微生物技术在矿物加工和冶金中的应用.docx

微生物技术在矿物加工和冶金中的应用赵智平1 , 方伟成1 , 文小强2(1 江西理工大学资源与环境工程学院 , 赣州 341000 ; 2 江西理工大学应用化学 , 赣州 341000)摘要 : 随着现代化进程的加快 ,支撑经济发展的重要领域 - 矿物加工与冶金行业也得到迅速发展 ,其资源的不可再生性对该行业的发展有所限制 ,对其利用的技术要求越来越高 ,很有必要研究更为经济环保的技术 。介绍了将微生物技术用于矿物加工和冶金过程的相关机理 ,研究现状及应用 ,指出该技术研究的重要性 。关键词 : 微生物 ; 矿物加工 ; 冶金 ; 现状The Appl icat ion of Microbial Technol ogy in Mineral &Metall urgical ProcessZ HA O Zhi2pi n g1 , FA N G W ei2chen g1 , W EN X i ao2qi a n g2(1 College of Reso urces & Enviro nment Engineering , J iangxi U niversit y of Science andTechnology , Ganzho u341000 ; 2 College of Applied Chemist ry , J iangxi U niversit y of Science and Technology , Ganzho u341000 , China)Abstract : Wit h t he rapid growt h of mo der nizatio n , mineral and metallurgical p rocess , t he very impo rtantfields , w hich sustain t he eco no mic boo ms , have also experienced speedy expansio n . The f act was t hat t he no nre2 newable reso urces rest ricted t he develop ment . That request fo r using t he advanced technology was higher and hegher . So it was necessary to st udy eco no mical and enviro nmentally so und technology. Technology of microo r2ganismsmetallurgy and t he mechanism of t he co urse were int ro duced , t he develop ment and p resent stat us of u2tilizatio ns were st udied , and t he impo rtance of t his technology was analyzed.Key words : microo rganisms ; mineral p rocess ; metallurgical p rocess ; p resent stat us随着经济的发展 ,人类对自然资源需求上升 ,矿产资源趋于枯竭 ,不得不去考虑开发利用低品位的矿产资源和回收 利用尾矿 ,故对矿物加工与冶金技术提出了更高的要求 。微 生物工程技术与矿物加工等技术结合产生了一种新工艺 - 微生物冶金技术 ,其在矿物资源加工和冶金中的作用日益凸 显 。微生物冶金技术具有充分回收利用矿产资源 ,环境污染 危害小 ,投资省 ,药剂消耗少的特点 ,使其应用前景广阔 。的能量 ,自养自生 。在无细菌存在的情况下 ,绝大部分金属矿物的自然溶解速率很慢 ,必须采用化学溶剂浸出它们 ( 例 如酸浸 、氨浸出铜 、氰化物浸出金等) 。在微生物的作用下 , 矿物的溶解速率急增 ,可达到自然溶解的 105 106 倍6 。硫化矿的细菌浸出的实质是使难溶的金属硫化物氧化 , 使其金属阳离子溶入浸出液 ,浸出过程是硫化物中 S2 - 的氧 化过程 。其机理如下 :(1) 直接作用细菌直接吸附在硫化物矿物表面 ,作用机理是细菌氧化 硫化物 ,通过细菌细胞内特有的铁氧化酶和硫氧化酶直接氧 化金属硫化物 ,将金属溶解出来 。用化学反应式来表达 :1微生物冶金技术的机理按微生物在矿物加工中的作用可将微生物冶金技术分 为 :生物浸出 、生物氧化 、生物分解1 - 2 。1 . 