冶金新技术——浅谈生物冶金hhac.docx

冶金新技技术浅谈生物物冶金学院：冶冶金与能能源工程程学院专业：有有色冶金金专业1.生物物冶金的的发展生物冶金金是利用用以矿物物为营养养基质的的微生物物，将矿矿物氧化化分解从从而使金金属离子子进入溶溶液，通通过进一一步的纯纯化、浓浓缩获得得金属的的新技术术，它的的实质是是加速硫硫化矿物物自然转转化成氧氧化物的的湿法冶冶金过程程。该技技术综合合了湿法法冶金、微微生物学学、矿物物加工、化化学和环环境工程程等多个个学科的的研究成成果。与与传统处处理工艺艺相比，生生物冶金金技术具具有如下下特点:(1)工艺流流程简化化、设备备简单易易操作、成成本低、能能耗少。(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。目前已经经扩大到到利用具具有浸矿矿能力的的细菌进进行铜、铀铀、金、锰锰、铅、镍镍、铬、钴钴、铁、砷砷、锌、铝铝等几乎乎所有硫硫化矿的的浸出。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 生生物冶金金中常用用的细菌菌生物浸出出中使用用的主要要是化能能自养微微生物，此此类微生生物可从从无机物物的氧化化过程中中获得能能量，并并以C002为主要要碳源和和以无机机含氮化化合物作作为氮源源合成细细胞物质质；又可可进一步步细分为为硫化细细菌、氢氢细菌、铁铁细菌和和硝化细细菌等44种生理理亚群5,6。在硫硫化矿生生物浸出出中应用用最多的的为硫化化细，在在有空气气(含有电电子受体体02和少量量C02)、一定定的pHH、温度度及一定定的含氮氮无机物物情况下下，硫化化细菌就就能生长长繁殖，并并将元素素S和某些些还原态态的硫化化物氧化化成S0042-从中中获得能能量。其其中嗜酸酸氧化亚亚铁硫杆杆菌还能能氧化金金属硫化化物，将将Fe2+离子氧氧化成FFe3+”离子，三三价铁盐盐是湿法法冶金中中常用的的氧化剂剂。因此此有色冶冶金中利利用嗜酸酸氧化亚亚铁硫杆杆菌在常常温酸性性溶液中中，进行行硫化矿矿石或精精矿浸出出，使金金属硫化化物转变变为可溶溶性硫酸酸盐7。按作作用的温温度这些些菌种可可分为：中温菌菌种(mmsopphilles，20-400)、中等等嗜高温温菌种(modderaatetheermoophiiless，40-60)、嗜高高温菌种种(thhermmophhilees，>60)6，7。特别别是近年年来从含含硫丰富富的酸性性热泉水水中分离离出的酸酸热硫化化叶片菌菌、嗜酸酸热硫球球菌88以及嗜嗜热嗜酸酸酸杆菌菌甚至可可在更高高的温度度下用于于硫化矿矿的酸性性浸出9。矿物浸出出体系中中所涉及及到的微微生物种种类是多多种多样样的，主主要有化化能自养养菌、异异养菌和和真菌，此此外也有有原生动动物存在在10。其中中已用于于硫化矿矿生物浸浸出的菌菌种主要要有嗜酸酸氧化亚亚铁硫杆杆菌(AAciddithhiobbaciilluusfeerroooxiidanns，简简称A.f)、嗜嗜酸氧化硫硫杆杆菌(AAciddithhiobbaciilluus tthioooxiidanns，简简称A.t)和氧氧化亚铁铁微螺菌菌(Leeptoospiirilllummferrroooxiddanss，简称称(L.f)。其其中嗜酸酸氧化亚亚铁硫杆杆菌(A.ff)可以氧氧化Fee2+离子子、元素素硫(SS0)和还原原态硫化化物，嗜嗜酸氧化化硫硫杆杆菌(A.t)能氧化化元素硫硫，不能能氧化FFe2+离子；氧化亚亚铁微螺螺菌(L.ff)能氧化化Fe2+离子，但但不能氧氧化元素素硫。除除以上几几种主要要浸矿细细菌外，目目前许多多研究发发现，在在硫化矿矿堆浸体体系、硫硫化矿酸酸性废水水以及酸酸性温泉泉中存在在其它多多种微生生物。3. 生生物冶金金的运用用目前，无无论是国国外还是是在国内内，微生生物冶金金的产业业化主要要集中体体现在以以下两个个方面：铜的生生物提取取;难处理理金矿的的生物提提取111。3.1. 