第六章 微生物湿法冶金

生物湿法冶金的应用与发展摘要：随着资源的贫化、不易处理，生产经济成本以及对环境的影响，生物湿法冶金作为一种新型的冶金工艺已取得了长足的发展，并不断地在其产业化方面取得愈来愈多的成就。

本文主要阐述了生物湿法冶金的发展历史、浸出机理、生产应用、并分析了生物湿法冶金的优势与缺陷和生物湿法冶金未来发展趋势。

关键词：微生物浸出Abstract：With the resources, difficult to deal with it, the production cost and economic impact on the environment, biological hydrometallurgy as a new type of metallurgy process has made great progress, and continuously in the industrialization has more and more achievements. This article mainly expounds the biological hydrometallurgy development history, leaching mechanism, the production application, and analyzes the biological hydrometallurgy advantages and disadvantages and biological hydrometallurgy future development tendency.Keywords：microbial leaching生物湿法冶金是微生物学与湿法冶金学的交叉学科，是利用某些微生物或其代谢产物对某些矿物（主要为硫化矿物）和元素所具有的氧化、还原、溶解、吸收等作用，从矿石中将有价元素选择性浸出，制备高纯金属及其材料的新技术。

我国稀土资源丰富但分布较分散,有“北轻南重”的分布特点[1-3],主要类型有碳酸岩型、风化壳淋积型以及少量砂岩型、碱性花岗岩型[4]。

内蒙古白云鄂博稀土矿的稀土资源位居全国之首,且占全球稀土资源的32%[5-6]。

我国稀土矿开采方式比较粗放,长期过度开采给矿区周边的生态环境造成了严重破坏。

由于稀土浸出的方法不同,造成的环境污染形式及程度也不同,研究人员开发出了各种冶炼方法,其中包括微生物稀土冶金技术。

自然界中微生物无处不在,种类繁多,利用微生物方法获得金属元素具有投资少、易于管理与操作等优点。

科学家一直致力于研究微生物与金属元素之间的相关性,以期利用微生物获得更多的金属元素。

自然界中矿床的产生和移动与微生物存在千丝万缕的联系[7-8]。

澳大利亚某企业于一天然矿山中提取的细菌可以在高温含硫的强酸性条件下更高效地吸附可溶性金属元素。

用微生物法浸出稀土矿时,微生物会通过氧化作用使稀土元素氧化,将不溶于水的稀土元素变为可溶于水,从而利于提取。

MOWAFY[9]的研究表明,从单体砂石中提取稀土元素时,使用黑曲霉、土曲霉和拟青霉进行生物浸出的效率优于非生物浸出,并且产生的污染极低。

在同一背景下,与化学浸出相比,氧化葡萄糖杆菌对稀土元素的生物浸出具有更高的效率,由此看出微生物冶金技术相比传统的湿法冶金具有绿色、经济的特点。

随着经济的快速发展,人类对自然资源的需求量与日俱增,因资源开采而导致的环境污染问题日益严重。

基于此,微生物冶金技术在矿产资源开发中的应用受到了广泛关注,微生物法因其绿色、经济、高效的特点使其在未来的稀土开发中具有广阔的应用前景。

本文介绍了微生物冶金技术特点,总结了其分类,综述了该技术在稀土资源利用中的研究进展,并展望了未来的研究方向,以期为稀土资源的高效、绿色开发提供借鉴。

1 微生物冶金技术概述1.1 微生物冶金技术特点微生物冶金技术通常是指用含有微生物的溶液将有价金属元素从矿石中溶解出来并加以回收利用的方法,其实质是加速将矿物自然转化成氧化物的湿法冶金过程,与传统方法相比,其具有回收率更高的优势,特别适合处理低品位、复杂、难处理的矿产资源。

