生物冶金技術，又稱生物浸出技術，通常指礦石的細菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物進行。這些微生物被稱作適溫細菌，大約有0.5~2.0微米長、0.5微米寬，只能在顯微鏡下看到，靠無機物生存，對生命無害。這些細菌靠黃鐵礦、砷黃鐵礦和其他金屬硫化物如黃銅礦和銅鈾云母為生。

　　適溫細菌和其他“靠吃礦石為生”細菌如何氧化酸性金屬的機理不得而知。化學和生物作用將酸性金屬氧化變成可溶性的硫酸鹽，不可溶解的貴金屬留在殘留物中，鐵、砷和其他賤金屬，如銅、鎳和鋅進入溶液。溶液可與殘留物分離，在溶液中和之前，采取傳統的加工方式，如溶劑萃取，來回收賤金屬，如銅。殘留物中可能存在的金屬，經細菌氧化后，通過氰化物提取。

　　生物濕法冶金

　　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，這種方法仍處于發展之中，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。

　　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。

　　國外研究現狀

　　難浸金礦的細菌氧化預處理，最先是1964年在法國提出。法國人首先嘗試利用細菌浸取紅土礦物中的金，取得了令人鼓舞的效果。1977年蘇聯最先發表了實驗結果。北美最先用攪拌反應槽對難浸金礦石及精礦進行細菌氧化，對于攪拌反應槽式細菌氧化廠的投產和推廣，具有奠基作用。1984~1985年，加拿大Giant

　　Bay微生物技術公司對北美及澳大利亞的30多種金精礦進行了細菌氧化實驗研究。1986年南非金科公司的Fairview金礦建立世界上第一個細菌氧化提金廠，實現了難浸金礦細菌氧化預處理法在世界上的首次商用。

　　近年來，在國外該技術的研究與應用已成為礦冶領域熱點。堆浸在銅、金等金屬的提取上獲得工業應用。自1980年以來，智利、美國、澳大利亞等國相繼建成大規模銅礦物堆浸廠。對于鋅、鎳、鈷、鈾等金屬的生物提取技術亦得到研究。加拿大用細菌浸鈾的規模最大、歷史最久，安大略州伊利埃特湖區三鈾礦公司1986年產鈾360噸。美國在浸取銅礦石時用細菌法回收其中的鈾，1983年產值已達9，000萬美元。法國的埃卡爾耶爾鈾礦采用細菌浸出，1975年產鈾量達到35噸。葡萄牙在1959年就有1個鈾礦采用細菌浸出進行生產，鈾浸出率達60％~80％。

　　智利北部的Quebrada Blanca礦山是目前生物浸出實踐中非常好的范例，并展示了生物濕法冶金在礦業中的成功發展。

　　國內研究現狀

　　由福建紫金礦業股份有限公司、北京有色金屬研究總院等單位聯合承擔的“十五”國家科技攻關計劃“生物冶金技術及工程化研究”課題進行了評審驗收。課題完成后，將在我國首次實現硫化銅礦石生物提銅工藝工業化，形成的生物堆浸提銅工程技術、高效浸礦菌株選育及活性控制技術，可推廣應用于低品位難處理硫化銅礦及表外礦，將顯著提升我國礦冶技術水平和國際競爭力。

　　福建紫金山銅礦是一個含砷低品位大型礦床，現已探明銅金屬工業儲量253萬噸。但一直以來，由于原礦品位低、含砷量高，采用傳統的浮選—火法煉銅工藝達不到預期目標，并會造成低品位銅礦資源的巨大浪費，于是紫金礦與北京有色金屬研究總院合作、攜手攻關，以紫金山銅礦為試驗基地，對目前國際上最受青睞的濕法提銅工藝進行研究和開發。現在已建成了年產315噸電解銅工業試驗廠，生產的電解銅達到國家一級電解銅標準。目前，紫金又開始著手建設年產1，000噸生物提銅工業試驗廠，并力爭在“十一五”期間建成年產1萬噸電解銅的生物冶金工廠。項目建成后，紫金山銅礦將成為國內第一個具有工業規模的生物提銅基地。此外，紫金山銅礦還將利用這一新工藝著手進行生產有色金屬納米材料和其它新型粉體材料及復合粉體材料的研究，逐步實現傳統礦業經濟向新型經濟產業邁進，力爭在五年內把紫金礦業建設成為國內著名的高科技效益型礦業企業集團，并實現紫金山銅礦的全面開發。

