生物冶金技术研究现状与应用 修订

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1、生物冶金技术研究现状与应用 生物冶金技术研 究现状与应用 生物冶金技术， 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。这些微生物被称作适温细菌，大约有 0.52.0微米长、 0.5 微米宽，只能在显微镜下看 到，靠无机物生存，对生命无害。这些细菌靠黄 铁矿、砷黄铁矿和其他金属硫化物如黄铜矿和铜 铀云母为生。 适温细菌和其他 “靠吃矿石为生” 细菌如何氧化 酸性金属的机理不得而知。 化学和生物作用将酸 性金属氧化变成可溶性的硫酸盐，不可溶解的贵 金属留在残留物中， 铁、砷和其他贱金属， 如铜、 镍和锌进入溶液。 溶液可与残留物分离， 在溶液 中和之前，采取

2、传统的加工方式，如溶剂萃取， 来回收贱金属，如铜。 残留物中可能存在的金属， 经细菌氧化后，通过氰化物提取。 生物湿法冶金 在自然界，微生物在多种元素的循环当中起着重 招专业人才上一览英才 要作用，地球上许多矿物的迁移和矿床的形成都 和微生物的活动有关。 生物湿法冶金是一种很有 前途的新工艺，它不产生二氧化硫，投资少，能 耗低，试剂消耗少，能经济地处理低品位、难处 理的矿石。目前，这种方法仍处于发展之中，它 还必须克服自身的一些局限性，如反应速度慢、 细菌对环境的适应性差， 超出了一定的温度范围 细菌难以成活，经不起搅拌，等等。为此，一些 科学家建议应从遗传工程方面开展工作，通过基 因工程得到

3、性能优良的菌种。 生物湿法冶金是二十年来冶金领域十分活跃的 学科之一。 与传统氧化工艺相比， 生物氧化工艺 其成本低， 无污染，对低品位难处理的硫化矿矿 产资源的有效开发利用有着广阔的工业应用前 景。相信在不远的将来， 生物湿法冶金一定会得 到更加广泛的应用。 微生物浸矿是指用含微生物的溶剂从矿石中溶 解有价金属的方法。 用微生物处理的矿石多为用 传统方法无法利用的低品位矿、废石、多金属共 招专业人才上一览英才 生矿等。微生物浸矿过程机理的研究已有很长的 历史，在细菌的生长、 硫化矿分解等方面已有较 深刻的认识。细菌浸矿过程是细菌生长及包括化 学反应，电化学、动力学现象的硫化矿氧化分解 的复杂

4、过程。 国外研究现状 难浸金矿的细菌氧化预处理，最先是1964 年在 法国提出。法国人首先尝试利用细菌浸取红土矿 物中的金，取得了令人鼓舞的效果。1977 年苏 联最先发表了实验结果。 北美最先用搅拌反应槽 对难浸金矿石及精矿进行细菌氧化，对于搅拌反 应槽式细菌氧化厂的投产和推广，具有奠基作 用。19841985年，加拿大 Giant Bay 微生物技术公司对北美及澳大利亚的30 多 种金精矿进行了细菌氧化实验研究。1986 年南 非金科公司的Fairview金矿建立世界上第一个 细菌氧化提金厂， 实现了难浸金矿细菌氧化预处 理法在世界上的首次商用。 招专业人才上一览英才 近年来，在国外该技术

5、的研究与应用已成为矿冶 领域热点。 堆浸在铜、 金等金属的提取上获得工 业应用。自 1980 年以来，智利、美国、澳大利 亚等国相继建成大规模铜矿物堆浸厂。对于锌、 镍、钴、铀等金属的生物提取技术亦得到研究。 加拿大用细菌浸铀的规模最大、历史最久， 安大 略州伊利埃特湖区三铀矿公司1986 年产铀 360 吨。美国在浸取铜矿石时用细菌法回收其中的 铀，1983 年产值已达 9，000万美元。法国的埃 卡尔耶尔铀矿采用细菌浸出，1975 年产铀量达 到 35 吨。葡萄牙在 1959年就有 1 个铀矿采用细 菌浸出进行生产，铀浸出率达6080。 智利北部的Quebrada Blanca 矿山是目前

6、生物 浸出实践中非常好的范例， 并展示了生物湿法冶 金在矿业中的成功发展。 国内研究现状 由福建紫金矿业股份有限公司、 北京有色金属研 招专业人才上一览英才 究总院等单位联合承担的 “十五”国家科技攻关 计划“生物冶金技术及工程化研究”课题进行了 评审验收。 课题完成后， 将在我国首次实现硫化 铜矿石生物提铜工艺工业化， 形成的生物堆浸提 铜工程技术、高效浸矿菌株选育及活性控制技 术， 可推广应用于低品位难处理硫化铜矿及表外 矿，将显著提升我国矿冶技术水平和国际竞争 力。 福建紫金山铜矿是一个含砷低品位大型矿床，现 已探明铜金属工业储量253 万吨。但一直以来， 由于原矿品位低、 含砷量高，

