微生物濕法冶金應(yīng)用技術(shù)的地位與前景

摘要：生物濕法冶金是冶金領(lǐng)域十分活躍的學(xué)科之一，較傳統(tǒng)氧化冶金工藝有很大的優(yōu)勢，有著廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。介紹微生物濕法冶金技術(shù)的概況以及其應(yīng)用現(xiàn)狀，并對其在未來的發(fā)展前景做出展望。

關(guān)鍵詞：濕法冶金；浸金；介紹；應(yīng)用；前景

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Microbial Hydrometallurgical Technology’s Position and Prospect of Application

Abstract: Biological metallurgy is very active in the metallurgy field. Compared with the traditional oxidation process metallurgy ,it has a great advantage and is doomed to a broad industrial application prospect. To introduce of microbial hydrometallurgical technology and its application status, and make a prediction for the future development prospects.

Key words: Hydrometallurgy ; Leaching; Introduction ;Applications ;Prospect ;

生物濕法冶金是多年來冶金領(lǐng)域十分活躍的學(xué)科之一。在自然界，微生物在多種元素的循環(huán)當(dāng)中起著重要作用，地球上許多礦物的遷移和礦床的形成都和微生物的活動有關(guān)。生物濕法冶金是一種很有前途的新工藝，它不產(chǎn)生二氧化硫，投資少，能耗低，試劑消耗少，能經(jīng)濟(jì)地處理低品位、難處理的礦石。

一、生物濕法冶金介紹

微生物濕法冶金技術(shù)是一門新興的礦物加工技術(shù),它包括微生物浸出技術(shù)和微生物浮選技術(shù)。微生物浸出技術(shù)始于20世紀(jì)50年代,并已在銅、鈾貧礦的堆浸及含砷難處理金礦的預(yù)處理方面實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用;微生物浮選技術(shù)在20世紀(jì)80年代出現(xiàn),目前尚在實驗室研究階段。由于微生物濕法冶金具有環(huán)境危害小和資源利用率高的優(yōu)點,在資源環(huán)境問題日益受重視的今天倍受關(guān)注,在礦物加工領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景。微生物浸礦是指用含微

(一） 細(xì)菌浸銅

迄今為止,利用微生物技術(shù)處理的銅礦石都是一些硫化礦。在微生物的作用下,礦石中的生物的溶劑從礦石中溶解有價金屬的方法。用微生物處理的礦石多為用傳統(tǒng)方法無法利用的低品位礦、廢石、多金屬共生礦等。微生物浸礦過程機(jī)理的研究已有很長的歷史，在細(xì)菌的生長、硫化礦分解等方面已有較深刻的認(rèn)識。細(xì)菌浸礦過程是細(xì)菌生長及包括化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)，動力學(xué)現(xiàn)象的硫化氧化分解的復(fù)雜過程。主要有以下兩種方式。

1、細(xì)菌直接作用浸礦。

細(xì)菌對礦石存在著直接氧化的能力，細(xì)菌與礦石之間通過物理化學(xué)接觸把金屬溶解出來。某些靠有機(jī)物生活的細(xì)菌，可以產(chǎn)生一種有機(jī)物，與礦石中的金屬成分嵌合，從而使金屬從礦中分解出來。

2、細(xì)菌間接作用浸礦。

細(xì)菌能把金屬從礦石中溶浸出來，是細(xì)菌生命過程中的新陳代謝作用，例如細(xì)菌作用產(chǎn)生硫酸和硫酸鐵，然后通過硫酸和硫酸鐵作為溶劑浸提出礦石中得所有金屬。

微生物的濕法冶金有以下幾方面的價值：1減少資金花費2工藝流程更容易改變3可以提高金屬回收率4減少廢氣排放，保護(hù)環(huán)境。

二、微生物冶金現(xiàn)狀

我國是一個有色金屬礦產(chǎn)資源儲量大國 ,同時也是消費大國。經(jīng)過半個多世紀(jì)的生產(chǎn)消耗 ,易采易選冶礦已為數(shù)不多。現(xiàn)有的常規(guī)物理、化學(xué)選冶方法由于回收率低、資源損耗大、生產(chǎn)成本高和對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題已不適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展要求。在此情況下 ,微生物在礦物分離方面的作用逐漸引起人們的重視 ,它既可用于礦物的就地浸出 ,也可用于工廠礦物處理、廢水廢渣處理。并且微生物浸礦具有生產(chǎn)成本低、投資少、工藝流程短、設(shè)備簡單、環(huán)境友好、能處理復(fù)雜多金屬礦物等優(yōu)點 ,因此細(xì)菌浸礦的廣泛應(yīng)用 ,將引起傳統(tǒng)礦物加工產(chǎn)業(yè)的重大變革 ,為人類、資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展開辟廣闊的前景 。

