冶金新技术-浅谈生物冶金

1、.：.；冶金新技术浅谈生物冶金学院：冶金与能源工程学院专业：有色冶金专业1.生物冶金的开展生物冶金是利用以矿物为营养基质的微生物，将矿物氧化分解从而使金属离子进入溶液，经过进一步的纯化、浓缩获得金属的新技术，它的本质是加速硫化矿物自然转化成氧化物的湿法冶金过程。该技术综合了湿法冶金、微生物学、矿物加工、化学和环境工程等多个学科的研讨成果。与传统处置工艺相比，生物冶金技术具有如下特点:(1)工艺流程简化、设备简单易操作、本钱低、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

2、当时就是消费铜的普遍做法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，这种技术的运用至少始于公元二世纪，从1687年开场，瑞典中部Falun矿山的铜矿至少曾经浸出了2百万吨铜。目前曾经扩展到利器具有浸矿才干的细菌进展铜、铀、金、锰、铅、镍、铬、钴、铁、砷、锌、铝等几乎一切硫化矿的浸出。世界上第一座大型细菌处置厂2是加纳的Ashanti生物氧化系统，1995年扩建立计规模为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讨。中国于2004年启动了生

3、物冶金艰苦根底研讨工程(即973方案)微生物冶金的根底研讨，中南大学邱冠周教授任首席科学家。产业化方面也获得一定进展，例如在江西德兴铜矿的堆浸3、福建紫金矿业紫金山低档次铜矿的原位堆浸4以及广东梅州低档次铜矿生物冶金国家高技术示范工程工程等。2 生物冶金中常用的细菌生物浸出中运用的主要是化能自养微生物，此类微生物可从无机物的氧化过程中获得能量，并以C02为主要碳源和以无机含氮化合物作为氮源合成细胞物质；又可进一步细分为硫化细菌、氢细菌、铁细菌和硝化细菌等4种生理亚群5,6。在硫化矿生物浸出中运用最多的为硫化细，在有空气(含有电子受体02和少量C02)、一定的pH、温度及一定的含氮无机物情况下，

4、硫化细菌就能生长繁衍，并将元素S和某些复原态的硫化物氧化成S042-从中获得能量。其中嗜酸氧化亚铁硫杆菌还能氧化金属硫化物，将Fe2+离子氧化成Fe3+离子，三价铁盐是湿法冶金中常用的氧化剂。因此有色冶金中利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌在常温酸性溶液中，进展硫化矿石或精矿浸出，使金属硫化物转变为可溶性硫酸盐7。按作用的温度这些菌种可分为：中温菌种(msophiles，20-40)、中等嗜高温菌种(moderate thermophiles，40-60)、嗜高温菌种(thermophiles，60)6，7。特别是近年来从含硫丰富的酸性热泉水中分别出的酸热硫化叶片菌、嗜酸热硫球菌8以及嗜热嗜酸酸杆菌甚至可

5、在更高的温度下用于硫化矿的酸性浸出9。矿物浸出体系中所涉及到的微生物种类是多种多样的，主要有化能自养菌、异养菌和真菌，此外也有原生动物存在10。其中已用于硫化矿生物浸出的菌种主要有嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans，简称A.f)、嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans，简称A.t)和氧化亚铁微螺菌(Leptospirillumferrooxidans，简称(L.f)。其中嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A.f)可以氧化Fe2+离子、元素硫(S0)和复原态硫化物，嗜酸氧化硫硫杆菌(A.t)能氧化元素硫，不能氧化Fe2+离子；氧

6、化亚铁微螺菌(L.f)能氧化Fe2+离子，但不能氧化元素硫。除以上几种主要浸矿细菌外，目前许多研讨发现，在硫化矿堆浸体系、硫化矿酸性废水以及酸性温泉中存在其它多种微生物。3. 生物冶金的运用目前，无论是国外还是在国内，微生物冶金的产业化主要集中表达在以下两个方面：铜的生物提取;难处置金矿的生物提取11。3.1. 低档次硫化铜矿的生物浸出据报道，目前用生物法提取的铜约占全世界总的铜产量的25，特别在美国、加拿大、澳大利亚、智利等20多个国家都相继实现了生物提铜的产业化。而在我国，也有3座铜的生物氧化提取工厂相继投入消费，它们分别是江西德兴铜矿、福建紫金山铜矿、云南官房铜矿。生物浸铜是指用天然物质

7、水、空气和微生物将有价金属从铜矿石或精矿中浸出，以离子方式存在于浸出液中并加以回收的方法，微生物的作用是催化铜硫化物的氧化12。目前，生物浸铜的工业消费主要采用三种工艺。3.1.1堆浸法(heap leaching)13现有的生物冶金工艺中，以堆浸技术最为成熟，运用也最广泛。它是将矿石堆积在矿坑外，从矿堆上部喷淋酸性浸矿溶液进展浸出。堆浸工艺所处置的矿物均为贫矿。堆浸的周期取决于矿石的性质，有的比较容易浸出可以堆45-60天。有的比较难浸能够要堆200-300天。铜的浸出率可以达N80以上。由于反响时间太慢，处置物料时间过长，使之在处置精矿方面无法在经济上与传统的焙烧法和加压氧化法竞争；然而，

