硫化物生物浸出过程中木质纤维素的应用现状.pdf

2 0 2 0 年第1 0 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n d o i I o ．3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 0 ．1 0 ．0 0 2 硫化物生物浸出过程中木质纤维素的应用现状 李佳峰，杨洪英，佟琳琳 东北大学，沈阳1 1 0 8 1 9 摘要生物浸出技术具有成本低、无污染、要求简单的特点，已被成功应用于很多金属硫化矿物的回收。 但生物浸出速度慢、浸出率低的问题一直存在，特别是对黄铜矿。木质纤维素作为一种廉价的可再生 资源，可以加速生物浸出过程。对木质纤维素在生物浸出中的应用研究进行回顾，讨论木质纤维素的 硫酸水解问题，对比分析添加木质纤维素对生物浸出效率、矿物、O R P 、p H 、F e 3 ／F e 2 、微生物群落等 的综合影响。总结了木质纤维素促进生物浸出的机理，并讨论氰渣处理和砷固定方向的相关研究和 发展趋势。 关键词生物技术；浸铜；硫化物；木质纤维素；氰渣；砷固定；水解；生物群落 中图分类号T F l 8文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 0 1 0 0 0 0 5 0 9 A p p l i c a t i o nS t a t u so fL i g n o c e l l u l o s ei nS u l f i d eB i o I e a c h i n g L IJ i a - f e n g ，Y A N GH o n g - y i n g ，T O N GL i n 一“n N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 8 1 9 ，C h i n a A b s t r a c t B i o l e a c h i n gt e c h n o I o g y i ss u c c e s s f u l l yu s e dt or e c o v e rm a n ym e t a ls u l f i d e sb a s e do ni t s c h a r a c t e r i s t i c so fl o wc o s t ， p o l l u t i o n f r e e ， a n ds i m p l er e q u i r e m e n t s ．H o w e v e r ， t h ep r o b l e m so fs l o w b i o l e a c h i n gs p e e da n d l o wl e a c h i n ge x t e n ta l w a y se x i s t ，e s p e c i a U yf o rc h a l c o p y r i t e ．L i g n o c e l l u l o s e ， a n i n e x p e n s i v er e n e w a b l er e s o u r c e ， c a na c c e l e r a t eb i o l e a c h i n gp r o c e s s ．A p p l i c a t i o nr e s e a r c ho f1 ．g n o c e l l u l o s e i nb i o l e a c h i n ga n ds u l f u r i ca c i d h y d r o l y s i so fl i g n o c e l l u l o s e sw e r er e v i e w e d ．C o m p r e h e n s i V ee f f e c t s o f l i g n o c e l l u l o s eo nb i o l e a c h i n ge f f i c i e n c y ， m i n e r a l s ，O R P ， p H ，F e 3 ，F e 2 ， a n dm i c r o b i a lc o m m u n i t yw e r e a n a l y z e d ．