细菌冶金的原理

生物冶金技术的原理与方法
生物冶金技术的原理与方法主要包括:
1. 微生物提高法:利用微生物的氧化作用,从低品位矿石中提高和富集金属元素。

2. 微生物堆浸法:利用微生物的作用溶解金属,然后用溶液萃取金属。

3. 微生物还原法:微生物代谢产生能溶解金属氧化物的还原剂,将金属还原为元素态。

4. 固定化细胞技术:将微生物固定在载体上,提高微生物的稳定性和可重复使用性。

5. 生物电化学技术:利用微生物的电化学活性,通过电化学反应回收金属。

6. 生物水解技术:使用酶促反应,通过水解提高金属的回收效率。

7. 生物吸附技术:利用微生物表面组分吸附金属,然后进行脱附富集。

8. 基因工程菌株:构建高效的金属回收与富集的基因工程微生物。

9. 生物淋滤技术:利用微生物的作用,从矿石中淋滤出可溶金属。

10. 生物合成技术:使用合成生物学手段,生产特异性金属结合蛋白等。

这些方法可以提高金属回收率,实现绿色环保的资源利用。

细菌冶金细菌冶金是指利用微生物 (细菌、古菌和真菌) 将矿石中有价金属以离子形式溶解到浸出液的过程。

它主要是应用细菌法溶浸低贫矿、难处理矿等。

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。

(1)直接作用机理，所谓直接作用就是酶腐蚀金属矿物，即浸矿微生物附着于到矿石表面与矿石中的硫化矿物发生作用，使矿物氧化溶解。

(2)间接作用机理，所谓间接作用机理是浸矿过程中有 Fe3+ 的参与。

间接作用指的是细菌不需与矿物直接接触，由细菌氧化产生的Fe3+对其它元素进行氧化，而不是细菌直接与矿物作用， Fe3+相应被还原为 Fe2+ ，而 Fe2+又在细菌的作用下被氧化为 Fe3+ 。

(3)复合作用机理，所谓复合作用机理就是指在细菌浸出当中，既有细菌的直接作用，又有通过 Fe3+氧化的间接作用。

有些情况下以直接作用为主，有时则以间接作用为主，但两种作用都不可排除。

细菌冶金的工业化技术(1)堆浸法：通常在矿山附近的山坡、盆地、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，经过一段时间后浸出有用金属。

含金属的浸出液积聚在矿堆底部，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。

其特点是规模大、浸出时间长、生产成本低。

(2)槽浸法：矿石槽浸是一种渗滤浸出作业，通常在渗滤池或槽中进行。

矿石粒度比堆浸小，一般为 -3 到-5mm。

槽浸一次装矿数十到数百吨、周期为数十到数百天，浸出率也比较高。

槽浸的工作方式分为连续式与半连续式两种，一般用于大型冶炼厂，矿石需进行预加工，此法的成本比堆浸高，但反应速度快，金属回收率高，控制比较容易。

槽浸的浸出设备是搅拌反应器，反应器的搅拌可通过机械或空气搅拌方式达到。

细菌炼铜的原理化学式细菌炼铜是一种利用微生物中的特定菌株，以及其代谢产物对铜矿石进行提取和浸出的技术。

这种技术在金属提取领域中被广泛应用，因为它相对于传统的化学方法来说，具有操作简单、成本低、对环境友好等优点。

首先，细菌炼铜过程中使用的菌株主要属于氧化亚铁菌（Fe(II)-oxidizing bacteria）和硫氧化菌（sulfur-oxidizing bacteria）。

