论文部分内容阅读
摘要：随着世界优质矿产资源的不断枯竭，人们把眼光投入到利用微生物来冶炼优质矿产资源的方法上来。本文主要介绍了生物冶金过程中所应用微生物的类型、冶金过程的主要作用以及生物冶金这种技术在国内外的现状和以后的发展方向，并简要指出了微生物冶金的未来发展前景。
关键词：生物冶金、微生物、生物堆浸、现状、发展
引言
早在第一次工业革命时期，人们已经意识到矿产资源对于生产发展的重要性。到了第二次工业革命的时候，人们对矿产资源的争夺更加激烈，两次世界大战直接或间接的诱发点就是矿产资源的分布不均。为了满足人们对工业生产的需求，越来越多的矿产资源开采公司把眼光投入到那些开采难度大、品质较差的矿藏中去。但是使用常规的矿产冶金技术来提炼这些低品质的矿藏，其加工过程中高难度、高排放、高成本的特点不能满足日益增长的矿产需求，使得人们不得不改变冶炼方法，这时候，微生物冶金的方法走进人们的视眼中。
生物冶金技术又被称为生物浸出技术，其特点是冶炼成本低、对环境污染小、操控简单等。凭借这些特点，生物冶金技术已经成为各个国家的矿产开采公司研究的热点，并且已经将其投入到工业化实践中去。生物冶金技术是科学不断发展的结果，是生物技术和矿产冶炼技术相结合的产物。人们按照生物冶金技术在其冶炼过程中所发挥的作用，将其分为生物浸出、生物氧化、生物吸附、生物积累等几种类型。这些微生物主要靠无机物生存，对人体无害，它们可以借助各种途径和方法对矿石进行氧化、分解、吸附等操作，从而将矿物中的不溶性金属转化为可溶性的金属盐，在对其进行分离、吸附，最后用溶剂萃取等传统操作方法回收、提纯溶液中的金属。目前生物冶金技术已经得到了广泛应用，凭借生物冶金提取出来的各种金属在全世界金属提取中占有很高的分布，所以，生物冶金技术具有广阔应用前景。
一、国内外对生物冶金技术的研究现状
对矿藏中的金属进行微生物氧化处理最早是1946年在法国一家冶金公司提出来的，但是这个技术一直到上个世纪80年代中期才被广发应用。自此以后，阿根廷、美国、新西兰等国家相继建立起大规模的矿物堆浸厂，锌、镍、铀等金属的微生物提取方法也得到研究并应用到实际生产中。智利北部的QubeardBalanac矿山是利用生物浸出的典型范例，并且研究出了生物湿法在矿产提取中的应用方法。
根据史书记载，“禹收九牧之金铸九鼎，象九州。”这说明我国早在几千年前就具备了冶炼金属的能力，在史书上更是有“胆水浸铜”的记载，表明我国古代劳动人民已经初步掌握了生物冶金技术。到了现代，上个世纪60年代，隶属于中科院的微生物研究所对位于安徽省铜陵市的铜官山铜矿进行微生物冶金的研究，但是由于当时种种历史、政治因素这项研究被迫停止。上个世纪70年代初，位于湖南的711铀矿进行了700吨贫铀矿的微生物堆浸扩大试验。在铜矿工艺中，1997年，德兴铜矿采用微生物堆浸技术处理含铜量0.09%～0.25%的废矿物，建成了年产能力2000吨的湿法铜矿。福建的紫金山铜矿已探明的铜含量为253万吨，但是是属于低品位的含砷铜矿，铜的平均品位为0.45%，含砷0.37%，该矿采用微生物堆浸法来提炼铜，达到了年产阴极铜300吨的产量，目前正在建设20000吨的阴极铜的试验厂的前期工程。除此之外，紫金山铜矿还将利用这一新型浸出工艺着手准备有色金属的纳米材料生产和其它新型材料的研究，逐步实现由传统矿业转向新型工艺产业的改变，力争把紫金山铜矿建成国内著名的高科技矿业集团。
二、微生物冶金的分类
微生物冶金根据其提取工艺可以将其分为堆浸工艺和搅拌浸出工艺两类。其中堆浸工艺适用于处理一些低品质的矿石，搅拌浸出工艺适合处理高品质矿石或者精矿。
1.堆浸工艺
微生物堆浸技术的过程主要是把粉碎的矿石放入到塑料做的堆浸桶中，用硫酸稀释过的含细菌和营养物质的溶液喷洒，金属从矿石中进入到溶液中去，再将溶液收集起来，最后用传统的金属萃取技术从溶液中把金属提取出来。剩下的溶液经过回收处理后还可以循环利用。
微生物堆浸技术比传统冶炼技术具有以下的優点：
（1）反应条件温和。利用微生物的催化氧化作用，将金属提炼技术从高温、高压转变为常温、常压的温和环境下，减少了对煤炭的需求，也降低了对环境的危害程度。
