生物湿法冶金的应用与发展

生物湿法冶金的应用与发展

生物湿法冶金是一种利用微生物来提取和分离金属的方法，广泛应用

于矿石的提取和回收过程。该方法具有环保、高效、低能耗等优点，并且

可以处理低品位矿石、废弃物和有毒废料等资源，对于实现绿色矿业和循

环经济具有重要意义。本文将介绍生物湿法冶金的应用和发展。

生物湿法冶金的应用范围广泛，可用于提取多种金属，如铜、铁、锌、镍、钴等。其中最为常见的应用是铜的提取。在传统的湿法冶金中，铜的

提取一般需要高温高压的氧化熔炼过程，而生物湿法冶金可以在相对低温

条件下进行，并且不需要添加氧化剂，大大降低了能耗和环境污染。通过

将含铜矿石浸出液与适宜的微生物接触，微生物可以利用其新陈代谢过程

中产生的酸性代谢产物（例如硫酸）将金属离子从矿石中提取出来。此外，还可以利用微生物的还原代谢能力将金属离子还原为金属，从而实现金属

的回收和再利用。

除了铜的提取，生物湿法冶金还可以用于提取其他金属，如锌、铁等。锌的提取一般通过酸性的浸出液进行，微生物可以利用其代谢过程中产生

的氧化剂将锌离子从矿石中提取出来。铁的提取一般通过还原过程进行，

可以利用适宜的微生物将铁离子还原为金属铁，并进行回收和再利用。

生物湿法冶金的发展主要包括以下几个方面。首先，研究和应用新的

生物湿法冶金菌株。目前已经筛选出了一些具有较高金属提取能力的微生物，例如耐酸硫酸矿细菌、耐酸提铜细菌等，但仍然需要对菌株进行优化

和改造，以提高其生物湿法冶金性能。其次，研究和改进金属提取过程。

通过改善溶液的pH值、温度、氧化还原电位等条件，可以提高金属的提

取率和选择性。此外，还可以探索新的金属提取机制，利用微生物的代谢

微生物冶金工艺及发展

(童威祖）

(1009030216)

摘要论述了微生物浸出的原理,介绍了用于冶金工业的微生物及用于工业上的生物冶金方法:堆浸法、槽浸法及就地浸出法,并讲述了国外浸出铜、金、铀、锰四种金属采用微生物浸出工艺的生产情况。提出了目前微生物冶金发展中存在的问题及今后微生物冶金发展的方向。

关键词微生物冶金浸出

引言

目前,世界矿产资源日渐贫杂,资源、能源、环境问题越发引起人们重视, 我国矿产资源国家战略地位与日俱增。随着矿物贫杂化和严重能源危机及环境污染的加剧,传统的冶金技术面临巨大挑战,寻求更为高效、低能、清洁的绿色资源利用途径成为研究焦点。根据美国国家研究委员会( NRC) 2001年的研究报告,在未来20a ,美国矿业最重要的革新将是采用湿法冶金工艺取代有色行业传统的熔炼工艺[ 1]。

1 微生物湿法冶金概述

微生物湿法冶金技术是一门新兴的矿物加工技术,它包括微生物浸出技术和微生物浮选技术。微生物浸出技术始于20世纪50年代,并已在铜、铀贫矿的堆浸及含砷难处理金矿的预处理方面实现了工业化生产应用;微生物浮选技术在20世纪80年代出现,目前尚在实验室研究阶段。由于微生物湿法冶金具有环境危害小和资源利用率高的优点, 在资源环境问题日益受重视的今天倍受关注,在矿物加工领域展示了广阔的应用前景[ 2]。

微生物浸矿是指用微生物生长代谢产生的酸性水溶液,将有价金属元素(如铜、铀)等从其矿石中溶解出来,加以回收利用的方法。这些金属矿物一般指低品位矿、复杂矿物、尾矿石等用传统方法难以利用的矿物,是生物、冶金、化学、矿物等多学科交叉技术。

