细菌冶金工艺矿物学

三类生物冶金微生物菌种的选育及其与矿物作用研究除氧化亚铁硫杆菌能浸出金属硫化矿，其它一些微生物也具有与矿物作用的能力，报道产胞外多糖的硅酸盐细菌胶质芽孢杆菌可以溶解铝硅酸盐矿物，产有机酸的黑曲霉真菌可以浸出氧化矿中的金属元素。

作者在本研究中采用不同的方法分离筛选了以上三种类型的生物冶金微生物，并对它们的培养条件、浸矿生理及其与矿物作用效果进行了研究。

首先富集筛选了江西德兴铜矿、城门山铜矿、广东大宝山铜矿等六处矿坑水中的氧化亚铁硫杆菌，获得6个富集菌株。

通过研究6个菌株的Fe²⁺和S⁰氧化能力，发现不同菌株的氧化活性存在差异，但发现Fe²⁺氧化活性高的菌株S⁰氧化活性也高。

同时发现S⁰培养基中的细菌浓度比Fe²⁺培养基中细菌浓度高。

使用DBS菌株浸出低品位含铁闪锌矿，浸出30d，金属锌的浸出率达到100％；浸出含铁闪锌矿精矿石，浸出率也可达到50％，说明该菌株具有良好的浸矿效果。

研究了氧化亚铁硫杆菌耐干燥、耐高温的抗逆性生理特性。

发现该细菌具有较强的耐干燥能力，但不耐高温，55℃下细菌完全丧失氧化能力。

同时研究了多种因素对氧化亚铁硫杆菌生长活性的影响，发现在Fe²⁺氧化体系中添加0.25％固体物浓度的硫化矿物时，细菌的Fe²⁺氧化速度会降低，细菌生长停滞期延长，浸出液中细菌浓度减少。

