浸礦微生物技術(shù)

1、 課程結(jié)業(yè)論文題 目 浸礦微生物技術(shù) 姓 名 李誠 所在學(xué)院 化工學(xué)院 專業(yè)班級 化學(xué)工程與工藝09級2班 學(xué) 號 2009301767 指導(dǎo)教師 張東晨 二一 1 年 4 月 28 日學(xué)年論文指導(dǎo)教師評閱意見學(xué)生姓名李誠專 業(yè)班 級化學(xué)工程與工藝學(xué)號200930176709級2班（論文）題目浸礦微生物技術(shù)指導(dǎo)教師張東晨教師職稱學(xué)年論文評語 評定成績： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日2浸礦微生物技術(shù)摘要：概述了將微生物技術(shù)應(yīng)用于礦業(yè)加工技術(shù)之中的原理，其中涉及到的菌種極其培養(yǎng)條件和各種石礦運(yùn)用這種技術(shù)進(jìn)行浸出的實(shí)例應(yīng)用關(guān)鍵詞：礦業(yè)、微生物、浸出大多數(shù)金屬硫化礦如黃銅礦、輝銅礦、黃鐵礦、黝銅礦、閃鋅

2、礦和某些金屬氧化礦如鈾礦、氧化錳礦難溶于稀硫酸等一般工業(yè)浸出劑。但人們可利用某些特殊微生物，在合適條件下將上述礦物中的金屬用稀硫酸浸出。 生物浸出的基本原理 生物浸出是利用微生物在生命活動中自身的氧化和還原特性，使資源中的有用成分氧化或還原，以水溶液中離子態(tài)或沉淀的形式與原物質(zhì)分離，或靠微生物的代謝產(chǎn)物與礦物作用，溶解提取礦物有用成分。 礦石（硫化礦 ）的生物浸出是水溶液中多相體系的一個復(fù)雜過程，它同時包含了化學(xué)氧化、生物氧化和電化學(xué)氧化反應(yīng)。一般認(rèn)為，在生物浸出過程中，微生物的作用表現(xiàn)在兩方面，即直接氧化作用和間接氧化作用。 1、微生物的直接氧化作用 直接氧化作用是指微生物與目的礦物直接接觸

3、，加速固體礦物被氧化成可溶性鹽的反應(yīng)過程，如許多金屬硫化礦物在浸礦微生物的直接氧化作用下會發(fā)生浸出反應(yīng)。 直接氧化作用中細(xì)菌的“催化”功能是通過酶催化溶解機(jī)制來完成的，細(xì)菌在酶解礦物晶格的過程中獲得生長所需的能量。 2、微生物的間接氧化作用 間接氧化作用是指通過微生物代謝產(chǎn)生的化學(xué)氧化劑溶解礦物的作用，如上述反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸亞鐵又可作為能源被細(xì)菌氧化為硫酸高鐵。 硫酸鐵是一種強(qiáng)氧化劑，可通過化學(xué)氧化作用溶解礦物。 間接氧化作用是細(xì)菌代謝產(chǎn)物的化學(xué)溶解作用，細(xì)菌在其中的作用是再生氧化劑硫酸高鐵，完成生物化學(xué)循環(huán)，細(xì)菌可不與礦物接觸。 在實(shí)際細(xì)菌浸出過程中，既有直接氧化作用，又有間接氧化作用，屬于一

4、種耦合作用。生物浸出應(yīng)用的菌種 用于生物浸出的微生物種類繁多，但主要可分為兩大類：化能無機(jī)自養(yǎng)型和化能有機(jī)異養(yǎng)型。化能無機(jī)自養(yǎng)型細(xì)菌主要用于有色金屬硫化物的氧化浸出，化能有機(jī)異養(yǎng)型中的真菌、藻類等主要用于從硅酸鹽和碳酸鹽礦物中提取金屬，如浸金。 已研究過用于生物浸出的微生物有20多種，分布于硫桿菌屬、鉤端螺菌屬、硫化桿菌屬、硫化葉菌屬、酸菌屬、生金球菌屬和硫球菌屬等。其中比較重要的有以下幾種： 1、硫桿菌屬 硫桿菌屬中最為重要的3個種為氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌和排硫硫桿菌。 （1）氧化亞鐵硫桿菌 該菌是最常用的一種浸礦工程菌，革蘭氏陰性、化能無機(jī)自養(yǎng)細(xì)菌?？垦趸r鐵離子和還原態(tài)硫獲得能源

