生物冶金技术的研究发展与应用学院：资源加工与生物工程学院专业：生物技术1001班学号：**********姓名：***2014年1月11日生物冶金技术的研究与应用摘要本文对生物冶金技术进行了较为全面的综述，包括生物湿法冶金的历史、基本原理、菌种类型与培养、浸矿效果的影响因素以及工业应用的浸矿工艺等，介绍了生物冶金在几种常见金属浸出的应用，并展望了其发展前景。

关键词生物冶金技术生物浸出浸出机理工业工艺Research and application of bioleaching technologyAbstractIn this paper, there is a more comprehensive overview for bioleaching technology, including the history of bioleaching , the basic principles, types and cultured bacteria, influencing factors for the effects of bioleaching ,bioleaching process in industrial applications, introducing the bioleaching in several kinds of common metal leaching applications and prospects of its development prospects.Key word bioleaching technology，BioleachingThe mechanism of bioleaching ，industrial processes前言21世纪，人类对于生物技术的开发利用进入了一个迅速发展的新阶段，而生物冶金技术作为近代学科交叉发展、生物技术与传统矿物加工技术相结合的矿物加工新工艺，广泛应用于矿物加工、冶金、环保等领域。

与传统矿物加工技术相比，其能耗少、成本低、工艺流程简单、无污染等优点，尤其在低品位难选冶的矿产资源的开发中有着广阔的应用前景。

1、生物冶金技术的历史矿物生物提取技术的应用有着悠久历史，在2000年以前的古希腊和罗马时代，已有用微生物从矿石中提取金属铜的记载，远在公元前六、七世纪的《山海经》中就有“石脆之山，其阴多铜，灌水出焉，北流注于禺，其中多流赤者”的记载。

到了唐朝就有官办的湿法炼铜生产，到宋朝则发展更盛，北宋时的年产量最高达至l00多万斤。

在欧洲这种技术的应用至少始于公元二世纪，从1687年开始，瑞典中部Falun矿山的铜矿至少已经浸出了200万t。

但无论在中国还是外国，湿法提铜实践中细菌的利用程度尚不清楚。

在这些实践中浸出母液中的铜是用金属铁沉积出来的，这种方法首先见于中国的记载。

纪元左右时代的《神龙本草》写到“石胆能化铁为铜，成金银”。

汉代《淮南万毕术》卷下记有“白青得铁化为铜”，白青即水胆矾。

西方学者也承认用金属铁从铜溶液中置换铜是古代中国人的发明。

1670年，西班牙人从奥里廷托矿坑水中回收细菌浸出的铜标志着细菌浸矿的开始。

1762年西班牙人在RioTito矿利用矿坑水浸出含铜黄铁矿中的铜，只是当时并没有意识到细菌在起作用。

在当时对微生物在其中的作用一无所知的情况下，不自觉的应用着他们[1]。

人们对细菌浸出的真正认识以及微生物在矿业中的应用还是20世纪20年代末的事。

1922年Rudolf等人首次报道了使用未鉴定的细菌浸出铁和锌的硫化矿物。

1947年，Clomer首先发现了一种可将Fe2+氧化成Fe3+的细菌，认为该菌在金属硫化矿的氧化和某些矿山坑道水的酸化过程起着重要作用。

1951年Temple和Hinkle从煤矿的酸性矿坑水中首先分离出一种能氧化金属硫化物的细菌，并命名为氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)。

1954年，L．C．Bryer 与J．V．Beck在Utall BinghaIIl Vanyon铜矿坑水中找到了氧化亚铁硫杆菌与氧化亚硫硫杆菌[2]。

他们的实验室研究结果表明氧化亚铁硫杆菌能够浸出各种硫化铜矿及辉钼矿。

1958年，美国Kennecott 铜矿公司Otoh矿首先将细菌浸铜工艺应用于工业生产中，并获得成功，取得了第一个有关细菌浸出技术的专利，从而推动了矿物生物提取技术的发展[3]。

1966年，加拿大用细菌浸铀获得成功，1967年Silverman提出了著名的金属硫化物细菌浸出的直接作用和间接作用模型。

此后，世界上许多国家开展了微生物在矿业工业中的应用研究。

2、生物冶金技术的现在生物湿法冶金(英文称：Biohyrdrometallurgy，Bioleaching或者Biooxidation，Biomining)是指利用某些特殊微生物的代谢活动或代谢产物从矿物或其它物料中浸取金属的过程，根据微生物所起的作用可分为生物浸出、生物吸附和生物累积。

其中生物浸出倍受关注。

生物浸出是借助于微生物的作用把有价金属从矿石溶浸出来，使其进入溶液的过程，它是综合了湿法冶金，矿物加工，化学工程，环境工程和微生物学的多学科交叉领域。

其研究和应用领域包括铜、铀、钴、镍、锌等金属硫化矿的浸出、难处理金矿的预氧化、海底锰结核／结壳浸出、从炉渣烟灰、尾矿、污泥等二次物料中回收金属和浸出除杂如煤矿脱硫、高岭土除铁、铁矿除磷、橡胶脱硫等。

微矿物生物提取技术是利用微生物或其代谢产物溶浸提取矿石中有价金属元素，从而制备金属材料的一种新技术，具有工艺简单、流程短、装备简单、投资小、成本低、污染轻、资源消耗量小以及能够处理低品位矿石等诸多优点。

