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1、 微生物濕法冶金微生物濕法冶金，又稱，又稱生物浸出技術(shù)生物浸出技術(shù)，通常指礦石的細(xì)菌，通常指礦石的細(xì)菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物進(jìn)行。這些微生物氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物進(jìn)行。這些微生物被稱作適溫細(xì)菌，大約有被稱作適溫細(xì)菌，大約有0.52.0微米長、微米長、0.5微米寬，只能微米寬，只能在顯微鏡下看到，靠無機(jī)物生存，對生命無害。這些細(xì)菌靠在顯微鏡下看到，靠無機(jī)物生存，對生命無害。這些細(xì)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。生。適溫細(xì)菌和其他靠吃礦石為生細(xì)菌如何氧化酸性金屬的適溫細(xì)菌和其他靠吃礦石為生細(xì)

2、菌如何氧化酸性金屬的機(jī)理不得而知。機(jī)理不得而知。化學(xué)和生物作用化學(xué)和生物作用將酸性金屬氧化變成將酸性金屬氧化變成可溶性可溶性的硫酸鹽的硫酸鹽，不可溶解的貴金屬不可溶解的貴金屬留在殘留物中，鐵、砷和其他留在殘留物中，鐵、砷和其他賤金屬，如銅、鎳和鋅進(jìn)入溶液。溶液可與殘留物分離，在賤金屬，如銅、鎳和鋅進(jìn)入溶液。溶液可與殘留物分離，在溶液中和之前，采取傳統(tǒng)的加工方式，如溶劑萃取，來回收溶液中和之前，采取傳統(tǒng)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(jīng)細(xì)菌氧化后，賤金屬，如銅。殘留物中可能存在的金屬，經(jīng)細(xì)菌氧化后，通過通過氰化物氰化物提取。提取。微生物冶金工業(yè)流程基本情況基本

3、情況 國外在生物冶金方面的研究起步較早，目前許多國家已國外在生物冶金方面的研究起步較早，目前許多國家已實現(xiàn)了銅實現(xiàn)了銅 礦、油礦、金礦等一系列礦種的微生物工業(yè)化浸出生產(chǎn)礦、油礦、金礦等一系列礦種的微生物工業(yè)化浸出生產(chǎn)。此外，。此外，已有大量的現(xiàn)代生物學(xué)手段被引入工業(yè)化生產(chǎn)，對其中的金礦微已有大量的現(xiàn)代生物學(xué)手段被引入工業(yè)化生產(chǎn)，對其中的金礦微 生物進(jìn)行有效監(jiān)控。如用免疫熒光標(biāo)記技術(shù)來活體檢測菌體的吸生物進(jìn)行有效監(jiān)控。如用免疫熒光標(biāo)記技術(shù)來活體檢測菌體的吸 附過程，用蛋白質(zhì)定量分析來確定菌體對礦石的吸附量等。附過程，用蛋白質(zhì)定量分析來確定菌體對礦石的吸附量等。國內(nèi)系統(tǒng)研究適于國內(nèi)系統(tǒng)研究適于19

4、59年。年。1972年開始有微生物濕法冶金技術(shù)年開始有微生物濕法冶金技術(shù) 應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)（細(xì)菌應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)（細(xì)菌浸出銅鈾半生礦浸出銅鈾半生礦）。）。1977年完成年完成高硫錳高硫錳 礦和錫礦礦和錫礦的微生物浸出半工業(yè)化生產(chǎn)。的微生物浸出半工業(yè)化生產(chǎn)。1994年在陜西進(jìn)行年在陜西進(jìn)行噸位黃噸位黃 鐵礦類型貧瘠礦的細(xì)菌堆浸實驗，金回收率提高鐵礦類型貧瘠礦的細(xì)菌堆浸實驗，金回收率提高58（原礦含金（原礦含金 量只有量只有0.54g/噸）；噸）；1995年以后有更多的開發(fā)應(yīng)用。年以后有更多的開發(fā)應(yīng)用。但跟國外比還有很大差距，如對浸礦微生物菌種沒有監(jiān)控，對菌但跟國外比還有很大差距，如對浸礦微生物菌

