《生物技術在礦物加工工程中應用》課程教學方法探索

朱曉波 李望 張傳祥 張乾 張玉德

摘 要：礦物加工工程是處理各類礦產資源回收有用成分的工程技術學科。隨著金屬礦、非金屬礦和煤炭資源的迅速開采，一批低品位、細、貧、雜的礦產資源急需處理，傳統的重、磁、浮選等選礦作業難以滿足要求，化學選礦和生物浸出的作用日益突出，因此，該文敘述了開設《生物技術在礦物加工工程中應用》課程的意義，分析了《生物技術在礦物加工工程中應用》課程的教學方法，強調了該課程理論教學—試驗分析—實踐講解相結合的重要性。

關鍵詞：教學方法 理論—試驗—實踐 生物技術 礦物加工工程

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0244-01

礦物加工工程學科隸屬于礦業工程一級學科，河南理工大學礦物加工工程專業的人才培養包括煤、金屬礦和非金屬礦的選礦及深加工等方向[1]。生物技術在礦物加工工程中應用是礦物加工工程專業的主要選修課程。該課程的開設可以拓寬礦物加工工程專業學生的知識面，提高學生的就業面和增加考研高校的選擇，促使學生了解礦物加工工程的國際前沿現狀，具有重要的意義。

1 生物技術在礦物加工工程中應用的課程意義

1.1 生物技術在礦物加工工程中應用的課程簡介

煤炭是我國的主要能源，大規模開發利用和高硫含量也帶來了嚴重的環境問題。金屬、非金屬等礦產資源的日益匱乏，低品位礦產資源的開采加工利用對環境造成了巨大的破壞。因此，生物技術作為一種環保型生產工藝得到了國內外企業、高校和學者們的廣泛關注。對于特貧、特細、特雜的礦石或尾礦，向物理選礦提出嚴峻的挑戰，化學浸出和生物技術顯得越來越重要。

該課程主要講述生物技術在礦物加工中的應用現狀、原理、工藝及應用現狀等內容，難點是微生物選礦工藝的選取、影響因素和作用原理的分析。通過本課程的教學，可以讓學生掌握目前國內外先進的選礦技術、生物選礦原理及相應的選礦設備、典型的生物選礦工藝流程及應用實例，為拓寬學生專業知識、培養其國際視野和跨文化的交流、競爭與合作能力奠定基礎。

1.2 開設生物技術在礦物加工工程中應用的課程意義

生物技術在礦物加工中的應用是化學選礦的拓展，與金屬礦和煤的物理選礦緊密結合。學生通過學習選礦學后，對煤和金屬礦的物理選礦有一定的基礎。對于稀貴金屬如金、鈾、鑭等，其經過常規選礦后，尾礦中依然含有部分貴金屬；此外煤經過洗選以后，通常灰分得到了有效降低，但其中的硫較難脫除，這是大氣污染的根源。生物技術主要是利用含有氧化鐵硫桿菌浸出廢石中金、銅、鈾等有價元素；利用氧化鐵硫桿菌有效脫除煤中的硫，降低環境污染。微生物藥劑對人體無害，又可被生物降解，無二次污染，能耗少，因而具有廣闊的發展前途[2]。礦物加工工程專業人才培養過程中，該課程是選礦學的延續，可以拓寬學生的專業知識面，開設生物技術在礦物加工中的應用課程具有重大意義。

2 生物技術在礦物加工工程中應用的課程教學方法

高等學校工科院系是培養工程師的搖籃，要求學生具有扎實的基礎理論和解決實際工程問題的能力。經過幾年的摸索，在教學過程中，作者主要采用以下三種教學方法相結合，取得了良好的教學效果。

2.1 理論教學

理論教學是本科生思維能力培養的重點，也是教師教學和學生學習的難點。該課程的基礎理論涉及微生物學的部分，如果教師只是按照課本內容講授，學生將不能完全理解和掌握此部分基礎理論，因此，教師改變教學思路和教學方法是必需的。生物技術在礦物加工工程中應用的課程難點和重點包括微生物基礎理論、生物浸出機理和各種礦石貴金屬提取與煤炭微生物脫硫。在講授這些機理過程中，加入相關視頻和模型的講解，使得學生更加充分的掌握該工藝過程和理解相關理論的精髓。

2.2 試驗分析

學習該課程的細菌培養和馴化時，同步帶領學生參觀實驗室和現場講解。對氧化鐵硫桿菌的采集、分離與培養進行了重要講授和分析，有利于學生更好的掌握微生物的生長繁殖和馴化機理。帶領學生取含有細菌的酸性坑水，將細口瓶、洗凈并配好膠塞，用牛皮紙包扎好瓶口，置于烘箱滅菌，冷卻后可作為細菌取樣瓶。學生在實驗室將配好的培養基用蒸汽滅菌，在無菌操作下分裝于數個已洗凈并滅菌的三角瓶中。將培養基和水樣加到三角瓶中靜置培養。細菌生長繁殖使三角瓶中培養基的顏色由淺綠變為紅棕色，最后在瓶底出現高鐵沉淀。選擇變化最快，顏色最深的三角瓶，在瓶中取1 mL培養液，接種到裝有新培養基的三角瓶中，同樣培養。培養液將比頭一次更快的變紅棕色。按同樣辦法反復轉移培養10次以上。學生在學習基礎理論之后，再到實驗室進行相關的操作，有利于學生加深對微生物的基礎理論的理解和掌握

2.3 實踐講解

在講授該課程時，筆者通過介紹湖南省常寧縣柏坊銅鈾礦和廣西平南縣六嶺金礦等國內大型稀貴金屬提取工藝的現狀、特色以及存在的問題，使得學生更好的理解和掌握生物技術在礦物加工工程中的應用。比如：作者舉例柏坊銅鈾礦的微生物浸出工藝，經過視頻和照片等渠道介紹了該工藝的處理原料特點，其為選別尾礦、冶煉爐渣和井下大量貧礦；菌種取自安徽省銅官山銅礦的醉性礦坑水中，為氧化亞鐵硫桿菌；待浸出過程穩定以后，則用置換沉淀銅以后的母液經細菌氧化再生，然后送回滲濾浸出池；銅和鈾采用離子交換法分離，回收鈾以后的尾液再用廢鐵置換法回收銅。教學過程中，學生的學習興趣濃厚，踴躍發言，甚至積極聯系生產單位咨詢生產現狀，并考慮去該工作單位實習就業。

3 結語

近年來，筆者在礦物加工工程專業課教學實踐中，逐漸總結和摸索，最終形成了生物技術在礦物加工工程中應用的專業課教學方法。課程的講授結合了理論教學、試驗分析和實踐講解三部分內容，學生的學習興趣濃厚，掌握基礎理論的能力強，能夠發現和解決現場實踐問題。所以，采用上述教學方法進行講授生物技術在礦物加工工程中應用是合理和成功的。

參考文獻

[1]張傳祥，張玉德，馬名杰，等.礦物加工工程學科建設過程中存在的問題及對策[J].河南化工，2010，27（11）：57-60.

[2]魏德洲.生物技術在礦物加工中的應用[M]，冶金工業出版社，2008.