7、采用传统的浮选 火法炼铜工艺达不到预期目标， 并会造成低品位 铜矿资源的巨大浪费， 于是紫金矿与北京有色金 属研究总院合作、 携手攻关， 以紫金山铜矿为试 验基地，对目前国际上最受青睐的湿法提铜工艺 进行研究和开发。 现在已建成了年产315吨电解 铜工业试验厂， 生产的电解铜达到国家一级电解 铜标准。目前，紫金又开始着手建设年产1，000 吨生物提铜工业试验厂，并力争在“十一五”期 间建成年产 1 万吨电解铜的生物冶金工厂。 项目 招专业人才上一览英才 建成后，紫金山铜矿将成为国内第一个具有工业 规模的生物提铜基地。 此外，紫金山铜矿还将利 用这一新工艺着手进行生产有色金属纳米材料 和其它新型

8、粉体材料及复合粉体材料的研究，逐 步实现传统矿业经济向新型经济产业迈进，力争 在五年内把紫金矿业建设成为国内著名的高科 技效益型矿业企业集团， 并实现紫金山铜矿的全 面开发。 由中南大学邱冠周教授为首席科学家的“微生物 冶金的基础研究” 项目针对我国有色金属矿产资 源品位低、复杂、难处理的特点，围绕硫化矿浸 矿微生物生态规律、 遗传及代谢调控机制； 微生 物矿物溶液复杂界面作用与电子传递规律； 微生物冶金过程多因素强关联3 个关键科学问 题开展研究。“微生物冶金的基础研究”分别获 得 2002 年度“中国高等学校十大科技进展”和 2002年度湖南省科技进步一等奖； 2005年 10 月 下旬，

9、科技部正式行文， “微生物冶金的基础研 究”被正式列入国家重点基础研究 （ “973” 计划） 项目。该项目的正式启动， 标志着我国微生物冶 招专业人才上一览英才 金技术进入突破性研究阶段。 随着项目研究的深 入，不仅将在冶金基础理论上取得突破，建立 21 世纪有色冶金的新学科微生物冶金学；而 且对解决我国特有的低品位、 复杂矿产资源加工 难题，扩大我国可开发利用的矿产资源量，提高 现代化建设矿产资源保障程度， 促进走可持续发 展新型工业之路， 实施西部大开发战略等都具有 重要的作用。 据邱冠周教授说， 微生物冶金技术将提高矿产资 源的利用率两倍以上。 以铜为例， 中国铜的保有 储量 6，91

10、7 万吨，传统的采选冶技术资源开发 率只有28左右，而利用微生物冶金技术开发 率则接近 100，等于实际可利用铜将增加数千 万吨。目前，世界上微生物冶金技术已在铜、 金、 铀的提取方面有所应用， 国外微生物冶金处理对 象主要是次生矿和氧化矿。 中国在微生物冶金应 用方面才刚刚起步，由于国内有90为复杂低 品位原生硫化矿， 因此这一技术应用前景十分广 阔。 招专业人才上一览英才 生物冶金技术引起了业界和国家有关部门的高 度重视。一座规模年产5，000 吨、年创经济价 值 9，000 万元的示范工程正在广东金雁铜业公 司兴建。微生物冶金过程反应温和、环境友好， 不产生传统选冶过程的废气、废渣、废水

11、污染， 可以显著改善生态环境。 尤其重要的是将矿产资 源利用率提高了34 倍，就可使我国实际可利用 铜金属量从 1， 431万吨增加至 4， 150万吨以上， 铜保有储量的服务年限从13 年延长至 50 年！ 生物冶金优缺点 生物浸出技术的主要优点有：1）提高金和贱金 属的回收率； 2）从商业角度证实下游技术如溶 剂萃取、电积法可用于经生物技术处理过的溶液 现物生产贱金属； 3）生产过程的简单化降低了 前期投入和运营费用， 缩短了建设时间， 维修简 单方便；4） 生产在常压和室温 （约为 25 摄氏度） 条件下进行， 不用冷却设备， 节约了投资和运营 资本； 5）生物浸出的废弃物为环境所接受，