5、。它棲居于含硫溫泉、硫和硫化礦礦床、煤、含金礦礦床及硫化礦礦床氧化帶中，能在上述礦的酸性礦坑水中存活。菌體呈短桿狀，細(xì)胞大小為直徑0.30.5um，長 1.01.7um，在pH1.06.0范圍內(nèi)生長良好，最適生長pH范圍為2.03.0，在240°下都能存活，但最適生長溫度為2835°。它可以氧化幾乎所有已知的硫化礦物（辰砂礦和輝鉍礦除外）、元素硫、其他還原性硫化合物及二價鐵。它氧化二價鐵的速率比在同樣條件下空氣中的氧的純化學(xué)氧化速率快200000倍，氧化黃鐵礦速率增加1000倍，氧化其他硫化物的速率可增加數(shù)十到數(shù)百倍。 （2）氧化硫硫桿菌 該菌常棲居于硫和硫化礦礦床，菌體呈

6、圓頭短桿狀，常以單個、雙個或短鏈狀存在，細(xì)胞大小為寬0.5um，長1.0um，最適生長pH范圍為2.02.5，最適生長溫度為2830°?？梢匝趸亓蚝土虻囊幌盗羞€原性化合物，不能氧化硫化物礦物。在菌體兩端各有一油滴，可將培養(yǎng)基中的硫溶人油滴之中再吸人體內(nèi)進(jìn)行氧化，可產(chǎn)生較多的酸，并有較強(qiáng)的耐酸性能。研究還發(fā)現(xiàn)該菌能耐80110V電壓，抗電流密度4A/dm3。 （3）排硫硫桿菌 它是硫桿菌中較常見的一種，在液體硫代硫酸鹽培養(yǎng)基上能生成小而圓的菌落。由于生成硫沉淀，菌落呈黃色。該菌通常只存活一星期左右，可將硫代硫酸鹽氧化成元素硫，又將元素硫氧化成硫酸。 2、端螺菌屬 包括一個中溫菌種氧

7、化亞鐵鉤端螺菌和一個中等嗜高溫菌種嗜熱氧化亞鐵鉤端螺菌。其特征是有螺旋狀端生鞭毛和黏液層，嚴(yán)格好氧，棲居于黃銅礦礦床礦堆等處，能氧化亞鐵離子、黃鐵礦和白鐵礦，不能氧化硫和硫的其他還原性化合物。最適生長pH為2.53.0，最適生長溫度為30°。 所有的鉤端螺菌屬菌種都是嚴(yán)格好氧微生物。它們專一性地通過氧化溶液中的亞鐵離子或礦物中的亞鐵離子來獲取能量。在浸礦系統(tǒng)中它們通常和氧化亞鐵硫桿菌協(xié)同作用。 3、硫化桿菌屬 該屬菌種的生理及生化特性都很相似 。它們的能量來源于亞鐵離子、硫磺及其他礦物，如硫鐵礦、黃銅礦、砷黃鐵礦、閃鋅礦、亞銻酸鹽、藍(lán)銅礦和輝銅礦等。培養(yǎng)基中加入0.01%0.2%的酵

8、母膏，則菌體生長會更好。該屬中所有種在混合營養(yǎng)（礦物質(zhì)加上酵母膏、某些糖類、氨基酸或一些更為復(fù)雜的有機(jī)底物）條件下，比只在谷胱甘肽或酪蛋白水解產(chǎn)物的環(huán)境中更能良好生長。 該屬菌均嚴(yán)格好氧且極度嗜酸，廣泛分布于自然界，桿狀、G-，主要集中在硫化礦物礦床及火山地帶，其中熱氧化硫化桿菌還可見于城市供熱管道的銹蝕處。 4、嗜酸嗜熱古生菌綱 在該類群中，一共有4個屬的菌可以氧化硫化物，它們分別為硫化葉菌屬、酸菌屬、生金球菌屬及硫球菌屬。該4屬菌均為好氧菌，極度嗜熱嗜酸，兼性無機(jī)化能自養(yǎng)菌。呈球形，直徑1.0um，細(xì)胞不具運(yùn)動性，不具有鞭毛。在硫化葉菌表面有類纖毛結(jié)構(gòu)，有助于細(xì)菌附著在礦粒表面。在自養(yǎng)條件