5、種沒有監(jiān)控，對菌種生理狀態(tài)等也缺乏全面認(rèn)識，不能很好指導(dǎo)浸礦。我國還種生理狀態(tài)等也缺乏全面認(rèn)識，不能很好指導(dǎo)浸礦。我國還 沒沒有真正建立起一家細(xì)菌浸礦工廠。有真正建立起一家細(xì)菌浸礦工廠。1.1.與微生物冶金有關(guān)的菌類與微生物冶金有關(guān)的菌類l 硫桿菌屬硫桿菌屬 包括至少包括至少14種，最重要的是種，最重要的是氧化亞鐵硫桿菌氧化亞鐵硫桿菌和和氧化硫硫桿菌。氧化硫硫桿菌。硫桿菌屬無機(jī)化能營養(yǎng)型，細(xì)胞為革蘭氏陰性，棒狀。直徑硫桿菌屬無機(jī)化能營養(yǎng)型，細(xì)胞為革蘭氏陰性，棒狀。直徑0.3 0.8 m,長長0.92.0 m。菌體通過單極生鞭毛進(jìn)行運動，許多。菌體通過單極生鞭毛進(jìn)行運動，許多菌體表面還有粘液層。

6、菌體表面還有粘液層。l 鉤端螺菌屬鉤端螺菌屬 所有的鉤端螺菌屬菌都是嚴(yán)格好氧微生物，專一性地通過所有的鉤端螺菌屬菌都是嚴(yán)格好氧微生物，專一性地通過氧化溶液中的氧化溶液中的Fe3或礦物質(zhì)中的或礦物質(zhì)中的Fe2來獲取能量。來獲取能量。l 硫化桿菌屬硫化桿菌屬 能量來源是能量來源是Fe2、硫磺和其它礦物。該屬菌嚴(yán)格好氧且極度嗜、硫磺和其它礦物。該屬菌嚴(yán)格好氧且極度嗜酸。酸。2.2.微生物冶金的原理微生物冶金的原理 細(xì)菌直接作用浸礦細(xì)菌直接作用浸礦 細(xì)菌對礦石存在著直接氧化的能力，細(xì)菌與礦石之間通過細(xì)菌對礦石存在著直接氧化的能力，細(xì)菌與礦石之間通過物理化學(xué)接觸把金屬溶解。從而使金屬從礦石中物理化學(xué)接觸

7、把金屬溶解。從而使金屬從礦石中提取提取出來。出來。n細(xì)菌間接作用浸礦細(xì)菌間接作用浸礦 細(xì)菌能把金屬從礦石中溶浸出來是細(xì)菌生命活動中生成細(xì)菌能把金屬從礦石中溶浸出來是細(xì)菌生命活動中生成代謝物的間接作用代謝物的間接作用，例如細(xì)菌作用產(chǎn)生硫酸和硫酸鐵，然后，例如細(xì)菌作用產(chǎn)生硫酸和硫酸鐵，然后通過硫酸或硫酸鐵作為溶劑浸提出礦石中的有用金屬通過硫酸或硫酸鐵作為溶劑浸提出礦石中的有用金屬。3.3.浸礦用菌的浸礦用菌的開發(fā)途徑開發(fā)途徑從已有菌從已有菌群中開發(fā)群中開發(fā)基因工程基因工程構(gòu)建和重組構(gòu)建和重組獲得新性狀菌獲得新性狀菌株（工程菌）株（工程菌）接礦小試驗接礦小試驗及擴(kuò)大試驗及擴(kuò)大試驗效果不明顯效果不明顯

