微生物浸出矿石利用哪个时期

1. 什么是生物浸矿技术

微生物浸矿工艺包括堆浸法、地浸法、槽浸法以及搅拌浸出法等。

（1）堆浸法：堆浸一般都在地面以上进行。该工艺通常利用斜坡地形。将待处理大块矿石 (未经破碎或经过一段粗碎)堆置在不透水的地基上，形成矿石堆，在矿堆表面设置喷淋管路，向矿堆中连续或间断地喷洒微生物浸出剂进行浸出，并在地势较低的一侧建筑集液池收集浸出液。其流程示意图如图1所示。

图1 土堆浸流程示意图

（2）地浸法：微生物地浸工艺也叫微生物溶浸采矿。这种浸矿工艺是由地面钻孔至金属矿体，然后从地面将微生物浸出剂注入到矿体中，原地溶浸有用矿物，最后用泵将浸出液抽回地面，回收溶解出来的金属。为了使微生物在地下能正常生长并完成浸矿作用，除了在浸出剂中加入足够的微生物营养物质以外，还必须通过专用钻孔向矿体内鼓入压缩空气，为微生物提供所需要的氧气和二氧化碳。

（3）槽浸法：是一种渗滤型浸出作业，通常在浸出池或浸出槽中进行，槽浸也是因此而得名。微生物槽浸工艺多用来处理品位较高的矿石或精矿，待处理矿石的粒度一般为～3mm或～5mm。每一个浸出池（或槽）一次装矿石数十t至数百t，浸出周期为数十天到数百天。其流程示意图如图2所示。

图2 微生物槽浸示意图

（4）搅拌浸出法：微生物搅拌浸出一般用于处理富矿或精矿。在进行浸出前，先将待处理矿石磨到一200目占90％以上的细度。为了保证浸出矿浆中微生物具有较高的活性，矿浆的固体浓度大都保持在20％以下。

2. 生物浸矿依靠什么微生物

生物浸矿其原理是利用化能自养细菌对矿物中的硫或硫化物进行氧化，使它不断生产和再生酸性侵矿剂并让低品位矿石中铜等金属以硫酸铜等形式不断溶解出来，然后再采用电动势较低的铁等金属粉末进行置换，以此获得铜等有色金属或稀有金属。
常采用的是 好氧性的化能自养细菌：氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）

3. 如何利用微生物浸矿来提炼金属

微生物浸矿所用微生物主要是氧化亚铁硫杆菌。它的主要生理特征是，在酸性溶液中，将亚铁氧化成高铁，或把亚硫酸、低价硫化物氧化成硫酸，所生成的酸性硫酸高铁是金属硫化物的氧化剂，使矿石中的金属转变为硫酸盐而释放出来。

浸矿时，先将矿石收集起来堆成几十万吨的大堆，可高达100多米，用泵把细菌浸出剂、硫酸铁和硫酸喷淋到矿石表面。随着浸出剂的逐步渗透，矿石堆就发生了化学反应，生成蓝色的硫酸铜溶液流到较低的池中。然后再投人铁屑把铜从溶液里置换出来。这种方法叫做堆积浸出法。还有一种池浸法，它是把矿石放在池子中部的筛板上，浸出剂从上部喷淋流入下部池中，反复循环。这种方法可以提高浸出速度，提取率较高。也可以把浸出剂直接由矿床的上部注入进行浸溶，这种办法更加经济，不需要开采矿石，特别是对于尾矿、贫矿更适合。如果将矿石粉和浸出剂放在同一容器内，使用空气翻动或机械搅拌，具有提取速度快、产量高的优点。

4. 微生物除了浸矿还有什么作用

利用微生物不仅可以浸矿，还可以用来脱硫。

煤中含硫，直接燃烧时，含硫气体放入空气中，造成环境污染。化学脱硫方法耗能大，物理脱硫方法较化学法省钱，但煤粉有损失，利用微生物脱硫则很有潜力。脱硫过程是这样的，先将煤碾碎，用稀酸进行预处理后，将煤粒与水混合。在反应器中，加以含有适当营养物的培养基（主要是硫酸铵和磷酸氢二钾），并接种适当培养的菌种，通入空气和二氧化碳（烟道气），温度控制在28℃～32℃（对氧化亚铁硫杆菌）。反应结束，将煤与培养液分开，从培养液中回收硫。

