環境保護之間存在著諸多問題。因止匕對于低品位、難選冶資源的開發利用，微生物濕法冶金技術顯示出了巨大潛力。

????微生物冶金技術可以很經濟地處理低品位、難處理礦石和傳統開發方式留下的礦產廢料且該技術對環境危害小、投資少、能耗低、藥耗少。

微生物濕法冶金技術產生于上世紀中葉，是生物技術與濕法冶金技術相互交叉的邊緣學科。經歷了半個世紀的發展，其在產業化和基礎理論研究方面均取得了長足的進步。本文是對生物技術在濕法冶金領域的應用現狀、研究現狀和研究趨勢的概括總結。

1生物技術在濕法冶金領域的應用現狀

1.1生物技術在金礦濕法冶金中的應用

微生物濕法冶金技術主要應用在金礦的氧化預處理階段。我國1994年進行了2 000 t級黃鐵礦類型貧金礦石的細菌堆浸現場試驗，原礦中金品位0. 54 g/ t，經細菌氧化預處理，金的回收率達58%; 1996年，全國最大的微生物氧化提金連續半工業試驗基地，處理能力為2一3 t/ d精礦，經對廣西某金礦14t金精礦預氧化處理金的回收率達到82 6 0 o} 1};煙臺黃金冶煉廠2000年建成投產生物氧化廠，加工的礦石為難處理含砷金精礦，處理量為60 t/ d。金精礦中的金采用常規方法浸出，回收率僅1000，而生物氧化預處理后，仍采用常規方法浸出，金的回收率高達96%;黃金冶煉廠于2001年4月建成并投產，采用CCD流程提取金，生產能力100t/d。近十幾年來，國外也相繼建立了多家生物氧化浸金廠，如南非的金礦廠，金的浸出率達95%以衛引;美國州1989年建成的金礦生物浸出廠，日處理礦石1 500t，金回收率為90%;澳大利亞于1992年建成細菌氧化提金廠，處理規模40t/ d，金回收率達到92%?。

1. 2生物技術在銅礦濕法冶金中的應用

我國已開采的銅礦中，85%屬于硫化礦，而且在開采過程中受當時選礦技術和經濟成本的限制產生了大量的表外礦石和廢石，廢石含銅通常為0.05%一0.3%。1997年5月，銅礦采用細菌堆浸技術處理含銅0 .09%一0.25%的廢石，建成了生產能力2 000 t/ a的濕法銅廠，問;福建紫金銅礦已探明的銅金屬儲量253萬t，屬低品位含砷銅礦，銅的平均品位0. 45%，含As 0.37%。該礦采用生物堆浸技術浸出銅，并建成了年產300 t陰極銅的試驗廠，目前正在進行建設年產20 000t陰極銅的微生物堆浸廠的可行性研究工作。目前，美國和智利生產的銅中約有50%以上都采用生物堆浸技術，如世界上海拔最高(4 400 m)的濕法煉銅廠處理銅品位為1.3%的銅礦石，銅浸出率達到82%?

1.3生物技術在鈾礦濕法冶金中的應用

我國于20世紀70年代初，在湖南711鈾礦進行了處理量為700 t貧鈾礦石的細菌堆浸擴大試驗司;在柏坊銅礦則將堆積在地表的含鈾0.02%~0.03%的2萬多噸尾砂采用細菌浸出法處理，歷經8 a,共生產鈾濃縮物2t多;90年代初，核工業鈾礦開采研究所對該礦山鈾礦石進行了室內細菌浸出試驗，并對該礦山某采場低品位礦石采用原地破碎細菌浸出技術，采用富含浸礦細菌的礦坑水進行留礦淋浸工業性試驗;此外，核工業北京化工冶金研究院在細菌浸礦方面做了大量研究工作，如在相山鈾礦進行的細菌堆浸半工業試驗，在贛州鈾礦進行的原地爆破細菌浸出試驗，在草桃背礦區進行的細菌堆浸試驗等。早在20世紀60年代，加拿大埃利奧特湖地區的一些礦山就進行了采用細菌地浸鈾的研究，取得了顯著的經濟效益;西班牙、葡萄牙和法國，等也相繼開展了細菌浸出的試驗研究，并成功地把細菌氧化技術???用于鈾礦石的浸出處理中。

1.4生物技術在其他金屬礦濕法冶金中的應用

????可用硅酸鹽細菌脫除鋁土礦中的SiO2在pH= 5 5 ~6 0、溫度30~ 35℃、固溶物質量分數0一15%，???拌速度保持在300~400 r/ min時，Al2O3質量分數可從43. 5%提高到63. 9 %, SiO2質量分數從25.9%下降到9. 1%。

????采用耐高pH(≥3.5)的誘變菌JC-3#分別浸出金川的貧礦和尾礦，鎳、銅浸出率分別為83. 7 0%和82. 77 %;采用氧化亞鐵硫桿菌(CTFS)和氧化硫硫桿菌(TT)按2 ：1的比例混合的混合菌液浸出金川貧礦石，鎳、銅、鉆的浸出率分別達92%一94 %, 48%一50%和88%一91%。

