浸矿微生物技术

1课程结业论文题目浸矿微生物技术姓名李诚所在学院化工学院专业班级化学工程与工艺09级2班学号2009301767指导教师张东晨二〇一1年4月28日2学年论文指导教师评阅意见学生姓名李诚专业班级化学工程与工艺学号200930176709级2班（论文）题目浸矿微生物技术指导教师张东晨教师职称学年论文评语评定成绩：指导教师签名：年月日浸矿微生物技术摘要：概述了将微生物技术应用于矿业加工技术之中的原理，其中涉及到的菌种极其培养条件和各种石矿运用这种技术进行浸出的实例应用关键词：矿业、微生物、浸出大多数金属硫化矿如黄铜矿、辉铜矿、黄铁矿、黝铜矿、闪锌矿和某些金属氧化矿如铀矿、氧化锰矿难溶于稀硫酸等一般工业浸出剂。但人们可利用某些特殊微生物，在合适条件下将上述矿物中的金属用稀硫酸浸出。生物浸出的基本原理生物浸出是利用微生物在生命活动中自身的氧化和还原特性，使资源中的有用成分氧化或还原，以水溶液中离子态或沉淀的形式与原物质分离，或靠微生物的代谢产物与矿物作用，溶解提取矿物有用成分。矿石（硫化矿）的生物浸出是水溶液中多相体系的一个复杂过程，它同时包含了化学氧化、生物氧化和电化学氧化反应。一般认为，在生物浸出过程中，微生物的作用表现在两方面，即直接氧化作用和间接氧化作用。1、微生物的直接氧化作用直接氧化作用是指微生物与目的矿物直接接触，加速固体矿物被氧化成可溶性盐的反应过程，如许多金属硫化矿物在浸矿微生物的直接氧化作用下会发生浸出反应。直接氧化作用中细菌的“催化”功能是通过酶催化溶解机制来完成的，细菌在酶解矿物晶格的过程中获得生长所需的能量。2、微生物的间接氧化作用间接氧化作用是指通过微生物代谢产生的化学氧化剂溶解矿物的作用，如上述反应产生的硫酸亚铁又可作为能源被细菌氧化为硫酸高铁。硫酸铁是一种强氧化剂，可通过化学氧化作用溶解矿物。间接氧化作用是细菌代谢产物的化学溶解作用，细菌在其中的作用是再生氧化剂———硫酸高铁，完成生物化学循环，细菌可不与矿物接触。在实际细菌浸出过程中，既有直接氧化作用，又有间接氧化作用，属于一种耦合作用。生物浸出应用的菌种用于生物浸出的微生物种类繁多，但主要可分为两大类：化能无机自养型和化能有机异养型。化能无机自养型细菌主要用于有色金属硫化物的氧化浸出，化能有机异养型中的真菌、藻类等主要用于从硅酸盐和碳酸盐矿物中提取金属，如浸金。已研究过用于生物浸出的微生物有20多种，分布于硫杆菌属、钩端螺菌属、硫化杆菌属、硫化叶菌属、酸菌属、生金球菌属和硫球菌属等。其中比较重要的有以下几种：1、硫杆菌属硫杆菌属中最为重要的3个种为氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和排硫硫杆菌。（1）氧化亚铁硫杆菌该菌是最常用的一种浸矿工程菌，革兰氏阴性、化能无机自养细菌。靠氧化二价铁离子和还原态硫获得能源。它栖居于含硫温泉、硫和硫化矿矿床、煤、含金矿矿床及硫化矿矿床氧化带中，能在上述矿的酸性矿坑水中存活。菌体呈短杆状，细胞大小为直径0.3—0.5um，长1.0—1.7um，在pH1.0—6.0范围内生长良好，最适生长pH范围为2.0—3.0，在2—40°下都能存活，但最适生长温度为28—35°。它可以氧化几乎所有已知的硫化矿物（辰砂矿和辉铋矿除外）、元素硫、其他还原性硫化合物及二价铁。它氧化二价铁的速率比在同样条件下空气中的氧的纯化学氧化速率快200000倍，氧化黄铁矿速率增加1000倍，氧化其他硫化物的速率可增加数十到数百倍。（2）氧化硫硫杆菌该菌常栖居于硫和硫化矿矿床，菌体呈圆头短杆状，常以单个、双个或短链状存在，细胞大小为宽0.5um，长1.0um，最适生长pH范围为2.0—2.5，最适生长温度为28—30°。可以氧化元素硫和硫的一系列还原性化合物，不能氧化硫化物矿物。在菌体两端各有一油滴，可将培养基中的硫溶人油滴之中再吸人体内进行氧化，可产生较多的酸，并有较强的耐酸性能。研究还发现该菌能耐80—110V电压，抗电流密度4A/dm3。（3）排硫硫杆菌它是硫杆菌中较常见的一种，在液体硫代硫酸盐培养基上能生成小而圆的菌落。由于生成硫沉淀，菌落呈黄色。该菌通常只存活一星期左右，可将硫代硫酸盐氧化成元素硫，又将元素硫氧化成硫酸。2、端螺菌属包括一个中温菌种氧化亚铁钩端螺菌和一个中等嗜高温菌种嗜热氧化亚铁钩端螺菌。其特征是有螺旋状端生鞭毛和黏液层，严格好氧，栖居于黄铜矿矿床矿堆等处，能氧化亚铁离子、黄铁矿和白铁矿，不能氧化硫和硫的其他还原性化合物。最适生长pH为2.5—3.0，最适生长温度为30°。