当矿浆浓度增大时，由于矿物颗粒的运动及液体流动对菌体的机械损伤加剧，会使细菌的氧化活性进一步下降。

在9K培养基中舔加1％的S⁰时，细菌的Fe²⁺氧化活性也会受到抑制。

矿物加工中生物冶金的应用研究在当今的矿物加工领域，生物冶金作为一项具有创新性和潜力的技术，正逐渐引起广泛的关注和研究。

生物冶金，简单来说，就是利用微生物的作用从矿石中提取有价金属的方法。

这一技术不仅为矿物资源的高效利用提供了新的途径，还在环保和可持续发展方面展现出显著的优势。

生物冶金的原理主要基于微生物的代谢活动。

某些微生物能够通过氧化、还原、溶解等作用，将矿石中的金属化合物转化为可溶的形态，从而实现金属的提取。

这些微生物具有独特的生理特性和代谢机制，能够适应较为恶劣的矿山环境，并在其中发挥重要的作用。

在矿物加工中，生物冶金的应用范围相当广泛。

首先，对于低品位矿石的处理，生物冶金具有独特的优势。

传统的选矿和冶金方法在处理低品位矿石时，往往面临成本高、效率低的问题。

而生物冶金能够有效地从这些低品位矿石中提取金属，提高资源的利用率。

例如，某些嗜酸细菌可以将低品位铜矿中的铜离子溶解出来，为后续的提取工艺创造有利条件。

其次，生物冶金在处理复杂矿石方面也表现出色。

一些复杂矿石中含有多种金属，且金属的赋存状态较为复杂，传统方法难以实现有效分离和提取。

而微生物可以针对不同的金属化合物进行特异性的作用，从而实现复杂矿石中多种金属的分步提取。

再者，生物冶金在处理尾矿和废矿方面也具有重要意义。

尾矿和废矿中通常仍含有一定量的有价金属，但由于含量较低且处理难度大，往往被忽视。

生物冶金技术可以对这些尾矿和废矿进行再处理，实现资源的二次回收，减少环境污染。

生物冶金的工艺流程通常包括矿石预处理、微生物培养和接种、浸出过程、金属回收等环节。

在矿石预处理阶段，需要对矿石进行破碎、磨矿等处理，以增加矿石的比表面积，提高微生物与矿石的接触效率。

微生物的培养和接种则需要根据矿石的性质和所需提取的金属种类，选择合适的微生物菌株，并在适宜的条件下进行培养和接种。

浸出过程是生物冶金的核心环节，微生物在这一过程中与矿石发生作用，将金属溶解出来。

课程编号：030421Z1课程名称：生物冶金原理与技术英文名称：Principle and Technology of Biohydrometallurgy学时与学分:32/2先修课程要求：微生物学、资源加工学适应专业：生物工程、生物技术、矿物加工参考教材：1.杨显万，《微生物湿法冶金》，冶金工业出版社，2003年2.《浸矿技术》，原子能出版社，1995年3.杨洪英，《细菌冶金学》，化学工业出版社，2006年4.童雄，《微生物浸矿的理论与实践》，冶金工业出版社，1997年5.魏德洲，《资源微生物技术》，冶金工业出版社，1999年6.杨松荣，邱冠周等《含砷难处理金矿石生物氧化工艺及应用》，冶金工业出版社，2006年7.李宏煦，硫化铜矿的生物冶金，冶金工业出版社，2007年课程简介：微生物冶金是资源加工学（包括生物工程、生物技术、矿物加工）专业的选修课。

主要介绍微生物冶金的基本知识和基本理论，生物冶金的基本理论知识与试验研究方法，生物冶金在矿产工业和环境保护等方面的实际应用以及生物冶金在矿产资源开发利用中的作用。

课程教学大纲：一、课程在培养方案中的地位、目的和任务生物冶金原理与技术是矿产资源加工专业（包括生物工程、生物技术、矿物加工）的选修课。

随着世界范围内矿产资源的大规模开发和常规选冶技术易处理矿石日益减少，复杂难处理矿石的有效利用迫在眉睫。

微生物冶金学即是在这样背景下产生的最前沿的多学科交叉新技术，它涉及矿物加工学、微生物学、分子生物学、湿法冶金学、矿物学、电化学、固体物理、传热传质理论和高等数学等学科知识。

微生物冶金技术是21世纪矿产资源高效利用最具竞争力和最有发展前景的新技术之一。

通过本课程的学习，使学生掌握微生物冶金的基本知识和基本理论，初步掌握生物冶金的基本理论知识与试验研究方法，了解生物冶金在矿产工业和环境保护等方面的实际应用以及生物冶金在矿产资源开发利用中的作用；培养严谨的科学态度、开拓进取的创新精神，提高分析和解决实际问题的能力。

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。

冶金工艺矿物学一、课程说明课程编号：050109Z10课程名称：冶金工艺矿物学/Metallurgical Process Mineralogy课程类别：专业选修课学时/学分：32/2先修课程：工科大学化学适用专业：冶金工程参考教材：1、胡岳华、吕宪俊主编，工艺矿物学，长沙：中南大学出版社，2011年2、周乐光主编，工艺矿物学，北京：冶金工业出版社，2007年3、任允芙主编，冶金工艺矿物学，北京：冶金工业出版社，1996年二、课程设置的目的意义冶金工艺矿物学，作为一门服务于现代工业生产的应用学科，研究内容覆盖到无机材料的多数领域，在矿产资环评价、选矿、冶金等方面，更是有其他学科难以替代的作用。

本课程为冶金工程专业重要的选修课。

通过本课程的学习，使学生具备基本的矿物学理论修养和矿物分析鉴定能力，掌握冶金工艺矿物学特性的研究方法，能够利用工艺矿物学的基本原理和方法分析和解决冶金矿物加工过程的矿物学问题，提高学生的专业素质，为以后从事冶金及相关专业的研究奠定基础。