我国稀土资源丰富但分布较分散,有“北轻南重”的分布特点[1-3],主要类型有碳酸岩型、风化壳淋积型以及少量砂岩型、碱性花岗岩型[4]。内蒙古白云鄂博稀土矿的稀土资源位居全国之首,且占全球稀土资源的32%[5-6]。我国稀土矿开采方式比较粗放,长期过度开采给矿区周边的生态环境造成了严重破坏。由于稀土浸出的方法不同,造成的环境污染形式及程度也不同,研究人员开发出了各种冶炼方法,其中包括微生物稀土冶金技术。自然界中微生物无处不在,种类繁多,利用微生物方法获得金属元素具有投资少、易于管理与操作等优点。科学家一直致力于研究微生物与金属元素之间的相关性,以期利用微生物获得更多的金属元素。自然界中矿床的产生和移动与微生物存在千丝万缕的联系[7-8]。澳大利亚某企业于一天然矿山中提取的细菌可以在高温含硫的强酸性条件下更高效地吸附可溶性金属元素。用微生物法浸出稀土矿时,微生物会通过氧化作用使稀土元素氧化,将不溶于水的稀土元素变为可溶于水,从而利于提取。MOWAFY[9]的研究表明,从单体砂石中提取稀土元素时,使用黑曲霉、土曲霉和拟青霉进行生物浸出的效率优于非生物浸出,并且产生的污染极低。在同一背景下,与化学浸出相比,氧化葡萄糖杆菌对稀土元素的生物浸出具有更高的效率,由此看出微生物冶金技术相比传统的湿法冶金具有绿色、经济的特点。随着经济的快速发展,人类对自然资源的需求量与日俱增,因资源开采而导致的环境污染问题日益严重。基于此,微生物冶金技术在矿产资源开发中的应用受到了广泛关注,微生物法因其绿色、经济、高效的特点使其在未来的稀土开发中具有广阔的应用前景。本文介绍了微生物冶金技术特点,总结了其分类,综述了该技术在稀土资源利用中的研

●生物湿法冶金（Biohydrometallugy），是应用微生物将金属矿物氧化、还原或络合

分解，使金属或金属离子进入溶液，进一步分离、富集、纯化而提取金属的技术。

该法适应于溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，从而最大限度地利用有限的矿产资源。

●生物冶金主要发生在水环境中，包括生物淋滤（bioleaching）：一种不溶性金属在水

中转变为可溶性金属，例如CuS转变为CuSO4。指利用特定微生物或其代谢产物的氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其它金属)分离浸提的一种技术。

●

●；生物冶金（biomining）；又称生物浸出技术，通常指矿石的细菌氧化或生物氧化，

由自然界存在的微生物进行。

●生物氧化（biooxidation ）：金属的是重获可有微生物分解金属中的矿物质来提高，

但获得的金属并不一定都是可溶的。例如金可从黄铁矿和毒砂中获得。

●

●矿石品位：指金属矿床或部分非金属矿床（如磷灰石、钾盐、莹石等）中有

用组分的单位含量。通常以％、克/吨、克/米3、克/升等表示。矿石品位高低决定矿产资源开发利用价值大小。

●贫矿：铜矿< 0.3%；锰矿< 10%；金矿<1g/吨

●生物冶金应用领域：从矿石中提取金属（硫化矿）、矿物预处理（硫化矿包裹矿）、

环境治理及修复（酸性矿水及重金属污染水源）

●生物冶金优势：1，更加温和、友好。生物冶金不需要高能量，不产生SO2等有害

物质，适合低电势金属的提取。

●黄铁矿（FeS2, pyrite）、砷黄铁矿(AsFeS2, arsenopyrite) 含金、黄铜矿(CuFeS2

生物湿法冶金的研究

2 •定义

生物湿法冶金（也称硫化矿生物冶金），是一门硫化矿生物提取冶金的工业应用，主要用于处理传统技术难处理的低品位复杂矿、废弃矿石、尾矿等。

2.浸出基本原理

硫化矿的生物浸出是水溶液中多相体系的一个复杂过程，包含化学氧化、生物氧化和电化学氧化反应。一般认为,在生物浸出过程中，微生物的作用表现在三方而。

2.1直接作用

直接作用是指细菌与硫化矿物直接接触氧化，加速固体矿物被氧化成可溶性盐的反应过程，如许多金属硫化矿物在浸矿微生物的直接氧化作用下会发生浸出反应。

直接作用发生第一步：细菌吸附。在K.A.Natara janetai的研究中显示，细菌吸附量的增加可以促进铁的溶解。M.I.Sampson等人用氧化亚铁硫杆菌、中等嗜高温菌一嗜高温氧化硫化物硫杆研究了不同培养条件下对不同矿物的吸附作用，结果表明，中等嗜高温菌种有更大的吸附程度，这一结果与矿物被细菌浸出的结果一致。KAThirde等人的研究表明黄铜矿浸出率强烈依赖于溶液中的氧化还原电位（En）, 这种参数比细菌数量或活性更有影响，当分别加入亚铁或高铁时，前者浸出速度快 2.7倍，而后者却抑制了细菌浸出，因此细菌促进电化学氧化作用，仅当电化学条件有利时才发生。