所有的钩端螺菌属菌种都是严格好氧微生物。它们专一性地通过氧化溶液中的亚铁离子或矿物中的亚铁离子来获取能量。在浸矿系统中它们通常和氧化亚铁硫杆菌协同作用。3、硫化杆菌属该属菌种的生理及生化特性都很相似。它们的能量来源于亚铁离子、硫磺及其他矿物，如硫铁矿、黄铜矿、砷黄铁矿、闪锌矿、亚锑酸盐、蓝铜矿和辉铜矿等。培养基中加入0.01%—0.2%的酵母膏，则菌体生长会更好。该属中所有种在混合营养（矿物质加上酵母膏、某些糖类、氨基酸或一些更为复杂的有机底物）条件下，比只在谷胱甘肽或酪蛋白水解产物的环境中更能良好生长。该属菌均严格好氧且极度嗜酸，广泛分布于自然界，杆状、G-，主要集中在硫化矿物矿床及火山地带，其中热氧化硫化杆菌还可见于城市供热管道的锈蚀处。4、嗜酸嗜热古生菌纲在该类群中，一共有4个属的菌可以氧化硫化物，它们分别为硫化叶菌属、酸菌属、生金球菌属及硫球菌属。该4属菌均为好氧菌，极度嗜热嗜酸，兼性无机化能自养菌。呈球形，直径1.0um，细胞不具运动性，不具有鞭毛。在硫化叶菌表面有类纤毛结构，有助于细菌附着在矿粒表面。在自养条件下能催化元素硫、二价铁离子及硫化物矿物的氧化，在含0.01%—0.02%酵母膏或其他有机物的混合培养条件下生长更快。热酸硫化叶菌还可在厌氧条件下以Fe3+作电子受体氧化元素硫，其生长pH范围为1.0—5.9，最适生长pH为2.0—3.0，生长温度为55—80°，最适生长温度为70°。该类群微生物主要分布于高温硫磺泉中。生物浸出的基本原理生物浸出是利用微生物在生命活动中自身的氧化和还原特性，使资源中的有用成分氧化或还原，以水溶液中离子态或沉淀的形式与原物质分离，或靠微生物的代谢产物与矿物作用，溶解提取矿物有用成分。矿石（硫化矿）的生物浸出是水溶液中多相体系的一个复杂过程，它同时包含了化学氧化、生物氧化和电化学氧化反应。一般认为，在生物浸出过程中，微生物的作用表现在两方面，即直接氧化作用和间接氧化作用。1、微生物的直接氧化作用直接氧化作用是指微生物与目的矿物直接接触，加速固体矿物被氧化成可溶性盐的反应过程，如许多金属硫化矿物在浸矿微生物的直接氧化作用下会发生浸出反应。直接氧化作用中细菌的“催化”功能是通过酶催化溶解机制来完成的，细菌在酶解矿物晶格的过程中获得生长所需的能量。2、微生物的间接氧化作用间接氧化作用是指通过微生物代谢产生的化学氧化剂溶解矿物的作用，如上述反应产生的硫酸亚铁又可作为能源被细菌氧化为硫酸高铁。硫酸铁是一种强氧化剂，可通过化学氧化作用溶解矿物。间接氧化作用是细菌代谢产物的化学溶解作用，细菌在其中的作用是再生氧化剂———硫酸高铁，完成生物化学循环，细菌可不与矿物接触。在实际细菌浸出过程中，既有直接氧化作用，又有间接氧化作用，属于一种耦合作用。微生物浸矿的应用实践1、铜矿石的微生物浸出细菌浸铜工艺分地面废石堆浸和地下就地浸出。堆浸用于处理传统选冶技术难以处理的低品位矿、废矿、尾矿和表外矿，地下就地浸出用于品位高但无法采至地面的矿石。黄铜矿是最主要的铜矿物，属四方晶系矿物，其晶格能比常见硫化物高很多，故较难浸出。目前大多采用萃取一电积技术从浸出液中提取铜，微生物浸铜技术的成功提高了生物冶金的竞争力。2、铀矿石的微生物浸出细菌浸铀工艺主要采用地下就地浸出，其次还有堆浸和槽浸，其对象为低品位铀矿石和地下不能采出的富铀矿石。铀的微生物浸出主要为间接氧化作用，在硫酸、硫酸高铁或硫杆菌属细菌存在下，不溶性四价铀转变成可溶性的六价铀，Fe2+是铀矿氧化反应的电子传递者.浸出得到含铀溶液后用离子交换吸附或溶剂萃取的方法提取铀。3、难处理金矿的生物氧化预处理金矿资源中有1/3属于用传统氰化法难于提取的“难处理”金矿。这类矿可分为3类：（1）含金硫化矿金具有亲硫和亲铁的双重性质，故常常与硫化矿物共生，黄铁矿和砷黄铁矿（毒砂）是常见的载金矿物。金常以固溶体或次显微形态包裹在其中。直接氰化浸出时，包裹金无法与浸出剂直接接触。（2）碳质金矿金被碳质物包裹或与碳质物形成稳定配合物，阻碍用传统氰化法回收金。（3）黏土型金矿细菌氧化能破坏金的包裹体释放出金，是难处理金矿预处理的有效手段。以含金砷黄铁矿的细菌氧化预处理为例，常用菌种为硫杆菌属，采用槽浸工艺。溶于浸出液中的三价砷比五价砷毒性要大，故处理含砷矿石的工艺流程须考虑以生态环境可以接受的形式排放固态或液态的含砷废物。对浸出液中砷的稳定存在形式目前尚存不同观点，表明微生物氧化预处理含砷金矿的原理还有待进一步研究。参考文献1、矿物加工机械振动学生物浸出——浸矿微生物22、微生物浸矿的理论与实践3、资源微生物技术