1947年 ,美國Colmer和 Hinkle從礦山酸性坑水中分離鑒定出氧化亞鐵硫桿菌 ,并證實了微生物在浸出礦石中的生物化學(xué)作用 。細(xì)菌浸出在冶金工業(yè)上獲得成功應(yīng)用主要是3種金屬的回收:銅、鈾、金。自1958年美國利用微生物浸銅和1966 年加拿大利用微生物浸鈾的研究及工業(yè)化應(yīng)用成功之后 ,已有30多個國家開展了微生物在礦冶工程中的應(yīng)用研究工作。而且繼銅、鈾、金的微生物濕法提取實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)之后 ,鈷、鋅、鎳、錳的微生物濕法提取也正由實驗室研究向工業(yè)化生產(chǎn)過渡 。

我國微生物浸礦技術(shù)方面的研究是從 20 世紀(jì) 60 年代末開始的 ,已先后在鈾、銅等金屬的生產(chǎn)應(yīng)用中取得成功 。

(一） 細(xì)菌浸銅

迄今為止,利用微生物技術(shù)處理的銅礦石都是一些硫化礦。在微生物的作用下,礦石中的

銅硫化物首先被氧化溶解 出來,同時生成一些氧化能力較強(qiáng)的物質(zhì),如H2SO4, Fe2(SO4)3等,它們可以氧化其他銅硫化物或銅氧化物 。美國在細(xì)菌氧化堆浸處理銅礦方面起步較早 ,開展了多方面的研究 ,技術(shù)也比較成熟 ,1994 年采用此法生產(chǎn)的銅價值已超過3.5億美元 。

從世界上第1座銅的微生物堆浸工廠于 1950 年在美國的 Kennecott 銅業(yè)公司建成投產(chǎn) ,到 20 世紀(jì) 80 年代 ,世界上 共有14座 (我國 2 座 )銅的微生物氧化提取廠投入生產(chǎn) 。

（二） 細(xì)菌浸鈾

在大多數(shù)鈾礦石當(dāng)中 ,都存在一些金屬硫化礦 ,比較常見的有黃鐵礦（FeS2）。黃鐵礦為浸礦細(xì)菌提供了能源 ,礦石受浸礦細(xì)菌的浸蝕作用 ,生成 FeSO4和 H2SO4 。FeSO4在細(xì)菌作用下 ,很快被氧化為 Fe2(SO4)3，而很好的氧化劑 ,又可以氧化黃鐵礦:

FeS2 + Fe2( SO4 )3 =3FeSO4 +2S

反應(yīng)生成的元素硫也是細(xì)菌的能源 ,受細(xì)菌氧化生成H2SO4 ,在 H2SO4和 Fe2 ( SO4)3存在的條件下 ,鈾礦物被溶解 出來 ,反應(yīng)如下:

UO2 + Fe2( SO4 )3 =UO2SO4 +2FeSO4

（三） 細(xì)菌浸鈾的發(fā)展

1965 年葡萄牙堆浸年產(chǎn)U3O8 45 t ,加拿大井下細(xì)菌回收83～87.6 t/a ,法國井下和堆浸回收的U3O8 在40 t/a左右 。經(jīng)過20年的發(fā)展 ,加拿大生物鈾的年產(chǎn)量已達(dá) 420 t 之多。法國也有一些鈾礦用細(xì)菌進(jìn)行地下浸出 ,如埃卡爾勃耶爾鈾礦原以化學(xué)浸出為主 ,后改用細(xì)菌浸出 ,到 1975 年產(chǎn)鈾由原 25 t 增至635 t 。此外 ,美國、南非等也用這一方法生產(chǎn)鈾。我國湖南某礦曾進(jìn)行半工業(yè)試驗 ,浸出率50 %～60 % 。