8、由于此法具有设备投资小，消费本钱低的优点，因此在处置某些用传统处置方法处置本钱相对较高，而无法利用的贫矿方面具有明显的优势，尤其是在处置一些大型可露天开采的贫矿时采用此法较传统方法更有利。从硫化矿矿石中快速提取金属的有效方法。根据对象不同又可分为原矿堆浸与废石堆浸。铜矿的堆浸的商业化运用始于1980年。智利的LoAguirre矿从1980-1996采用生物浸出的技术每天处置16000吨的矿物。从那以后，越来越多的铜矿采用堆浸浸出铜矿物。美国、智利、澳大利亚、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西、秘鲁、印度、日本都曾进展细菌堆浸回收低档次矿石和地下难采矿石中铜的消费。3.1.2. 槽浸工艺(Stimd

9、tank leacIling)14槽浸工艺是将矿物的浸出过程在搅拌槽中完成，与堆浸相比，反响速度更快，金属回收率高，操控性好；但需求对矿石进展预加工，设备要求更高，消费本钱相应升高，普通用于大型冶炼厂。浸出设备是搅拌反响器，反响器的搅拌可经过机械或空气搅拌方式到达。该方法主要运用于难处置金矿的预处置以及铜硫化矿精矿的浸出。运用槽浸工艺回收铜的浮选精矿中的铜的研讨始予20世纪90年代末。采用中温菌浸出以次生硫化矿为主的铜精矿在工业上是可行的，而黄铜矿精矿的搅拌槽浸出需求采用高温菌在较高的温度下进展延续浸出方可以得到较好的浸出效果。3.1.3. 原位浸出工艺(1eaclling in situ)4

10、原位浸出工艺在矿体中直接进展，在矿体上设计好的位置直接钻孔，将浸矿菌液灌注入孔中，在一定位置设置集液孔，搜集浸出液。它是从低档次残留矿床或未开采的矿床中不用采矿作业回收金属的一种方法，因此又被称为矿床内浸出法。有时为了提高浸出液的流动性和浸出液与矿石的接触面积，根据需求有时把矿体进展破碎，多数矿堆是利用地面的自然外形在矿场附近就地堆成的。可用喷淋、浸渍或竖管的方式将浸液引入矿堆，方式的选择取决于气候条件、矿物组成、矿堆高度和外表积以及消费规模。喷啉法可使浸液在矿物外表均匀分布，然而却呵斥很大的蒸发损失，特别是在枯燥的地域。32. 金矿的生物提取15全球黄金矿藏资源有约13属于用传统氰化浸出不能

11、有效提取金的难处置金矿，按难处置缘由主要分成三类：高含金硫化矿、含碳型金矿和黏土型金矿。目前利用生物预氧化技术处置的是含会硫化矿，即经过细菌的氧化作用，使载金矿体发生变化，将包裹其中的金解离出来，为下一步氰化浸出发明条件。该技术与传统的预处置方法(氧化焙烧、加压氧浸法和化学氧化法)相比，具有投资本钱低、环境友好、易于控制等优点，被以为是一种绿色的冶金技术。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

12、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，国外至少有10家生物氧化提金厂曾经筹建投产，国内也相继建成了2个生物预氧化黄金消费厂烟台黄金冶炼厂17、山东天承金业股份。这一技术的最大特点是处置磨细了的浮选精矿，浸出在充气的带机械搅拌的浸出槽中进展。4 生物冶金中存在的问题自从生物冶金技术运用于工业实际以来，中温菌作为最早发现的浸矿细菌被进展了深化的研讨18。浸矿中温菌的研讨内容涉及到菌种的分别和培育，生理生化特性，遗传和浸矿中的吸附作用等各个方面，采用中温菌浸出在生物浸出工业

13、上的运用也最为广泛。虽然利用中温菌可以很好的实现许多矿物的浸出，并在较短的时间内已获得了很大的经济效益，但在很多方面还需求改良。传统的都是采用中温菌对矿物进展浸出，这一技术的主要缺乏之处在于生物浸出速度缓慢，浸矿菌种活性不高，最主要的是中温菌种不能耐受浸矿体系中由于硫化矿的氧化而导致的高温环境而失去活性或死亡。由于在搅拌槽浸矿环境中，温度可达50-60，在堆浸作业中的温度可高达50-80，中温菌的在这些环境下的生长遭到了抑制，浸出率也随之降低，远远不能满足工业化消费的要求。虽然针对微生物与矿物之间的相互作用曾经提出了很多实际观念，但详细还不够明确。生物浸出过程中各个参数对矿物浸出的作用，还需求

14、针对浸出过程中的各个参数进展研讨优化浸出参数是浸出过程得到最好的优化控制。所以，当今生物冶金行业的首要义务就是选育出高效的浸矿菌种，挑选或培育出可以耐高温，对高含量的重金属更有抗性的菌种以及培育出可以高效浸出特定金属矿物浸矿菌种。目前世界上用中高温菌进展细菌浸出是生物冶金技术推行运用的新途径19。选育氧化才干强、浸矿周期短、浸出率高的中高温菌种，具有重要的经济意义，矿业工程中越来越倾向于在采用在高温环境下稳定生长的微生物来提高浸出率20。未来的生物冶金工艺离不开中高温微生物，它们在矿物生物氧化中将发扬越来越重要的作用。此外，在生物冶金环境中，不同生理生化特性浸矿微生物的混合菌群的浸矿才干明显要

15、优于单一浸矿菌种，因此寻觅理想的复合菌群也成为生物冶金的重要义务。参考文献1杨显万，沈庆峰，郭玉霞微生物湿法冶金(M)北京：冶金工业，20032 Brierley L，Bacterial Succession in Bioheap Leaching，20013Yang Songrong，Xie Jiyuan，Qiu Guanzhou，Hu YuehuaResearch and application of bioleaching and biooxidation technologies in China. MineralsEngineering，2002，15：361-3634Ruan Re

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