M e c h a n i s mo fl i g n o c e l l u l o s ep r o m o t i n gb i o l e a c h i n gi s s u m m a r i z e d ， a n dr e l a t e dr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n tt r e n d so fc y a n i d er e s i d u et r e a t m e n ta n da r s e n i cf i x a t i o na r ed i s c u s s e dt op r o v i d er e f e r e n c ef o r r e l a t e dr e s e a r c h ． K e yw o r d s b i o t e c h n o l o g y ；c o p p e rl e a c h i n g ； s u l f i d e ； l i g n o c e l l u l o s e ； c y a n i d er e s i d u e ； a r s e n i ci m m o b i l i z a t i o n ； h y d r o l y s i s ； m i c r o b i a lc o m m u n i t y 生物浸出是利用微生物的催化作用显著加速矿 石分解，对金属进行回收的一种工艺技术‘。与传 统的焙烧、加压浸出工艺相比，生物浸出具有要求简 单、成本低、无污染的特点，所以该技术适宜处理低 品位矿石、尾矿等，特别是硫化铜矿和难浸金矿‘2 。4 3 。 在很多国家都有商业应用睁8 | 。但生物浸出存在效 率低、周期长等问题‘⋯。有研究表明，添加木质纤维 素能够加速生物浸出过程‘1 0 1 1 | 。 木质纤维素是一种可再生资源，是植物细胞壁 的主要结构成分。农业生产废弃物如作物秸秆、麸 收稿日期2 0 2 0 一0 6 3 0 基金项目国家重点研发计划项目 2 0 1 8 Y F C l 9 0 2 0 0 2 ；国家自然科学基金资助项目 U 1 6 0 8 2 5 4 作者简介李佳峰 1 9 9 2 一 ，男，河南商丘人，博士研究生；通信作者杨洪英 1 9 6 0 一 ，女，河北邢台人，教授，博士生导师 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第1 0 期 皮、谷壳、草类、蔗渣等都含有大量纤维素[ 1 “1 2 ] 。中 国是一个农业大国，木质纤维素资源极其丰富，特别 是稻壳，每年产量约21 0 0 万t ，占中国农作物残留 总量的4 7 ％[ 13 | 。但秸秆露天燃烧屡禁不止，浪费资 源的同时造成空气污染。合理利用木质纤维素类生 物质能既符合我国国情，又符合可持续发展战 略[ 1 廿1 5 ] 。木质纤维素可以被酸或酶水解成低分子 量的碳水化合物，最后变成单糖[ 16 | 。近年来，有学 者将木质纤维素加人到生物浸出体系中，意在加速 生物浸出过程，缩短生物浸出周期。本文对木质纤 维素在生物浸出中的作用机制进行总结。 1 木质纤维素硫酸预处理 按干重计算，大多数植物含有大约4 5 ％～5 0 ％ 的纤维素[ 1 4 ‘17 删。纤维素是由伊D 吡喃型葡萄糖基 失水葡萄糖 组成的线形高分子 图1 ，简单分子 式为 C 。H ，。0 。 。[ 1 1 。1 2 ’19 。2 州。纤维素分子中葡萄糖的 单位数称为聚合度，木质纤维素的平均聚合度根据 所用的测定方法从大约5 0 到大约6 0 0 [ 17 | 。 图l纤维素线形高分子结构 F i g ．1 L i n e a rp o l y m e rs t r u c t u r eo fc e u I o s e 大多数含纤维素作物，如稻壳，其结构复杂且难 以降解，需要在利用前对其进行预处理，使其分解为 相应的单糖，以便微生物利用[ 1 3 ’16 1 。1 8 1 9 年，法国 化学家B r a c o n n o t 首次发现浓酸可以将纤维素转化 为糖心1 | ，水解过程为纤维素一质子化中间体一低 聚糖一葡萄糖。