利用微生物浸矿冶炼金属所以受到人们的重视，是因为它不需要大量复杂的设备，方法简便，成本低，特别适于开采小矿、贫矿、废弃的老矿。但是，在目前生产中还存在着不少问题，如生产周期长、对矿石有选择性，碱性矿石就更难见效、提取率不稳定等。培养细菌需要控制一定的温度和湿度，使冬季和寒带地区不能进行生产。人们正在设法攻克这些难关，使细菌在矿产资源开发中发挥更大的作用。

同时，人们还正在研究用微生物来提取另外一些稀有金属如镁、钼、锌、钛、钴、银等。尽管这些研究的成果应用到生产中还需要一段时间，但已不是不可捉摸的事了。微生物将成为冶金战线上一支不可低估的生力军。

5. 利用微生物浸矿冶炼金属存在着哪些问题

在目前生产中还存在着不少问题，如生产周期长、对矿石有选择性，碱性矿石就更难见效、提取率不稳定等。培养细菌需要控制一定的温度和湿度，使冬季和寒带地区不能进行生产。人们正在设法攻克这些难关，使细菌在矿产资源开发中发挥更大的作用。

6. 生物冶金的微生物浸矿工艺

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过程。 在自然界，微生物在多种元素的循环当中起着重要作用，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。 生物浸出是指利用细菌对含有目的元素的矿物进行氧化，被氧化后的目的元素以离子状态进入溶液中，然后对浸出的溶液进一步进行处理，从中提取有用元素，浸渣被丢弃的过程。如细菌对铜、锌、铀、镍、钴等硫化矿物的氧化，即属于生物浸出。人类有目的的采用生物技术从矿物中直接或间接提取有用金属的方法。根据生物作用于目的矿物的过程与结果的不同，生物对矿物的氧化过程可以分为两类：生物浸出(：Bio—leaching)和生物氧化(Bio—oxidation)
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7. 浸出精金矿应该选用哪类细菌，为什么

细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。

细菌冶金始于1974年，当时美国科学家Colmer和Hinkle从酸性矿水中分离出了一株氧化亚铁杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）。此后美国的布利诺等又从犹他州宾厄姆峡谷矿水中分离得到了氧化硫硫杆菌（T.thiooxidans）和氧化亚铁硫杆菌，用这两种菌浸泡硫化铜矿石，结果发现能把金属从矿石中溶解出来。至此细菌冶金技术开始发展起来。在美国，约有10％的铜系应用此法生产所得，仅宾厄姆峡谷采用细菌冶钢法，每年就可回收铜72 000t。更引人注目的是铀也可采用细菌冶金法采冶回收。据报导，在加拿大安大略州伊利澳特湖地区，至少有三个铀矿公司在进行这项工作。如斯坦洛克公司从附近湖水中引入含有氧化亚铁硫杆菌的湖水处理大量贫矿，每月可回收铀的氧化物7 000 kg。

（一）细菌冶金的原理

关于细菌从矿石中把金属溶浸出来的原理，至今仍在探讨之中。有人发现，细菌能把金属从矿石中溶浸出来是细菌生命活动中生成的代谢物的间接作用，或称其为纯化学反应浸出说，是指通过细菌作用产生硫酸和硫酸铁，然后通过硫酸或硫酸铁作为溶剂浸提出矿石中的有用金属。硫酸和硫酸铁溶液是一般硫化物矿和其它矿物化学浸提法（湿法冶金）中普通使用的有效溶剂。例如氧化硫硫杆菌和聚硫杆菌能把矿石中的硫氧化成硫酸，氧化亚铁硫杆菌能把硫酸亚铁氧化成硫酸铁。其反应式如下：