　　由中南大學邱冠周教授為首席科學家的“微生物冶金的基礎研究”項目針對我國有色金屬礦產資源品位低、復雜、難處理的特點，圍繞硫化礦浸礦微生物生態規律、遺傳及代謝調控機制；微生物－礦物－溶液復雜界面作用與電子傳遞規律；微生物冶金過程多因素強關聯3個關鍵科學問題開展研究。“微生物冶金的基礎研究”分別獲得2002年度“中國高等學校十大科技進展”和2002年度湖南省科技進步一等獎；2005年10月下旬，科技部正式行文，“微生物冶金的基礎研究”被正式列入國家重點基礎研究（“973”計劃）項目。該項目的正式啟動，標志著我國微生物冶金技術進入突破性研究階段。隨著項目研究的深入，不僅將在冶金基礎理論上取得突破，建立21世紀有色冶金的新學科—微生物冶金學；而且對解決我國特有的低品位、復雜礦產資源加工難題，擴大我國可開發利用的礦產資源量，提高現代化建設礦產資源保障程度，促進走可持續發展新型工業之路，實施西部大開發戰略等都具有重要的作用。

　　據邱冠周教授說，微生物冶金技術將提高礦產資源的利用率兩倍以上。以銅為例，中國銅的保有儲量6，917萬噸，傳統的采選冶技術資源開發率只有28％左右，而利用微生物冶金技術開發率則接近100％，等于實際可利用銅將增加數千萬噸。目前，世界上微生物冶金技術已在銅、金、鈾的提取方面有所應用，國外微生物冶金處理對象主要是次生礦和氧化礦。中國在微生物冶金應用方面才剛剛起步，由于國內有90％為復雜低品位原生硫化礦，因此這一技術應用前景十分廣闊。

　　生物冶金技術引起了業界和國家有關部門的高度重視。一座規模年產5，000噸、年創經濟價值9，000萬元的示范工程正在廣東金雁銅業公司興建。微生物冶金過程反應溫和、環境友好，不產生傳統選冶過程的廢氣、廢渣、廢水污染，可以顯著改善生態環境。尤其重要的是將礦產資源利用率提高了34倍，就可使我國實際可利用銅金屬量從1，431萬噸增加至4，150萬噸以上，銅保有儲量的服務年限從13年延長至50年！

　　生物冶金優缺點

　　生物浸出技術的主要優點有：1）提高金和賤金屬的回收率；2）從商業角度證實下游技術如溶劑萃取、電積法可用于經生物技術處理過的溶液現物生產賤金屬；3）生產過程的簡單化降低了前期投入和運營費用，縮短了建設時間，維修簡單方便；4）生產在常壓和室溫（約為25攝氏度）條件下進行，不用冷卻設備，節約了投資和運營資本；5）生物浸出的廢棄物為環境所接受，節約了處理廢棄物的成本，生物浸出的廢棄物的預防措施也很少；6）細菌易于培養，可承受生產條件的變化，對水的要求也很低，每百萬水溶液中可溶解固體物2萬份。

　　生物浸出技術的缺點是：1）罐浸出的時間通常為4~6天，與焙燒和高壓氧化的幾小時相比，時間較長；2）難以處理堿性礦床和碳酸鹽型礦床。

　　生物冶金的應用

　　目前生物冶金的研究對象主要是利用鐵、硫氧化細菌進行銅、鈾、金、錳、鉛、鎳、鉻、鈷、鉍、釩、鎘、鎵、鐵、砷、鋅、鋁、銀、鍺、鉬、鈧等幾乎所有硫化礦的浸出。

　　隨著表層礦的逐漸減少，深層礦絕大多數為不易處理的，生物提取技術對上述絕大多數項目都是適用的。該技術在前期投資和運營費用方面的優勢及對環境無害的特點決定了該技術的應用范圍和前景。