三、课程的基本要求知识要求：本课程打破了采矿-冶金纵向单一课程内容，将矿物与冶金过程作为一个完整的系统过程，将两者之间的联系进行融合，通过研究工业固体原料与其产物的矿物组成及其分布以及对影响或制约生产工艺运行的矿物性状进行分析，掌握冶金提取过程所涉及的矿物学共性的基本原理和规律，从而对冶金工艺矿物学有一个较全面的了解，为矿物资源的合理利用奠定理论基础。

能力要求：通过该课程的学习，使学生具备基本的矿物学理论修养和矿物分析鉴定能力，并能利用学习的知识分析实际冶金问题，设计实验、分析与解释数据，以获得有效结论，并具备一定的设计解决方案以解决问题的能力。

素质要求：学生通过课程整体学习，培养科学研究与思维技巧，提高团体合作意识，提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展的素质。

四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无实践教学安排六、考核方式及成绩评定本课程期末集中考核采用笔试进行，平时成绩采用课堂考勤、课外阅读、作业测评、平时测试、课内讨论等方式考核。

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。

矿物加工中生物冶金的研究进展在当今的矿物加工领域，生物冶金作为一项具有创新性和可持续性的技术，正经历着快速的发展和变革。

生物冶金利用微生物的代谢活动来提取和回收有价金属，为解决传统冶金方法所面临的环境和资源问题提供了新的思路和途径。

生物冶金的基本原理是依靠微生物的氧化、还原、吸附等作用，将矿物中的金属转化为可溶的形态，进而实现金属的提取和回收。

参与生物冶金过程的微生物种类繁多，包括细菌、真菌和古菌等。

其中，一些常见的微生物如氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌等，能够在特定的环境条件下，有效地氧化硫化矿物，释放出其中的金属离子。

在生物冶金的工艺流程中，微生物的培养和驯化是至关重要的环节。

为了使微生物能够适应特定的矿物组成和环境条件，需要对其进行精心的筛选和培养。

同时，通过优化工艺参数，如温度、pH 值、溶氧量等，可以显著提高微生物的活性和冶金效率。

例如，在适当提高温度的情况下，微生物的代谢速度加快，从而能够更迅速地分解矿物。

近年来，生物冶金技术在处理低品位矿石方面取得了显著的进展。

由于传统的冶金方法在处理低品位矿石时往往成本高昂且效率低下，而生物冶金能够有效地降低成本并提高金属回收率。

以铜矿为例，生物冶金技术可以处理那些铜含量仅为 05%以下的矿石，并且能够获得较为理想的铜回收率。

随着基因工程和生物技术的不断发展，对微生物进行基因改造以提高其冶金性能成为了研究的热点之一。

通过基因编辑技术，科学家们可以对微生物的基因进行修饰，使其具备更强的金属耐受能力、更高的氧化活性等。

这不仅为生物冶金技术的进一步优化提供了可能，也为开发新的微生物菌种开辟了道路。

在生物冶金过程中，微生物与矿物之间的相互作用机制是一个关键的研究方向。

了解微生物如何附着在矿物表面、如何进行物质交换以及如何影响矿物的结构和性质，对于优化生物冶金工艺具有重要的指导意义。

研究表明，微生物分泌的一些有机酸和生物表面活性剂能够改变矿物的表面性质，促进金属的溶解和释放。

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。

1、矿物资源微生物技术的未来的发展方向①开发更经济的、有效的低品位铜矿石的微生物堆浸工艺，以提高技术指标和经济效益。

②深入系统地研究金属硫化物矿石微生物浸出过程中的基础理论，特别是细菌与矿物颗粒间的作用机制。

③燃煤微生物脱硫研究工作的进一步深化，无论是采用微生物堆浸、微生物搅拌浸出脱离工艺，还是采用微生物预处理—浮选脱硫工艺，在实现工业化应用之前，都需要进行大量的、深入细致的实验研究工作。