在水解反应后期，通过稀释反应液 并提高反应温度，可使低聚糖完全水解以获得较高 产率[ 14 | 。有研究表明，球磨会降低纤维素的结晶度 和粒度，从而进一步提高纤维素转化率[ 22 | 。与浓酸 水解不同，半纤维素和纤维素经稀酸水解转化为糖 的同时，所得糖还会进一步反应生成副产品，水解过 程为纤维素一葡萄糖一分解产物，因此稀酸水解糖 产率较低[ 14 ’2 3 。2 州。 在酸性条件下，纤维素由长链分子向短链分 子转变，直到氧桥完全断裂，最终导致葡萄糖或其 它分解产物的形成[ 1 1 ’1 3 ’19 I 。生物浸出中，一般用 硫酸调节溶液p H ，它可以直接将木质纤维素水解 产生单糖 式1 ，表1 是一些硫酸水解纤维素的 实例。 C 6H 1 0 0 5 。 ， H 2 S 0 4 _ C 6H l2 0 6 行H 2 0 1 酸浓度和加热时间是影响葡萄糖产率的两个主 要因素[ 16 | 。张毅民等[ 1 4 ] 总结了稀酸和浓酸水解木 质纤维素的优缺点。目前，木质纤维素应用于生物 浸出时，一般用浓硫酸进行水解预处理先将原料切 碎或细磨，然后与5 0 ％浓硫酸充分混合，固液比 1 0 ％～5 0 ％，在3 0 ～5 0 ℃下搅拌3 0m i n [ ”] 。 表l木质纤维素硫酸水解实例 T a b l el H y d r o l y s i se x a n l p l e so fl i g n o c e u l O s eb ys u l f u r i ca c i d 万方数据 2 0 2 0 年第1 0 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 2 木质纤维素在生物浸出中的作用 研究 2 ．1 矿石浸出效果变化 2 ．1 ．1 金属浸出率 黄铜矿 C u F e S 和辉铜矿 C u S 是各类硫化 铜中最丰富的含铜矿物，约占当今全球铜储量的 8 0 ％[ 1 引。由于黄铜矿独特的晶体结构和生物浸出 过程中钝化层的形成，其生物浸出率很低[ 2 8 。30 I 。所 以，加快黄铜矿生物浸出速度并提高其浸出率显得 尤为重要。很多添加剂被用来提高黄铜矿的生物浸 出效率，如活性炭、A g 、N a C l 等，但这些添加剂并 不经济‘1 0 。1 1 Ⅲ3 。 目前，木质纤维素已被很多学者用来作为生物 浸出的催化剂，用于缩短浸出时间，提高浸出周期。 相关研究主要集中于硫化铜矿，特别是黄铜矿。表 2 总结了木质纤维素促进生物浸出的研究实例。可 以看出，适当浓度的木质纤维素对生物浸出有很强 的催化作用，最佳的木质纤维素添加量为1 ～4g ／L ， 添加过多的木质纤维素反而会降低生物浸出效率。 与不添加木质纤维素的生物浸出相比，C u 浸出率最 大可以提高约3 8 ％[ 13 I 。 表2 木质纤维素在生物浸出中的作用研究实例 T a b I e2R e s e a r c he x a m p l eo fl i g n o c e l l u I o s ei nb i o l e a c h i n g 2 ．1 ．2矿物学 在生物浸出过程中，微生物会附着在矿石表面， 通过生化反应不断氧化分解硫化物 式2 ，将有价 金属浸出到溶液中进行回收。硫化矿物的分解会导 致矿石表面形态的改变，出现裂缝和侵蚀孔 隙[ 32 。3 4 ] 。添加适当浓度的木质纤维素会使侵蚀现 象更加明显，一些研究用S E M 分析证明了这一点。 在这些研究中，矿石在未接种微生物和未添加木质 纤维素条件下始终呈现光滑、清晰且紧凑的表面形 貌，而接种微生物的矿石表面可见大量裂缝和侵蚀 孔隙，这种情况在添加合适浓度木质纤维素的试验 中更加明显，而过大的木质纤维素浓度反而减弱了 这一现象∞1 I 。 M s 4 F e s o ， 2 H ， 』坚M 2 4 F e z S O i 一 4 H 2 M S 表示F e s 2 、c u F e S 2 、C u 2 S 、z n S 、P b S 等金属 硫化矿物。 木质纤维素还会对生物浸出产物产生影响。限 制生物浸出进一步发展的一个问题是钝化层的生成 式3 ，特别是黄铜矿，钝化层的存在阻碍了生化过 程电子转移，从而降低了金属回收率口5 I 。有研究表 明，添加木质纤维素会减少钝化物 铁矾 的生成。 