　　通過對金屬硫化物礦和精礦的生物浸取，不但可提取金，還可提取殘金屬，如銅、鎳、鋅、鈷、鉬。在生物提取過程中，賤金屬溶入酸性溶液中，可通過濕法冶金技術獲取。在復雜難選冶的金礦中，賤金屬的提取可影響整個項目的經濟可行性。

　　生物提取技術對用常規方法難以分離的多金屬礦、精礦和含多種金屬的尾礦也有效。澳大利亞一家礦業公司正在對一含有鉛、銅、鈷、鋅、鎳和銀的多金屬精礦進行實驗。

　　鈷常與黃鐵礦伴隨。對黃鐵礦生物處理浸出鈷后采用傳統方式獲取。

　　鋅也可用生物提取方式從金屬礦化物精礦中獲得，該過程可用于復雜成分硫化物的加工。

　　實驗結果顯示采用連續的生物浸出黃銅礦在技術上是可行的。在密閉循環過程中銅的回收率為95％，鎳和鈷的回收率達到了97％。這些結果為在墨西哥的Penole建立日處理為噸級的示范工廠提供了動力。。

　　生物治金在經濟可行性上可有效地與焙燒競爭。故可以相信在不久的將來生物冶金技術可很好地應用。采礦項目中環境因素占很大比重，這又可以加速生物冶金技術的應用，因為該技術的產品或為沉淀物或為想獲得的金屬。生物浸出，充分利用了自然有機體在控制的條件下對硫化物的加速遞降分解。除了電積法過程有部分氧氣參與外，并無有害氣體和廢棄物直接進入環境。該技術的環境優勢可節省審批的時間，減少項目商業化從設計到投產的時間。

　　生物冶金技術對賤金屬精礦的處理，最早可應用于通過焙燒不能獲得金屬或因焙燒污染環境導致嚴重罰款的礦床，這些通常被稱做“不潔”精礦。如銅礦便含有鋅、砷等雜質。在生產銅精礦時，為了達到冶煉標準，減少上述雜質對銅精礦的污染，導致了銅回收率的降低。采用生物冶金技術，對銅、鋅精礦的浸取就可避免金屬回收率的降低。采用生物技術處理銅一鋅精礦，既可避免因焙燒而導致的環境處罰，又可提取鋅而增加經濟效益。

　　用生物浸取處理難以達到冶煉標準的復雜賤金屬精礦，已由該技術處理鎳—鈷精礦的實驗證實。

　　另一可商業化的領域是對含砷的銅精礦的處理。含砷銅精礦焙燒費用昂貴，因為需要回收和處理砷。采用生物技術，砷可變成穩定的鐵砷化合物。目前該方法只在難選冶的含金砷黃鐵礦精礦的生物氧化中廣泛應用。

　　礦業中日益增加的有利于環境清潔的加工技術要求是生物冶金技術商業化的強大動力。長期半工業化實驗工廠的研究和獨立的經濟核算證明了該技術的技術可行性和經濟可行性。大規模示范工廠的建立將證明這些發現，并將推動生物冶金技術提取賤金屬精礦走向商業化。

　　生物冶金技術在黃金領域中的主要應用是作為預處理工藝用于難處理金礦資源的開發上。生物氧化提金技術。

　　未來，生物濕法冶金由于其利于環境保護、基建投資少、在某些情況下運作成本低等優越性，將獲得進一步的發展。可能獲得工業應用的領域有下列：

　　（1）基礎金屬浮選硫化精礦的細菌槽浸；

　　（2）難處理金礦的細菌堆浸氧化預處理；

　　（3）氧化礦的生物浸出；

　　（4）用微生物從水溶液中提取金屬。

　　21世紀是生物技術的世紀，生物技術的發展與進步必將影響人類活動的各個領域，對冶金自然會有進一步的滲透和影響。生物冶金技術為人類解決當今世界所面臨的礦產資源和環境保護等諸多重大問題提供了有力的手段，顯示出難以估計的巨大潛力。
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