摘要：本文系統(tǒng)闡述了植物冶金、綠色化學(xué)冶金、細(xì)菌冶金三種綠色環(huán)保冶金技術(shù)，并指出其具有的優(yōu)點(diǎn)及存在的不足。

關(guān)鍵詞：有色金屬,綠色,環(huán)保,植物冶金,生物浸出

中圖分類號(hào)： X37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0370（2011）11-0183-02

資源、環(huán)保、人口是當(dāng)今社會(huì)三大核心?！熬G色、環(huán)保是目前全社會(huì)、全世界最關(guān)心的話題，因?yàn)檫@關(guān)系到我們以及子孫后代的生存環(huán)境。有色金屬冶金工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，隨著規(guī)模的增大，人們往往注重產(chǎn)量而忽視了環(huán)保，大量的金屬廢液、廢渣無法有效的徹底回收處理，致使環(huán)境污染事件頻繁發(fā)生。如：云南最近發(fā)生的鉻渣污染事件，鉻渣是在生產(chǎn)鉻鹽過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，屬于重金屬危險(xiǎn)廢物。另外，不銹鋼酸洗、鍍銅、印刷電路板等企業(yè)產(chǎn)生的含鐵、銅等重金屬廢液，都屬于難于處理的金屬污染源。這些金屬污染物直接排放，不僅對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，而且還造成了有價(jià)金屬的流失。目前我國(guó)受重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃，約占耕地總面積的1/5。全國(guó)每年因重金屬污染而減產(chǎn)糧食1000多萬噸。采用無污染的清潔生產(chǎn)工藝，從源頭上預(yù)防環(huán)境污染、提煉金屬的方法，被稱為“綠色環(huán)保冶金技術(shù)。研究和利用“綠色環(huán)保冶金技術(shù)是保證有色冶金工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。目前，全世界“綠色環(huán)保冶金技術(shù)主要有以下三種。

1 植物冶金

土壤重金屬不僅直接影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)，而且還通過食物鏈影響到人體健康和安全。重金屬引起的環(huán)境污染問題正在日益成為環(huán)境、土壤學(xué)家研究的熱點(diǎn)問題，越來越受到人們的高度關(guān)注。利用超積累植物對(duì)受到重金屬污染的土壤進(jìn)行清理，把植物中重金屬回收的方法，稱為植物冶金技術(shù)，在國(guó)外已有植物冶金方面的專利。將富集高濃度重金屬的作物進(jìn)行再生產(chǎn)，得到重金屬，稱為植物采礦（即植物冶金）。其主要工藝是：將植物中的水分干燥以后，用農(nóng)業(yè)器械收集，焚燒成灰分，然后將有機(jī)質(zhì)通過燒結(jié)、煅燒、熔煉等方法進(jìn)行深度加工，如電解冶金法、酸解冶金法，用來回收重金屬。干植物材料的有機(jī)物冶煉溫度一般在260℃到816℃之間。如：從富含金的干植物材料中提取金，是將含金量1000mg/kg的植物灰分溶解在酸里，隨后萃取，純金便能夠從有機(jī)成分中提取出來?；鹨睙挿軌蛱崛★w灰中的、Ni。通過電滲析、電磁技術(shù)、濕法冶煉、火法精煉等可以提取灰分中的As、Se。

植物采礦作為一種綠色的冶金方式與傳統(tǒng)的濕法和火法冶金相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)。露天開采造成水土流失、環(huán)境破壞，植物冶金可以防止這些問題，同時(shí)凈化地下水，美化環(huán)境,植物焚燒的灰分中不含硫，進(jìn)行冶煉時(shí)可節(jié)省能量。另外，對(duì)開采過的廢礦石也可以再進(jìn)行開采，不僅具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且節(jié)省了資源。目前，植物冶金仍有許多局限性，如冶煉過程中會(huì)產(chǎn)生二次污染,添加物的使用會(huì)使成本提高等等?？傊?，植物冶金是一種環(huán)保型的新工藝，針對(duì)不同重金屬、不同植物的具體冶金方法需要我們更系統(tǒng)、更深入的研究，更需要從降低成本方面想辦法，需要更多的田間試驗(yàn)來驗(yàn)證其可行性。我國(guó)礦山現(xiàn)有尾礦總量達(dá)到80億噸左右，但全國(guó)尾礦的平均利用率只有8.2％,另外，由于冶金工業(yè)的發(fā)展，大面積土地被重金屬污染。因此，深入開展植物冶金研究，利用即環(huán)保又經(jīng)濟(jì)的植物冶金方法，將這些東西“變廢為寶，具有深遠(yuǎn)的意義。

2 綠色化學(xué)冶金

綠色化學(xué)冶金即原子經(jīng)濟(jì)化冶金。綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)（Environmentally Benign Chemistry）、環(huán)境友好化學(xué)（Environally Friendly Chemistr qy）、清潔化學(xué)（Clean Chemistry）。綠色化學(xué)即是用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消滅那些對(duì)人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。綠色化學(xué)的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物。利用綠色化學(xué)思想來實(shí)現(xiàn)冶金過程的綠色化，可以從源頭上阻止污染。在響應(yīng)人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略上，化學(xué)家們提出了一個(gè)十分響亮的口號(hào)——原子經(jīng)濟(jì)化。特別是在21世紀(jì)提出這一概念，對(duì)于發(fā)展化學(xué)化工科學(xué)以及有色金屬冶金具有特別重要的意義。原子經(jīng)濟(jì)化概念是美國(guó)化學(xué)家特勞斯特（B.M.Trost）于1991年提出的，其主要內(nèi)容是化學(xué)反應(yīng)應(yīng)該最大限度地利用原料分子中的每一個(gè)原子，使它們都結(jié)合到目標(biāo)分子（目標(biāo)中的產(chǎn)物）中去，從而達(dá)到零排放（即沒有副反應(yīng)，不生成副產(chǎn)物，更不能產(chǎn)生廢棄物）。 原子經(jīng)濟(jì)化的目的就是物盡其用，更具體來說，便是一個(gè)節(jié)約自然資源和防止環(huán)境污染的問題。它主要包括：