S A J J A D 等口采用红外光谱技术对矿物进行表征， 与单纯的生物浸出相比，添加木质纤维素后的矿石 红外光谱出现了较强的波峰变化，分析显示峰型的 变化主要归因于矿石表面黄钾铁矾的减少。 P A N D A 等[ 1 1 ] 采用X R D 、红外光谱和拉曼技术得到 了同样的结果。 X 3 F e 抖 2 S O ；一 6 H ， 一6 H X F e 。 S O 。 2 H 6 3 X 代表K 、N H 。 等阳离子。 2 ．2 溶液参数变化 2 ．2 ．1F e 3 十／F e 2 和O R P 纤维素水解生成的还原糖会将F e 抖还原为 F e 2 式4 ，且随着木质纤维素用量的增加，F e 2 浓 度也随之增加[ 1 1 ’3 1 ’36 I 。相比于单纯的生物浸出，添 加4g ／L 粉状木质纤维素的试验组F e 3 降低了 3 5 ％口3 1 。另一项研究用穆斯堡尔谱技术证实了 F e 2 的增加[ 3 1 | 。这种转变也间接证实了铁矾产量 的减少，因为它降低了F e 3 的浓度。 C 6H ，Q 2 4 F e 3 1 2 H 2O 一2 4 F e 2 3 0 H 6 H C i 4 在生物浸出体系中，F e ”／F e 2 的值决定了 O R P 值的大小。由于纤维素促进F e 3 向F e 2 的转 变，O R P 值会随之降低。在一项硫化铜矿石的生物 浸出研究中，添加4g ／L 稻壳的试验组比单纯的生 物浸出试验组 R P 低了约8 0m V [ 13 。。在S A J J A D 等[ 3 1 ] 的研究中，与og ／L 6 7 2m V 的生物浸出相 比，添加4g ／L 6 1 9m V 竹屑的试验组菌液的O R P 值低了5 3m V 。 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第1 0 期 2 ．2 ．2 p H 在生物浸出过程中，p H 一般先短暂上升后下 降，这是由生化反应决定的[ 1 3 ’3 川1 碳酸盐等脉石 矿物溶解耗酸，p H 上升；2 F e 2 生物氧化消耗质 子，p H 上升[ 3 1 1 ；3 硫化矿物生物氧化 式2 ，p H 下 降；4 F e 3 水解 式3 ，质子再生，p H 下降。其中 1 和3 是主要决定因素。 添加木质纤维素不会改变p H 先升后降的特 点，但会改变其波动幅度。在Y I N 等[ 13 ] 的研究中， 初始p H 为2 ．o ，先迅速升高到约2 ．1 ，随后逐渐降 低到约1 ．8 。相比于单纯的生物浸出试验组，添加 木质纤维素试验组的p H 下降幅度更大。在 P A N D A 等⋯] 的研究中，与单纯的生物浸出相比 1 ．9 6 ，添加lg ／L 废报纸的生物浸出p H 1 ．5 1 下 降2 3 ％。木质纤维素对p H 的降低作用是由于其 促进了矿物的生物氧化过程。 2 ．2 ．3 溶解氧 微生物的生长繁殖和生物浸出反应均需要氧气 的参与，所以其对分析生物浸出效果有一定参考作 用‘4 | 。Y 1 N 等‘1 3 3 在对木质纤维素促进生物浸出进 行研究时，考察了溶解氧的变化，结果表明，各试验 组溶解氧浓度均较初始值有明显下降。相比于单纯 的生物浸出 5 ．1 6m g ／I 。 ，添加不同浓度稻壳的试 验组溶解氧浓度更低 4 ．1 2 ～5 ．0 4m g ／L ，这侧面 说明了木质纤维素对生物浸出过程的促进作用。另 外，添加片状稻壳的试验组 1 ．7 6 ～4 ．5 1m g ／L 比 添加粉末状稻壳的试验组 4 ．1 2 ～5 ．0 4m g ／L 溶解 氧浓度更低，这可能是由于片状的稻壳浮在菌液表 面，限制了空气中氧气的溶解，这也导致了相应的低 金属浸出率。 2 ．3 微生物 2 ．3 ．1 微生物浓度 在生物冶金中，微生物是整个浸出过程的“催化 剂”，微生物浓度和活性是好的生物浸出效率的前 提[ 3 引。一般情况下，微生物浓度呈现先上升后稳定 或降低的趋势，这是因为后期体系内营养物质匮乏且 钝化层限制微生物和营养物质的接触。一般生物浸 出系统中微生物浓度为l 1 0 7 ～1 1 0 1 0 个／m L [ 3 9 ] 。 添加木质纤维素可以增加微生物浓度和活性，比单 纯的生物浸出高出6 9 ％[ 13 | 。 2 ．3 ．