这些菌株在特定的环境条件下，可以利用铁离子和硫化物为能源，将其转化为能被细菌利用的氧化铁和硫酸。

细菌炼铜的过程可以分为以下几个步骤：1. 矿石粉碎和浸出：将含有铜的矿石经过机械粉碎，使其粒径适当缩小，然后通过水浸出，得到含有铜的浸出液。

2. 细菌培养和适应：将上述浸出液中的细菌菌种引进到发酵罐中，通过加入适当的培养基和维生素，提供细菌生长所需的营养物质，使细菌能快速繁殖和适应环境。

3. 氧化铁生成和铜离子溶解：细菌通过代谢将铁离子（Fe2+）氧化为氧化铁（Fe3+），这一过程既为细菌提供能量，也使得铜离子（Cu2+）溶解在溶液中。

4. 氧化铁重生：铜离子溶解后，可通过添加另一种细菌菌株，如硫氧化菌，将氧化铁还原为可再次被氧化铁菌氧化的亚铁离子（Fe2+），这个过程称为铁离子循环。

5. 铜沉淀和回收：最终，铜以氧化铜的形式沉淀在浸出液中，然后通过离心沉淀、滤纸过滤等手段，将其从溶液中分离出来。

整个细菌炼铜过程的化学反应可以用以下化学式表示：1. 铜离子溶解：Cu2S + 4Fe3+ + 8H2O →Cu2+ + 4Fe(OH)3 + H2SO42. 氧化铁生成：4Fe2+ + O2 + 4H+ →4Fe3+ + 2H2O3. 氧化铁重生：4Fe3+ + 4e- →4Fe2+4. 铜沉淀：2Cu2+ + 4OH- →Cu2O + H2O细菌炼铜过程中的关键步骤是细菌的代谢和氧化还原反应。

这些菌株通过吸附、氧化和还原等过程，将铜从矿石中提取出来，并将其溶解在溶液中，最终以氧化铜的形式沉淀下来。

细菌冶金学细菌冶金学是一门研究微生物（包括细菌）在矿山和冶金过程中的应用的科学领域。

这一领域的研究主要集中在利用细菌来促进矿物的溶解、浸出和浓缩等过程，以提高金属的回收率和降低对环境的污染。

细菌冶金学的主要应用包括：1. 生物浸出：细菌可以促进金属矿石中的金属离子的溶解，并将其转化为可浸出的形式。

这种方法在提取铜、铅、锌、铝等金属方面具有潜力，并且可以降低对环境的影响。

2. 生物降解：细菌可以通过降解废弃矿石、尾矿和冶炼渣等物质中的有害物质，减少其对环境的污染。

例如，在铜冶炼过程中，细菌可以降解含有氰化物和硫酸盐的废物。

3. 生物浓缩：细菌可以通过吸附、吸附和降解等作用来富集金属矿石中的金属离子，从而达到浓缩金属的目的。

这种方法在金矿、铀矿等金属矿的处理中得到了应用。

细菌冶金学的发展带来了很多优势，包括：1. 环境友好：相比传统的冶金方法，细菌冶金学能够减少对环境的污染。

它减少了化学反应剂的使用，也减少了废水和废物的产生。

2. 能源效益：细菌冶金学可以通过利用细菌的生物能源来降低能耗。

这些细菌可以使用废弃物或其他可再生能源作为它们的碳源和能源。

3. 矿物处理的选择性：细菌冶金学可以根据不同的矿石和金属类型，选择特定的细菌来实现不同的处理效果。

这提供了更多的灵活性和选择性，以满足不同矿石处理的需求。

细菌冶金学仍然是一个相对新兴的领域，仍有许多挑战需要克服。

例如，细菌的生长条件和产生的代谢产物可能会对矿石处理产生不利影响。

此外，细菌冶金学在商业化和工业化方面仍面临着一些技术和经济上的挑战。

然而，随着对可持续发展和环境友好方法需求的增长，细菌冶金学有望在矿业和冶金工业中发挥越来越重要的作用。

细菌冶金
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铁硫杆菌（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铜法，每年就可回收铜72000 t。

