生物冶金關(guān)鍵技術(shù)研究

唐洋洋　馮璐楊　柳柴倩　王靜怡

【摘 要】生物冶金技術(shù)是通過一些關(guān)鍵技術(shù)來利用微生物或其代謝物中浸出有用的金屬，它具有設(shè)備簡單，工藝流程短，施工成本低，運行簡單，對環(huán)境友好的特點，并且可提供低品位復(fù)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(shù)，同時也是本世紀(jì)最具競爭力的采礦和冶金技術(shù)之一。本設(shè)計介紹了生物冶金技術(shù)的基本概念，以及生物冶金中的關(guān)鍵技術(shù)以及存在的問題、發(fā)展趨勢等等。

【關(guān)鍵詞】生物冶金；生物浸出；關(guān)鍵技術(shù)

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(tǒng)研究有用的，并且可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的，就是最常見的細(xì)菌。冶金主要是從自然界中提取富集金屬的物質(zhì)，因此主要也是利用以礦物質(zhì)作為生命物質(zhì)的細(xì)菌，其本質(zhì)是利用微生物使得金屬硫化物轉(zhuǎn)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(jīng)過進一步的凈化，濃縮，這就是濕法冶金技術(shù)。與傳統(tǒng)冶金技術(shù)相比，它具有非常多的優(yōu)勢，適用于多種礦產(chǎn)資源，可以更加有效地開發(fā)出更多不同類型的高等級、普通礦物資源，還可以應(yīng)用于各種其他的冶金技術(shù)不能開采的礦產(chǎn)資源領(lǐng)域，其技術(shù)設(shè)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(huán)保[1]。從歷史記錄看，早在公元前2世紀(jì)，我國就已經(jīng)開始第一次使用微生物堆浸銅，這種生物浸出技術(shù)到公元2世紀(jì)才開始在歐洲廣泛運用，也說明我國的微生物堆浸銅技術(shù)的歷史悠久和領(lǐng)先性。現(xiàn)在已經(jīng)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(guān)鍵技術(shù)

目前國內(nèi)外的微生物冶金形成產(chǎn)業(yè)化主要表現(xiàn)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(jù)報道，這種技術(shù)提取的銅占世界銅總產(chǎn)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(shù)已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。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(xiàn)了生物提銅的產(chǎn)業(yè)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(yè)生產(chǎn)主要使用的是以下三種工藝技術(shù)。

（1）堆浸技術(shù)

在現(xiàn)有的生物冶金的技術(shù)中，堆浸技術(shù)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(zhì)，其中大部分的礦石的堆浸周期可以達(dá)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(shù)也有其缺點，即礦石處理時間過長，反應(yīng)時間慢，與傳統(tǒng)的煅燒法和壓力氧化法相比有一定的差距。然而，該技術(shù)設(shè)備投資少，處理成本低，因此，在處理一些貧礦方面占據(jù)了很大的優(yōu)勢，特別是在一些大型露天礦石利用率的方法比傳統(tǒng)方法更有優(yōu)勢。

（2）槽浸工藝技術(shù)

槽浸工藝技術(shù)顧名思義是在攪拌槽內(nèi)完成礦物浸出的技術(shù)。與堆浸相比，反應(yīng)時間短，金礦回收率高，控制效果好。但礦石在進行槽浸技術(shù)之前需要預(yù)先處理，因此其生產(chǎn)設(shè)備要求更高，進一步提升了生產(chǎn)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(yīng)器。該方法主要應(yīng)用于難熔金礦石的預(yù)處理及硫化銅精礦浸出。

（3）原位浸出工藝技術(shù)

所謂原位浸出工藝技術(shù)是指在礦體中已經(jīng)設(shè)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(shè)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(nèi)進行金屬的回收，因此也稱為礦床浸出。大多數(shù)礦石堆是由礦體附近的天然礦體形成的，因此大多數(shù)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(shù)的選擇取決于礦堆所在地區(qū)的氣候條件、礦石高度等等。

三、生物冶金的發(fā)展前景與存在的問題

生物冶金技術(shù)是生物工程和冶金工程的交叉學(xué)科。生物冶金技術(shù)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(chǎn)生有害氣體和其他廢棄物，因此不會污染環(huán)境，這對于未來礦山和冶金行業(yè)清潔生產(chǎn)來說，是一種非常理想的技術(shù)。相對比傳統(tǒng)的焙燒技術(shù)，生物冶金技術(shù)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(jīng)濟成本，提高經(jīng)濟效益。目前存在的問題和發(fā)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(jié)構(gòu)[2]。

（2）高質(zhì)量、高效率的菌株的培育在生物冶金技術(shù)中占有重要地位。高效優(yōu)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(shù)要想規(guī)模生產(chǎn)就必須提高其適應(yīng)性的范圍。除了技術(shù)因素外，還包括礦石生物浸出的類型、采礦技術(shù)和礦石本身的先天因素。對于不同的區(qū)域，不同的礦石類型應(yīng)具有不同適應(yīng)性，這也必須進行優(yōu)化生物浸出技術(shù)的設(shè)計。為了實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，減少生物冶金的成本是一個必然趨勢。

四、總結(jié)

世界上一些發(fā)達(dá)國家的冶金工業(yè)已經(jīng)開始了規(guī)模化生產(chǎn)，隨著當(dāng)今冶金技術(shù)的快速發(fā)展，我國在這方面做得還不夠，在關(guān)鍵技術(shù)的研究和投資不夠，工業(yè)化進程較慢，但是隨著高品位、高精度的金屬礦產(chǎn)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(huán)保的生物冶金技術(shù)是我國必須發(fā)展的黃金產(chǎn)業(yè)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王玉棉，李軍強.微生物浸礦的技術(shù)現(xiàn)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(yīng)用[J].上海有色金屬，2000.21（3）：137—146.