2 群落结构 微生物群落结构也是决定生物浸出效率的重要 因素，不同微生物的营养类型和功能特点都不 刚4 ⋯。有两项研究分别考察了稻壳和竹屑对生物 浸出微生物群落的影响[ 1 3 ’3 1 。】。结果均显示木质纤 维素对A f 耐如 i 0 6 口c i z z “s ，．，．o o z i d n 行s 有很大促进 作用，对L P 户f o s 户i r 删“m ，．一户 i Z “m 有一定抑制 作用。A f i d i ￡ i 0 6 口f 洌“s r r o o z i 如”s 是生物冶金 中最重要的微生物，为自养好氧菌，可以利用F e 2 、 S o 、M S 、S 。O ；一和S 。O 。2 一等获得能量，并具有固碳 和固氮能力，在很多商业应用中占据主导 地位[ 8 ．4 1 ‘42 | 。 Y I N 等[ 伽的研究结果表明，添加不同浓度和状 态的木质纤维素会改变微生物群落结构，且对不同 微生物的影响存在差异。1 6 Sr D N A 结果显示，添 加4g ／L 粉末状稻壳 4 0 ％ 使A c 谢i 班i 0 6 口f Ⅲ“s ．一r r D o z i 如刀s 比例比单纯的生物浸出 1 6 ％ 高 2 4 ％。但片状稻壳的添加使其含量降低了1 2 ％，这 是溶解氧不足的结果。添加稻壳对B ，．P u “行d i m o 咒口s 口P s i c “Z 口，．i s 和M o r 口z P Z Z 口o s Z o P 柠s 妇也有一定促进作 用，占比分别从第七天的o ．1 0 ％和o ．0 8 ％升高至 1 ．1 9 ％和1 ．3 5 ％，且比单纯生物浸出分别高1 ．1 1 ％ 和o ．5 7 ％。稻壳对L P 户加s 户i r i Z Z “m 知r ，．i 户 i Z “扰和 L n c ￡0 6 n f 洲”s 口f 以o f o Z P ，．彻s 有轻度的抑制作用，使 它们的占比较单纯生物浸出分别降低了o ．0 6 ％和 o ．7 2 ％。另外，稻壳的添加使体系内出现了新的异 养菌A Z i c y f Z D 6 口f i Z Z “sd i s “厂i Z d o o z i d n “ s 。 S A J J A D 等[ 3 1 ] 的结果表明，添加不同浓度木质纤 维素会使群落结构发生显著变化。生物浸出l od 时， 随着竹屑浓度增加 1d I ，一4g ／L ，A f 涮i 旃i o 妇f i z z “s 乃r r o o z f d n 九5 4 2 ％一5 8 ％ 占比显著增加， L P 户￡0 5 户川￡Z “m r r i 户 i Z “m 2 3 ％一4 ％ 占比显著 降低，而L P p ￡o s 户i r 洲“m r r o o z i 如行s 占比由竹屑 浓度决定，呈现先升高后降低 3 5 ％ og ／L 一 4 0 ％ 2g ／L 一3 8 ％ 4g ／L 的趋势。可以看出，高 浓度竹屑会抑制L P 户￡o s 户i r 洲“m ，．，．i 户 i z “m 和 L P p ￡o s 声i ，．i z z “m r r o o z i d n 村s ，导致金属回收率较 低，这种抑制作用可能是由于有机质超过了它们的 耐受限度。 3其他应用 3 ．1 氰渣处理 在含金银矿石回收中，氰化法是最重要工艺之 一，由此产生大量的氰化渣，据统计，中国黄金工业 每年排放氰化渣超过24 5 0 万t [ 43 | 。氰渣常含有贵 重金属和氰化物，氰渣直接堆存不仅占用土地、浪费 资源，还会造成水和土壤污染[ 44 。，且氰化物有剧 毒性H5 | 。 万方数据 2 0 2 0 年第1 0 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 9 由于氰渣中有一定含量的贵重金属，金含量一 般在3g 皿以上，铁含量超过3 0 ％，应考虑对其进行 综合回收_ 6 1 ．综合回收过程主要采用浮选法，而无 害化处理主要是消除氰化物，方法包括化学氧化、电 解、铁沉淀、吸附、自然衰减和生物氧化H5 | 。I 。V 等[ 47 ] 用浮选法对氰化渣进行综合回收，添加的次氯 酸钠将氰化物氧化为氰酸盐，并起调节p H 的作用， 最终得到品位1 3 ．1 7 ％、回收率7 0 ％的合格铜精矿 和品位3 4 ．7 2 ％、回收率6 9 ．