9、下能催化元素硫、二價鐵離子及硫化物礦物的氧化，在含0.01%0.02%酵母膏或其他有機(jī)物的混合培養(yǎng)條件下生長更快。熱酸硫化葉菌還可在厭氧條件下以Fe3+作電子受體氧化元素硫，其生長pH范圍為1.05.9，最適生長pH為2.03.0，生長溫度為 5580°，最適生長溫度為70°。該類群微生物主要分布于高溫硫磺泉中。生物浸出的基本原理 生物浸出是利用微生物在生命活動中自身的氧化和還原特性，使資源中的有用成分氧化或還原，以水溶液中離子態(tài)或沉淀的形式與原物質(zhì)分離，或靠微生物的代謝產(chǎn)物與礦物作用，溶解提取礦物有用成分。 礦石（硫化礦 ）的生物浸出是水溶液中多相體系的一個復(fù)雜過程，它同

10、時包含了化學(xué)氧化、生物氧化和電化學(xué)氧化反應(yīng)。一般認(rèn)為，在生物浸出過程中，微生物的作用表現(xiàn)在兩方面，即直接氧化作用和間接氧化作用。 1、微生物的直接氧化作用 直接氧化作用是指微生物與目的礦物直接接觸，加速固體礦物被氧化成可溶性鹽的反應(yīng)過程，如許多金屬硫化礦物在浸礦微生物的直接氧化作用下會發(fā)生浸出反應(yīng)。 直接氧化作用中細(xì)菌的“催化”功能是通過酶催化溶解機(jī)制來完成的，細(xì)菌在酶解礦物晶格的過程中獲得生長所需的能量。 2、微生物的間接氧化作用 間接氧化作用是指通過微生物代謝產(chǎn)生的化學(xué)氧化劑溶解礦物的作用，如上述反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸亞鐵又可作為能源被細(xì)菌氧化為硫酸高鐵。 硫酸鐵是一種強(qiáng)氧化劑，可通過化學(xué)氧化作用

11、溶解礦物。 間接氧化作用是細(xì)菌代謝產(chǎn)物的化學(xué)溶解作用，細(xì)菌在其中的作用是再生氧化劑硫酸高鐵，完成生物化學(xué)循環(huán)，細(xì)菌可不與礦物接觸。 在實(shí)際細(xì)菌浸出過程中，既有直接氧化作用，又有間接氧化作用，屬于一種耦合作用。微生物浸礦的應(yīng)用實(shí)踐 1、銅礦石的微生物浸出 細(xì)菌浸銅工藝分地面廢石堆浸和地下就地浸出。堆浸用于處理傳統(tǒng)選冶技術(shù)難以處理的低品位礦、廢礦、尾礦和表外礦，地下就地浸出用于品位高但無法采至地面的礦石。 黃銅礦是最主要的銅礦物，屬四方晶系礦物，其晶格能比常見硫化物高很多，故較難浸出。 目前大多采用萃取一電積技術(shù)從浸出液中提取銅，微生物浸銅技術(shù)的成功提高了生物冶金的競爭力。2、鈾礦石的微生物浸出

12、細(xì)菌浸鈾工藝主要采用地下就地浸出，其次還有堆浸和槽浸，其對象為低品位鈾礦石和地下不能采出的富鈾礦石。鈾的微生物浸出主要為間接氧化作用，在硫酸、硫酸高鐵或硫桿菌屬細(xì)菌存在下，不溶性四價鈾轉(zhuǎn)變成可溶性的六價鈾，F(xiàn)e2+是鈾礦氧化反應(yīng)的電子傳遞者.浸出得到含鈾溶液后用離子交換吸附或溶劑萃取的方法提取鈾。3、難處理金礦的生物氧化預(yù)處理 金礦資源中有1/3屬于用傳統(tǒng)氰化法難于提取的“難處理”金礦 。這類礦可分為3類： （1）含金硫化礦 金具有親硫和親鐵的雙重性質(zhì)，故常常與硫化礦物共生，黃鐵礦和砷黃鐵礦（毒砂）是常見的載金礦物。金常以固溶體或次顯微形態(tài)包裹在其中。直接氰化浸出時，包裹金無法與浸出劑直接接觸。 （2）碳質(zhì)金礦 金被碳質(zhì)物包裹或與碳質(zhì)物形成穩(wěn)定配合物，阻礙用傳統(tǒng)氰化法回收金。 （3）黏土型金礦 細(xì)菌氧化能破壞金的包裹體釋放出金，是難處理金礦預(yù)處理的有效手段。以