矿物生物提取技术可以解决当前部分矿产资源难以有效利用的问题。

现已成为世界各国矿冶工程研究和应用的热点，是2l世纪最具竞争力的矿冶技术之一[4]。

3、浸矿微生物菌种类型与培养3.1 菌种类型微生物大致可以分成两大类：自养微生物和异养微生物，用于浸矿的细菌有20 多种，比较重要的有以下几种[5]。

⑴嗜酸氧化亚铁硫杆菌。

氧化铁硫杆菌是目前铜矿浸出中最常用的细菌，它栖息于含硫温泉、硫和硫化矿矿床、煤和含金矿矿床，也存在于硫化物矿床氧化带中，在矿坑水中生存。

其最佳生长的pH 值在2.0~3.0。

它属于自养型微生物，有较强的合成能力，能利用简单无机物如二氧化碳和无机物合成本身所需要的糖类、蛋白质、核酸和维生素等复杂的细胞物质。

因此，培养自养微生物培养基是由简单的无机物组成的。

⑵嗜酸氧化硫硫杆菌。

栖息于硫和硫化矿矿床，能把亚铁氧化成高价铁，能氧化元素硫和一系列硫的还原性化合物，还能氧化硫化物矿物，其最佳的生长pH 为2.0~2.5。

⑶硫化芽孢杆菌属。

此类细菌广泛存在于自然界中，如硫化矿的开采废石堆、火山区等。

⑷氧化嗜酸古细菌。

此类细菌是微生物进化的一个独立支系，有4个种属鞥氧化硫化物，分别是硫化叶菌、氨基酸变性菌、金属球菌和硫化小球菌，大多存在于含硫的酸性温泉中。

在自养条件下能催化硫、亚铁以及硫化物的氧化，适宜生长的pH 值为2.0~3.0。

⑸微螺球菌。

栖居于黄铜矿矿堆等处，能氧化亚铁离子、黄铁矿和白铁矿，不能氧化硫和硫的其它还原性化合物。

最适宜的pH 值为2.5~3.0。

3.2 菌种培养细菌的培养条件包括：合适的培养基、温度、以及氧气和二氧化碳的供给，在生物冶金浸矿体系中多用9K培养基进行菌种培养[5]。

以铜矿浸出为例，所用的细菌主要是嗜酸氧化亚铁硫杆菌，培养基成分包括硫酸铵0.15 g、亚磷酸钾0.05 g、硫酸镁0.50 g、硝酸钙0.01 g、蒸馏水1 000 mL,，培养方法是将调整好的pH 值培养基灭菌后分别装在已经消毒的锥形瓶中做浅层培养，取1~10 mL 含有细菌的矿坑水中放入瓶内，然后置于28 ~36℃恒温箱内进行培养。

如果以元素硫做能源只局限于静止培养，培养1~2 d 后即可检查是否有嗜酸氧化亚铁硫杆菌，其判断依据是：⑴培养液的颜色由蓝色转为米红色；⑵液相由清澈变为浑浊；⑶测定亚铁的氧化率；⑷ pH 值增大；⑸通过显微镜观察形态并计数。

4、浸矿机理按微生物在冶金过程中的作用原理，生物湿法冶金又可分为微生物浸出、微生物氧化、微生物吸附与微生物积累[6]。

目前主要以生物浸出为主。

微生物氧化近几年也开始逐渐得到应用。

4.1微生物浸出以硫化矿为例。

细菌浸出过程的机理主要涉及直接作用、间接作用和原电池作用三个方面。

4.1.1 细菌浸矿的直接作用细菌的直接作用是指细菌对矿石具有直接浸提作用。

一些不含铁的铜矿等不需要加铁，嗜酸氧化亚铁硫杆菌同样可以明显地将铜浸出。

也就是说细菌对矿石有直接氧化的能力。

细菌与矿石之间通过物理化学接触把金属溶解出来。

该过程可用简单的反应方程式表示：2MS+O2+4H+细菌参与2M2++2S0+2H20式中M——Zn、Pb、Co、Ni等金属。

4.1.2 细菌浸矿的间接作用间接作用是基于细菌生命活动中生成的代谢物的间接作用或称其为纯化学浸出说。

是指通过细菌作用产生硫酸和硫酸铁，然后通过硫酸或硫酸铁作为溶剂浸出矿石中的有用金属。

细菌浸矿的间接作用过程可用下式表示：MS+2Fe3+ 细菌参与M2+ +2Fe2++S0所生成的Fe2+在细菌的参与下氧化成Fe3+，如4Fe2++02+4H+ 细菌参与4Fe3++2H204.1.3细菌浸出的原电池效应当两个静电位不同的矿物组分在浸出体系中互相接触时,会形成电对,静电位高的矿物会充当阴极,静电位低的矿物则充当阳极,原电池的形成会加速阳极矿物的氧化。

例如，对于由黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿组成的矿物体系，在浸出过程中静电位高的矿物充当阴极，低的矿物则充当阳极：阳极反应：ZnS Zn2++S0+2eCuFeS2Cu2++Fe2++2S o+4e阴极反应：02+4H++4e 2H20原电池的形成会加速阳极矿物的氧化，同时细菌的存在会加速电化学氧化过程。

4.2 微生物氧化对于难处理金矿，金常以固——液体或次显微形态被包裹于砷黄铁矿、黄铁矿等载体硫化矿物中，应用传统的方法难以提取并且很不经济。

应用生物技术可预氧化载体矿物，使载金矿体发生某种变化，使包裹在其中的金解离出来，为下一步的氰化浸出创造条件，从而使金易于提取。

在溶液pH值2～6范围内，细菌对载体矿物砷黄铁矿的氧化作用可用下式表示：4FeAsS+12.7502+6.5H20 3Fe3++Fe2++2HAs04+2H2As04-+H2S04+3SO42+ +H++4e生物预氧化方法具有投资少、成本低、无污染等优点，在处理难处理金矿过程中体现了理想的效果，并取得了较好的经济效益。

4.3微生物吸附和微生物积累微生物吸附是指溶液中的金属离子，依靠物理化学作用，被结合在细菌的细胞壁上。