5 8 ％的合格锌精矿。 B A H R A M I 等[ 4 83 研究了沥青对氰化物的吸附能 力，可以在氰渣堆存场底部设置沥青吸附层，避免氰 化物的污染。 为了更加经济地去除氰化物，人们提出对其进 行生物处理。假单胞菌 P s P “d D m o 门口5s 声． 、芽孢杆 菌 B n c Ⅲ“ss p ． 等微生物可以将氰化物作为氮源 和碳源，将其转化为氨和碳酸盐，从而实现氰化物的 降解[ 43 ’4 9 。。K H A M A R 等‘“] 的研究表明在p H 9 ．5 、温度2 5 ℃、接种体积2 ．5 ％和初始氰化物浓度 5 0m g ／L 的条件下，不同菌株5d 后氰化物的去除 率分别为6 6 ％和5 0 ％，混合菌株9 6h 后可从尾矿 池中去除7 5 ％的氰化物。在对氰渣进行浮选综合 回收的研究中，纤维素作为抑制剂改变了脉石矿物 的表面性质，促进了铅锌混合精矿的回收⋯。氰化 物的生物降解是经济、有效且易于实施的，假单胞菌 等可以利用葡萄糖作为能量来源，添加木质纤维素 可能会进一步提高氰渣中氰化物的降解效率，我们 实验室团队正在做这方面的研究。 3 ．2 砷固定 很多金矿石含砷，氰化过程中，砷很容易溶解进 入溶液[ 5 1 I 。砷是致癌物质，世界卫生组织规定饮用 水中砷的浓度不得大于1 0 肛dL [ 5 2 ] ，所以氰化液回收 金后必须经过处理去除砷后才能排放。一般情况下， A s Ⅲ 的去除率低于A s V ，且A s Ⅲ 的毒性高于 A s V ，在砷固定前需要将A s Ⅲ 转化为A s V [ 53 。。 可利用的氧化剂包括过氧化氢、臭氧、S ／ 。气体 的混合物、氯和次氯酸盐等，有研究用紫外线照射、 活性炭等辅助氧化∞1 ’5 4 j 。在生物氧化中，微生物可 以将亚砷酸盐氧化为砷酸盐，在随后的工艺中作为 含铁砷酸盐 臭葱石 去除o5 5 j 。 最常用的砷去除技术有沉淀、吸附、膜过滤、离子 交换和电解拍“拍w 一。作为去除痕量离子的常用技术 之一，吸附法近年来成为砷固定研究热点。大量研究 表明，不同类型的铁氧化物均能有效吸附A s Ⅲ 和 A s V [ 58 I 。另外，将吸附剂的尺寸降低到纳米级水 平，可以大幅增加吸附效果∞9 。，所以铁基纳米颗粒 在水处理和环境修复方面引起了极大兴趣[ 53 。。但未 加稳定剂或表面改性剂的纳米粒子容易迅速团聚成 微米级或更大的团聚体，所以各种各样的稳定剂得到 研究，如淀粉、纤维素等多糖[ 59 。6 0 ] 。A N 等[ 5 胡研究表 明，羧甲基纤维素稳定的铁锰双氧化物纳米颗粒可以 将几乎所有水溶性A s Ⅲ 转移到纳米颗粒相，土壤 中A s Ⅲ 测试毒性降低7 8 ％。M S A F E R I 等∞副的 研究表明，在无需氧化预处理和额外化学品的情况 下，淀粉和羧甲基纤维素稳定的纳米级零价铁可以 同时去除A s Ⅲ 和A s V 。水溶性多糖成本低， 环境相容性好[ 56 I ，且与不稳定的铁颗粒相比，稳定 的纳米颗粒表现出了更好的物理稳定性反应性，所 以该方法具有在污染土壤和地下水中原位固定砷的 巨大潜力∽1 I 。 为了更加经济、环境友好地进行砷固定，生物工 艺引起了人们的广泛关注[ 57 “2 | 。在一项微生物固 定土壤中砷的研究中，硫酸盐还原菌刺激的土壤易 提取砷降低了6 0 ％～7 5 ％[ 62 | ，微生物固定化的主要 机理是通过微生物的吸附、沉淀、氧化和还原等活性 来固定化土壤中的重金属，如硫酸盐还原菌，通过生 成硫化物固定化重金属。另外，有研究表明，腐殖酸 能够促进砷的微生物固定化[ 63 | 。另一项研究表明， 相比于化学合成的铁矿物，微生物催化的生物双相 铁矿物更接近天然铁矿物，具有更好的砷固定 吸 附 性能[ 64 【。有学者致力于新的吸附剂的开发，郭 学军等口5 1 以球形棉纤维素为载体，研制了载铁棉纤 维素，获得了不错的结果。所以，生物技术与天然可 持续木质纤维素的结合有很大的发展空间。 4作用机理 木质纤维素的添加不会直接导致很大的矿物学 变化，其对生物浸出的促进作用是通过改变体系生 化参数实现的，包括 R P 、p H 、F e 3 十／F e 2 浓度、微 生物浓度及活性、钝化物的生成等[ 3 1 I 。这些参数的 变化改善整体的生化反应，从而提高了金属回收率。 