淺談生物冶金的現(xiàn)狀和發(fā)展

劉鶴鑫

摘要：隨著世界優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源的不斷枯竭，人們把眼光投入到利用微生物來冶煉優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源的方法上來。本文主要介紹了生物冶金過程中所應(yīng)用微生物的類型、冶金過程的主要作用以及生物冶金這種技術(shù)在國內(nèi)外的現(xiàn)狀和以后的發(fā)展方向，并簡(jiǎn)要指出了微生物冶金的未來發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：生物冶金、微生物、生物堆浸、現(xiàn)狀、發(fā)展

引言

早在第一次工業(yè)革命時(shí)期，人們已經(jīng)意識(shí)到礦產(chǎn)資源對(duì)于生產(chǎn)發(fā)展的重要性。到了第二次工業(yè)革命的時(shí)候，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的爭(zhēng)奪更加激烈，兩次世界大戰(zhàn)直接或間接的誘發(fā)點(diǎn)就是礦產(chǎn)資源的分布不均。為了滿足人們對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的需求，越來越多的礦產(chǎn)資源開采公司把眼光投入到那些開采難度大、品質(zhì)較差的礦藏中去。但是使用常規(guī)的礦產(chǎn)冶金技術(shù)來提煉這些低品質(zhì)的礦藏，其加工過程中高難度、高排放、高成本的特點(diǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的礦產(chǎn)需求，使得人們不得不改變冶煉方法，這時(shí)候，微生物冶金的方法走進(jìn)人們的視眼中。

生物冶金技術(shù)又被稱為生物浸出技術(shù)，其特點(diǎn)是冶煉成本低、對(duì)環(huán)境污染小、操控簡(jiǎn)單等。憑借這些特點(diǎn)，生物冶金技術(shù)已經(jīng)成為各個(gè)國家的礦產(chǎn)開采公司研究的熱點(diǎn)，并且已經(jīng)將其投入到工業(yè)化實(shí)踐中去。生物冶金技術(shù)是科學(xué)不斷發(fā)展的結(jié)果，是生物技術(shù)和礦產(chǎn)冶煉技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。人們按照生物冶金技術(shù)在其冶煉過程中所發(fā)揮的作用，將其分為生物浸出、生物氧化、生物吸附、生物積累等幾種類型。這些微生物主要靠無機(jī)物生存，對(duì)人體無害，它們可以借助各種途徑和方法對(duì)礦石進(jìn)行氧化、分解、吸附等操作，從而將礦物中的不溶性金屬轉(zhuǎn)化為可溶性的金屬鹽，在對(duì)其進(jìn)行分離、吸附，最后用溶劑萃取等傳統(tǒng)操作方法回收、提純?nèi)芤褐械慕饘?。目前生物冶金技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，憑借生物冶金提取出來的各種金屬在全世界金屬提取中占有很高的分布，所以，生物冶金技術(shù)具有廣闊應(yīng)用前景。

一、國內(nèi)外對(duì)生物冶金技術(shù)的研究現(xiàn)狀

對(duì)礦藏中的金屬進(jìn)行微生物氧化處理最早是1946年在法國一家冶金公司提出來的，但是這個(gè)技術(shù)一直到上個(gè)世紀(jì)80年代中期才被廣發(fā)應(yīng)用。自此以后，阿根廷、美國、新西蘭等國家相繼建立起大規(guī)模的礦物堆浸廠，鋅、鎳、鈾等金屬的微生物提取方法也得到研究并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。智利北部的QubeardBalanac礦山是利用生物浸出的典型范例，并且研究出了生物濕法在礦產(chǎn)提取中的應(yīng)用方法。

根據(jù)史書記載，“禹收九牧之金鑄九鼎，象九州。”這說明我國早在幾千年前就具備了冶煉金屬的能力，在史書上更是有“膽水浸銅”的記載，表明我國古代勞動(dòng)人民已經(jīng)初步掌握了生物冶金技術(shù)。到了現(xiàn)代，上個(gè)世紀(jì)60年代，隸屬于中科院的微生物研究所對(duì)位于安徽省銅陵市的銅官山銅礦進(jìn)行微生物冶金的研究，但是由于當(dāng)時(shí)種種歷史、政治因素這項(xiàng)研究被迫停止。上個(gè)世紀(jì)70年代初，位于湖南的711鈾礦進(jìn)行了700噸貧鈾礦的微生物堆浸擴(kuò)大試驗(yàn)。在銅礦工藝中，1997年，德興銅礦采用微生物堆浸技術(shù)處理含銅量0.09%～0.25%的廢礦物，建成了年產(chǎn)能力2000噸的濕法銅礦。福建的紫金山銅礦已探明的銅含量為253萬噸，但是是屬于低品位的含砷銅礦，銅的平均品位為0.45%，含砷0.37%，該礦采用微生物堆浸法來提煉銅，達(dá)到了年產(chǎn)陰極銅300噸的產(chǎn)量，目前正在建設(shè)20000噸的陰極銅的試驗(yàn)廠的前期工程。除此之外，紫金山銅礦還將利用這一新型浸出工藝著手準(zhǔn)備有色金屬的納米材料生產(chǎn)和其它新型材料的研究，逐步實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)礦業(yè)轉(zhuǎn)向新型工藝產(chǎn)業(yè)的改變，力爭(zhēng)把紫金山銅礦建成國內(nèi)著名的高科技礦業(yè)集團(tuán)。