低品品位硫化化铜矿的的生物浸浸出据报道，目目前用生生物法提提取的铜铜约占全全世界总总的铜产产量的225，特特别在美美国、加加拿大、澳澳大利亚亚、智利利等200多个国国家都相相继实现现了生物物提铜的的产业化化。而在在我国，也也有3座铜的的生物氧氧化提取取工厂相相继投入入生产，它它们分别别是江西西德兴铜铜矿、福福建紫金金山铜矿矿、云南南官房铜铜矿。生生物浸铜铜是指用用天然物物质水、空空气和微微生物将将有价金金属从铜铜矿石或或精矿中中浸出，以以离子形形式存在在于浸出出液中并并加以回回收的方方法，微微生物的的作用是是催化铜铜硫化物物的氧化化12。目前，生生物浸铜铜的工业业生产主主要采用用三种工工艺。3.1.1堆堆浸法(heaap lleacchinng)13现有的生生物冶金金工艺中中，以堆堆浸技术术最为成成熟，应应用也最最广泛。它它是将矿矿石堆积积在矿坑坑外，从从矿堆上上部喷淋淋酸性浸浸矿溶液液进行浸浸出。堆堆浸工艺艺所处理理的矿物物均为贫贫矿。堆堆浸的周周期取决决于矿石石的性质质，有的的比较容容易浸出出可以堆堆45-60天。有有的比较较难浸可可能要堆堆2000-3000天。铜铜的浸出出率可以以达N880以以上。由由于反应应时间太太慢，处处理物料料时间过过长，使之在在处理精精矿方面面无法在在经济上上与传统统的焙烧烧法和加加压氧化化法竞争争；然而而，由于于此法具具有设备备投资小小，生产产成本低低的优点点，因而而在处理理某些用用传统处处理方法法处理成成本相对对较高，而而无法利利用的贫贫矿方面面具有明明显的优优势，尤尤其是在在处理一一些大型型可露天天开采的的贫矿时时采用此此法较传传统方法法更有利利。从硫硫化矿矿矿石中快快速提取取金属的的有效方方法。依依据对象象不同又又可分为为原矿堆堆浸与废废石堆浸浸。铜矿矿的堆浸浸的商业业化应用用始于119800年。智智利的LLoAgguirrre矿矿从19980-19996采用用生物浸浸出的技技术每天天处理1160000吨的的矿物。从从那以后后，越来来越多的的铜矿采采用堆浸浸浸出铜铜矿物。美美国、智智利、澳澳大利亚亚、加拿拿大、墨墨西哥、西西班牙、巴巴西、秘秘鲁、印印度、日日本都曾曾进行细细菌堆浸浸回收低低品位矿矿石和地地下难采采矿石中中铜的生生产。3.1.2.槽浸工工艺(SStimmd ttankk leeacIIlinng)14槽浸工艺艺是将矿矿物的浸浸出过程程在搅拌拌槽中完完成，与与堆浸相相比，反反应速度度更快，金金属回收收率高，操操控性好好；但需需要对矿矿石进行行预加工工，设备备要求更更高，生生产成本本相应升升高，一一般用于于大型冶冶炼厂。浸浸出设备备是搅拌拌反应器器，反应应器的搅搅拌可通通过机械械或空气气搅拌方方式达到到。该方方法主要要应用于于难处理理金矿的的预处理理以及铜铜硫化矿矿精矿的的浸出。运运用槽浸浸工艺回回收铜的的浮选精精矿中的的铜的研研究始予予20世纪纪90年代代末。采采用中温温菌浸出出以次生生硫化矿矿为主的的铜精矿矿在工业业上是可可行的，而而黄铜矿矿精矿的的搅拌槽浸浸出需要要采用高高温菌在在较高的的温度下下进行连连续浸出出方可以以得到较较好的浸浸出效果果。3.1.3.原位浸浸出工艺艺(1eeaclllinng iin ssituu)44原位浸出出工艺在在矿体中中直接进进行，在在矿体上上设计好好的位置置直接钻钻孔，将将浸矿菌菌液灌注注入孔中中，在一一定位置置设置集集液孔，收收集浸出出液。它它是从低低品位残残留矿床床或未开开采的矿矿床中不不用采矿矿作业回回收金属属的一种种方法，因因此又被被称为矿矿床内浸浸出法。有有时为了了提高浸浸出液的的流动性性和浸出出液与矿矿石的接接触面积积，根据据需要有有时把矿矿体进行行破碎，多多数矿堆堆是利用用地面的的自然形形状在矿矿场附近近就地堆堆成的。可可用喷淋淋、浸渍渍或竖管管的方式式将浸液液引入矿矿堆，方方式的选选择取决决于气候候条件、矿矿物组成成、矿堆堆高度和和表面积积以及生生产规模模。喷啉啉法可使使浸液在在矿物表表面均匀匀分布，然然而却造造成很大大的蒸发发损失，特特别是在在干燥的的地区。32.金矿的的生物提提取115全球黄金金矿藏资资源有约约13属于用用传统氰氰化浸出出不能有有效提取取金的难难处理金金矿，按按难处理理原因主主要分成成三类：高含金金硫化矿矿、含碳碳型金矿矿和黏土土型金矿矿。