（2）工艺设备简单，提炼周期短、基础投资少、处理容量大、生产成本低，产品纯度高。
（3）冶炼过程中没有有毒气体排放，可以循环利用，对环境友好，节约了处理废物的成本；用微生物处理的矿石也无需经过细磨，大幅度地降低了能源消耗，符合国家十二五提出的节能减排要求。
2.搅拌浸出工艺
微生物搅拌浸出工艺的过程是将矿石磨碎后的矿浆传送到生存在硫酸酸性环境中的微生物初级反应器中，绝大部分的进出反应都发生在这一阶段。随着后续矿浆的不断加入，部分未氧化的矿浆进入到下一个反应容器中并进行最后的氧化。第二个容器中的矿浆进入到下一个反应容器中进行固液分离。固液分离的过程采用循环洗涤的方法，其中通过萃取得到的金属进行预处理后作为产品收集起来，残留物经过处理后用于贵重金属的回收或作为矿渣。
微生物搅拌浸出工艺因为其配置有搅拌器和充气装置，可以快速有效的进行反映，金属提纯程度高、反应易于控制，但是在反应过程中对灌入的体积、数量多少以及通风装置、搅拌器等条件有着较高的要求，进而提高了生产的成本，因此使用该方法提取金属只适用小批量、高品质的矿石原料。
三、生物冶金技术的优势和其发展未来趋势
生物冶金技术是未来矿产行业进行清洁发展的理想方向，生物冶金技术在提纯金属时没有焙烧的过程、对能源的消耗小，能最大限度的对低品质矿石进行最大程度的提纯，同时还可以循环利用，降低了冶炼成本，最大程度的提高经济收益。
生物冶金技术的未来发展趋势是广阔的，可以更加便利的在一些传统冶金厂进不去的深山里建厂提取金属，优化提纯工艺流程，对环境的危害也很小，能重复循环利用，在未来时代发展过程中必然就有广阔的应用前景。
结语：
生物冶金技术在这几十年里取得了长足进步，但是我国的生物冶金技术起步较晚，同西方国家还有着一定差距，我们应该把握生物冶金技术的主要技术，立足于长远，注重各个学科的沟通连接，使最新的实验室生物冶金技术能尽快转变为工业应用。
参考文献：
[1]温健康.生物冶金的现状与发展[J].中国有色金属，2008（10）：74-76
[2]陆文华.生物冶金技术及其应用[J].全球科技经济瞭望，2000（6）：55-57
关键词：生物冶金、微生物、生物堆浸、现状、发展
引言
早在第一次工业革命时期，人们已经意识到矿产资源对于生产发展的重要性。到了第二次工业革命的时候，人们对矿产资源的争夺更加激烈，两次世界大战直接或间接的诱发点就是矿产资源的分布不均。为了满足人们对工业生产的需求，越来越多的矿产资源开采公司把眼光投入到那些开采难度大、品质较差的矿藏中去。但是使用常规的矿产冶金技术来提炼这些低品质的矿藏，其加工过程中高难度、高排放、高成本的特点不能满足日益增长的矿产需求，使得人们不得不改变冶炼方法，这时候，微生物冶金的方法走进人们的视眼中。
生物冶金技术又被称为生物浸出技术，其特点是冶炼成本低、对环境污染小、操控简单等。凭借这些特点，生物冶金技术已经成为各个国家的矿产开采公司研究的热点，并且已经将其投入到工业化实践中去。生物冶金技术是科学不断发展的结果，是生物技术和矿产冶炼技术相结合的产物。人们按照生物冶金技术在其冶炼过程中所发挥的作用，将其分为生物浸出、生物氧化、生物吸附、生物积累等几种类型。这些微生物主要靠无机物生存，对人体无害，它们可以借助各种途径和方法对矿石进行氧化、分解、吸附等操作，从而将矿物中的不溶性金属转化为可溶性的金属盐，在对其进行分离、吸附，最后用溶剂萃取等传统操作方法回收、提纯溶液中的金属。目前生物冶金技术已经得到了广泛应用，凭借生物冶金提取出来的各种金属在全世界金属提取中占有很高的分布，所以，生物冶金技术具有广阔应用前景。
一、国内外对生物冶金技术的研究现状
对矿藏中的金属进行微生物氧化处理最早是1946年在法国一家冶金公司提出来的，但是这个技术一直到上个世纪80年代中期才被广发应用。自此以后，阿根廷、美国、新西兰等国家相继建立起大规模的矿物堆浸厂，锌、镍、铀等金属的微生物提取方法也得到研究并应用到实际生产中。智利北部的QubeardBalanac矿山是利用生物浸出的典型范例，并且研究出了生物湿法在矿产提取中的应用方法。