1 生物浸出已报道用于浸矿的细菌有 20 多种 ,但主要有 :氧化铁硫 杆菌 ;氧化硫硫杆菌 ; 硫化芽苞杆菌属 ; 氧化铁杆菌 ; 高温嗜酸古细菌 ;微螺球菌属3 - 5 。用于采矿的细菌大多为宽约 0 . 5m 、长约 12m 的杆 菌 ,它们生长在普通微生物难以生存的强酸性坑内水中 ,摄取空气中的二氧化碳 、氧和水中的其它微量元素合成细胞组 织 ,对矿石中硫 、铁等成分的氧化有促进 ,并能获得新陈代谢作者简介 :赵智平 ( 1982 - ) ,男 ,江西理工大学环境工程专业 05 级硕士研究生 ;方伟成 ( 1981 - ) ,男 ,江西理工大学环境工程专业 05 级硕士研究生 ;文小强 ( 1982 - ) ,男 ,江西理工大学应用化学专业 05 级硕士研究生 。2007 年 35 卷第 5 期广州化工·15 ·2 应用现状2 . 1 铜矿石的微生物冶金技术应用最初生物浸出铜主要用于从废石和低品位硫化矿中回 收铜 ,细菌是自然生长的 ,近年来这种方法已用来处理含铜品位高于 1 %的次生硫化铜矿8 - 11 。 通常是将矿石破碎 到 一 定 的 粒 度 , 在 滚 筒 内 与 硫 酸 混合 ,然后用皮带运到堆场 ,堆高 610 m ,堆中埋有塑料管用 来通气 ,堆上加一些菌种 ,浸出周期为 200 天左右 ,铜的浸出 率可以达到 80 %以上 。美国和智利用 SX - EW 法生产的铜 中约有 50 %以上是采用生物堆浸技术生产 。我国已开采的铜矿中 85 %属于硫化矿 ,当时开采因受技术和成本的限制 ,产生了大量的表外矿和废石 ,废石含铜通常为 0 . 05 %0 . 3% 。随着矿石品位的下降 ,堆存的低品位矿石越来越多 ,从 这部分资源中回收铜很有实际意义 。“九五”期间德兴铜矿与北京有色冶金设计研究总院等 单位合作采用细菌堆浸技术处理 0 . 09 %0 . 25 %的含铜废 矿石 ,建立了生产能力 2000 t / a 的湿法铜厂 ,堆场面积 7 . 5 ×104 m2 ,堆 高 80 m , 萃 取 箱 的 处 理 能 力 达 320 m3 / h 。此 厂1997 年 5 月投产 ,已正常运转了几年 ,生产的阴极铜质量达 到 A 级 。福建紫金山铜矿已探明的铜金属储量 253 ×104 t ,属低品位含砷铜矿 ,铜的平均品位 0 . 45 % ,含砷 0 . 37 % ,主要铜矿物为蓝辉铜矿 、辉铜矿和铜蓝 ,该矿与北京有色冶金 设计研究总院及北京有色金属研究总院合作采用生物堆浸 技术建立了年产 300 t 阴极铜的试验厂 。2 . 2 金 、银矿的微生物冶金技术应用微生物冶金技术在金 、银矿中主要应用于氧化预处理阶 段 ,近年来已有 6 个生物氧化预处理厂分别在美国 、南非 、巴西 、澳大利亚和加纳投产 。1989 年美国内华达州的 To mkin Sp ytins 金矿建成日处理矿石 1500 t 的生物浸出厂 , 金的回 收率为 90 % ;巴西一处理量为 150 t / d 工厂于 1991 年投产 ;1994 年我国陕西省地矿局进行了 2000 t 级黄铁矿类型贫金 矿的细菌堆浸现场试验 ,原矿的金含量为 0 . 54 g/ t ,经细菌 氧化预处理 后 金 的 回 收 率 达 58 % , 而 未 经 处 理 的 只 有 22% ;1995 年云南镇源金矿难浸金矿细菌氧化预处理项目启 动 ,建成我国第一个微生物浸金工厂 ; 新疆包古图金矿经细菌氧化预处理后 ,金浸出率高达 92 %97 %12 - 19 。2 . 3 铀矿石的微生物冶金技术应用细菌浸 铀 也 已 有 多 年 历 史20 - 22 。美 国 、前 苏 联 和 南 非 、法国 、葡萄牙等国都曾用生物堆浸法回收铀 。1966 年加 拿大成功研究了细菌浸铀的工业应用 ,用细菌浸铀生产的铀 占加拿大总产量的 10 %20 % ,在西班牙几乎所有的铀都 是通过细菌浸出获得的 ,美国用细菌回收的铀产值到 1983 年时已经达到 9000 万美元 ,印度 、南非 、法国 、塔吉克斯坦 、日本等国也广泛应用细菌法溶浸铀矿 。我国在 20 世纪 70 年代初 ,也曾在湖南 711 铀矿做了处 理量为 700 t 贫铀矿石的细菌堆浸扩大试验 ; 在柏坊铜矿历 经 8 年 ,将堆积在地表的含铀 0 . 02 %0 . 03 %的 2 万多吨 尾砂用细菌浸出铀浓缩物 2 t 以上 。1990 年后 ,新疆某矿山 利用细菌地浸浸出铀取得了良好的经济效益 。此外 ,北京化 工冶金研究院在细菌浸矿方面做过许多研究工作 ,他们曾在 相山铀矿进行过细菌堆浸半工业试验研究 ,而赣州铀矿原地广州化工2007 年 35 卷第 5 期·16 ·爆破浸出试验和赣州铀矿草桃背矿石堆浸试验中也都应用了细菌技术 。