微生物浸出礦石利用哪個時期

1. 什麼是生物浸礦技術

微生物浸礦工藝包括堆浸法、地浸法、槽浸法以及攪拌浸出法等。

（1）堆浸法：堆浸一般都在地面以上進行。該工藝通常利用斜坡地形。將待處理大塊礦石 (未經破碎或經過一段粗碎)堆置在不透水的地基上，形成礦石堆，在礦堆表面設置噴淋管路，向礦堆中連續或間斷地噴灑微生物浸出劑進行浸出，並在地勢較低的一側建築集液池收集浸出液。其流程示意圖如圖1所示。

圖1 土堆浸流程示意圖

（2）地浸法：微生物地浸工藝也叫微生物溶浸采礦。這種浸礦工藝是由地面鑽孔至金屬礦體，然後從地面將微生物浸出劑注入到礦體中，原地溶浸有用礦物，最後用泵將浸出液抽回地面，回收溶解出來的金屬。為了使微生物在地下能正常生長並完成浸礦作用，除了在浸出劑中加入足夠的微生物營養物質以外，還必須通過專用鑽孔向礦體內鼓入壓縮空氣，為微生物提供所需要的氧氣和二氧化碳。

（3）槽浸法：是一種滲濾型浸出作業，通常在浸出池或浸出槽中進行，槽浸也是因此而得名。微生物槽浸工藝多用來處理品位較高的礦石或精礦，待處理礦石的粒度一般為～3mm或～5mm。每一個浸出池（或槽）一次裝礦石數十t至數百t，浸出周期為數十天到數百天。其流程示意圖如圖2所示。

圖2 微生物槽浸示意圖

（4）攪拌浸出法：微生物攪拌浸出一般用於處理富礦或精礦。在進行浸出前，先將待處理礦石磨到一200目佔90％以上的細度。為了保證浸出礦漿中微生物具有較高的活性，礦漿的固體濃度大都保持在20％以下。

2. 生物浸礦依靠什麼微生物

生物浸礦其原理是利用化能自養細菌對礦物中的硫或硫化物進行氧化，使它不斷生產和再生酸性侵礦劑並讓低品位礦石中銅等金屬以硫酸銅等形式不斷溶解出來，然後再採用電動勢較低的鐵等金屬粉末進行置換，以此獲得銅等有色金屬或稀有金屬。
常採用的是 好氧性的化能自養細菌：氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacillus ferrooxidans）

3. 如何利用微生物浸礦來提煉金屬

微生物浸礦所用微生物主要是氧化亞鐵硫桿菌。它的主要生理特徵是，在酸性溶液中，將亞鐵氧化成高鐵，或把亞硫酸、低價硫化物氧化成硫酸，所生成的酸性硫酸高鐵是金屬硫化物的氧化劑，使礦石中的金屬轉變為硫酸鹽而釋放出來。

浸礦時，先將礦石收集起來堆成幾十萬噸的大堆，可高達100多米，用泵把細菌浸出劑、硫酸鐵和硫酸噴淋到礦石表面。隨著浸出劑的逐步滲透，礦石堆就發生了化學反應，生成藍色的硫酸銅溶液流到較低的池中。然後再投人鐵屑把銅從溶液里置換出來。這種方法叫做堆積浸出法。還有一種池浸法，它是把礦石放在池子中部的篩板上，浸出劑從上部噴淋流入下部池中，反復循環。這種方法可以提高浸出速度，提取率較高。也可以把浸出劑直接由礦床的上部注入進行浸溶，這種辦法更加經濟，不需要開采礦石，特別是對於尾礦、貧礦更適合。如果將礦石粉和浸出劑放在同一容器內，使用空氣翻動或機械攪拌，具有提取速度快、產量高的優點。

4. 微生物除了浸礦還有什麼作用

利用微生物不僅可以浸礦，還可以用來脫硫。

煤中含硫，直接燃燒時，含硫氣體放入空氣中，造成環境污染。化學脫硫方法耗能大，物理脫硫方法較化學法省錢，但煤粉有損失，利用微生物脫硫則很有潛力。脫硫過程是這樣的，先將煤碾碎，用稀酸進行預處理後，將煤粒與水混合。在反應器中，加以含有適當營養物的培養基（主要是硫酸銨和磷酸氫二鉀），並接種適當培養的菌種，通入空氣和二氧化碳（煙道氣），溫度控制在28℃～32℃（對氧化亞鐵硫桿菌）。反應結束，將煤與培養液分開，從培養液中回收硫。

利用微生物浸礦冶煉金屬所以受到人們的重視，是因為它不需要大量復雜的設備，方法簡便，成本低，特別適於開采小礦、貧礦、廢棄的老礦。但是，在目前生產中還存在著不少問題，如生產周期長、對礦石有選擇性，鹼性礦石就更難見效、提取率不穩定等。培養細菌需要控制一定的溫度和濕度，使冬季和寒帶地區不能進行生產。人們正在設法攻克這些難關，使細菌在礦產資源開發中發揮更大的作用。