目前前利用生生物预氧氧化技术术处理的的是含会会硫化矿矿，即通通过细菌菌的氧化化作用，使使载金矿矿体发生生变化，将将包裹其其中的金金解离出出来，为为下一步步氰化浸浸出创造造条件。该该技术与与传统的的预处理理方法(氧化焙焙烧、加加压氧浸浸法和化化学氧化化法)相比，具具有投资资成本低低、环境境友好、易易于控制制等优点点，被认认为是一一种绿色色的冶金金技术。目前，用于难浸金矿氧化的细菌16主要有氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）、氧化亚硫硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans）、氧化亚铁小螺旋杆菌（Helixbacillus ferooxidans）等，它们生长在金属硫化矿床和煤矿的酸性水中。这些自养菌均属嗜硫杆菌，在氧化金属硫化物（黄铁矿、毒砂等）时获得能量，并从空气中摄取O2、CO2和少量N2来维持其生命和繁衍。目前，国国外至少少有100家生物物氧化提提金厂已已经筹建建投产，国国内也相相继建成成了2个生物物预氧化化黄金生生产厂（烟烟台黄金金冶炼厂厂17、山东东天承金金业股份份有限公公司）。这这一技术术的最大大特点是是处理磨磨细了的的浮选精精矿，浸浸出在充充气的带带机械搅搅拌的浸浸出槽中中进行。4 生生物冶金金中存在在的问题题自从生物物冶金技技术应用用于工业业实践以以来，中中温菌作作为最早早发现的的浸矿细细菌被进进行了深深入的研研究118。浸浸矿中温温菌的研研究内容容涉及到到菌种的的分离和和培养，生生理生化化特性，遗遗传和浸浸矿中的的吸附作作用等各各个方面面，采用用中温菌菌浸出在在生物浸浸出工业业上的应应用也最最为广泛泛。尽管管利用中中温菌可可以很好好的实现现许多矿矿物的浸浸出，并并在较短短的时间间内已取取得了很很大的经经济效益益，但在在很多方方面还需需要改进进。传统统的都是是采用中中温菌对对矿物进进行浸出出，这一一技术的的主要不不足之处处在于生生物浸出出速度缓缓慢，浸浸矿菌种种活性不不高，最最主要的的是中温温菌种不不能耐受受浸矿体体系中由由于硫化化矿的氧氧化而导导致的高高温环境境而失去去活性或或死亡。因因为在搅搅拌槽浸浸矿环境境中，温温度可达达50-60，在堆堆浸作业业中的温温度可高高达500-800，中温温菌的在在这些环环境下的的生长受受到了抑抑制，浸浸出率也也随之降降低，远远远不能能满足工工业化生生产的要要求。虽虽然针对对微生物物与矿物物之间的的相互作作用已经经提出了了很多理理论观点点，但具具体还不不够明确确。生物物浸出过过程中各各个参数数对矿物物浸出的的作用，还还需要针针对浸出出过程中中的各个个参数进进行研究究优化浸浸出参数数是浸出出过程得得到最好好的优化化控制。所所以，当当今生物物冶金行行业的首首要任务务就是选选育出高高效的浸浸矿菌种种，筛选选或培育育出能够够耐高温温，对高高含量的的重金属属更有抗抗性的菌菌种以及及培育出出能够高高效浸出出特定金金属矿物物浸矿菌菌种。目目前世界界上用中中高温菌菌进行细细菌浸出出是生物物冶金技技术推广广应用的的新途径径19。选育育氧化能能力强、浸浸矿周期期短、浸浸出率高高的中高高温菌种种，具有有重要的的经济意意义，矿矿业工程程中越来来越倾向向于在采采用在高高温环境境下稳定定生长的的微生物物来提高高浸出率率200。未未来的生生物冶金金工艺离离不开中中高温微微生物，它它们在矿矿物生物物氧化中中将发挥挥越来越越重要的的作用。此此外，在在生物冶冶金环境境中，不不同生理理生化特特性浸矿矿微生物物的混合合菌群的的浸矿能能力明显显要优于于单一浸浸矿菌种种，因而而寻找理理想的复复合菌群群也成为为生物冶冶金的重重要任务务。参考文献献1杨杨显万，沈沈庆峰，郭郭玉霞微生物物湿法冶冶金(MM)北北京：冶冶金工业业出版社社，200032 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