2 . 4 其它金属矿的微生物冶金技术应用据报道 ,锑 、镉 、钴 、钼 、镍和锌等硫化物的生物浸出试验J . CANM E T ,1980 .刘汉钊. 细菌浸出金属的理论和实践J . 湿法冶金 ,1987 , ( 7) :1 - 6 .徐茗臻. 影响细菌浸出率的因素研究J . 湿法冶金 ,2000 , ( 9) :32 - 34 .Ehrlieh H L . Manganese o xide reductio n as a fo r m of anaero bic respiratio n J . Geo micro biolo gy Jo urnal ,1987 ,5 ( 4) :423 - 431 .刘大星 ,蒋开喜. 铜湿法冶金技术的现状及发展趋势 J . 有色冶炼 ,2000 ,29 ( 4) :1 - 5 .孙业志 ,吴爱祥 ,黎建华. 微生物在铜矿溶浸开采中的应用 J .金属矿山 ,2001 , ( 1) :3 - 5 ,8 .廖辉伟. 铜资源的利用及其发展J . 新技术新工艺 ,2002 , ( 1) :34 - 36 .李浩 然 , 冯 雅 丽. 微 生 物 冶 金 的 新 进 展 J . 冶 金 信 息 导 刊 ,1999 , ( 3) :29 - 33 .56比较成功23 - 26。由此可知 ,氧化铁硫杆菌和喜温性微生物7可从纯硫化物或复杂的多金属硫化物中将上述重金属有效地溶解出来 。金属提取速度取决于其溶度积 ,因而溶度积最 高的金属硫化物具有最高的浸出速度 。这些金属硫化物可 用细菌直接或间接浸出 。除上述金属硫化物外 ,铅和锰的硫 化物 、二价铜的硒化物 、稀土元素以及镓和锗也可以用微生 物浸出 。硅酸铝的生物降解曾被广泛研究 ,特别是采用在生 长过程中能释放出有机酸的异养微生物的生物降解 ,这些酸 对岩石和矿物有侵蚀作用 。另外 ,它还应用在贵金属和稀有 金属的生物吸附 、锰 、大洋多金属结核 、难选铜 - 锌混合矿 、 大型铜 - 镍硫化矿 、含金硫化矿石 、稀有金属钼 、钪的细菌浸 取等方面 。89101112 J . Needham , L . Gwei - D jen . Science and civilizatio n in China J .Chemist ry and Chemical Technology. 1974 ,25 ( 5) :250 .13徐家振. 金哲男. 重金属冶金中的微生物技术 J . 有色矿冶 ,2001 , ( 2) :31 - 34 .钟宏. 生物药剂在矿物加工和冶金中的应用J . 矿产保护与利 用 ,2002 , ( 3) :28 - 32 .肖松文. 黄金J . 1995 ,16 ( 4) :31 .3结语随着矿山资源的不 断 被 采 选 , 许 多 矿 物 资 源 都 面 临 枯 竭 。为了缓解这种矛盾 ,微生物技术在矿产资源回收利用和 冶金中为人们所重视 , 一些相关的研究工作 就 是 很 好 的 例 证 ,其在贫矿 、尾矿和贵重金属等都取得了一定的成果 。微 生物冶金技术具有工艺简单 、投资少 、环境污染少等诸多优 点 ,逐渐发挥出重要作用 ,展示出了巨大的潜力和广阔的前 景 ,必将对人类生产生活产生 深 远 的 影 响 。与 发 达 国 家 相 比 ,我国对此项技术的研究起步较晚 ,但已经认识到此项技 术的应用前景和未来可能发挥的巨大作用 ,许多机构已经投 入大量的人力和物力开展此领域研究 ,并取得了一些成果 。 可以认为微生物技术在资源综合利用 、减少和消除环境污染 方面将发挥更大的作用 ,值得继续加强相关方面的研究 。1415( 2) :50 .16 Dut rizac , J . E. eta1 . Miner . Sci . Ere . J . 1974 ,617 So urait ro Na gpal etal . Bio hydro metallurgical Technologies , Vol2ume Iz . ed. b y To r ma ,A. E. eta1 . A Publicatio n of TMS. 1993 :449 .18 J . 盖维尔. 生物预处理在菱镁矿尾渣浮选回收上的应用 J . 国 外金属矿选矿 ,1999 ( 3) .19 G. Ro ssi . Bio h ydro metallurgyJ . 1990 :l - 7 .20 Henr y L . Ehrlich . 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