8、拋棄拋棄效果明顯效果明顯菌種保藏菌種保藏野外采野外采樣開發(fā)樣開發(fā)不斷不斷馴化培養(yǎng)馴化培養(yǎng)接礦小試驗接礦小試驗擴(kuò)大試驗擴(kuò)大試驗效果不明顯效果不明顯繼續(xù)馴化繼續(xù)馴化效果明顯效果明顯細(xì)致研究細(xì)致研究 基因改造基因改造改善浸出條件改善浸出條件提高浸出效率提高浸出效率工業(yè)化生產(chǎn)工業(yè)化生產(chǎn)浸礦微生物開發(fā)浸礦微生物開發(fā) 1.選擇適合的采樣地點選擇適合的采樣地點 浸礦微生物可能存在的地點：浸礦微生物可能存在的地點：礦山、礦堆或尾礦中流淌出來的酸性水礦山、礦堆或尾礦中流淌出來的酸性水礦石本身礦石本身熱泉水樣或礦漿熱泉水樣或礦漿 微生物一般集中選擇在低微生物一般集中選擇在低pH條件下，其最適生長溫條件下，其最適生

9、長溫度分為度分為30（中溫菌）、（中溫菌）、45（中度嗜熱菌）或（中度嗜熱菌）或7080（極度嗜熱菌）的類群。（極度嗜熱菌）的類群。堆礦環(huán)境呈酸性，溫度堆礦環(huán)境呈酸性，溫度6080，是理想的采樣地，是理想的采樣地 點。這些菌活躍在浸礦液、礦石表面等區(qū)域。點。這些菌活躍在浸礦液、礦石表面等區(qū)域。2.在合適條件下培養(yǎng)樣品在合適條件下培養(yǎng)樣品 培養(yǎng)基的選擇培養(yǎng)基的選擇 剛采集到的樣品一般不直接用于接礦培養(yǎng)基來培養(yǎng)。通常選剛采集到的樣品一般不直接用于接礦培養(yǎng)基來培養(yǎng)。通常選擇一些擇一些易于菌體分解利用的培養(yǎng)物來擴(kuò)大菌體數(shù)量。易于菌體分解利用的培養(yǎng)物來擴(kuò)大菌體數(shù)量。由于冶金菌多為自養(yǎng)型細(xì)菌，培養(yǎng)基中一般

10、加入由于冶金菌多為自養(yǎng)型細(xì)菌，培養(yǎng)基中一般加入硫酸胺或硝硫酸胺或硝酸鉀、磷酸鉀、硫酸鎂、硫酸鐵、硫酸鉀、磷酸鉀、硫酸鎂、硫酸鐵、硫等作為等作為N及礦物質(zhì)來源。及礦物質(zhì)來源。n培養(yǎng)溫度的初步確定培養(yǎng)溫度的初步確定 培養(yǎng)溫度根據(jù)菌種來源而定。有適合培養(yǎng)溫度根據(jù)菌種來源而定。有適合30培養(yǎng)的，但中度嗜熱培養(yǎng)的，但中度嗜熱菌的最佳生長溫度約菌的最佳生長溫度約50，極度嗜熱菌最適生長溫度，極度嗜熱菌最適生長溫度6070。通過通過初步設(shè)定培養(yǎng)溫度可以有選擇地獲得一些適于特定環(huán)境浸出初步設(shè)定培養(yǎng)溫度可以有選擇地獲得一些適于特定環(huán)境浸出的微生物類群。的微生物類群。培養(yǎng)基培養(yǎng)基pH以以34為宜。還必須通氣，避免

11、陽光照為宜。還必須通氣，避免陽光照射等以利繁殖。射等以利繁殖。3.馴化培養(yǎng)馴化培養(yǎng) 馴化培養(yǎng)就是馴化培養(yǎng)就是不斷提高目的礦樣在培養(yǎng)基中的濃度不斷提高目的礦樣在培養(yǎng)基中的濃度，同時不，同時不斷減少其他易于被菌體分解利用的化合物的量，直至完全停斷減少其他易于被菌體分解利用的化合物的量，直至完全停止。止。馴化培養(yǎng)實際上是定向選擇抗性菌體的過程，一開始可能所馴化培養(yǎng)實際上是定向選擇抗性菌體的過程，一開始可能所需時間比較長，但隨著目的菌數(shù)的不斷增多，馴化培養(yǎng)的周需時間比較長，但隨著目的菌數(shù)的不斷增多，馴化培養(yǎng)的周期會不斷縮短。期會不斷縮短。當(dāng)當(dāng)菌體對某種金屬離子具有較強的耐受力，或菌數(shù)在一個較菌體對某種