模型4（图7-6）:生成铁矾固体产物层, Fe3+扩散通 过此层到达未反应矿物界面
图7-6 模型4示意图
模型5:原电池反应
对不同矿物,或浸出的不同时期,各种机 理的作用不一。黄铁矿、黄铜矿以细菌直接 氧化作用为主,ZnS、NiS、CuS等以细菌间接 氧化为主。
三、生物浸矿热力学 在生物浸矿过程中,无论是细菌的直接作用或间
氧化铁硫杆菌氧化Fe2+为Fe3+的过程如下： Fe2+经过细胞壁膜进入外周胞质，在那里把电子给予含铜 蛋白质R(rusticyanin)，含铜蛋白质在pH为2.0的条件下稳定， 与Fe2+作用是电子的第一个受体，继而电子沿呼吸链传给细胞 质中的氧，氧的还原发生在细胞质膜的里侧
O2+4H++4e→2H2O 电子转移后所生成的Fe3+借助于与它形成螯合物的有机化合物 如蛋白质等渗出细胞壁。两个电子传给膜时产生120mV的电位， 而传输两个质子产生210mV, 合计产生330mV电位，确保ADP和 Pi合成一个腺苷三磷酸分子，以取得能量。
（5）在细菌存在时,各种硫化物氧化时,硫的最终产物 为SO42-,HSO4-
（6）硫化物和Fe2+氧化时均释放能量,释放的能量为：
ΔG=-nFΔφ=-23×4.184Δφ(kJ/mol)
释放的能量用于细菌合成ATP。合成1mol ATP需提供 33.472kJ的能量。
ห้องสมุดไป่ตู้
四、生物浸矿过程的动力学
生物浸矿过程非常复杂,涉及微生物生长、物质输 送、生化反应、化学反应、电化学反应等过程. （1）气体溶解与传输
可见随B增大而增大,足够大时可接近1,吸附一般不 会成为整个过程的速率控制步骤,但当B很低时还有可能.

湿法冶金工艺流程湿法冶金工艺流程是一种常用的冶金工艺，主要用于提取和精炼金属。

以下是一个典型的湿法冶金工艺流程的简要描述。

首先，在湿法冶金工艺中，首先需要选矿。

选矿的目的是从原矿中分离出目标金属并去除无关的杂质。

这一步骤通常通过矿石研磨和浮选来实现。

研磨将矿石颗粒细化，以便更好地与分离剂相互作用。

浮选过程中，则是将矿石和分离剂混合，使目标金属的颗粒被吸附在泡沫上，从而分离出来。

然后，分离出的目标金属精矿需要经过浸出处理。

浸出是将金属从矿石中溶解出来的过程。

这一步骤通常使用化学溶剂，如含氯化物的溶液。

溶剂与精矿接触，以便溶解金属成分。

随后，通过搅拌和过滤等方式，将溶剂中的金属分离出来。

接下来，通过沉淀和氧化，将金属溶液中的杂质去除。

沉淀是将金属盐溶液中的杂质沉淀成固体颗粒，然后通过过滤或离心等方式分离。

氧化则是将金属溶液中的杂质氧化成不溶于溶液的化合物，然后通过过滤或沉淀等方式分离。

然后，通过还原和电解，将纯净的金属从溶液中析出。

还原是指将金属溶液中的金属阳离子还原成金属原子的过程。

这一步骤通常使用还原剂，如氢气或焦炭等。

电解则是利用电解质溶液中的电解作用，将金属阳离子在电极上合成金属原子，并沉积在电极上。

最后，经过上述步骤处理后得到的金属需要进行精炼。

精炼是将金属中的杂质去除，以获得高纯度的金属。

这个过程中通常使用真空蒸馏、电渣重熔等方法来实现。

真空蒸馏通过在低压环境下蒸发杂质，以获得高纯度的金属。

电渣重熔则是将金属材料与电渣混合，通过电流加热使杂质溶解在电渣中，从而获得高纯度的金属。

总的来说，湿法冶金工艺流程是一种通过选矿、浸出、分离、还原、电解和精炼等步骤，从原矿中提取和精炼金属的方法。

这个流程可以适用于不同种类的金属，在冶金产业中有着广泛的应用。