生物技術(shù)在濕法冶金領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究趨勢(shì)

????目前，高品位、易選別礦產(chǎn)資源日趨減少，低品位、難選冶資源日益受到重視。而傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方式非常不適應(yīng)開(kāi)發(fā)低品位資源，而且對(duì)環(huán)境還有一定程度的破壞。資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)之間存在著諸多問(wèn)題。因止匕對(duì)于低品位、難選冶資源的開(kāi)發(fā)利用，微生物濕法冶金技術(shù)顯示出了巨大潛力。

????微生物冶金技術(shù)可以很經(jīng)濟(jì)地處理低品位、難處理礦石和傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)方式留下的礦產(chǎn)廢料且該技術(shù)對(duì)環(huán)境危害小、投資少、能耗低、藥耗少。

微生物濕法冶金技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)中葉，是生物技術(shù)與濕法冶金技術(shù)相互交叉的邊緣學(xué)科。經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，其在產(chǎn)業(yè)化和基礎(chǔ)理論研究方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。本文是對(duì)生物技術(shù)在濕法冶金領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀、研究現(xiàn)狀和研究趨勢(shì)的概括總結(jié)。

1生物技術(shù)在濕法冶金領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1生物技術(shù)在金礦濕法冶金中的應(yīng)用

微生物濕法冶金技術(shù)主要應(yīng)用在金礦的氧化預(yù)處理階段。我國(guó)1994年進(jìn)行了2 000 t級(jí)黃鐵礦類型貧金礦石的細(xì)菌堆浸現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，原礦中金品位0. 54 g/ t，經(jīng)細(xì)菌氧化預(yù)處理，金的回收率達(dá)58%; 1996年，全國(guó)最大的微生物氧化提金連續(xù)半工業(yè)試驗(yàn)基地，處理能力為2一3 t/ d精礦，經(jīng)對(duì)廣西某金礦14t金精礦預(yù)氧化處理金的回收率達(dá)到82 6 0 o} 1};煙臺(tái)黃金冶煉廠2000年建成投產(chǎn)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(guī)方法浸出，回收率僅1000，而生物氧化預(yù)處理后，仍采用常規(guī)方法浸出，金的回收率高達(dá)96%;黃金冶煉廠于2001年4月建成并投產(chǎn)，采用CCD流程提取金，生產(chǎn)能力100t/d。近十幾年來(lái)，國(guó)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(dá)95%以衛(wèi)引;美國(guó)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(xì)菌氧化提金廠，處理規(guī)模40t/ d，金回收率達(dá)到92%?。

1. 2生物技術(shù)在銅礦濕法冶金中的應(yīng)用

我國(guó)已開(kāi)采的銅礦中，85%屬于硫化礦，而且在開(kāi)采過(guò)程中受當(dāng)時(shí)選礦技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本的限制產(chǎn)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(xì)菌堆浸技術(shù)處理含銅0 .09%一0.25%的廢石，建成了生產(chǎn)能力2 000 t/ a的濕法銅廠，問(wèn);福建紫金銅礦已探明的銅金屬儲(chǔ)量253萬(wàn)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(shù)浸出銅，并建成了年產(chǎn)300 t陰極銅的試驗(yàn)廠，目前正在進(jìn)行建設(shè)年產(chǎn)20 000t陰極銅的微生物堆浸廠的可行性研究工作。目前，美國(guó)和智利生產(chǎn)的銅中約有50%以上都采用生物堆浸技術(shù)，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(dá)到82%?

1.3生物技術(shù)在鈾礦濕法冶金中的應(yīng)用

我國(guó)于20世紀(jì)70年代初，在湖南711鈾礦進(jìn)行了處理量為700 t貧鈾礦石的細(xì)菌堆浸擴(kuò)大試驗(yàn)司;在柏坊銅礦則將堆積在地表的含鈾0.02%~0.03%的2萬(wàn)多噸尾砂采用細(xì)菌浸出法處理，歷經(jīng)8 a,共生產(chǎn)鈾濃縮物2t多;90年代初，核工業(yè)鈾礦開(kāi)采研究所對(duì)該礦山鈾礦石進(jìn)行了室內(nèi)細(xì)菌浸出試驗(yàn)，并對(duì)該礦山某采場(chǎng)低品位礦石采用原地破碎細(xì)菌浸出技術(shù)，采用富含浸礦細(xì)菌的礦坑水進(jìn)行留礦淋浸工業(yè)性試驗(yàn);此外，核工業(yè)北京化工冶金研究院在細(xì)菌浸礦方面做了大量研究工作，如在相山鈾礦進(jìn)行的細(xì)菌堆浸半工業(yè)試驗(yàn)，在贛州鈾礦進(jìn)行的原地爆破細(xì)菌浸出試驗(yàn)，在草桃背礦區(qū)進(jìn)行的細(xì)菌堆浸試驗(yàn)等。早在20世紀(jì)60年代，加拿大埃利奧特湖地區(qū)的一些礦山就進(jìn)行了采用細(xì)菌地浸鈾的研究，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益;西班牙、葡萄牙和法國(guó)，等也相繼開(kāi)展了細(xì)菌浸出的試驗(yàn)研究，并成功地把細(xì)菌氧化技術(shù)???用于鈾礦石的浸出處理中。