12、金屬離子具有較強的耐受力，或菌數(shù)在一個較短周期內(nèi)到達(dá)短周期內(nèi)到達(dá)10108 810109 9個個/ml/ml時時，馴化菌樣就可用于生物浸礦馴化菌樣就可用于生物浸礦試驗。試驗。4.浸礦試驗浸礦試驗浸礦試驗要注意以下因素：浸礦試驗要注意以下因素：酸度：酸度：細(xì)菌氧化過程中，細(xì)菌氧化過程中，pH的選擇非常重要。有菌體培的選擇非常重要。有菌體培 養(yǎng)養(yǎng) 物、處理硫化礦物及氧化工藝造成的影響。物、處理硫化礦物及氧化工藝造成的影響。大部分控制大部分控制pH23。通氣通氣：對好氧嗜酸菌很重要。對好氧嗜酸菌很重要。當(dāng)溶解氧下降至當(dāng)溶解氧下降至0.51.0mg/L時，細(xì)菌氧化很時，細(xì)菌氧化很 快停止。但堆礦工藝不

13、通氣，只在礦堆上撒水?？焱Ｖ?。但堆礦工藝不通氣，只在礦堆上撒水。溫度：溫度：一般情況下，細(xì)菌最適生長溫度并不等于最適浸出溫度。一般情況下，細(xì)菌最適生長溫度并不等于最適浸出溫度。每種細(xì)菌都有最適生長溫度與浸出溫度。每種細(xì)菌都有最適生長溫度與浸出溫度。硫化礦物的量：硫化礦物的量：攪拌浸出法礦漿濃度并非越高越好。攪拌浸出法礦漿濃度并非越高越好。較高礦漿濃較高礦漿濃度度下，需氧量高，需提高攪拌速度，對細(xì)菌剪切力隨之增加，使細(xì)下，需氧量高，需提高攪拌速度，對細(xì)菌剪切力隨之增加，使細(xì)菌難于吸附到礦物表面；同時在同樣條件下礦漿濃度越高，相對吸菌難于吸附到礦物表面；同時在同樣條件下礦漿濃度越高，相對吸附到礦體

14、表面的細(xì)菌數(shù)目就少，從而降低細(xì)菌的氧化速率。附到礦體表面的細(xì)菌數(shù)目就少，從而降低細(xì)菌的氧化速率。其他（如營養(yǎng)物等）其他（如營養(yǎng)物等）5.5.細(xì)菌的進(jìn)一步改造和重新構(gòu)建細(xì)菌的進(jìn)一步改造和重新構(gòu)建n 誘變育種：誘變育種：分離獲得的菌種，在改造上要選擇具以下特征進(jìn)行育種：分離獲得的菌種，在改造上要選擇具以下特征進(jìn)行育種：1）具有很高的氧化鐵或硫的能力）具有很高的氧化鐵或硫的能力2）具再生生長能力）具再生生長能力3）已有相當(dāng)程度的變異。）已有相當(dāng)程度的變異。誘變后，挑選浸出效率提高，又具誘變后，挑選浸出效率提高，又具 穩(wěn)定遺傳性的突變菌株。穩(wěn)定遺傳性的突變菌株。n 基因工程構(gòu)建新菌株基因工程構(gòu)建新菌株