12、节 约了处理废弃物的成本， 生物浸出的废弃物的预 招专业人才上一览英才 防措施也很少； 6）细菌易于培养，可承受生产 条件的变化， 对水的要求也很低， 每百万水溶液 中可溶解固体物2 万份。 生物浸出技术的缺点是：1）罐浸出的时间通常 为 46 天，与焙烧和高压氧化的几小时相比，时 间较长；2）难以处理碱性矿床和碳酸盐型矿床。 生物冶金的应用 目前生物冶金的研究对象主要是利用铁、硫氧化 细菌进行铜、铀、金、锰、铅、镍、铬、钴、铋、 钒、镉、镓、铁、砷、锌、铝、银、锗、钼、钪 等几乎所有硫化矿的浸出。 随着表层矿的逐渐减少， 深层矿绝大多数为不易 处理的，生物提取技术对上述绝大多数项目都是 适用

13、的。该技术在前期投资和运营费用方面的优 势及对环境无害的特点决定了该技术的应用范 围和前景。 招专业人才上一览英才 通过对金属硫化物矿和精矿的生物浸取，不但可 提取金，还可提取残金属，如铜、镍、锌、钴、 钼。 在生物提取过程中， 贱金属溶入酸性溶液中， 可通过湿法冶金技术获取。 在复杂难选冶的金矿 中，贱金属的提取可影响整个项目的经济可行 性。 生物提取技术对用常规方法难以分离的多金属 矿、精矿和含多种金属的尾矿也有效。澳大利亚 一家矿业公司正在对一含有铅、铜、钴、锌、镍 和银的多金属精矿进行实验。 钴常与黄铁矿伴随。 对黄铁矿生物处理浸出钴后 采用传统方式获取。 锌也可用生物提取方式从金属矿

14、化物精矿中获 得，该过程可用于复杂成分硫化物的加工。 实验结果显示采用连续的生物浸出黄铜矿在技 术上是可行的。 在密闭循环过程中铜的回收率为 95，镍和钴的回收率达到了97。这些结果 招专业人才上一览英才 为在墨西哥的Penole 建立日处理为吨级的示范 工厂提供了动力。 生物治金在经济可行性上可有效地与焙烧竞争。 故可以相信在不久的将来生物冶金技术可很好 地应用。采矿项目中环境因素占很大比重，这又 可以加速生物冶金技术的应用， 因为该技术的产 品或为沉淀物或为想获得的金属。生物浸出， 充 分利用了自然有机体在控制的条件下对硫化物 的加速递降分解。 除了电积法过程有部分氧气参 与外，并无有害气

15、体和废弃物直接进入环境。该 技术的环境优势可节省审批的时间，减少项目商 业化从设计到投产的时间。 生物冶金技术对贱金属精矿的处理，最早可应用 于通过焙烧不能获得金属或因焙烧污染环境导 致严重罚款的矿床，这些通常被称做“不洁”精 矿。如铜矿便含有锌、砷等杂质。在生产铜精矿 时，为了达到冶炼标准， 减少上述杂质对铜精矿 的污染，导致了铜回收率的降低。 采用生物冶金 技术，对铜、锌精矿的浸取就可避免金属回收率 招专业人才上一览英才 的降低。采用生物技术处理铜一锌精矿，既可避 免因焙烧而导致的环境处罚， 又可提取锌而增加 经济效益。 用生物浸取处理难以达到冶炼标准的复杂贱金 属精矿，已由该技术处理镍钴

16、精矿的实验证 实。 另一可商业化的领域是对含砷的铜精矿的处理。 含砷铜精矿焙烧费用昂贵， 因为需要回收和处理 砷。 采用生物技术，砷可变成稳定的铁砷化合物。 目前该方法只在难选冶的含金砷黄铁矿精矿的 生物氧化中广泛应用。 矿业中日益增加的有利于环境清洁的加工技术 要求是生物冶金技术商业化的强大动力。长期半 工业化实验工厂的研究和独立的经济核算证明 了该技术的技术可行性和经济可行性。大规模示 范工厂的建立将证明这些发现， 并将推动生物冶 金技术提取贱金属精矿走向商业化。 招专业人才上一览英才 生物冶金技术在黄金领域中的主要应用是作为 预处理工艺用于难处理金矿资源的开发上。生物 氧化提金技术。 未来，生物湿法冶金由于其利于环境保护、基建 投资少、在某些情况下运作成本低等优越性，将 获得进一步的发展。 可能获得工业应用的领域有 下列： （1）基础金属浮选硫化精矿的细菌槽浸； （2）难处理金矿的细菌堆浸氧化预处理； （3）氧化矿的生物浸出； （4）用微生物从水溶液中提取金属。 21 世纪是生物技术的世纪，生物技术的发展与 进步必将影响人类活动的各个领域，对冶金自然