2S+3O2+2H2O→2H2SO4

4FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2(SO4)3+2H2O

通过上述反应，细菌得到了所需要的能量，而硫酸铁可将矿石中的铁或铜等转变为可溶性化合物而从矿石中溶解出来，其化学过程是：

FeS2（黄铁矿）+7Fe2(SO4)3+8H2O→15FeSO4+8H2SO4

Cu2S（辉铜矿）+2Fe2(SO4)3→2CuSO4+ 4FeSO4+S

有关的金属硫化物经细菌溶浸后，收集含酸溶液，通过置换、萃取、电解或离子交换等方法将各种金属加以浓缩和沉淀。

有的研究者认为细菌冶金的原理是细菌对矿石具有直接浸提作用。他们发现，一些不含铁的铜矿如辉铜矿、黝铜矿等不需要加铁，氧化亚铁硫杆菌同样可以明显地将铜浸出；也就是说，细菌对矿石存在着直接氧化的能力，细菌与矿石之间通过物理化学接触把金属溶解出来。有的研究者还发现，某些靠有机物生活的细菌，可以产生一种有机物，与矿石中的金属成分嵌合，从而使金属从矿石中溶解出来。电子显微镜照片也证实：氧化硫硫杆菌在硫结晶的表面集结后，对矿石浸蚀有痕迹。此外，微生物菌体在矿石表面能产生各种酶，也支持了细菌直接作用浸矿的学说。

（二）细菌冶金中的微生物及培养条件

参与细菌冶金的微生物有很多种，主要有以下几种：氧化硫硫杆菌、排硫杆菌（T．thioparus）、脱氨硫杆菌（T．denitrificans）和一些异养菌、氧化亚铁硫杆菌（如芽孢杆菌属、土壤杆菌属）等。

细菌冶金中的微生物多为化能自养型细菌，它们一般多耐酸，甚至在pH1以下仍能生存。有的菌能氧化硫及硫化物，从中获取能量以供生存。表1中列举了细菌冶金中几种主要细菌的特征。

在培养冶金的细菌时，首先应根据矿石种类及其各种组分与杂质情况不同，选出适宜的菌种。必要时可通过育种的方法使菌株增强对全属的耐受性及溶浸效率。其次，配制适宜的培养基以扩大培养所需细菌。由于冶金菌多为自养型细菌，培养基中一般不需加入磷源，但需加入硫酸胺或硝酸钾、磷酸钾、硫酸镁、硫酸铁、硫等作为N及矿物质来源。培养基的pH以3～4为宜。培养温度为28～32 ℃。培养过程中必须通气以利繁殖。一般在培养过程中应避免阳光照射。有人曾设计了一种新的“9K”培养基，每毫升培养基可获细菌细胞2～4×108个，为培养大量细菌应用于冶金工业提供了有利条件。

（三）细菌冶金的方法

根据矿石的配置状态，其生产形式主要有以下三种：

1．堆浸法

通常有矿山附近的山坡、盘地、斜坡等地上，铺上混凝土、沥清等防渗材料，将矿石堆集其上，然后将事先准备好的含菌溶浸液用泵自矿堆顶面上浇注或喷淋矿石的表面（在此过程中随之带入细菌生长所必须的空气），使之在矿堆上自上而下浸润，经过一段时间后浸提出有用金属。含金属的侵提液积聚在矿堆底部，集中送入收集池中，而后根据不同金属性质采取适当方法回收有用金属。回收金属之后的含菌溶浸液经用硫酸调节pH后，可再次循环使用。

这种方法常占用大面积地面，所需劳动力亦较大，但可处理较大数量的矿石，一次可处理几千到几十万吨。

2．池浸法 在耐酸池中，堆集几十至几百t矿石粉，池中充满含菌浸提液，再加以机械搅拌以增大冶炼速度。这种方法虽然只能处理少量的矿石，但却易于控制。

3．地下浸提法

这是一种直接在矿床内浸提金属的方法。这种方法大多用于难以开采的矿石、富矿开采后的尾矿、露天开采后的废矿坑、矿床相当集中的矿石等。其方法是在开采完毕的场所和部分露出的矿体上浇淋细菌溶浸液，或者在矿区钻孔至矿层，将细菌溶浸液由钻孔注入，通气，其溶浸一段时间后，抽出溶浸液进行回收金属处理。

这种方法的优点是，矿石不需运输，不需开采选矿，可节约大量人力和物力，矿工不用在矿坑内工作，增加了人身安全度，还可减轻环境污染。

（四）细菌冶金的优点及限制

细菌冶金与其它冶炼方法相比具有许多独特的优点：

1．普通方法冶炼金属要采矿、选矿、高温冶炼，而细菌冶金可以在常温、常压下，将采、选、冶合一，因此设备简单、操作方便，工艺条件易控制、投资少、成本低。例如加拿大、印度、前苏联等国家利用细菌法溶浸铀矿，其成本仅为其它方法的一半，而且还可综合回收铁、钇及其它稀土金属。