15、 篩選合適酶的菌株篩選合適酶的菌株 確定酶基因的位置（基因或質(zhì)粒）確定酶基因的位置（基因或質(zhì)粒）如基因組則提取及純化基因組染色體如基因組則提取及純化基因組染色體 將將純化后的基純化后的基因片段因片段克隆到大腸桿菌的質(zhì)粒上克隆到大腸桿菌的質(zhì)粒上 檢出被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌檢出被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌 從轉(zhuǎn)化菌中提取質(zhì)粒從轉(zhuǎn)化菌中提取質(zhì)粒，切割質(zhì)粒上相關(guān)的酶基因片段，切割質(zhì)粒上相關(guān)的酶基因片段 檢測所獲酶基因片段及由該基因表達(dá)的酶的氨基酸順序檢測所獲酶基因片段及由該基因表達(dá)的酶的氨基酸順序 構(gòu)建穿梭質(zhì)粒，構(gòu)建穿梭質(zhì)粒，將酶基因?qū)肽康牧驐U菌將酶基因?qū)肽康牧驐U菌內(nèi)內(nèi) 表達(dá)。表達(dá)。6.6.細(xì)菌浸出擴(kuò)大試驗（工業(yè)級

16、）細(xì)菌浸出擴(kuò)大試驗（工業(yè)級）攪拌浸出、堆浸和原位浸出攪拌浸出、堆浸和原位浸出3種方法。種方法。1）攪拌浸出）攪拌浸出 半連續(xù)浸出半連續(xù)浸出：重復(fù)給料分批培養(yǎng)，即在浸出過程定期補加新鮮：重復(fù)給料分批培養(yǎng)，即在浸出過程定期補加新鮮培養(yǎng)液，并定期將浸出液取出，這樣做的目的是補充作用菌，并培養(yǎng)液，并定期將浸出液取出，這樣做的目的是補充作用菌，并將有害代謝產(chǎn)物排除和稀釋。將有害代謝產(chǎn)物排除和稀釋。連續(xù)浸出連續(xù)浸出：將幾個重復(fù)的給料浸出設(shè)備串連起來，第一個罐流：將幾個重復(fù)的給料浸出設(shè)備串連起來，第一個罐流出物供給第二罐原料，直至最后一罐流出較高濃度的產(chǎn)品。出物供給第二罐原料，直至最后一罐流出較高濃度的產(chǎn)品

17、。優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：缺點缺點是生產(chǎn)成本高（需攪拌、加熱、通氣、冷卻、耐酸是生產(chǎn)成本高（需攪拌、加熱、通氣、冷卻、耐酸反應(yīng)罐），適用處理單位價格高的礦種（如金礦）；反應(yīng)罐），適用處理單位價格高的礦種（如金礦）；優(yōu)點優(yōu)點是各項是各項浸出指標(biāo)易達(dá)到最佳水平。浸出指標(biāo)易達(dá)到最佳水平。2）堆浸）堆浸 主要用于主要用于處理大噸位的貧礦、廢礦及尾礦處理大噸位的貧礦、廢礦及尾礦，浸出，浸出時間長，礦石一般不需要破碎得很細(xì)或無需破碎。待時間長，礦石一般不需要破碎得很細(xì)或無需破碎。待處理的礦石被推在不透水的斜面地基上，礦石表面設(shè)處理的礦石被推在不透水的斜面地基上，礦石表面設(shè)置噴淋管道，向礦石堆連續(xù)或間斷的噴淋微生物

18、浸出置噴淋管道，向礦石堆連續(xù)或間斷的噴淋微生物浸出液進(jìn)行浸出，并在較低處建筑收集槽收集浸出液。優(yōu)液進(jìn)行浸出，并在較低處建筑收集槽收集浸出液。優(yōu)點成本低，最成功得例子是生物浸銅。點成本低，最成功得例子是生物浸銅。3）原位浸出）原位浸出 利用自然的或人工爆破形成的地面裂縫，利用自然的或人工爆破形成的地面裂縫，將能氧將能氧化礦物的細(xì)菌酸性水注入礦床化礦物的細(xì)菌酸性水注入礦床，使目的金屬溶解到細(xì)使目的金屬溶解到細(xì)菌浸液中，然后再回收金屬。目前用于浸出銅和鈾。菌浸液中，然后再回收金屬。目前用于浸出銅和鈾。7.7.菌種保藏菌種保藏 保藏要求保藏要求：不死亡、不變異：不死亡、不變異 礦砂保藏法礦砂保藏法 菌

