生物冶金关键技术研究

【摘 要】生物冶金技术是通过一些关键技术来利用微生物或其代谢物中浸出有用的金属，它具有设备简单，工艺流程短，施工成本低，运行简单，对环境友好的特点，并且可提供低品位复杂难熔矿石等。目前已成为世界采矿和冶金工程研究的热门技术，同时也是本世纪最具竞争力的采矿和冶金技术之一。本设计介绍了生物冶金技术的基本概念，以及生物冶金中的关键技术以及存在的问题、发展趋势等等。

【关键词】生物冶金；生物浸出；关键技术

一、引言

从自然界中提炼出六种生物（病毒除外），并并富集金属，但就冶金来说，真正对微生物系统研究有用的，并且可以应用于工业生产的，就是最常见的细菌。冶金主要是从自然界中提取富集金属的物质，因此主要也是利用以矿物质作为生命物质的细菌，其本质是利用微生物使得金属硫化物转化为金属氧化物，它能将金属硫化物电解成金属离子在溶液中，再经过进一步的净化，浓缩，这就是湿法冶金技术。与传统冶金技术相比，它具有非常多的优势，适用于多种矿产资源，可以更加有效地开发出更多不同类型的高等级、普通矿物资源，还可以应用于各种其他的冶金技术不能开采的矿产资源领域，其技术设备简单，可行性好，容易操作，能耗低，成本低，污染物排放也较少，绿色环保[1]。从历史记录看，早在公元前2世纪，我国就已经开始第一次使用微生物堆浸铜，这种生物浸出技术到公元2世纪才开始在欧洲广泛运用，也说明我国的微生物堆浸铜技术的历史悠久和领先性。现在已经扩大到铜，铀，铁、锰、金、锌、铅、镍、钴、铬、砷、铝等几乎所有的硫化物生物浸出。

二、生物冶金关键技术

目前国内外的微生物冶金形成产业化主要表现在生物浸铜和难开采金矿的生物提取两个方面。生物浸铜主要是指低品位硫化矿的生物浸出，据报道，这种技术提取的铜占世界铜总产量的25%，美国、加拿大、澳大利亚和等等20多个国家利用这种技术已经形成产业化生产。在中国，江西德兴铜矿、福建紫金山铜矿、云南官房铜矿也相继实现了生物提铜的产业化。铜的生物浸出是指从铜矿石中提取和回收贵重金属，主要是利用天然水、空气和微生物将其浸出，微生物的作用是催化氧化硫化铜。目前生物浸铜的工业生产主要使用的是以下三种工艺技术。

（1）堆浸技术

在现有的生物冶金的技术中，堆浸技术是最成熟、最广泛使用的一种。这是将矿石堆积成矿堆，再利用酸性浸矿溶液将其浸出。堆浸过程中使用的是低品位矿石（贫矿），堆浸时间的长短主要取决于矿石本身的性质，其中大部分的矿石的堆浸周期可以达到45到60天，而其中一些难以“消化”的矿石堆，一般堆积200到300天。但是这种技术也有其缺点，即矿石处理时间过长，反应时间慢，与传统的煅烧法和压力氧化法相比有一定的差距。然而，该技术设备投资少，处理成本低，因此，在处理一些贫矿方面占据了很大的优势，特别是在一些大型露天矿石利用率的方法比传统方法更有优势。

（2）槽浸工艺技术

槽浸工艺技术顾名思义是在搅拌槽内完成矿物浸出的技术。与堆浸相比，反应时间短，金矿回收率高，控制效果好。但矿石在进行槽浸技术之前需要预先处理，因此其生产设备要求更高，进一步提升了生产成本，一般大型冶炼厂才能够使用。浸出装置是可通过机械搅拌或空气混合搅拌的混合反应器。该方法主要应用于难熔金矿石的预处理及硫化铜精矿浸出。

（3）原位浸出工艺技术

所谓原位浸出工艺技术是指在矿体中已经设计好的位置进行钻孔，将浸矿菌液通过孔注入矿体中，在某一位置再设置一个液孔用于收集浸出液。它主要用于贫矿或者是未开采矿床中回收金属，由于是在矿体内进行金属的回收，因此也称为矿床浸出。大多数矿石堆是由矿体附近的天然矿体形成的，因此大多数的情况下其浸出液的接触面积和流动速度较慢，有时为了提高浸出液的接触面积和浸出液的流动速度，会将矿石破碎成各个形状不一的小矿体。注入液可以通过喷雾、浸渍剂或垂直管进入矿井。该技术的选择取决于矿堆所在地区的气候条件、矿石高度等等。

三、生物冶金的发展前景与存在的问题

生物冶金技术是生物工程和冶金工程的交叉学科。生物冶金技术是指在一定条件下的天然生物矿物的自然分解，在这个过程中除了电解过程中有一些氧气存在之外，不会产生有害气体和其他废弃物，因此不会污染环境，这对于未来矿山和冶金行业清洁生产来说，是一种非常理想的技术。相对比传统的焙烧技术，生物冶金技术可以最大限度地提高提取液中金属的浸出率，并且还可以回收利用提取液，降低经济成本，提高经济效益。目前存在的问题和发展趋势主要有以下三个方面：

（1）矿石堆、低品位矿石破碎等等需要处理的矿石量巨大，若要提高矿石的浸出率就必须进一步研究矿体的结构[2]。

（2）高质量、高效率的菌株的培育在生物冶金技术中占有重要地位。高效优良是我菌种在生物浸出时间长、浸出率低的情況下具有重要意义。

（3）生物冶金技术要想规模生产就必须提高其适应性的范围。除了技术因素外，还包括矿石生物浸出的类型、采矿技术和矿石本身的先天因素。对于不同的区域，不同的矿石类型应具有不同适应性，这也必须进行优化生物浸出技术的设计。为了实现大规模生产，减少生物冶金的成本是一个必然趋势。

四、总结

世界上一些发达国家的冶金工业已经开始了规模化生产，随着当今冶金技术的快速发展，我国在这方面做得还不够，在关键技术的研究和投资不够，工业化进程较慢，但是随着高品位、高精度的金属矿产资源的不断减少，低品位的贫矿资源显得尤为重要，研究高速度、清洁、高效、环保的生物冶金技术是我国必须发展的黄金产业。