同時，人們還正在研究用微生物來提取另外一些稀有金屬如鎂、鉬、鋅、鈦、鈷、銀等。盡管這些研究的成果應用到生產中還需要一段時間，但已不是不可捉摸的事了。微生物將成為冶金戰線上一支不可低估的生力軍。

5. 利用微生物浸礦冶煉金屬存在著哪些問題

在目前生產中還存在著不少問題，如生產周期長、對礦石有選擇性，鹼性礦石就更難見效、提取率不穩定等。培養細菌需要控制一定的溫度和濕度，使冬季和寒帶地區不能進行生產。人們正在設法攻克這些難關，使細菌在礦產資源開發中發揮更大的作用。

6. 生物冶金的微生物浸礦工藝

微生物浸礦是指用含微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。微生物浸礦過程機理的研究已有很長的歷史，在細菌的生長、硫化礦分解等方面已有較深刻的認識。細菌浸礦過程是細菌生長及包括化學反應，電化學、動力學現象的硫化礦氧化分解的復雜過程。 在自然界，微生物在多種元素的循環當中起著重要作用，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。生物濕法冶金是一種很有前途的新工藝，它不產生二氧化硫，投資少，能耗低，試劑消耗少，能經濟地處理低品位、難處理的礦石。目前，這種方法仍處於發展之中，它還必須克服自身的一些局限性，如反應速度慢、細菌對環境的適應性差，超出了一定的溫度范圍細菌難以成活，經不起攪拌，等等。為此，一些科學家建議應從遺傳工程方面開展工作，通過基因工程得到性能優良的菌種。
生物濕法冶金是二十年來冶金領域十分活躍的學科之一。與傳統氧化工藝相比，生物氧化工藝其成本低，無污染，對低品位難處理的硫化礦礦產資源的有效開發利用有著廣闊的工業應用前景。相信在不遠的將來，生物濕法冶金一定會得到更加廣泛的應用。 生物浸出是指利用細菌對含有目的元素的礦物進行氧化，被氧化後的目的元素以離子狀態進入溶液中，然後對浸出的溶液進一步進行處理，從中提取有用元素，浸渣被丟棄的過程。如細菌對銅、鋅、鈾、鎳、鈷等硫化礦物的氧化，即屬於生物浸出。人類有目的的採用生物技術從礦物中直接或間接提取有用金屬的方法。根據生物作用於目的礦物的過程與結果的不同，生物對礦物的氧化過程可以分為兩類：生物浸出(：Bio—leaching)和生物氧化(Bio—oxidation)
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7. 浸出精金礦應該選用哪類細菌，為什麼

細菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業上的一種新工藝。它主要是應用細菌法溶浸貧礦、廢礦、尾礦和大冶爐渣等，以回收某些貴重有色金屬和稀有金屬，達到防止礦產資源流失，最大限度地利用礦藏的一種冶金方法。

細菌冶金始於1974年，當時美國科學家Colmer和Hinkle從酸性礦水中分離出了一株氧化亞鐵桿菌（Thiobacillus ferrooxidans）。此後美國的布利諾等又從猶他州賓厄姆峽谷礦水中分離得到了氧化硫硫桿菌（T.thiooxidans）和氧化亞鐵硫桿菌，用這兩種菌浸泡硫化銅礦石，結果發現能把金屬從礦石中溶解出來。至此細菌冶金技術開始發展起來。在美國，約有10％的銅系應用此法生產所得，僅賓厄姆峽谷採用細菌冶鋼法，每年就可回收銅72 000t。更引人注目的是鈾也可採用細菌冶金法采冶回收。據報導，在加拿大安大略州伊利澳特湖地區，至少有三個鈾礦公司在進行這項工作。如斯坦洛克公司從附近湖水中引入含有氧化亞鐵硫桿菌的湖水處理大量貧礦，每月可回收鈾的氧化物7 000 kg。

（一）細菌冶金的原理

關於細菌從礦石中把金屬溶浸出來的原理，至今仍在探討之中。有人發現，細菌能把金屬從礦石中溶浸出來是細菌生命活動中生成的代謝物的間接作用，或稱其為純化學反應浸出說，是指通過細菌作用產生硫酸和硫酸鐵，然後通過硫酸或硫酸鐵作為溶劑浸提出礦石中的有用金屬。硫酸和硫酸鐵溶液是一般硫化物礦和其它礦物化學浸提法（濕法冶金）中普通使用的有效溶劑。例如氧化硫硫桿菌和聚硫桿菌能把礦石中的硫氧化成硫酸，氧化亞鐵硫桿菌能把硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵。其反應式如下：

