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(lái)冶煉優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源的方法上來(lái)。本文主要介紹了生物冶金過(guò)程中所應(yīng)用微生物的類型、冶金過(guò)程的主要作用以及生物冶金這種技術(shù)在國(guó)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(lái)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(lái)越多的礦產(chǎn)資源開(kāi)采公司把眼光投入到那些開(kāi)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(lái)提煉這些低品質(zhì)的礦藏，其加工過(guò)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(guó)家的礦產(chǎn)開(kāi)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(guò)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(wú)機(jī)物生存，對(duì)人體無(wú)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)芤褐械慕饘佟Ｄ壳吧镆苯鸺夹g(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，憑借生物冶金提取出來(lái)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(guó)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(guó)一家冶金公司提出來(lái)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(guó)、新西蘭等國(guó)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(shū)記載，“禹收九牧之金鑄九鼎，象九州。”這說(shuō)明我國(guó)早在幾千年前就具備了冶煉金屬的能力，在史書(shū)上更是有“膽水浸銅”的記載，表明我國(guó)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(wàn)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(lái)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(guó)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(guò)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(guò)的含細(xì)菌和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的溶液噴灑，金屬?gòu)牡V石中進(jìn)入到溶液中去，再將溶液收集起來(lái)，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(lái)。剩下的溶液經(jīng)過(guò)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亍⒊旱臏睾铜h(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(guò)程中沒(méi)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(wú)需經(jīng)過(guò)細(xì)磨，大幅度地降低了能源消耗，符合國(guó)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(guò)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(guò)程采用循環(huán)洗滌的方法，其中通過(guò)萃取得到的金屬進(jìn)行預(yù)處理后作為產(chǎn)品收集起來(lái)，殘留物經(jīng)過(guò)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(guò)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(lái)趨勢(shì)

生物冶金技術(shù)是未來(lái)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(méi)有焙燒的過(guò)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(lái)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(lái)時(shí)代發(fā)展過(guò)程中必然就有廣闊的應(yīng)用前景。

結(jié)語(yǔ)：

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(guó)的生物冶金技術(shù)起步較晚，同西方國(guó)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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