2.2间接作用

间接作用是指利用硫化矿物中释放出来的亚铁和硫元素间接浸出硫矿化物。桩木圭子等人用氧化亚铁硫杆菌浸出黄铁矿，分析了浸出溶液和黄铁矿表面，并通过测定溶液中氧化还原电位（En）的变化—作为

细菌氧化活性的一种度量，认为黄铁矿的细菌浸出主要按照间接机理。利用氧化亚铁微螺菌研究它对黄铁矿的氧化浸出动力学，表明它是通过间接作用氧化黄铁矿。同时发现氧化亚铁硫杆菌优先利用高铁氧化硫化锌产生的是元素硫，而不是亚铁，高铁的再生被抑制，因此确定了硫化锌的细菌氧化机理是间接作用。

微生物冶金工艺及发展

摘要论述了微生物浸出的原理,介绍了用于冶金工业的微生物及用于工业上的生物冶金方法:堆浸法、槽浸法及就地浸出法,并讲述了国外浸出铜、金、铀、锰四种金属采用微生物浸出工艺的生产情况。提出了目前微生物冶金发展中存在的问题及今后微生物冶金发展的方向。

关键词微生物冶金浸出

引言

目前,世界矿产资源日渐贫杂,资源、能源、环境问题越发引起人们重视, 我国矿产资源国家战略地位与日俱增。随着矿物贫杂化和严重能源危机及环境污染的加剧,传统的冶金技术面临巨大挑战,寻求更为高效、低能、清洁的绿色资源利用途径成为研究焦点。根据美国国家研究委员会( NRC) 2001年的研究报告,在未来 20a ,美国矿业最重要的革新将是采用湿法冶金工艺取代有色行业传统的熔炼工艺[ 1]。

1 微生物湿法冶金概述

微生物湿法冶金技术是一门新兴的矿物加工技术,它包括微生物浸出技术和微生物浮选技术。微生物浸出技术始于 20世纪 50年代,并已在铜、铀贫矿的堆浸及含砷难处理金矿的预处理方面实现了工业化生产应用;微生物浮选技术在 20世纪 80年代出现,目前尚在实验室研究阶段。由于微生物湿法冶金具有环境危害小和资源利用率高

的优点, 在资源环境问题日益受重视的今天倍受关注,在矿物加工领域展示了广阔的应用前景[ 2]。

微生物浸矿是指用微生物生长代谢产生的酸性水溶液,将有价金属元素 (如铜、铀)等从其矿石中溶解出来,加以回收利用的方法。这些金属矿物一般指低品位矿、复杂矿物、尾矿石等用传统方法难以利用的矿物,是生物、冶金、化学、矿物等多学科交叉技术。