2S+3O2+2H2O→2H2SO4

4FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2(SO4)3+2H2O

通過上述反應，細菌得到了所需要的能量，而硫酸鐵可將礦石中的鐵或銅等轉變為可溶性化合物而從礦石中溶解出來，其化學過程是：

FeS2（黃鐵礦）+7Fe2(SO4)3+8H2O→15FeSO4+8H2SO4

Cu2S（輝銅礦）+2Fe2(SO4)3→2CuSO4+ 4FeSO4+S

有關的金屬硫化物經細菌溶浸後，收集含酸溶液，通過置換、萃取、電解或離子交換等方法將各種金屬加以濃縮和沉澱。

有的研究者認為細菌冶金的原理是細菌對礦石具有直接浸提作用。他們發現，一些不含鐵的銅礦如輝銅礦、黝銅礦等不需要加鐵，氧化亞鐵硫桿菌同樣可以明顯地將銅浸出；也就是說，細菌對礦石存在著直接氧化的能力，細菌與礦石之間通過物理化學接觸把金屬溶解出來。有的研究者還發現，某些靠有機物生活的細菌，可以產生一種有機物，與礦石中的金屬成分嵌合，從而使金屬從礦石中溶解出來。電子顯微鏡照片也證實：氧化硫硫桿菌在硫結晶的表面集結後，對礦石浸蝕有痕跡。此外，微生物菌體在礦石表面能產生各種酶，也支持了細菌直接作用浸礦的學說。

（二）細菌冶金中的微生物及培養條件

參與細菌冶金的微生物有很多種，主要有以下幾種：氧化硫硫桿菌、排硫桿菌（T．thioparus）、脫氨硫桿菌（T．denitrificans）和一些異養菌、氧化亞鐵硫桿菌（如芽孢桿菌屬、土壤桿菌屬）等。

細菌冶金中的微生物多為化能自養型細菌，它們一般多耐酸，甚至在pH1以下仍能生存。有的菌能氧化硫及硫化物，從中獲取能量以供生存。表1中列舉了細菌冶金中幾種主要細菌的特徵。

在培養冶金的細菌時，首先應根據礦石種類及其各種組分與雜質情況不同，選出適宜的菌種。必要時可通過育種的方法使菌株增強對全屬的耐受性及溶浸效率。其次，配製適宜的培養基以擴大培養所需細菌。由於冶金菌多為自養型細菌，培養基中一般不需加入磷源，但需加入硫酸胺或硝酸鉀、磷酸鉀、硫酸鎂、硫酸鐵、硫等作為N及礦物質來源。培養基的pH以3～4為宜。培養溫度為28～32 ℃。培養過程中必須通氣以利繁殖。一般在培養過程中應避免陽光照射。有人曾設計了一種新的「9K」培養基，每毫升培養基可獲細菌細胞2～4×108個，為培養大量細菌應用於冶金工業提供了有利條件。

（三）細菌冶金的方法

根據礦石的配置狀態，其生產形式主要有以下三種：

1．堆浸法

通常有礦山附近的山坡、盤地、斜坡等地上，鋪上混凝土、瀝清等防滲材料，將礦石堆集其上，然後將事先准備好的含菌溶浸液用泵自礦堆頂面上澆注或噴淋礦石的表面（在此過程中隨之帶入細菌生長所必須的空氣），使之在礦堆上自上而下浸潤，經過一段時間後浸提出有用金屬。含金屬的侵提液積聚在礦堆底部，集中送入收集池中，而後根據不同金屬性質採取適當方法回收有用金屬。回收金屬之後的含菌溶浸液經用硫酸調節pH後，可再次循環使用。

這種方法常佔用大面積地面，所需勞動力亦較大，但可處理較大數量的礦石，一次可處理幾千到幾十萬噸。

2．池浸法 在耐酸池中，堆集幾十至幾百t礦石粉，池中充滿含菌浸提液，再加以機械攪拌以增大冶煉速度。這種方法雖然只能處理少量的礦石，但卻易於控制。

3．地下浸提法

這是一種直接在礦床內浸提金屬的方法。這種方法大多用於難以開採的礦石、富礦開采後的尾礦、露天開采後的廢礦坑、礦床相當集中的礦石等。其方法是在開采完畢的場所和部分露出的礦體上澆淋細菌溶浸液，或者在礦區鑽孔至礦層，將細菌溶浸液由鑽孔注入，通氣，其溶浸一段時間後，抽出溶浸液進行回收金屬處理。