根据史书记载，“禹收九牧之金铸九鼎，象九州。”这说明我国早在几千年前就具备了冶炼金属的能力，在史书上更是有“胆水浸铜”的记载，表明我国古代劳动人民已经初步掌握了生物冶金技术。到了现代，上个世纪60年代，隶属于中科院的微生物研究所对位于安徽省铜陵市的铜官山铜矿进行微生物冶金的研究，但是由于当时种种历史、政治因素这项研究被迫停止。上个世纪70年代初，位于湖南的711铀矿进行了700吨贫铀矿的微生物堆浸扩大试验。在铜矿工艺中，1997年，德兴铜矿采用微生物堆浸技术处理含铜量0.09%～0.25%的废矿物，建成了年产能力2000吨的湿法铜矿。福建的紫金山铜矿已探明的铜含量为253万吨，但是是属于低品位的含砷铜矿，铜的平均品位为0.45%，含砷0.37%，该矿采用微生物堆浸法来提炼铜，达到了年产阴极铜300吨的产量，目前正在建设20000吨的阴极铜的试验厂的前期工程。除此之外，紫金山铜矿还将利用这一新型浸出工艺着手准备有色金属的纳米材料生产和其它新型材料的研究，逐步实现由传统矿业转向新型工艺产业的改变，力争把紫金山铜矿建成国内著名的高科技矿业集团。
二、微生物冶金的分类
微生物冶金根据其提取工艺可以将其分为堆浸工艺和搅拌浸出工艺两类。其中堆浸工艺适用于处理一些低品质的矿石，搅拌浸出工艺适合处理高品质矿石或者精矿。
1.堆浸工艺
微生物堆浸技术的过程主要是把粉碎的矿石放入到塑料做的堆浸桶中，用硫酸稀释过的含细菌和营养物质的溶液喷洒，金属从矿石中进入到溶液中去，再将溶液收集起来，最后用传统的金属萃取技术从溶液中把金属提取出来。剩下的溶液经过回收处理后还可以循环利用。
微生物堆浸技术比传统冶炼技术具有以下的優点：
（1）反应条件温和。利用微生物的催化氧化作用，将金属提炼技术从高温、高压转变为常温、常压的温和环境下，减少了对煤炭的需求，也降低了对环境的危害程度。
（2）工艺设备简单，提炼周期短、基础投资少、处理容量大、生产成本低，产品纯度高。
（3）冶炼过程中没有有毒气体排放，可以循环利用，对环境友好，节约了处理废物的成本；用微生物处理的矿石也无需经过细磨，大幅度地降低了能源消耗，符合国家十二五提出的节能减排要求。
2.搅拌浸出工艺
微生物搅拌浸出工艺的过程是将矿石磨碎后的矿浆传送到生存在硫酸酸性环境中的微生物初级反应器中，绝大部分的进出反应都发生在这一阶段。随着后续矿浆的不断加入，部分未氧化的矿浆进入到下一个反应容器中并进行最后的氧化。第二个容器中的矿浆进入到下一个反应容器中进行固液分离。固液分离的过程采用循环洗涤的方法，其中通过萃取得到的金属进行预处理后作为产品收集起来，残留物经过处理后用于贵重金属的回收或作为矿渣。
微生物搅拌浸出工艺因为其配置有搅拌器和充气装置，可以快速有效的进行反映，金属提纯程度高、反应易于控制，但是在反应过程中对灌入的体积、数量多少以及通风装置、搅拌器等条件有着较高的要求，进而提高了生产的成本，因此使用该方法提取金属只适用小批量、高品质的矿石原料。
三、生物冶金技术的优势和其发展未来趋势
生物冶金技术是未来矿产行业进行清洁发展的理想方向，生物冶金技术在提纯金属时没有焙烧的过程、对能源的消耗小，能最大限度的对低品质矿石进行最大程度的提纯，同时还可以循环利用，降低了冶炼成本，最大程度的提高经济收益。
生物冶金技术的未来发展趋势是广阔的，可以更加便利的在一些传统冶金厂进不去的深山里建厂提取金属，优化提纯工艺流程，对环境的危害也很小，能重复循环利用，在未来时代发展过程中必然就有广阔的应用前景。
结语：
生物冶金技术在这几十年里取得了长足进步，但是我国的生物冶金技术起步较晚，同西方国家还有着一定差距，我们应该把握生物冶金技术的主要技术，立足于长远，注重各个学科的沟通连接，使最新的实验室生物冶金技术能尽快转变为工业应用。
参考文献：
[1]温健康.生物冶金的现状与发展[J].中国有色金属，2008（10）：74-76
[2]陆文华.生物冶金技术及其应用[J].全球科技经济瞭望，2000（6）：55-57