微生物湿法冶金医学知识

xx年xx月xx日

•微生物湿法冶金概述

•微生物湿法冶金基础知识

•微生物湿法冶金在医学领域的应用

•微生物湿法冶金医学知识研究进展目

•微生物湿法冶金医学知识的实践意义

•微生物湿法冶金医学知识的未来展望录

01微生物湿法冶金概述

微生物湿法冶金是指利用微生物及其代谢产物，通过化学反应或物理过程，从矿石或金属废料中提取或回收金属的方法。

微生物湿法冶金是一种绿色、环保、高效的金属提取方法，具有选择性高、对环境影响小、反应条件温和等优点。

微生物湿法冶金定义

微生物湿法冶金的研究始于20世纪50年代，随着生物技术的不断发展，该领域的研究和应用也在不断拓展和深化。

微生物湿法冶金技术已经在全球范围内得到广泛应用，特别是在一些环保要求高、资源紧缺的国家和地区，该技术更受到重视和推广。

微生物湿法冶金在医学领域具有广泛的应用前景，包括治疗肿瘤、骨质疏松、骨折等骨骼疾病等。

在医学研究中，微生物湿法冶金技术还可以用于制备生物材料、药物载体等，为

医学治疗和预防提供了新的途径和方法。

02

微生物湿法冶金基础知识

微生物种类

细菌、放线菌、霉菌、酵母菌等。

微生物特性

适应性强，繁殖速度快，对环境敏感。

微生物种类与特性

原理概述

利用微生物的氧化还原反应，将金属离子从溶液中提取出来。微生物作用微生物在冶金过程中起催化剂的作用，促进金属离子的氧化还原反应。

微生物湿法冶金原理

将矿石进行破碎、磨碎和选矿等预处理。

微生物湿法冶金工艺流程

采矿与选矿

将微生物与矿石混合，通过微生物的氧化还原反应将金属离子提取到溶液中。

浸出

从浸出液中提取金属，并进行纯化

生物湿法冶金的商业应用现状及前景

J.A. Brierley(a,*),C.L. Brierley(b,1)

a纽蒙特冶金服务，10101东德里克里克路，恩格尔伍德，CO80112，美国

b布赖恩利咨询有限责任公司，P.O.盒260012，苏格兰高地牧场，CO80163-0012，

美国

收于1999年9月29日;接受于二零零一年三月七日

摘要随着生物浸出法在肯尼科特的宾厄姆铜矿冶炼铜金属的出现，生物湿法冶金在对矿物处理的现代商业应用在十九世纪五十年代成为现实。早期应用需要废石堆浸出低质量、低位值、毛煤原料。废石堆浸出已经逐渐发展成为一种商业上普遍接受的生物堆浸出法以获得更高质量、更高价值的铜矿。至少十一家采矿经营商证明了这一商业实务。出人意料地，生物湿法冶金在对顽固金矿的预处理中的应用，始于高价值浓缩过程，用生物氧化反应器处理并处理大量低质量、低价值的矿物。现在，生物浸出已经扩展到钴的商业开采和获得。甚至随着现在生物湿法冶金在采矿业中的成功应用，生物技术在采矿业中的潜在应用价值还有待实现。随着对商业生物过程的信心的增长和生物技术应用基础知识的经验拓展，新方法和新的商业实务将会出现。在不久的将来，商业应用将可能继续致力于铜、金以及其它可能的镍的回收。新的科技发展显示，非常难熔炼的黄铜矿能够成功被生物浸出。从这种矿物质中回收铜的过程既包括堆式也包括搅拌反应器。下一代对顽固金矿的预处理技术将以使用喜温细菌氧化硫化物的基础。对于生物湿法冶金的商业前景，微生物学家必须与技术人员合作以共同研究操作的极限和系统规定参数对微生物的组成部分的影响。

生物湿法冶金的研究

生物湿法冶金是一种利用生物体或生物代谢产物提取金属或制备金属

材料的方法。相比传统的湿法冶金方法，生物湿法冶金具有环境友好、能

耗低、不产生有害废物等优点。因此，在近几十年来，生物湿法冶金引起

了广泛的研究兴趣。本文将介绍生物湿法冶金的原理、应用及研究进展。

生物湿法冶金原理主要包括生物浸出、生物氧化和生物沉淀三个主要

过程。生物浸出是利用微生物将金属中的价态转变为可溶解的形式，进而

使金属从矿石中溶解出来。生物氧化是指利用微生物通过氧化作用将溶解

出的金属离子转变为金属离子-硫化物或金属离子-氢化物等易于沉淀或提

取的形式。而生物沉淀则是指微生物通过还原作用将金属离子转变为金属

沉淀的过程。

目前，生物湿法冶金已经在许多领域得到了广泛的应用。其中，最为

典型的应用就是黄金提取。生物湿法冶金可以通过生物浸出将黄金从矿石

中提取出来，从而取代传统的氰化法。生物湿法冶金还常用于铜、镍、锌

等金属的提取，可以在低浓度的矿石中高效地提取这些金属。此外，生物

湿法冶金还可以用于废水处理、重金属回收等领域。

在生物湿法冶金的研究中，酸性硫氧化菌和古菌是最为常见的微生物。酸性硫氧化菌可以在低PH和高温的条件下生存，能够将金属离子氧化成

溶解态，进而实现金属的提取。古菌则可以在高温和高盐度的条件下生存，被广泛应用于黄金提取等领域。

此外，研究人员还通过工程优化微生物、添加表面活性剂等方法来提

高生物湿法冶金的效率。例如，将不同种类的微生物组合起来，利用它们

共同完成生物浸出、生物氧化和生物沉淀的过程。同时，添加表面活性剂可以增加金属离子的溶解度，从而提高生物湿法冶金的效率。