④采用生物吸附技术从工业废水中脱出重金属、镭、铀等有毒物质，集环境污染治理与资源综合利用为一体，将会受到广泛关注。

⑤针对不同矿种，寻找、分离和驯化新的浸矿用工程菌，拓宽矿物资源微生物处理技术的应用范围，将进一步受到重视。

⑥运用基因操纵与微生物工程技术修饰构件浸矿工程菌株将引起人们的更多关注，用蛋白质定量分析、特定酶基因分析、基因克隆及定点突变等一系列与“新工程菌”构件相关的研究工作将逐渐开展。

2、微生物是对所有个体微小的单细胞、结构极为简单的多细胞以及没有细胞结构的低等生物的同意称谓，是一群生物化学上进化地位较低的简单生物。

3.微生物的共同特点及特性①个体小、表面积与体积的比值非常大。

②分布广、种类繁多。

由于微生物及其微小，易随风飞扬，所以它们在自然界中的分布非常广泛，上至大气层的外层，下至深海的海底，无处不在。

③繁殖快。

绝大多数微生物以裂殖方式繁殖后代。

④代谢灵活性大、容易变异。

高等动物和高等植物的酶系是相当不灵活的，在个体发育中，虽然它们的酶系可稍作改变，但无法适应环境条件的较大变化，从而导致了它们在自然界中的分布明显受环境条件的制约。

4、细胞结构及其功能①细胞壁。

主要功能是固定细菌的细胞形态，保护脆弱的原生质体，避免渗透压引起原生质膜破裂，细胞壁还是一种有效地分子筛，它可以阻挡某些分子的进入，使其保留在革兰氏阴性菌的细胞壁和细胞膜之间的蛋白质分子。

此外细胞壁还为鞭毛提供支点，使鞭毛摆动。

②细胞质膜（原生质膜）。

一微生物冶金的定义和分类⏹微生物冶金是指以细菌为主体的微生物技术应用于矿产资源的提取冶金，在相关微生物存在时，由于微生物的催化氧化作用，将矿物中有价金属以离子形式溶解到浸出液中加以回收，或将矿物中有害元素溶解并除去的方法。

⏹微生物冶金包括生物浸出、生物吸附、生物选矿和富集、废弃物生物重整等4个方面。

应用于微生物冶金的微生物包括细菌、真菌、藻类和霉菌等。

细菌是其中研究最深入、应用最广泛的一类微生物。

二生物分类2. 五界说2.1. 原核生物界（Procaryotae ）2.1.1原核生物具有以下的特点（一）：①核质与细胞质之间无核膜因而无成形的细胞核；②遗传物质是一条不与组蛋白结合的环状双螺旋脱氧核糖核酸（DNA）丝，不构成染色体（有的原核生物在其主基因组外还有更小的能进出细胞的质粒DNA）③以简单二分裂方式繁殖，无有丝分裂或减数分裂；④没有性行为，有的种类有时有通过接合、转化或转导，将部分基因组从一个细胞传递到另一个细胞的准性行为（见细菌接合）；⑤没有由肌球、肌动蛋白构成的微纤维系统，故细胞质不能流动，也没有形成伪足、吞噬作用等现象；⑥鞭毛并非由微管构成，更无¡°9＋2¡±的结构，仅由几条螺旋或平行的蛋白质丝构成；2.1.1原核生物具有以下的特点（二）：⑦细胞质内仅有核糖体而没有线粒体、高尔基器、内质网、溶酶体、液泡和质体（植物）、中心粒（低等植物和动物）等细胞器；⑧细胞内的单位膜系统除蓝细菌另有类囊体外一般都由细胞膜内褶而成，其中有氧化磷酸化的电子传递链（蓝细菌在类囊体内进行光合作用，其他光合细菌在细胞膜内褶的膜系统上进行光合作用；化能营养细菌则在细胞膜系统上进行能量代谢）；⑨在蛋白质合成过程中起重要作用的核糖体散在于细胞质内，核糖体的沉降系数为70S；⑩大部分原核生物有成分和结构独特的细胞壁等等。

总之原核生物的细胞结构要比真核生物的细胞结构简单得多2.2. 原生生物界(Protista)是单细胞生物，它们的细胞内具有细胞核和有膜的细胞器。