二、微生物冶金的分類

微生物冶金根據(jù)其提取工藝可以將其分為堆浸工藝和攪拌浸出工藝兩類。其中堆浸工藝適用于處理一些低品質(zhì)的礦石，攪拌浸出工藝適合處理高品質(zhì)礦石或者精礦。

1.堆浸工藝

微生物堆浸技術(shù)的過程主要是把粉碎的礦石放入到塑料做的堆浸桶中，用硫酸稀釋過的含細(xì)菌和營養(yǎng)物質(zhì)的溶液噴灑，金屬從礦石中進(jìn)入到溶液中去，再將溶液收集起來，最后用傳統(tǒng)的金屬萃取技術(shù)從溶液中把金屬提取出來。剩下的溶液經(jīng)過回收處理后還可以循環(huán)利用。

微生物堆浸技術(shù)比傳統(tǒng)冶煉技術(shù)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）反應(yīng)條件溫和。利用微生物的催化氧化作用，將金屬提煉技術(shù)從高溫、高壓轉(zhuǎn)變?yōu)槌?、常壓的溫和環(huán)境下，減少了對(duì)煤炭的需求，也降低了對(duì)環(huán)境的危害程度。

（2）工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，提煉周期短、基礎(chǔ)投資少、處理容量大、生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品純度高。

（3）冶煉過程中沒有有毒氣體排放，可以循環(huán)利用，對(duì)環(huán)境友好，節(jié)約了處理廢物的成本；用微生物處理的礦石也無需經(jīng)過細(xì)磨，大幅度地降低了能源消耗，符合國家十二五提出的節(jié)能減排要求。

2.攪拌浸出工藝

微生物攪拌浸出工藝的過程是將礦石磨碎后的礦漿傳送到生存在硫酸酸性環(huán)境中的微生物初級(jí)反應(yīng)器中，絕大部分的進(jìn)出反應(yīng)都發(fā)生在這一階段。隨著后續(xù)礦漿的不斷加入，部分未氧化的礦漿進(jìn)入到下一個(gè)反應(yīng)容器中并進(jìn)行最后的氧化。第二個(gè)容器中的礦漿進(jìn)入到下一個(gè)反應(yīng)容器中進(jìn)行固液分離。固液分離的過程采用循環(huán)洗滌的方法，其中通過萃取得到的金屬進(jìn)行預(yù)處理后作為產(chǎn)品收集起來，殘留物經(jīng)過處理后用于貴重金屬的回收或作為礦渣。

微生物攪拌浸出工藝因?yàn)槠渑渲糜袛嚢杵骱统錃庋b置，可以快速有效的進(jìn)行反映，金屬提純程度高、反應(yīng)易于控制，但是在反應(yīng)過程中對(duì)灌入的體積、數(shù)量多少以及通風(fēng)裝置、攪拌器等條件有著較高的要求，進(jìn)而提高了生產(chǎn)的成本，因此使用該方法提取金屬只適用小批量、高品質(zhì)的礦石原料。

三、生物冶金技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和其發(fā)展未來趨勢(shì)

生物冶金技術(shù)是未來礦產(chǎn)行業(yè)進(jìn)行清潔發(fā)展的理想方向，生物冶金技術(shù)在提純金屬時(shí)沒有焙燒的過程、對(duì)能源的消耗小，能最大限度的對(duì)低品質(zhì)礦石進(jìn)行最大程度的提純，同時(shí)還可以循環(huán)利用，降低了冶煉成本，最大程度的提高經(jīng)濟(jì)收益。

生物冶金技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)是廣闊的，可以更加便利的在一些傳統(tǒng)冶金廠進(jìn)不去的深山里建廠提取金屬，優(yōu)化提純工藝流程，對(duì)環(huán)境的危害也很小，能重復(fù)循環(huán)利用，在未來時(shí)代發(fā)展過程中必然就有廣闊的應(yīng)用前景。

結(jié)語：

生物冶金技術(shù)在這幾十年里取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但是我國的生物冶金技術(shù)起步較晚，同西方國家還有著一定差距，我們應(yīng)該把握生物冶金技術(shù)的主要技術(shù)，立足于長(zhǎng)遠(yuǎn)，注重各個(gè)學(xué)科的溝通連接，使最新的實(shí)驗(yàn)室生物冶金技術(shù)能盡快轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)應(yīng)用。

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