冶金新技术——浅谈生物冶金

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1、冶金新技术——浅谈生物冶金学院：冶金与能源工程学院专业：有色冶金专业1.生物冶金的发展生物冶金是利用以矿物为营养基质的微生物，将矿物氧化分解从而使金属离子进入溶液，通过进一步的纯化、浓缩获得金属的新技术，它的实质是加速硫化矿物自然转化成氧化物的湿法冶金过程。该技术综合了湿法冶金、微生物学、矿物加工、化学和环境工程等多个学科的研究成果。与传统处理工艺相比，生物冶金技术具有如下特点:(1)工艺流程简化、设备简单易操作、成本低、能耗少。(2)资源利用广，能使更多不同种类及低品味矿物资源得到有效利用。(3)污染排

2、放少，有利环保。从文献记载来看，生物冶金技术已具有较长的历史，早在公元前2世纪，堆浸在当时就是生产铜的普遍做法[1]。我国是世界上最早利用微生物浸矿的国家，但也只是在采铜、铁过程中不自觉地利用了自发生长的某些自养细菌浸矿。在欧洲，这种技术的应用至少始于公元二世纪，从1687年开始，瑞典中部Falun矿山的铜矿至少已经浸出了2百万吨铜。目前已经扩大到利用具有浸矿能力的细菌进行铜、铀、金、锰、铅、镍、铬、钴、铁、砷、锌、铝等几乎所有硫化矿的浸出。世界上第一座大型细菌处理厂[2]是加纳的Ashanti生物氧化系

3、统，1995年扩建设计规模为960t/d。产业化相对领先的国家有智利、澳大利亚、美国、南非、日本等，中国、欧盟也从近几年先后投入大量资金开展生物冶金领域的研究。中国于2004年启动了生物冶金重大基础研究项目(即973计划)——微生物冶金的基础研究，中南大学邱冠周教授任首席科学家。产业化方面也取得一定进展，例如在江西德兴铜矿的堆浸[3]、福建紫金矿业紫金山低品位铜矿的原位堆浸[4]以及广东梅州低品位铜矿生物冶金国家高技术示范工程项目等。2生物冶金中常用的细菌生物浸出中使用的主要是化能自养微生物，此类微生物可

4、从无机物的氧化过程中获得能量，并以C02为主要碳源和以无机含氮化合物作为氮源合成细胞物质；又可进一步细分为硫化细菌、氢细菌、铁细菌和硝化细菌等4种生理亚群[5,6]。在硫化矿生物浸出中应用最多的为硫化细，在有空气(含有电子受体02和少量C02)、一定的pH、温度及一定的含氮无机物情况下，硫化细菌就能生长繁殖，并将元素S和某些还原态的硫化物氧化成S042-从中获得能量。其中嗜酸氧化亚铁硫杆菌还能氧化金属硫化物，将Fe2+离子氧化成Fe3+”离子，三价铁盐是湿法冶金中常用的氧化剂。因此有色冶金中利用嗜酸氧化亚

5、铁硫杆菌在常温酸性溶液中，进行硫化矿石或精矿浸出，使金属硫化物转变为可溶性硫酸盐[7]。按作用的温度这些菌种可分为：中温菌种(msophiles，20℃-40℃)、中等嗜高温菌种(moderatethermophiles，40℃-60℃)、嗜高温菌种(thermophiles，>60℃)[6，7]。特别是近年来从含硫丰富的酸性热泉水中分离出的酸热硫化叶片菌、嗜酸热硫球菌[8]以及嗜热嗜酸酸杆菌甚至可在更高的温度下用于硫化矿的酸性浸出[9]。矿物浸出体系中所涉及到的微生物种类是多种多样的，主要有化能自养菌、

6、异养菌和真菌，此外也有原生动物存在[10]。其中已用于硫化矿生物浸出的菌种主要有嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans，简称A.f)、嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillusthiooxidans，简称A.t)和氧化亚铁微螺菌(Leptospirillumferrooxidans，简称(L.f)。其中嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A.f)可以氧化Fe2+离子、元素硫(S0)和还原态硫化物，嗜酸氧化硫硫杆菌(A.t)能氧化元素硫，不能氧化Fe2+离子；氧化亚铁微螺菌

7、(L.f)能氧化Fe2+离子，但不能氧化元素硫。除以上几种主要浸矿细菌外，目前许多研究发现，在硫化矿堆浸体系、硫化矿酸性废水以及酸性温泉中存在其它多种微生物。3.生物冶金的运用目前，无论是国外还是在国内，微生物冶金的产业化主要集中体现在以下两个方面：①铜的生物提取;②难处理金矿的生物提取[11]。3.1.低品位硫化铜矿的生物浸出据报道，目前用生物法提取的铜约占全世界总的铜产量的25％，特别在美国、加拿大、澳大利亚、智利等20多个国家都相继实现了生物提铜的产业化。而在我国，也有3座铜的生物氧化提取工厂相继投

8、入生产，它们分别是江西德兴铜矿、福建紫金山铜矿、云南官房铜矿。生物浸铜是指用天然物质水、空气和微生物将有价金属从铜矿石或精矿中浸出，以离子形式存在于浸出液中并加以回收的方法，微生物的作用是催化铜硫化物的氧化[12]。目前，生物浸铜的工业生产主要采用三种工艺。3.1.1．堆浸法(heapleaching)[13]现有的生物冶金工艺中，以堆浸技术最为成熟，应用也最广泛。它是将矿石堆积在矿坑外，从矿堆上部喷淋酸性浸矿溶液进行浸出。堆