這種方法的優點是，礦石不需運輸，不需開采選礦，可節約大量人力和物力，礦工不用在礦坑內工作，增加了人身安全度，還可減輕環境污染。

（四）細菌冶金的優點及限制

細菌冶金與其它冶煉方法相比具有許多獨特的優點：

1．普通方法冶煉金屬要采礦、選礦、高溫冶煉，而細菌冶金可以在常溫、常壓下，將采、選、冶合一，因此設備簡單、操作方便，工藝條件易控制、投資少、成本低。例如加拿大、印度、前蘇聯等國家利用細菌法溶浸鈾礦，其成本僅為其它方法的一半，而且還可綜合回收鐵、釔及其它稀土金屬。

2．適宜處理貧礦、尾礦、爐渣，小而分散的富礦和某些難以開採的礦及老礦山廢棄的礦石等，可達到綜合利用的目的。

3．細菌可以完成人工采礦無法完成的采礦任務。因為細菌個體非常小，可隨水鑽進岩石和礦渣的微小縫隙里，把分散的金屬元素集中成為可用的金屬。

4．傳統的開采及冶煉技術常常產生巨大的露天礦坑和大堆廢礦石與尾礦，導致地表的破壞；冶煉硫化礦和燃燒高硫煤產生塵埃和SO2均危害環境，而細菌冶金對地表的破壞降低到最低限度，亦無須熔煉硫化礦，減少了公害。

細菌冶金技術雖已取得了很大的發展，但也存在著一些需要解決的問題。如工藝放大、金屬回收周期、回收率、經濟核算問題等。這就需要水文地質學、水文地理學、采礦工藝學、微生物學等工作者共同協作，以便把細菌冶金技術推向新的發展階段。

8. 關於浸礦微生物的問題。

此類浸出一般稱為叫細菌浸出，它是利用某些微生物的催化作用，使礦石中的金屬溶解出來。例如有一種叫硫氧細菌，具有使硫元素氧化的能力，在溶液中能生成硫酸。又一種叫鐵氧化細菌，它具有把FeSO4加速氧化為Fe2（SO4）3的能力，使溶液中的Fe2（SO4）3含量大大增加。而H2SO4及Fe2（SO4）3溶液都是硫化礦及其他礦物的有效溶劑。
細菌浸出的優點：
（1）設備簡單，操作方便；
（2）適應於處理貧礦、廢礦、尾礦及爐渣等；
（3）可以綜合浸出，綜合回收多種金屬；
（4）目前對銅、鈾的細菌浸出工藝比較成熟，並且銅的浸出液可以經萃取-電積法或鐵轉換-浮選法回收其中的銅。
細菌浸出的主要缺點是細菌的培養比較麻煩，浸出周期比較長。
例如：在多金屬硫化礦中一般都含有黃鐵礦，在有水和氧存在的條件下，黃鐵礦緩慢氧化，並生成FeSO4與 H2SO4，其反應式為：
2FeS2 + 7O2 +2H2O→ 2FeSO4+2H2SO4（化學作用）
鐵氧細菌在有氧與硫酸存在的條件下，則用極快的速度把FeSO4氧化成Fe2（SO4）3，其反應式為：
2FeSO4+H2SO4 +1/2 O2 → Fe2（SO4）3+H20（細菌作用）
Fe2（SO4）3能把礦物中的金屬溶解出來，例如對輝銅礦作用時，能生成CuSO4、FeSO4 及S ，其反應式為：
Cu2S+2Fe2（SO4）3 → 2CuSO4+4FeSO4 +S
上式反應生成的FeSO4，可由鐵氧化細菌進行再氧化，生成Fe2（SO4）3。從而該反應在溶液中反復循環，浸出作用不斷進行。如果溶液中有硫氧化細菌存在時，則會使反應生成的S被硫氧化細菌氧化生成H2SO4，這對礦石的浸出作用更為有效，其反應式為：
2S+3O2 +2H2O→ 2H2SO4（細菌作用）

9. 微生物在自然礦物中起到了什麼作用

為某些礦物形成提供物質原料：代謝得到的碳酸根、硫酸根、銨根等等，與環境中陽離子生成相應礦物2）代謝得到的糖類、氨基酸等有機質，將會對礦化過程產生極大影響，一方面可以影響產物物相（參照魚類耳石在同一生物體內，由於蛋白質不同，最終構成分別為球霰石和文石），另一方面因為所帶的特殊基團影響晶體晶面取向，從而調節礦物微觀形貌3）微生物代謝過程中會發生電子傳遞，必然存在電子受體和電子供體，局部電位的變化將誘導礦物在特殊位置生成；而可能發生的氧化還原反應也會影響礦物產物（參照三價鐵二價鐵）。實際上，說新陳代謝過程有些片面了，微生物表面的細胞膜上的蛋白質就已經會在礦物形成過程中產生影響了。比如在細菌表面分緊密EPS和鬆散EPS，其中有機質的差別都會導致最終產物的不同。