微生物湿法冶金PPT

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Fe2+氧化成Fe3+ 反应如下： 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 从矿石中溶解出来，其化学过程是：
三、基本原理与特点
生物冶金技术是利用微生物、空气和水等天 然组分从矿石中直接提取金属，无需选矿、火法 炼制的清洁短流程技术，是矿冶工程和生物工程 的交叉学科。
以硫化铜为例，在细菌的作用下，将负二价 的硫氧化为正六价硫，从而使铜得以浸出。
微 生 物 湿 法 冶 金 基 本 流 程
Zaldivar 生物浸铜工厂（智利）
把基因组解码技术用到微生物湿法冶金领域，揭示浸矿微生物浸矿 特性与其基因表达的内在规律并在其指导下实施菌种的基因工程改 良，获得既能耐高温又能耐磨、耐酸、耐毒性的综合性能好的微生 物。 能在极端环境中生存的微生物“嗜极”的发掘与应用。
（2）应用范围进一步拓展并走向产业化：
l 基础金属硫化矿浮选精矿的细菌浸出； l 难处理金矿的细菌堆浸预处理； l 氧化矿的微生物浸出； l 用微生物从水溶液中提取与富集金属； l 微生物用于废水、废气与固体废弃物的治
FeS2+ 7Fe2(SO4)3+8H2O = 15FeSO4+8H2SO4 CuS2 + 2Fe2(SO4)3 = 4FeSO4+2CuSO4+S
金属硫化矿经细菌溶浸后，收集含酸溶液，通过 置换，萃取，电解或郭交换等方法将各种金属 加以浓缩和沉淀
国外研究与应用现状
❖得到大规模商业化应用，显著提升跨国矿业公司竞争力 ❖生物冶金中试技术成果不断涌现 ❖积极开展前期技术研究，生物冶金技术拓展应用于氧化 矿
最重要的革新将是采用湿法冶金工艺取代有
色行业传统的熔炼工艺。
生物湿法冶金的优点
资源利用充分,成本低、投资小，设备要求 简单，流程灵活，过程易于控制，操作简单， 基本无环境污染，回收率高等优点。
二、用于冶金工业的微生物
1、浸矿微生物 目前应用的微生物大多数为化能自养型细菌，
耐酸性，PH值＜1时，仍能生存，其中， 以从氧化硫磺及硫化物中获得能量的硫化细 菌最为常见。
（1）常见浸矿微生物 氧化亚铁硫杆菌 氧化亚铁钩端螺旋菌 氧化硫硫杆菌
氧化亚铁硫杆菌
革兰氏阴性菌，杆状，严格好氧，严格无机化能 自养，可氧化铁、还原态硫、原轴、CuS及硫化 矿
生长温度5~40℃，最适生长温度在28~35 ℃ 生长 pH1.2~6.0（嗜酸），最适生长pH
2.5~2.8 是生物湿法冶金过程的主要浸矿菌种 以氧化亚铁、元素硫及还原态的硫化合物等物
回收金的方法：
易浸金矿石可用重选法或者直接氰化法回收 其中的金； 难浸金矿石需在氰化浸出前进行预处理。
四、难浸金矿石的微生物处理
一、造成难浸的原因：
1、机械包裹，微细金粒被包裹在矿石中； 2、化学包裹； 3、覆膜； 4、耗氰物质多等。
微生物在提取金方面的作用
1、生物浸出 2、溶液中金的生物富集 3、矿石表面化学性质的生物改性
对于酸不溶性的金属硫化物，其氧化反应为硫 代硫酸盐机理即微生物对矿物的间接作用。
对于酸溶性的金属硫化物其氧化反应为聚硫化 物机理，即微生物对矿物的直接作用。
1、直接作用：
原理： 细菌对矿石具有直接浸提作用
例：当硫杆菌属的细菌与含硫化矿物的矿石接触时，在细菌和 矿物之间具有特定的相互作用。包括两个阶段： • 细菌与矿物接触初期（1 h 左右），细菌利用静电相互 作用在矿物表面形成物理吸附。 • 随细菌与矿物接触时间的增加，在细菌与矿物之间形成 结合力更强的化学吸附，有可能伴随化学键的形成。
微生物冶金的机理
▪ 细菌直接作用浸矿
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。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。
细菌间接作用浸矿
细菌能把金属从矿石中溶浸出来是细菌生命活动中生成 代谢物的间接作用 ，例如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 。
质获得生命过程所需的能量，以二氧化碳为碳 源，以氨或铵盐为氮源。
氧化亚铁钩端螺旋菌
革兰氏阴性菌，螺旋状，严格好氧，严格无机化能 自养，可氧化铁和黄铁矿，但不能氧化硫
最适生长温度在30 ℃ 生长 pH1.5~4.0（嗜酸），最适生长pH 2.5~3.0
氧化硫硫杆菌
革兰氏阴性菌，杆状，严格好氧，严格无机化能自 养，可氧化还原态硫，但不能氧化铁和金属硫化矿
微生物湿法冶金