（四）難處理金礦的細(xì)菌氧化

生物氧化工藝是近年發(fā)展起來的一種金礦氧化新工藝 ,其過程簡單 ,投資少 ,生產(chǎn)成本低而且對環(huán)境的影響很低 ,現(xiàn)在越來越受到重視。目前金的生物氧化浸出主要限于處理難浸金礦石 ,作為氰化提金的預(yù)處理 ,而且浸出方式均采用浮選精礦充分?jǐn)嚢杞觥?/p>

（五）難浸金礦的細(xì)菌氧化工業(yè)

難浸金礦的細(xì)菌氧化預(yù)處理最早是 1964 年法國人嘗試?yán)眉?xì)菌浸取紅土礦物中的金 ,取得了令人鼓舞的效果。1977年蘇聯(lián)最先發(fā)表了實驗結(jié)果。北美最先用攪拌反應(yīng)槽對難浸金礦石及精礦進(jìn)行細(xì)菌氧化 ,對于攪拌反應(yīng)槽式細(xì)菌氧化廠的投產(chǎn)和推廣 ,具有奠基作用。1984～1985 年 ,加拿大 Giant Bay微生物技術(shù)公司對北美及澳大利亞的30多種金精礦進(jìn)行了細(xì)菌氧化實驗。1986年南非金科公司的 Fairview金礦建立世界上第1個細(xì)菌氧化提廠 ,實現(xiàn)了難浸金礦細(xì)菌氧化預(yù)處理法的首次商用。繼南非后 ,巴西、澳大利亞、美國、加納、秘魯?shù)葒锛夹g(shù)預(yù)處理金礦的工廠紛紛投入運(yùn)營。世界上第1座大型細(xì)菌處理廠是加納的 Ashanti 生物氧化系統(tǒng) ,1995 年擴(kuò)建設(shè)計規(guī)模為 960 t/a。細(xì)菌冶金在美國的礦冶工程中已占有相當(dāng)重要的地位 ,美國黃金總產(chǎn)量的1/3是用生物堆浸法生產(chǎn)的 。美國內(nèi)華達(dá)州的 Tomkinspytins金礦1989年建成生物浸出廠 ,日處理1500 t 礦石 ,金回收率為90 % 。美國加納Ashanti 微生物浸出廠在1994年能處理720 t/ d金精礦 ,年產(chǎn)黃金100萬盎司。

（六） 細(xì)菌浸出其他金屬

法國BRGM研究中心在烏干達(dá)建成 1 座年產(chǎn)鈷 1000 t的細(xì)菌冶金廠 ,這意味著世界上 5 %的鈷是用微生物法獲得的。

國內(nèi)的研究主要以金川低品位鎳礦資源 貧礦和尾礦為研究對象 ,進(jìn)行微生物浸出試驗研究。

錳礦的微生物浸出主要用異養(yǎng)菌將礦石中的Mn4+還原成易溶解的 Mn2+。前蘇聯(lián)用無色桿菌屬浸出尼柯波爾錳礦 ,浸出率達(dá)到80 %～90 %。我國用 T·f 菌除去高硫錳礦中的硫 ,硫排出率81 %～99 % 。

三、未來的發(fā)展前景

目前生物冶金技術(shù)研究與工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)取得顯著成交效，今后將受業(yè)界更加廣泛的關(guān)注，并在高效浸礦菌選育、浸礦微生物的基因組和蛋白組學(xué)、生物浸出過程基礎(chǔ)理論與工程化技術(shù)研究、生物冶金技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域等幾個方面得到更加系統(tǒng)的研究。

隨著高品位、易選冶的銅，鎳，鋅，鈷，金等有色金屬礦物資源的日益減少，低品位，難處理資源的開發(fā)日益增大，生物冶金技術(shù)將是本世紀(jì)最有競爭力的礦冶技術(shù)之一。

高溫浸礦菌浸出黃銅礦和異養(yǎng)菌浸出鎳紅土礦等技術(shù)將取得突破，生物冶金新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，生物冶金技術(shù)將得到更大的發(fā)展。

生物冶金技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用越來越成熟，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，生物冶金將具有廣闊的應(yīng)用前景。

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