摘 要： 我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，它的開發(fā)和利用是我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著近年來(lái)工業(yè)行業(yè)不斷發(fā)展壯大，我國(guó)不可再生礦產(chǎn)資源不斷開發(fā)利用，礦總量持續(xù)降低，日益趨向枯竭，而且常規(guī)冶煉技術(shù)和方法提取含量低，效率不高，致使浪費(fèi)許多潛在資源。最近二十年來(lái)發(fā)展的生物濕法冶金技術(shù)，因成本低、投資少、環(huán)境友好，成為冶金技術(shù)的研究熱點(diǎn)，并成為未來(lái)冶金行業(yè)最具有競(jìng)爭(zhēng)力的方法之一。

關(guān)鍵詞： 硫化礦 生物浸出 濕法冶金

1.定義

生物濕法冶金（也稱硫化礦生物冶金），是一門硫化礦生物提取冶金的工業(yè)應(yīng)用，主要用于處理傳統(tǒng)技術(shù)難處理的低品位復(fù)雜礦、廢棄礦石、尾礦等。

2.浸出基本原理

硫化礦的生物浸出是水溶液中多相體系的一個(gè)復(fù)雜過程，包含化學(xué)氧化、生物氧化和電化學(xué)氧化反應(yīng)。一般認(rèn)為，在生物浸出過程中，微生物的作用表現(xiàn)在三方面。

2.1直接作用

直接作用是指細(xì)菌與硫化礦物直接接觸氧化，加速固體礦物被氧化成可溶性鹽的反應(yīng)過程，如許多金屬硫化礦物在浸礦微生物的直接氧化作用下會(huì)發(fā)生浸出反應(yīng)[2]。

直接作用發(fā)生第一步：細(xì)菌吸附。在K.A.Natara janetal的研究中顯示，細(xì)菌吸附量的增加可以促進(jìn)鐵的溶解。M.I.Sampson等人用氧化亞鐵硫桿菌、中等嗜高溫菌—嗜高溫氧化硫化物硫桿研究了不同培養(yǎng)條件下對(duì)不同礦物的吸附作用，結(jié)果表明，中等嗜高溫菌種有更大的吸附程度，這一結(jié)果與礦物被細(xì)菌浸出的結(jié)果一致[3]。K.A.Thirde等人的研究表明黃銅礦浸出率強(qiáng)烈依賴于溶液中的氧化還原電位（En），這種參數(shù)比細(xì)菌數(shù)量或活性更有影響，當(dāng)分別加入亞鐵或高鐵時(shí)，前者浸出速度快2.7倍，而后者卻抑制了細(xì)菌浸出，因此細(xì)菌促進(jìn)電化學(xué)氧化作用，僅當(dāng)電化學(xué)條件有利時(shí)才發(fā)生[4]。

2.2間接作用

間接作用是指利用硫化礦物中釋放出來(lái)的亞鐵和硫元素間接浸出硫礦化物。樁木圭子等人用氧化亞鐵硫桿菌[5]浸出黃鐵礦，分析了浸出溶液和黃鐵礦表面，并通過測(cè)定溶液中氧化還原電位（En）的變化—作為細(xì)菌氧化活性的一種度量，認(rèn)為黃鐵礦的細(xì)菌浸出主要按照間接機(jī)理。利用氧化亞鐵微螺菌研究它對(duì)黃鐵礦的氧化浸出動(dòng)力學(xué)，表明它是通過間接作用氧化黃鐵礦。同時(shí)發(fā)現(xiàn)氧化亞鐵硫桿菌優(yōu)先利用高鐵氧化硫化鋅產(chǎn)生的是元素硫，而不是亞鐵，高鐵的再生被抑制，因此確定了硫化鋅的細(xì)菌氧化機(jī)理[6]是間接作用。

2.3復(fù)合作用

研究認(rèn)為，黃鐵礦細(xì)菌氧化同時(shí)有直接作用和間接作用，而黃銅礦是以直接作用進(jìn)行的，黃鐵礦的存在對(duì)黃銅礦的氧化有抑制作用，用此解釋兩種礦石的浸出差異。C.Pogliani的試驗(yàn)結(jié)果證明，細(xì)菌的直接作用和間接作用同時(shí)存在，同等重要。

3.生物浸出應(yīng)用菌種

3.1硫桿菌屬

3.1.1氧化亞鐵硫桿菌

該菌是最常用的一種化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)細(xì)菌，能氧化二價(jià)鐵離子和還原態(tài)硫，氧化速率非?？?，能在礦的酸性礦坑水中存活[7]。

3.1.2氧化硫硫桿菌

該菌可以氧化硫和硫的一系列還原性化合物，不能氧化硫化物礦物，有較強(qiáng)的耐酸性能和耐壓性。

3.1.3排硫硫桿菌

它是硫桿菌中較常見的一種，菌落生成沉淀呈黃色。存活時(shí)間短，可將硫代硫酸鹽氧化成元素硫，將元素硫氧化成硫酸[8]。

3.1.4硫化鎳礦細(xì)菌

對(duì)于硫化鎳礦的浸出機(jī)理研究，與大多數(shù)硫化物的生物浸出類似，包括化學(xué)氧化、生物氧化及原電池反應(yīng)等[9]。

3.2端螺菌屬

其包括一個(gè)中溫菌種氧化亞鐵鉤端螺菌和一個(gè)中等嗜高溫菌種嗜熱氧化亞鐵鉤端螺菌。其特征是能氧化亞鐵離子、黃鐵礦和白鐵礦，不能氧化硫和硫的其他還原性化合物。

