第十章生物冶金.ppt

生物冶金技术 目录 一、湿法冶金所用微生物 二、浸矿微生物的开发 三、微生物浸矿的影响因素 四、微生物浸矿工艺 五、适用于细菌法进行预氧化处理的矿石 六、微生物浸矿原理 七、影响微生物浸出的主要因素 八、工业应用现状及发展趋势 生物冶金背景 生物冶金： 是指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。 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在矿石中的应用。微生物技术在低品位金属矿、难浸金矿、矿冶废料处理等方面具有巨大潜力。 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。 国内外研究基本情况 国外在生物冶金方面的研究起步较早，目前许多国家已实现了铜矿、油矿、金矿等一系列矿种的微生物工业化浸出生产。此外，已有大量的现代生物学手段被引入工业化生产，对其中的金矿微 生物进行有效监控。如用免疫荧光标记技术来活体检测菌体的吸附过程，用蛋白质定量分析来确定菌体对矿石的吸附量等。 国内系统研究始于1959年。1972年开始有微生物湿法冶金技术应用于工业化生产（细菌浸出铜铀半生矿）。1977年完成高硫锰矿和锡矿的微生物浸出半工业化生产。1994年在陕西进行吨位黄铁矿类型贫瘠矿的细菌堆浸实验，金回收率提高58％（原矿含金量只有0.54g/吨）；1995年以后有更多的开发应用。 但跟国外比还有很大差距，如对浸矿微生物菌种没有监控，对菌种生理状态等也缺乏全面认识，不能很好指导浸矿。我国还 没有真正建立起一家细菌浸矿工厂。 生物冶金技术的前景 随着目前,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。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。 第一节 湿法冶金所用微生物 ? 与微生物冶金有关的菌类 ?基础理论研究 ? 微生物冶金的原理 微生物湿法冶金的分类 微生物浸出 微生物氧化 微生物吸附 微生物积累 微生物湿法冶金发展的历史进程 诞生期: 1947-1955 摇篮期: 1955-1985 觉醒期: 二十世纪九十年代 微生物湿法冶金产业化的进展 低品位铜矿与废石的细菌堆浸 1.与微生物冶金有关的菌类 硫杆菌属 包括至少14种，最重要的是氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌。硫杆菌属无机化能营养型，细胞为革兰氏阴性，棒状。直径0.3 ~0.8 μm ,长0.9~2.0 μm 。菌体通过单极生鞭毛进行运动，许多菌体表面还有粘液层。 钩端螺菌属 所有的钩端螺菌属菌都是严格好氧微生物，专一性地通过氧化溶液中的Fe3＋或矿物质中的Fe2＋来获取能量。 硫化杆菌属 能量来源是Fe2＋、硫磺和其它矿物。该属菌严格好氧且极度嗜酸。 嗜酸嗜热古生菌纲 该类群中，一共有四个属的菌（硫化叶菌属、酸菌属、生金球菌属及硫球菌属），均为好氧菌，极度嗜热嗜酸，球形，不具运动性，不具有鞭毛，兼性无机化能自养。 2.基础理论研究 发现了更多的适合于浸矿的菌种，特别是中等嗜热菌与高温菌； (详见下图) 常见浸矿微生物 球菌（coccus） 对浸矿细菌的性质进行了大量研究并开始深入到基因水平，测定了主要浸矿细菌DNA序列，对浸矿细菌进行了基因工程前期工作研究； 研究了浸矿细菌对阴阳离子的抗性，初步揭示了浸矿细菌对阴阳离子抗性的质粒编码机理，并进行了质粒基因重组的尝试。 细菌对离子的抗性机理有内在的（细菌的生理及遗传特性），有以下4个方面： ①通过改变膜转移系统，使有毒离子不能进入细胞内，也能将原先就存在于胞内的有毒离子泵出胞外； ② 通过特殊的金属离子络合剂在细胞内外将有毒离子固定（一般固定细胞壁上），使其不能进入细胞内； ③ 通过抗性基