1. 背景、优点 2. 湿法冶金所用微生物 3. 微生物湿法冶金原理 4. 难浸金矿石的微生物处理 5. 微生物湿法冶金的机理 6. 微生物湿法冶金的发展状况与展望
1.生物冶金：某些微生物能有效地把金矿、铜矿、和铁 矿中的金属选择性地溶解，这一过程称为生物冶金， 或称为生物浸取。
运用微生物浸出金属已有百余年的历史，真正 在矿冶工业上使用湿法冶金是从铜的细菌浸出开始 的。20世纪80年代对难浸金矿石进行细菌预氧化的 工业实践大大推进了微生物技术的矿石中的应用。 微生物技术再低品位金属矿、难浸金矿、矿冶废料 处理等方面具有巨大潜力。
氧化亚铁硫杆菌附着在矿石颗粒上，与细胞膜有 关可催化氧化作用的酶破坏金属硫化物的晶格， 矿石的氧化可分两步进行，反应如下：
CuS+0.5O2+2H+ -- Cu2++SO+H2O SO+1.5O2+H2O -- H2SO4
2、间接作用
原理：通过细菌作用产生硫酸和硫酸铁，然后通过硫酸或 硫酸铁作为溶剂浸出矿石中的有用金属
最适生长温度在30 ℃ 生长 pH1.5~4.0（嗜酸），最适生长pH 2.5~3.0
影响浸出速率的因素：
pH值、温度、营养物浓度、三价铁离 子的浓度、矿石的粒度及表面积、浸渣、 表面活性剂、和有机溶剂、氧化还原电位 以及细菌对特定基质的适应性等因素都会 影响金属的浸出速度。
微生物对金属的转化作用：氧化作用、还 原作用、和甲基化作用
理。
有人认为，几十年后随着信息经济时代的结 束，人们将迎来生物经济时代，到21世纪中期， 生物应用技术将渗透到人们生活中的各个角落。 此话言之有理，看来今后生物技术不可避免地要 渗透到矿业并对它产生深远的影响。矿冶界不能 无视这一科技发展的大趋势，加强对微生物冶金 的研究开发与应用正是顺时而动的明智之举。
经过多年的研究和实践，1958年美国肯 尼亚州铜矿采用微生物浸铜获得成功，1966 年加拿大也采用微生物浸 出从铀矿中提取铀 。
之后利用微生物技术处理矿冶资源的研究异 常活跃，并取得了长足进步。 许多国家从几
十亿吨低品位矿石中回收了价值数百万英镑 的铜和铀。据统计，当今世界铜的总产量中 约有15%是利用微生物技术获得，而且还能 从金属硫化矿石中浸出锰、钴、锡、金、银、 铂、铬和钛等各种有用金属。
• 目前 ,世界矿产资源日渐贫杂 ,资源、 能 源、 环境问题越发引起人们重视 ,我国矿产 资源国家战略地位与日俱增。
•
随着矿物贫杂化和严重能源危机及环境
污染的加剧 ,传统的冶金技术面临巨大挑战 ,
寻求更为高效、 低能、 清洁的绿色资源利用
途径成为研究焦点。根据美国国家研究委员
会 2001年的研究报告,在未来20年,美国矿业
无机营养物
（氮、磷）
矿物
水
PH调节，强烈 曝气，冷却
储罐
H
一级曝气
二级曝气
废液 PH调 节及 处置
沉淀 提取金
微生物浸出含金矿石中金的典型流程图
GeoCoat技术用于难处理金矿堆浸预氧化(南非）
五、微生物湿法冶金的机理
1. 关于微生物促进矿物氧化机理，长期以来一直存 在着直接机理和间接机理
2. 金属硫化物的溶解是一个非常复杂的过程，因为 不同的金属硫化物有不同类型的晶体结构。研究发 现，不同的金属硫化物的氧化通过不同的中间产物 进行。此外不同的铁氧化细菌可能利用不同的氧化 方式。
下列几方面的原因将推动微生物湿法
冶金的进一步发展。
（1）生物工程技术的巨大进步； （2）全球性的矿产资源的贫化与复杂化； （3）人类社会对生态环境保护的要求愈来愈强烈
也愈来愈严格，需要建立经济增长与可持续 发展的良性互动。
❖ 微生物湿法冶金发展将有下列几大趋势:
（1）生物工程的进步与成就用到生物湿法 冶金上来，培育出性能更好，更能满足冶 金过程的需要的微生物，可能的方向有：
氧化亚铁硫杆菌和 铁氧化钩端螺旋菌 与矿物
表面的亲和力非常强，它们能迅速的附着到矿物 表面，氧化亚铁硫杆菌和 铁氧化钩端螺旋菌产生 的胞外多糖（EPS）对微生物附着到矿物表面起 非常重要的作用。
硫 化 物 矿
细 胞
细 胞
非接触浸出 三价铁离子进攻酸不 溶物
接触浸出 铁氧化微生物，改变pH、 三价铁浓度、EPS内的氧 化还原电位，可以提高反 应速率
基本原理与特点
细菌作用：
1、细菌接触作用：
CuS＋2O2 细菌 Cu2+＋SO42-
2、细菌间接氧化作用：
CuS ＋ Fe3+

Cu2+＋Fe2+ ＋
S0
Fe2+＋1/4O2＋H+ 细菌 Fe3+＋1/2H2O
2S0＋2H2O＋3O2 细菌
2H2SO4
基本原理与特点
❖ 流程短，装备简单，易操作 ❖ 投资与操作成本低 ❖ 无SO2等气体排放、废水循环利用 ❖ 适合处理低品位、含杂高以及偏远地区资源