（1）采用無毒、無害的原料,

（2）采用無毒、無害的催化劑,

（3）采用無毒、無害的溶劑,

（4）利用可再生的資源合成化學(xué)品,

（5）LAc+k+BCDl0bpl/sYlhr9ioJXS86XF61dtH1r1eipLg=得到環(huán)境友好產(chǎn)品。

事實(shí)上，在研究一個(gè)新的化學(xué)反應(yīng)和設(shè)計(jì)一種新的冶金工藝流程時(shí)，自然和必然地會(huì)想到原子經(jīng)濟(jì)化的問題，專家們也想盡量利用原料中的每一個(gè)原子，將它們完全轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)分子?？墒?，工業(yè)生產(chǎn)又要考慮到生產(chǎn)效率問題，也就是說，要考慮產(chǎn)率高、反應(yīng)速率快、反應(yīng)容易進(jìn)行、原料易得價(jià)格便宜等諸多因素。這樣一來，原子經(jīng)濟(jì)化的反應(yīng)往往達(dá)不到這些要求，而原子非經(jīng)濟(jì)化的反應(yīng)卻能達(dá)到這些要求，缺點(diǎn)只是浪費(fèi)一點(diǎn)原料，并帶來一點(diǎn)廢棄物，或者給環(huán)境造成污染。于是，如果單純從經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展經(jīng)濟(jì)方面考慮，就會(huì)把原子經(jīng)濟(jì)化原則放在腦后?，F(xiàn)在，人類已經(jīng)十分重視環(huán)境污染問題，節(jié)約自然資源和減少環(huán)境污染是首要的選擇。因此，原子經(jīng)濟(jì)化當(dāng)然成為有色冶金的首要選擇。

3 細(xì)菌冶金

又稱微生物浸礦，主要是運(yùn)用細(xì)菌法溶浸貧礦、尾礦、廢礦和爐渣等，回收貴重金屬和稀有金屬，防止礦產(chǎn)資源流失，充分利用礦藏的一種冶金方法，是近代發(fā)展起來的一種新工藝。之所以稱其為“綠色冶金技術(shù)，是因?yàn)槠渑c傳統(tǒng)冶煉方法相比，對(duì)環(huán)境的污染小且可處理品位較低的礦物，基建投資少、操作成本低。

其典型的反應(yīng)原理和步驟如下：

（1） 氧化硫桿菌、聚硫桿菌將礦石中的硫氧化成硫酸，而氧化亞鐵硫桿。菌將硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵。其反應(yīng)方程式如下：

2S+3O2+2H2O→ 2H2SO4

4FeSO4+2H2SO4 → 2Fe2（SO4）3+2H2O

（2）通過以上反應(yīng)，細(xì)菌得到需要的能量，硫酸鐵可將礦石中的鐵或銅等，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄曰衔?，從礦石中溶解出來，其反應(yīng)方程式為：

FeS2（黃鐵礦） + 7Fe2（SO4）3 + 8H2O → 15FeSO4+8H2SO4

Cu2S（輝銅礦）+ 2Fe2（SO4）3 →2CuSO4 + 4FeSO4 + S

（3）金屬硫化物經(jīng)細(xì)菌溶浸，含酸溶液收集，然后利用萃取、置換、離子交換、電解等方法把各種金屬加以濃縮和沉淀。

生物浸出于1955年開始工業(yè)化，于20世紀(jì)80年代中期取得突破性發(fā)展。隨后生物浸出的處理規(guī)模不斷增加，工業(yè)化水平不斷提高。工業(yè)化生物浸出工藝主要有兩種：槽浸和堆浸。實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生物浸出的金屬主要是金、銅等，正處于工業(yè)化研究階段的是鎳、鈷、鋅等?，F(xiàn)有的工業(yè)化生物浸出技術(shù)為國(guó)外幾家大型公司所有，其工業(yè)化比較成熟。盡管近年來我國(guó)生物浸出技術(shù)已經(jīng)有了較大發(fā)展，但與國(guó)外相比還有較大差距，主要是在浸出基本理論和工業(yè)化技術(shù)方面存在缺陷，而且已建立的工業(yè)生產(chǎn)廠規(guī)模小、產(chǎn)量低。在礦產(chǎn)資源日益匱乏的今天，我國(guó)自主開發(fā)并實(shí)踐工業(yè)化的浸出技術(shù)刻不容緩。

“十二五是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的攻堅(jiān)時(shí)期，要加快轉(zhuǎn)變工業(yè)發(fā)展方式，推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)工業(yè)由大變強(qiáng)。有色金屬工業(yè)是“十二五推進(jìn)節(jié)能降耗技術(shù)升級(jí)的重點(diǎn)行業(yè)。因此，研究發(fā)展植物冶金、綠色化學(xué)冶金、細(xì)菌冶金等“綠色環(huán)保冶金方法，淘汰環(huán)境污染嚴(yán)重的冶金工藝，充分利用資源和廢物，對(duì)企業(yè)和社會(huì)意義重大。目前，我國(guó)與國(guó)外相比，在此領(lǐng)域的研究和工業(yè)化差距還比較大，還需要我們付出更多的努力。

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收稿日期：2011-08-22

作者簡(jiǎn)介：劉會(huì)建（1973-），男，監(jiān)測(cè)站副站長(zhǎng)，研究方向：環(huán)保監(jiān)測(cè).