3.3硫化桿菌屬

該屬菌種的生理及生化特性都很相似，均好氧且極度嗜酸。

3.4嗜酸嗜熱古生菌綱

該屬菌種為兼性無(wú)機(jī)化能自養(yǎng)菌，主要有硫化葉菌屬、酸菌屬、生金球菌屬及硫球菌屬可氧化硫化物。

4.硫化礦生物冶金的特點(diǎn)

4.1應(yīng)用范圍廣，可大規(guī)模應(yīng)用和建立上億噸級(jí)的大型細(xì)菌堆浸廠，也可整個(gè)礦山原位浸出。

4.2污染小，只局限于提取范圍內(nèi)酸性水。

4.3成本低投資少能耗低，貴重金屬回收率高。

4.4流程短，只需生物浸出—萃取—電積三步即可得產(chǎn)品。

5.微生物浸礦應(yīng)用實(shí)踐

5.1銅礦石的微生物浸出

堆浸用于處理傳統(tǒng)選冶技術(shù)難以處理的低品位礦、廢礦，地下就地浸出用品位高但無(wú)法采至地面的礦石[10]。

5.2鈾礦石的微生物浸出

細(xì)菌浸鈾工藝針對(duì)低品位鈾礦石和地下不能采出的富鈾礦石，采用地下就地浸出為主，堆浸和槽浸為輔的過程[11]。在硫酸、硫酸高鐵或硫桿菌屬細(xì)菌存在下，不溶性四價(jià)鈾轉(zhuǎn)變成可溶性的六價(jià)鈾，浸出得到含鈾溶液后用離子交換吸附或溶劑萃取的方法提取鈾。

5.3難處理金礦的生物氧化預(yù)處理

（1）含金硫化礦

金具有親硫和親鐵的雙重性質(zhì)，因此常以固溶體或次顯微形態(tài)包裹在硫礦化礦物中[12]。

（2）碳質(zhì)金礦

金被碳質(zhì)物包裹或與碳質(zhì)物形成穩(wěn)定配合物，阻礙用傳統(tǒng)氰化法回收金。

（3）黏土型金礦

細(xì)菌氧化能破壞金的包裹體釋放出金，是難處理金礦預(yù)處理的有效手段。

6.目前存在的問題與展望

對(duì)于硫化礦生物浸礦技術(shù)，就我國(guó)礦產(chǎn)資源而言，如果想利用該技術(shù)處理冶金方面的缺陷，則必須解決以下問題：（1）堆浸和就地浸出工程地質(zhì)、水文地質(zhì),（2）高效優(yōu)良浸礦菌種的開發(fā),（3）生物浸礦應(yīng)性與優(yōu)化設(shè)計(jì),（4）生物浸礦工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用規(guī)模化。

近年來(lái)，我國(guó)在微生物浸出技術(shù)的研究有了很大發(fā)展。浸礦細(xì)菌的工業(yè)育種研究雖然到目前為止還未發(fā)現(xiàn)十分理想的菌種和遺傳改良的理想菌株[13]，但這些研究展現(xiàn)了令人可喜的前景：首先是認(rèn)識(shí)到天然的浸礦細(xì)菌的菌種尚有廣泛的開發(fā)前景，現(xiàn)有菌種已涉及各種生態(tài)型、各種營(yíng)養(yǎng)型的菌種，并各具特色與優(yōu)缺點(diǎn),其次是對(duì)浸礦細(xì)菌的遺傳基礎(chǔ)有了一定認(rèn)識(shí)，為育種提供了一定的方法論指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]北京礦冶研究總院英聯(lián)邦第13屆礦冶學(xué)會(huì)理事會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].1986：45.

[2]羅林，康瑞娟，馬曉南，等.氧化亞鐵硫桿菌在氣升式反應(yīng)器中培養(yǎng)條件對(duì)其生長(zhǎng)特性的影響[J].過程工程學(xué)報(bào)，2001，1（4）：365.

[3]鐘慧芳，李雅芹，王永成.細(xì)菌浸出中貧鎳硫化礦的研究[J].微生物學(xué)報(bào)，1980，20（1）：82.

[4]張?jiān)诤?，王淀佐?a href="http://www.sc682.com/guest_show-47.html" target="_blank">胡岳華，等.氧化亞鐵硫桿菌遺傳選育方法探討，1999，4：28-31.

[5]張?jiān)诤?，邱冠周，胡岳華，等.不同富集菌種比較研究.有色礦冶，2000，16（4）：11-14.

[6]張?jiān)诤＃醯碜?，邱冠周，?氧化亞鐵硫桿菌亞鐵氧化活性誘變育種理論探討.銅業(yè)工程，2001：12-15.

[7]張?jiān)诤＃廊A，邱冠周，等.細(xì)菌氧化生理與其浸礦機(jī)理研究.國(guó)際學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文，2002.

[8]專利：一種浸礦用的高效細(xì)菌培育技術(shù)[P].011315946，2001，12，6.

[9]成果鑒定及湖南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)：低品位銅礦和鋅礦復(fù)合催化劑和菌種改良生物浸出新技術(shù).中國(guó)有色金屬學(xué)，2001，12.

[10]邱冠周，王軍，鐘康年，等.銅礦石銀催化研究[J].礦冶工程，1998，3：22-25.

[11]姜成林，徐麗華，著.微生物資源學(xué)[M].上海：科學(xué)出版社，1997：159-163.

[12]丁育清，盧壽慈，安蓉.難處理金礦石的細(xì)菌氧化提金技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用[J].黃金，1996，6：32-37.

[13]張廣積，方兆晰.生物氧化浸礦機(jī)理和動(dòng)力學(xué)[J].國(guó)外金屬礦選礦，2000，6：17-20.