更引人注目的是铀也可采用细菌冶金法采冶回收。

据报道，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7000 kg。

近年来，我国细菌冶金的研究和应用也有了相当的发展，利用细菌冶金法炼铜和回收铀具有一定的规模。

目前细菌冶金已发展成了一种重要的冶炼手段，利用此法可以来冶铜、铅、锌、金、银、锰、镍、铬、钼、钴、铋、钒、硒、砷、铊、镉、镓、铀等几十种贵重和稀有金属。

生物冶金原理引言：生物冶金是一种将生物技术应用于冶金工业的领域，通过利用微生物和生物化学过程来提取和精炼金属矿石。

它不仅具有环境友好、高效节能的特点，还可以处理含有低品位金属矿石的废料，是一种非常有潜力的冶金技术。

本文将介绍生物冶金的原理及其在冶金工业中的应用。

一、微生物的作用微生物在生物冶金中起着重要的作用。

它们可以通过氧化、还原、酸化和还原等反应，使金属矿石中的金属得以释放或转化。

其中，氧化和还原反应是最为常见的。

例如，厌氧微生物可以通过还原反应将废料中的金属离子还原为金属，从而实现提取金属的目的。

此外，一些酸性微生物可以通过酸化反应将金属矿石中的金属溶解出来，方便后续的提取和精炼过程。

二、生物化学反应生物化学反应也是生物冶金的关键步骤之一。

在生物冶金过程中，微生物通过产生特定的酶来催化金属矿石的溶解和转化。

例如，一些硫氧化菌可以产生硫酸，将金属矿石中的金属氧化为可溶性的金属离子。

此外，一些腐蚀菌也可以产生酸性物质，将金属矿石表面的氧化物溶解，从而提高金属的浸出率和提取率。

三、生物冶金的应用生物冶金技术已经广泛应用于冶金工业中的金属提取和精炼过程。

它可以用于处理低品位金属矿石，包括含金量低的废料和废渣。

相比传统的冶金工艺，生物冶金具有更低的能耗和更高的金属回收率。

此外，生物冶金还可以处理一些难以处理的矿石，如含硫量较高的矿石。

通过利用硫氧化菌的作用，将硫化物矿石中的金属转化为可溶性的金属离子，从而实现金属的提取和回收。

四、生物冶金的优势与传统的冶金工艺相比，生物冶金具有以下优势：1. 环境友好：生物冶金过程中不需要使用大量的化学试剂和高温高压条件，减少了对环境的污染。

2. 能源节约：生物冶金过程中不需要高温高压条件，能够节约大量的能源。

3. 高效经济：生物冶金可以处理低品位金属矿石，提高金属的回收率，降低生产成本。

4. 应用广泛：生物冶金可以处理多种类型的金属矿石，包括含硫量高的矿石和含金量低的废料。

细菌也能“炼”金属作者：王熙章来源：《发明与创新(综合版)》2011年第08期细菌是很微小的生物，冶金是金属冶炼，是重工业生产中的一种，需要几百度甚至上千度的高温才能进行。

这二者怎么能联系到一起呢?答案是：能!原来，“细菌冶金”，用细菌来“冶炼”金属，早在我国古代就进行了，而且现在全世界已有十多个国家用细菌“炼”出了几十万吨的铜。

我国的细菌炼铜，是从公元1034年的北宋开始的，那时叫“胆碱炼铜”。

方法是把铁放入“胆水”中而获得金属铜。

用这种方法，每年生产的铜可达上百万斤。

我国是世界上最早进行胆碱炼铜的国家，比西班牙早七百年，只是当时没人知道原理。

1947年，美国从矿山流出的酸矿水中发现了微生物，这些微生物能浸出矿石中的金属；从这些微生物中，又分离出了氧化亚铁硫杆菌。

自此，细菌冶金的研究就日趋深入地发展起来了。

自然界中有一类细菌，统称化能自养菌，它们的能源来自无机物氧化所产生的化学能，并利用无机的碳、氮源合成全部细胞的有机物。

氧化亚铁硫杆菌就是一种化能自养菌，它们大量生活在无机硫化矿床的酸矿水和酸性土壤中。

这种细菌的菌体呈短杆状，单个或少数成对，菌体一端有鞭毛，能运动。

氧化亚铁硫杆菌有一种特殊的本领，就是能将无机的硫化物(如硫化氢)，其他还原态硫化物及硫磺氧化成硫酸：它们还能将吸收到细胞里的亚铁，氧化为高铁，并利用这些氧化作用所释放出来的化学能量来同化空气中的二氧化碳，以合成菌体及生长所需的有机物。

