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第五章微生物冶金,第一节概述,生物冶金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。,公元11世纪，我国史书记载有“胆水浸铜”，可见古人很早就会利用生物冶金技术。“胆水浸铜法”，是指把铁放在胆矾（硫酸铜的古称，又称石胆）水中浸泡，胆矾水与铁发生化学反应，水中的铜离子被铁置换而成为单质铜沉积下来的一种产铜方法。制法起源于祯州（今广东省惠州市），是世界上最早使用湿水冶金术。祯州（惠州当时称为祯州）在五代时期所产的锡器驰名全国。,一、微生物湿法冶金的发展,1958年美国用细菌在铜矿中浸出了金属铜，之后有20多个国家的学者开展了微生物冶金工业的应用的研究。1966年加拿大细菌浸出铀的研究和工业应用获得成功，使得应用微生物技术在低品位金属矿、难浸金矿、矿冶废料、矿冶废料处理等方面的应用呈现较好的前景。已经实现了铜矿、铀矿、金矿等一系列矿种的微生物浸出生产。南非、加拿大、美国、英国先后有工厂投入生产应用。,生物冶金细菌学研究进展,,几种浸矿细菌SEM照片,aAcidithiobacillusferrooxidans；bAcidithiobacilluscaldus；cAcidithiobacillusalbertensis；dLeptospirillumferrophilium；eAcidiphiliumspp.,最初是由Colmer与Hinkel，分离得到了氧化亚铁硫杆菌（T.f），拉开了生物冶金细菌学的研究。现在已经发现Acidithiobacillusferrooxidans、Leptospirillumferrooxidans和Acidiphiliumspp等几十个种属普遍存在于浸矿废水中的。,嗜酸氧化亚铁硫杆菌是目前生物冶金最有应用价值的一个种。属革兰氏阴性，化能自养菌，好氧嗜酸，主要生长在pH1-3的环境中。,到80年代，对难浸出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冶金的应用。在加拿大、俄罗斯、印度等国，广泛使用细菌法溶浸铀矿。可以从低品位铀矿石（0.01－0.05U3O8中回收铀、而其成本仅为其它方法的一半。用细菌法溶浸镍矿石，只需5-15天，可浸出镍80－90，而无菌溶镍的提取率仅为9.5－12在微生物湿法冶金领域，大量的现代生物技术也相继引入并被应用，如采用免疫荧光标记技术可以进行活体检测菌体对矿石的吸附过程，用蛋白质定量分析方法来确定菌体对矿石的吸附量等。,我国现有有色金属资源的70都是低品位多金属复杂矿，目前传统技术难以经济利用。,中国工程院2002年咨询报告矿产资源可持续供应问题及对策研究,难处理资源量/万吨金属,目前实际可利用资源储量/万吨金属,,,,国家中长期科学技术发展规划战略研究指出“我国矿产资源紧缺,形势严重”“富矿多数已开发利用,已面临无好矿可建的局面”,,20世纪70年代初，在湖南711铀矿进行了处理量为700t贫铀矿石的细菌堆浸扩大试验。核工业北京化工冶金研究院在抚州铀矿厂进行半工业细菌堆浸试验回收铀1142.14kg1997年5月,德兴铜矿采用细菌堆浸技术处理含铜0.09～0.25的废石,建成了生产能力2000t/a的湿法铜厂,二、基本概念堆积沥滤液体从碎矿石中渗透从而将矿石中的金属溶解。露天开采从表面进行开采（类似于采石场的操作）的矿藏。熔炼将矿石在一个巨大的将有焦炭的熔炉内经过加热而分离金属尾物地下矿物经过清洗、浓缩或者其它的处理而产生的垃圾，该名词也指含有有价值的金属或矿物的矿层周围的碎石,三、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。,四、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，耐酸在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）矿业微生物重要应用它们主要用于浸出硫化物从溶液中吸附或积累金属（2）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540℃，最适生长温度在2835℃生长pH1.26.0（嗜酸），最适生长pH2.52.8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pH1.54.0（嗜酸），最适生长pH2.53.0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最适生长温度在30℃生长pH1.54.0（嗜酸），最适生长pH2.53.0,2、浸矿用微生物的采集两种途径获得微生物保存单位购买直接从要处理矿石的周围环境中分离浸矿微生物可能存在的地点有以下几个地方矿山、矿堆或尾矿中流淌出来的酸性水矿石本身热泉水样或矿浆,3、浸矿微生物的培养和驯化培养条件的选择富集培养基扩大菌体数量进入驯化阶段常用富集培养基9K、Leathen、Waksman所有的培养器皿都不必灭菌。驯化培养浸矿微生物的驯化是利用微生物对生活环境的部分改变具有一定的适应能力，通过逐渐改变微生物的生活环境，来培养它们对实际浸矿石样品的适应性。注环境条件要逐渐改变，不能一次到位,4、浸矿微生物的菌种保藏长期保存菌种，使微生物的代谢处于最不活跃的状态，方法有斜面低温保藏法，液体石碏油保藏法，沙土管保藏法，冷冻干燥法等。一般来说沙土保藏法对于保藏菌体孢子最为有效，冷冻干燥法的适用范围更广，尤其保藏营养细胞，不仅有效，且保藏时间更长。,5、浸矿微生物生长过程的监测测量生长量的方法细胞体积的测定称量菌液离心后菌体的湿重或干重比浊法含氮量的测定DNA含量测定生理指标测定法,定细胞数的方法直接计数法平板菌落计数法液体稀释法生长曲线的测定,6、浸矿微生物活性测定该值表示细菌在单位时间内氧化目的矿物的量亚铁离子的氧化速率CO2固定速率（吸收速率）氧的消耗速率目的矿物的氧化速率等。,
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