生物浸出过程中菌种一般为混合菌，其中很多 化能自养菌可以氧化F e 2 获得能源并固定C 。作 为碳源生长，如A [ ’i d i f i 0 6 n c i z z Ⅲ知，．r o o ‘r i d n ”s 、 L P p ￡o s p i r i Z Z “，n ／0 ，o o z i d 口7 2 s 和A f i d i ￡ j 0 6 n f i Z ￡“s ￡ i o o z i d 以卵5 等哺66 “。如前所述，木质纤维素水解生 成的葡萄糖对F e 汁有还原作用 式4 ，生成的F e 抖 在生物氧化过程中为微生物提供能量，同时生成的 C 式5 可以被固氮微生物利用，促进相关微生物 万方数据 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y I ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第l O 期 呼吸作用。F e 3 到F e 2 的转变降低了体系中F e 3 的浓度，限制了体系内钝化物的生成 式3 。 黄铁矿是常见的金属硫化矿伴生矿物[ 6 8 | ，在木质 纤维素存在情况下，黄铁矿水解也会生成C Q 式6 ， 同时生成的F e 3 是生物浸出的氧化剂 式2 [ 33 | 。 另外，葡萄糖可以作为营养底物为异养微生物提供 碳源[ 1 叽6 9 ’70 | 。添加木质纤维素出现的异养浸矿菌一 方面可以减少化能自养细菌的代谢废物积累对自身 的毒性和抑制作用，另一方面，嗜酸类的兼性异养菌 与化能自养菌在浸矿过程中具有协同作用，可以显 著提高金属回收率[ 4 “0 。。 C 6 H 1 0 0 5 。 2 4 n H 一6 竹C 0 2 1 7 门H 2 0 5 4 F e S 2 C 6 H 1 00 5 。 2 4 行H 一4 九F e 3 6 村C 0 2 1 7 行H 2 0 6 基于以上描述，木质纤维素导致的生化过程的 变化极大地提高了微生物浓度和活性。纤维素促进 生物浸出的机理总结如图2 所示[ 1 仉’1 3 ’3 。 图2 木质纤维素促进生物浸出机理 F i g ．2 M e c h a n i s mo fI i g I I o c e l l u l O s e p r o m o t i n gb i o I e a c h i n g 5结语 综述了木质纤维素在生物浸出中的应用，其对 整个过程的影响主要包括提供有机质 葡萄糖 、能 量底物 F e 2 、营养物质 C O 。 和氧化剂 F e 3 并 减少钝化物 铁矾 的生成。生物浸出作为一种低成 本的冶金工艺，具有巨大的发展潜力。纤维素能够 有效“催化”生物浸出速度，这对生物浸出进一步的 发展有很大促进作用。未来，可以从不同的角度出 发，确定并深入理解其巨大的“催化”作用，扩大木质 纤维素的应用范围，加强氰渣处理、砷固定等资源综 合利用和环境问题的相关研究。 参考文献 [ 1 ]H UJH ，H U A N GHG ，X l EHZ ，e ta 1 ．As c a l e d u p c o n t i n u o u sp r o c e s sf o rb i o o x i d a t i o na sp r e t r e a t m e n to f r e f r a c t o r yp 州t e - a r S e n o p y t eg o I 士b e a r i l l gc o n c e n t 船t e s [ J ] ． B i o c h e m i c a lE n g i n e e r i n gJ o u r n a l ，2 0l7 ，l2 8 2 2 8 2 3 4 ． [ 2 ]P R A D H A NN ，N A T H S A R M AKC ，S R l N l V A S A R A 0K ，e ta 1 ．H e a pb i o l e a c h i n go fc h a l c o p y r i t e A r e v i e w [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 8 ，2 1 5 ；3 5 5 - 3 6 5 ． [ 3 ]牛会群，佟琳琳，衷水平，等．