19、體培養(yǎng)物（或礦漿）菌體培養(yǎng)物（或礦漿）轉(zhuǎn)移到無菌試管（砂土和硫鐵礦轉(zhuǎn)移到無菌試管（砂土和硫鐵礦比例比例1 1：3 3）用蠟封死管口用蠟封死管口 室溫保藏達(dá)室溫保藏達(dá)2.52.53 3年年n冰凍干燥法冰凍干燥法 菌體培養(yǎng)物（或礦漿）菌體培養(yǎng)物（或礦漿）離心收集（含部分礦物質(zhì)）離心收集（含部分礦物質(zhì)）用用蒸餾水快速漂洗蒸餾水快速漂洗pHpH達(dá)到達(dá)到7 7左右左右轉(zhuǎn)移到安管中轉(zhuǎn)移到安管中加入細(xì)胞加入細(xì)胞保護(hù)劑保護(hù)劑7070冰凍冰凍24h24h 冰凍干燥冰凍干燥24h24h 封口封口低溫保藏低溫保藏 PS:PS:可用細(xì)菌法來處理的礦石類型可用細(xì)菌法來處理的礦石類型 銀礦銀礦：當(dāng)包括有元素銀或金的難處理

20、礦物被細(xì)菌氧化后，金銀就釋放：當(dāng)包括有元素銀或金的難處理礦物被細(xì)菌氧化后，金銀就釋放 出來（氧化亞鐵硫桿菌）。出來（氧化亞鐵硫桿菌）。鋅礦鋅礦：在硫鐵礦存在下，：在硫鐵礦存在下，硫化型鋅礦的細(xì)菌浸出速率可提高硫化型鋅礦的細(xì)菌浸出速率可提高。鋅單位價格較鋅單位價格較 低，一般用堆浸和原位浸出法。低，一般用堆浸和原位浸出法。銻礦銻礦：單位價格也低。一些難處理金礦如：單位價格也低。一些難處理金礦如黃鐵礦有時也會和輝銻相互伴生黃鐵礦有時也會和輝銻相互伴生，因，因 此伴隨鐵、砷離子的銻組分會被溶解出來。此伴隨鐵、砷離子的銻組分會被溶解出來。錫礦錫礦:以錫石形式存在（以錫石形式存在（SnS2)。如單一錫礦

21、不太適合細(xì)菌浸出。如單一錫礦不太適合細(xì)菌浸出 法，但法，但一種同一種同 時含有銅、鐵、錫的硫化型礦物黃錫礦適合。時含有銅、鐵、錫的硫化型礦物黃錫礦適合。銅礦銅礦：用微生物浸出已有：用微生物浸出已有30年歷史，年歷史，是細(xì)菌冶金比較成功得金屬是細(xì)菌冶金比較成功得金屬。鎳礦鎳礦：含鐵的硫化型鎳礦最適合細(xì)菌氧化法處理含鐵的硫化型鎳礦最適合細(xì)菌氧化法處理。金礦金礦：有：有1530的黃金被別的一些礦物如黃鐵礦、硫鐵礦、白鐵礦等。如的黃金被別的一些礦物如黃鐵礦、硫鐵礦、白鐵礦等。如 30100g/t的精用攪拌浸出工藝。其他低品質(zhì)的可用堆浸法處理。的精用攪拌浸出工藝。其他低品質(zhì)的可用堆浸法處理。鉬礦鉬礦：單位價格高可用攪拌浸出法進(jìn)行。硫化葉菌，但菌種對其敏感，要多馴：單位價格高可用攪拌浸出法進(jìn)行。硫化葉菌，但菌種對其敏感，要多馴 化提高耐受能力、目前硫化葉菌已可耐受化提高耐受能力、目前硫化葉菌已可耐受8 mmol/L.細(xì)菌處理缺點細(xì)菌處理缺點：產(chǎn)物都呈酸性，后續(xù)處理首先需堿中和，環(huán)境也有：產(chǎn)物都呈酸性，后續(xù)處理首先需堿中和，環(huán)境也有 污染。污染。謝謝大家的觀賞！謝謝大家的觀賞！O(_)O