1.4生物技術(shù)在其他金屬礦濕法冶金中的應(yīng)用

????可用硅酸鹽細(xì)菌脫除鋁土礦中的SiO2在pH= 5 5 ~6 0、溫度30~ 35℃、固溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)0一15%，???拌速度保持在300~400 r/ min時(shí)，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)可從43. 5%提高到63. 9 %, SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dá)92%一94 %, 48%一50%和88%一91%。

另外，微生物浸出技術(shù)也可用于浸出鉛和錳的硫化物、二價(jià)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(jié)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(shù)在濕法冶金領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

????生物冶金是指利用微生物對(duì)礦石的分解作用來(lái)浸出有用組分。關(guān)于微生物浸礦機(jī)理，目前的研究結(jié)果，表明有直接作用機(jī)理、間接作用機(jī)理和復(fù)合作用機(jī)理。直接作用機(jī)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(tuán);間接作用機(jī)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(shí)，反應(yīng)被催化得以快速進(jìn)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(guò)來(lái)繼續(xù)氧化金屬礦物。

一般認(rèn)為，直接作用和間接作用是不能截然分開(kāi)的，它們同時(shí)存在于微生物浸礦過(guò)程中，有時(shí)以直接作用為主，有時(shí)以間接作用為主。目前，在微生物濕法冶金研究領(lǐng)域，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的生物技術(shù)可簡(jiǎn)單分為以下7項(xiàng)。

2.1浸礦菌種的采集與保存

????對(duì)于工業(yè)微生物的研究和使用者來(lái)說(shuō)，菌種可以從菌種保存機(jī)構(gòu)直接購(gòu)買，這樣可以節(jié)省時(shí)間，減少工作量，但這些菌種常常沒(méi)有從自然界中采集到的野生菌適應(yīng)性強(qiáng)，因此浸礦工作者常采用從自然界中直接采集的方法來(lái)獲得菌種。

????浸礦細(xì)菌在自然界分布很廣，但相對(duì)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(diǎn)。取樣用的工具通常是50~250 m L的細(xì)口瓶，經(jīng)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(guò)瓶容積的2/ 3為宜，留一定空間存空氣。

關(guān)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(xì)菌的分類與檢測(cè)

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

肉眼觀察、重鉻酸鉀容量測(cè)定法和顯微鏡觀察法是浸礦細(xì)菌研究中應(yīng)用最多的檢測(cè)和觀察手段。武名麟等曾較詳細(xì)地介紹過(guò)浸礦微生物的鑒定方法。實(shí)際上，細(xì)菌檢測(cè)設(shè)備還有通用設(shè)備和微生物快速檢測(cè)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(cè)定儀、放射測(cè)定儀、微量量熱計(jì)、生物發(fā)光測(cè)量?jī)x、藥敏自動(dòng)測(cè)量?jī)x和自動(dòng)微生物測(cè)量?jī)x等。但目前這些設(shè)備的應(yīng)用還比較少。

2. 3浸礦細(xì)菌的分離純化

????通常，從自然界采集來(lái)的細(xì)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(yǎng)基分離純化法，包括稀釋涂布平板法、終點(diǎn)稀釋法，、平板化線分離法和稀釋搖管法。前兩種方法很簡(jiǎn)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(yǎng)基分離純化法和單細(xì)胞直接分離法，但這兩種方法只適用于個(gè)體較大的細(xì)菌的分離純化。

浸礦用微生物一般個(gè)體較小，除上述方法外，還可以根據(jù)細(xì)菌對(duì)不同培養(yǎng)基的選擇性，采用富集培養(yǎng)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(xué)藥品滅菌法、過(guò)濾滅菌法和超聲波滅菌法等，通常采用最簡(jiǎn)單的干熱滅菌法。但要注意的是，滅菌過(guò)程中，除微生物被殺死外，還伴隨有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被破壞，所以要根據(jù)實(shí)際情況選擇滅菌方法。

2. 5浸礦細(xì)菌的培養(yǎng)與馴化

????培養(yǎng)基是人工配制的適合不同微生物生長(zhǎng)繁殖或者積累代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。不同微生物所需營(yíng)養(yǎng)不同，培養(yǎng)基的種類也有許多種。經(jīng)常使用的培養(yǎng)基有9K、利森、瓦克斯曼.ONM、科爾默等，其成分中大多含有細(xì)菌生長(zhǎng)需要的C, O,H, N