卡林型金矿碳质物特征及其 去碳方法研究现状[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 9 6 3 3 3 9 ． N I UHQ ，T O N GLL ，Z H O N GSP ，e ta I ．R e s e a r c h s t a t u so nc a r b o n a c e o u sm a t t e rc h a r a c t e r i s t i ca n d d e c a r b o n i z a t i o no fc a r I i n t y p eg o l do r e [ J ] ．N o n f e r r o u s M e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ，2 0 1 9 6 3 3 - 3 9 ． [ 4 ] L lJF ，T N GLL ，X I AY ，e ta 1 ．M i c r o b i a ls y n e r g y a n ds t o i c h i o m e t r yi nh e a pb i o o x i d a t i o no fl o w - g r a d e p o r p h y r ya r s e n i c b e a r i n gg o l do r e [ J ] ．E x t r e m o p h i l e s ， 2 0 2 0 ，2 4 3 3 5 5 3 6 4 ． [ 5 ] W A T L l N GHR ．T h eb j o l e a c h i n go fs u I p h i d em i n e r a l s w i t he m p h a s i so nc o p p e rs u I p h i d e s Ar e v i e w [ J ] ． H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 6 ，8 4 1 ／2 8 l - 1 0 8 ． [ 6 ] R U A NRM ，Z O UG ，Z H O N GSP ，e ta I ．w h y Z 酊i n s h a nc o p p e rb i o h e a p l e a c h i n gp I a n tw o r k se f f i c i e n t l ya t l o wm i c r o b i a Ia c t i v i t y S t u d yo nl e a c h i n gk i n e t i c so f c o p p e rs u l f i d e sa n di t si m p l i c a t i o n s [ J ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 3 。4 8 3 6 4 3 ． [ 7 ]R o B E R T FF ． c o m m e r c i a lh e a pb i o o x i d a t i o no f r e f r a c t o r yg o l do r e s R e v i s i t i n gN e w m o n t ’ss u c c e s s f u l d e p l o y m e n ta tC a r l i n [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 7 ， 1 0 6 2 - 6 ． [ 8 ]J l AY ，T A NQY ，S U NHY ，e ta I ．S u l f i d em i n e r a l d i s s o l u t i o nm i c r o b e s C o m m u n i t ys t r u c t u r ea n df u n c t i o ni n i n d u s t r i a lb i o l e a c h i n gh e a p s [ J ] ．G r e e nE n e r g y＆ E n v i r o n m e n t ，2 0