生物冶金關鍵技術研究

唐洋洋　馮璐楊　柳柴倩　王靜怡

【摘 要】生物冶金技術是通過一些關鍵技術來利用微生物或其代謝物中浸出有用的金屬，它具有設備簡單，工藝流程短，施工成本低，運行簡單，對環境友好的特點，并且可提供低品位復雜難熔礦石等。目前已成為世界采礦和冶金工程研究的熱門技術，同時也是本世紀最具競爭力的采礦和冶金技術之一。本設計介紹了生物冶金技術的基本概念，以及生物冶金中的關鍵技術以及存在的問題、發展趨勢等等。

【關鍵詞】生物冶金；生物浸出；關鍵技術

一、引言

從自然界中提煉出六種生物（病毒除外），并并富集金屬，但就冶金來說，真正對微生物系統研究有用的，并且可以應用于工業生產的，就是最常見的細菌。冶金主要是從自然界中提取富集金屬的物質，因此主要也是利用以礦物質作為生命物質的細菌，其本質是利用微生物使得金屬硫化物轉化為金屬氧化物，它能將金屬硫化物電解成金屬離子在溶液中，再經過進一步的凈化，濃縮，這就是濕法冶金技術。與傳統冶金技術相比，它具有非常多的優勢，適用于多種礦產資源，可以更加有效地開發出更多不同類型的高等級、普通礦物資源，還可以應用于各種其他的冶金技術不能開采的礦產資源領域，其技術設備簡單，可行性好，容易操作，能耗低，成本低，污染物排放也較少，綠色環保[1]。從歷史記錄看，早在公元前2世紀，我國就已經開始第一次使用微生物堆浸銅，這種生物浸出技術到公元2世紀才開始在歐洲廣泛運用，也說明我國的微生物堆浸銅技術的歷史悠久和領先性。現在已經擴大到銅，鈾，鐵、錳、金、鋅、鉛、鎳、鈷、鉻、砷、鋁等幾乎所有的硫化物生物浸出。

二、生物冶金關鍵技術

目前國內外的微生物冶金形成產業化主要表現在生物浸銅和難開采金礦的生物提取兩個方面。生物浸銅主要是指低品位硫化礦的生物浸出，據報道，這種技術提取的銅占世界銅總產量的25%，美國、加拿大、澳大利亞和等等20多個國家利用這種技術已經形成產業化生產。在中國，江西德興銅礦、福建紫金山銅礦、云南官房銅礦也相繼實現了生物提銅的產業化。銅的生物浸出是指從銅礦石中提取和回收貴重金屬，主要是利用天然水、空氣和微生物將其浸出，微生物的作用是催化氧化硫化銅。目前生物浸銅的工業生產主要使用的是以下三種工藝技術。

（1）堆浸技術

在現有的生物冶金的技術中，堆浸技術是最成熟、最廣泛使用的一種。這是將礦石堆積成礦堆，再利用酸性浸礦溶液將其浸出。堆浸過程中使用的是低品位礦石（貧礦），堆浸時間的長短主要取決于礦石本身的性質，其中大部分的礦石的堆浸周期可以達到45到60天，而其中一些難以“消化”的礦石堆，一般堆積200到300天。但是這種技術也有其缺點，即礦石處理時間過長，反應時間慢，與傳統的煅燒法和壓力氧化法相比有一定的差距。然而，該技術設備投資少，處理成本低，因此，在處理一些貧礦方面占據了很大的優勢，特別是在一些大型露天礦石利用率的方法比傳統方法更有優勢。

（2）槽浸工藝技術

槽浸工藝技術顧名思義是在攪拌槽內完成礦物浸出的技術。與堆浸相比，反應時間短，金礦回收率高，控制效果好。但礦石在進行槽浸技術之前需要預先處理，因此其生產設備要求更高，進一步提升了生產成本，一般大型冶煉廠才能夠使用。浸出裝置是可通過機械攪拌或空氣混合攪拌的混合反應器。該方法主要應用于難熔金礦石的預處理及硫化銅精礦浸出。

（3）原位浸出工藝技術

所謂原位浸出工藝技術是指在礦體中已經設計好的位置進行鉆孔，將浸礦菌液通過孔注入礦體中，在某一位置再設置一個液孔用于收集浸出液。它主要用于貧礦或者是未開采礦床中回收金屬，由于是在礦體內進行金屬的回收，因此也稱為礦床浸出。大多數礦石堆是由礦體附近的天然礦體形成的，因此大多數的情況下其浸出液的接觸面積和流動速度較慢，有時為了提高浸出液的接觸面積和浸出液的流動速度，會將礦石破碎成各個形狀不一的小礦體。注入液可以通過噴霧、浸漬劑或垂直管進入礦井。該技術的選擇取決于礦堆所在地區的氣候條件、礦石高度等等。

三、生物冶金的發展前景與存在的問題

生物冶金技術是生物工程和冶金工程的交叉學科。生物冶金技術是指在一定條件下的天然生物礦物的自然分解，在這個過程中除了電解過程中有一些氧氣存在之外，不會產生有害氣體和其他廢棄物，因此不會污染環境，這對于未來礦山和冶金行業清潔生產來說，是一種非常理想的技術。相對比傳統的焙燒技術，生物冶金技術可以最大限度地提高提取液中金屬的浸出率，并且還可以回收利用提取液，降低經濟成本，提高經濟效益。目前存在的問題和發展趨勢主要有以下三個方面：

（1）礦石堆、低品位礦石破碎等等需要處理的礦石量巨大，若要提高礦石的浸出率就必須進一步研究礦體的結構[2]。

（2）高質量、高效率的菌株的培育在生物冶金技術中占有重要地位。高效優良是我菌種在生物浸出時間長、浸出率低的情況下具有重要意義。

（3）生物冶金技術要想規模生產就必須提高其適應性的范圍。除了技術因素外，還包括礦石生物浸出的類型、采礦技術和礦石本身的先天因素。對于不同的區域，不同的礦石類型應具有不同適應性，這也必須進行優化生物浸出技術的設計。為了實現大規模生產，減少生物冶金的成本是一個必然趨勢。

四、總結

世界上一些發達國家的冶金工業已經開始了規模化生產，隨著當今冶金技術的快速發展，我國在這方面做得還不夠，在關鍵技術的研究和投資不夠，工業化進程較慢，但是隨著高品位、高精度的金屬礦產資源的不斷減少，低品位的貧礦資源顯得尤為重要，研究高速度、清潔、高效、環保的生物冶金技術是我國必須發展的黃金產業。

【參考文獻】

[1]王玉棉，李軍強.微生物浸礦的技術現狀及展望[J].甘肅冶金2004.26（1）：36—39.

[2]陳世館.生物浸出及其在有色冶金中的應用[J].上海有色金屬，2000.21（3）：137—146.