另外，微生物浸出技術也可用于浸出鉛和錳的硫化物、二價銅的硒化物、稀土元素以及稼和鍺，還可用于貴金屬和稀有金屬的生物吸附，錳、大洋多金屬結核，難選銅一鋅混合礦，大型銅一鎳硫化礦，含金硫化礦石，稀有金屬鉑和抗的浸出等。

2生物技術在濕法冶金領域的研究現狀

????生物冶金是指利用微生物對礦石的分解作用來浸出有用組分。關于微生物浸礦機理，目前的研究結果，表明有直接作用機理、間接作用機理和復合作用機理。直接作用機理是指微生物與礦物表面接觸，將金屬硫化礦物氧化為酸溶性的金屬離子和硫化物的原子團;間接作用機理指的是在多???屬硫化礦床中(通常含有黃鐵礦)，黃鐵礦在自然條件下被緩慢氧化，生成FeSO4和H2SO4,在有微生物存在時，反應被催化得以快速進行，最終生成Fe2(SO4)3和H2SO4.?Fe2(SO4)3是一種很有效的金屬礦物氧化劑和浸出劑，可反過來繼續氧化金屬礦物。

一般認為，直接作用和間接作用是不能截然分開的，它們同時存在于微生物浸礦過程中，有時以直接作用為主，有時以間接作用為主。目前，在微生物濕法冶金研究領域，已經被廣泛應用的生物技術可簡單分為以下7項。

2.1浸礦菌種的采集與保存

????對于工業微生物的研究和使用者來說，菌種可以從菌種保存機構直接購買，這樣可以節省時間，減少工作量，但這些菌種常常沒有從自然界中采集到的野生菌適應性強，因此浸礦工作者常采用從自然界中直接采集的方法來獲得菌種。

????浸礦細菌在自然界分布很廣，但相對比較集中于金屬硫化礦及煤礦的酸性礦坑水中，一些銅礦、鈾礦、金礦、煤礦等有酸性礦坑水的地方是最佳的菌種取樣地點。取樣用的工具通常是50~250 m L的細口瓶，經洗凈、消毒處理并配好膠塞后，用牛皮紙包扎好瓶口，置于120℃共烤箱中滅菌20 min，冷卻后即可使用。取樣量以不超過瓶容積的2/ 3為宜，留一定空間存空氣。

關于菌種的保存方法，目前使用的有砂土一黃鐵礦保存法、冷凍干燥法、液氮冷凍干燥法和液體石蠟保存法等。

2. 2浸礦細菌的分類與檢測

????目前，浸礦用細菌的分類通常是利用顯微鏡，根據其形態，將其分為球菌、桿菌和螺旋菌。

肉眼觀察、重鉻酸鉀容量測定法和顯微鏡觀察法是浸礦細菌研究中應用最多的檢測和觀察手段。武名麟等曾較詳細地介紹過浸礦微生物的鑒定方法。實際上，細菌檢測設備還有通用設備和微生物快速檢測儀器。前者包括氣相色譜儀、高壓液相色譜儀、X射線衍射儀、核磁共振波譜儀、激光拉曼光譜儀和激光顯微鏡等;后者有阻抗測定儀、放射測定儀、微量量熱計、生物發光測量儀、藥敏自動測量儀和自動微生物測量儀等。但目前這些設備的應用還比較少。

2. 3浸礦細菌的分離純化

????通常，從自然界采集來的細菌中含有大量的雜菌，必須分離、純化才能獲得目的菌種。目前采用最多的分離純化方法為固體培養基分離純化法，包括稀釋涂布平板法、終點稀釋法，、平板化線分離法和稀釋搖管法。前兩種方法很簡便，但局限性在于可能分離出的并不是所希望的菌種。

????另外，也可以采用液體培養基分離純化法和單細胞直接分離法，但這兩種方法只適用于個體較大的細菌的分離純化。

浸礦用微生物一般個體較小，除上述方法外，還可以根據細菌對不同培養基的選擇性，采用富集培養分離法分離純化。

2. 4滅菌方法

微生物滅菌方法有干熱滅菌法、濕熱滅菌法、射線滅菌法、化學藥品滅菌法、過濾滅菌法和超聲波滅菌法等，通常采用最簡單的干熱滅菌法。但要注意的是，滅菌過程中，除微生物被殺死外，還伴隨有營養物質被破壞，所以要根據實際情況選擇滅菌方法。

2. 5浸礦細菌的培養與馴化

????培養基是人工配制的適合不同微生物生長繁殖或者積累代謝產物的營養基質。不同微生物所需營養不同，培養基的種類也有許多種。經常使用的培養基有9K、利森、瓦克斯曼.ONM、科爾默等，其成分中大多含有細菌生長需要的C, O,H, N