氧化亚铁硫杆菌具有直接氧化某些矿物中的硫、铁和其他金属，以及破坏矿物、溶解出金属的能力；而所生成的硫酸、硫酸铁，又是许多矿物的有效溶剂。

我们从氧化亚铁硫杆菌身上，可以窥见细菌冶金所依据的一些基本原理。

堆积浸出法是细菌冶金的方法之一。

其步骤是，先将几十万吨矿石堆积成高达百余米的矿石堆，然后用泵把细菌浸出剂、硫酸铁、硫酸喷淋到矿石表面，并使之逐渐渗透。

于是发生了化学反应，生成蓝色的硫酸铜溶液(即我国古书中所称的“胆水”)。

“细菌冶⾦”的原理是利⽤氧化铁硫杆菌促使黄铁矿(主要成分FeS2)氧化成硫酸铁和硫酸，并为CO2和H2O合成有机物提供能量，流程如下图。

下列说法错误的是 ( )
A. 氧化铁硫杆菌在反应①中起催化作⽤
B. 整个流程提⾼了能量的利⽤率
C. 图中有机物可能含碳、氢、氧元素
D. 反应①化学⽅程式：4FeS2+15O2+2X=2Fe2(SO4)3+2H2SO4，X为H2O2
D 【解析】A、氧化铁硫杆菌在反应①中，能够促使FeS2氧化成硫酸铁和硫酸，起催化作⽤，正确；B、借助利⽤氧化铁硫杆菌促使FeS2氧化成硫酸铁和硫酸释放的能量供给⼆氧化碳和⽔的反应，提⾼了能量的利⽤率，正确；C、由题意可知，在⼀定条件下⼆氧化碳和⽔合成了成有机物，所以有机物可能含碳、氢、氧元素，正确；D、由
4FeS2+15O2+2X=2Fe2（SO4）3+2H2SO4可知，反应前后铁原⼦都是...。

细菌冶金1990 年2 月23 日，《中国科学报》报道：法国地质矿产调查局的化学家米歇尔·奥利维埃，在一口矿井深处的积水中找到了一种只有 1 微米长的细菌——硫杆菌，它可以在耐高温硫化金矿石的氧化反应中成功地提出黄金。

现在法国已经开始利用硫杆菌冶炼黄金。

这一发现为细菌冶金谱写了新的篇章。

事实上，利用细菌冶炼金属有相当长的历史。

早在公元1000 年左右，我国宋朝的炼铜业就已相当发达，据《文献通考》记载：“信之铅山，与处之铜廊，皆是胆水，春夏如汤，以铁投之，铜色立变”。

描述了当时江西信州铅山的胆铜矿生产。

直至17 世纪70 年代，西班牙人也开始用类似的方法，从天然堆积矿石溶浸液中回收铜，落后于我国六百多年。

虽然人们掌握了一些技术，但并不知道其中的道理，胆水是什么？它们是怎样产生的？对当时的人们还是陌生的。

本世纪中叶，科学家们发现了细菌在金属硫化物氧化中的作用，并成功地从煤矿的酸性矿水中分离出一种能氧化低价铁〈Fe2+〉为高价铁〈Fe3+〉的细菌，命名为氧化铁硫杆菌。

不久陆续从矿水中分离出氧化铁杆菌、聚生硫杆菌等。

至此人们才明白，微生物在古老的炼铜业一直默默无闻地发挥着重要的作用，微生物浸矿因而也成为人们十分重视的研究课题。

由于浸矿的细菌主要是化能自养型的细菌。

所谓化能自养型是指借氧化外界无机物取得能量，以CO2 和其他无机物作养料的营养方式。

在自然界中，它们生活在PH1.5 到 4.5 的酸性矿水中，有的菌株如氧化硫杆菌能在PH 值小于 1 的硫酸水中生长，是目前所知最耐酸的微生物。

它们形如短杆状，在菌体一端还生长有细长的鞭毛。

在生活史中，它们不能利用有机物质，只能利用空气中CO2 为碳源，以无机氮为氮源，通过氧化（Fe2+）为（Fe3+）或氧化元素硫（S）为硫酸（H2SO4）获取生长所需的能量。

它们提炼金属的原理实际是利用代谢中产生的硫酸铁（FeSO4）溶液和硫酸溶液作浸出剂，把铜矿中的铜溶解成硫酸铜（CuSO4）溶液。

细菌冶金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7000kg。

近年来，我国细菌冶金的研究和应用也有了相当的发展，利用细菌冶金法炼铜和回收铀具有一定的规模。

目前细菌治金已发展成了一种重要的冶炼手段，利用此法可以来冶铜、铅、锌、金、银、锰、镍、铬、钼、钴、铋、钒、硒、砷、铊、镉、镓、铀等几十种贵重和稀有金属。

（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→2H2SO44FeSO4+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+8H2（）→15FeSO4+8H2SO4Cu2S（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。