2．适宜处理贫矿、尾矿、炉渣，小而分散的富矿和某些难以开采的矿及老矿山废弃的矿石等，可达到综合利用的目的。

3．细菌可以完成人工采矿无法完成的采矿任务。因为细菌个体非常小，可随水钻进岩石和矿渣的微小缝隙里，把分散的金属元素集中成为可用的金属。

4．传统的开采及冶炼技术常常产生巨大的露天矿坑和大堆废矿石与尾矿，导致地表的破坏；冶炼硫化矿和燃烧高硫煤产生尘埃和SO2均危害环境，而细菌冶金对地表的破坏降低到最低限度，亦无须熔炼硫化矿，减少了公害。

细菌冶金技术虽已取得了很大的发展，但也存在着一些需要解决的问题。如工艺放大、金属回收周期、回收率、经济核算问题等。这就需要水文地质学、水文地理学、采矿工艺学、微生物学等工作者共同协作，以便把细菌冶金技术推向新的发展阶段。

8. 关于浸矿微生物的问题。

此类浸出一般称为叫细菌浸出，它是利用某些微生物的催化作用，使矿石中的金属溶解出来。例如有一种叫硫氧细菌，具有使硫元素氧化的能力，在溶液中能生成硫酸。又一种叫铁氧化细菌，它具有把FeSO4加速氧化为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溶液都是硫化矿及其他矿物的有效溶剂。
细菌浸出的优点：
（1）设备简单，操作方便；
（2）适应于处理贫矿、废矿、尾矿及炉渣等；
（3）可以综合浸出，综合回收多种金属；
（4）目前对铜、铀的细菌浸出工艺比较成熟，并且铜的浸出液可以经萃取-电积法或铁转换-浮选法回收其中的铜。
细菌浸出的主要缺点是细菌的培养比较麻烦，浸出周期比较长。
例如：在多金属硫化矿中一般都含有黄铁矿，在有水和氧存在的条件下，黄铁矿缓慢氧化，并生成FeSO4与 H2SO4，其反应式为：
2FeS2 + 7O2 +2H2O→ 2FeSO4+2H2SO4（化学作用）
铁氧细菌在有氧与硫酸存在的条件下，则用极快的速度把FeSO4氧化成Fe2（SO4）3，其反应式为：
2FeSO4+H2SO4 +1/2 O2 → Fe2（SO4）3+H20（细菌作用）
Fe2（SO4）3能把矿物中的金属溶解出来，例如对辉铜矿作用时，能生成CuSO4、FeSO4 及S ，其反应式为：
Cu2S+2Fe2（SO4）3 → 2CuSO4+4FeSO4 +S
上式反应生成的FeSO4，可由铁氧化细菌进行再氧化，生成Fe2（SO4）3。从而该反应在溶液中反复循环，浸出作用不断进行。如果溶液中有硫氧化细菌存在时，则会使反应生成的S被硫氧化细菌氧化生成H2SO4，这对矿石的浸出作用更为有效，其反应式为：
2S+3O2 +2H2O→ 2H2SO4（细菌作用）

9. 微生物在自然矿物中起到了什么作用

为某些矿物形成提供物质原料：代谢得到的碳酸根、硫酸根、铵根等等，与环境中阳离子生成相应矿物2）代谢得到的糖类、氨基酸等有机质，将会对矿化过程产生极大影响，一方面可以影响产物物相（参照鱼类耳石在同一生物体内，由于蛋白质不同，最终构成分别为球霰石和文石），另一方面因为所带的特殊基团影响晶体晶面取向，从而调节矿物微观形貌3）微生物代谢过程中会发生电子传递，必然存在电子受体和电子供体，局部电位的变化将诱导矿物在特殊位置生成；而可能发生的氧化还原反应也会影响矿物产物（参照三价铁二价铁）。实际上，说新陈代谢过程有些片面了，微生物表面的细胞膜上的蛋白质就已经会在矿物形成过程中产生影响了。比如在细菌表面分紧密EPS和松散EPS，其中有机质的差别都会导致最终产物的不同。