矿物生物技术的国内外现状与发展趋势--李朝.doc
矿物生物技术的国内外现状与发展趋势 作者李朝 (武汉理工大学资源与环境工程学院, 湖北省武汉市 430070) 摘 要由于矿物资源日渐贫杂,资源利效率低 能源消耗大,环境污染严重是目前传统资源加工工艺面临的问题。生物选矿相对于传统的选矿技术,具有工艺简单、反应温和、能耗低等特点,而且对环境友好,具有极大的发展潜力和利用价值。目前生物冶金技术在铜、金的提取方面已得到工业应用,对于锌镍钴铀等金属的提取技术已得到研究。除此之外,在浮选絮凝废水处理等其他加工过程及其与相关的环境保护方面,生物技术已得到了研究与应用。本文介绍了现今国内外矿物生物技术的研究现状,并对其发展前景进行了展望。 关键词选矿;微生物技术; 现状; 发展趋势 Title Name Li Chao (Wuhan University of Technology Resources and Environmental Engineering, Wuhan 430070 Abstract Because of the increasing using of mineral resources makes that resource utilization efficiency to be low and huge energy consumption. A serious of environmental pollution is the traditional problems of the mineral processing.Biological dressing compared to conventional mineral processing technology, it has simple process, mild reaction, low power consumption and environmentally friendly, has great potential and value in use.In the current bio-metallurgy of copper, gold has been extracted for industrial applications, and the zinc nickel and cobalt for the extraction of uranium and other metals have been studied.In addition, flocculation and flotation process wastewater treatment and its relationship with other related aspects of environmental protection, biotechnology research and application have been received.This article describes the current domestic and foreign mineral status of biotechnology research and the development prospect. Keywords mineral processing; microbial technology; status; Development 由于社会发展对资源的需求量持续的增大和人们对资源保护意思的增强,不断要求人们寻求新的资源加工途径,矿物生物技术由于其对资源利用广阔,作用环境好,生产投资低,污染小等优点今年来上受到国内外冶金与矿物加工界的普遍关注。 1 矿物生物技术概论 矿物生物技术是利用某些细菌的直接或间接作用将矿石中有用金属溶解出来的一种选矿新工艺,生物选矿可处理用传统选矿方法不能回收的贫矿、表外矿、废石、尾矿、地下采空区残矿及炉渣。微生物技术广泛的应用于矿物加工领域,微生物的存在可使硫化矿物碳酸盐矿物类矿物分解,从而浸出金属离子;微生物可以改变矿物表面的性能,从而影响矿物的可浮选性,在适宜的环境下的微生物处理有望实现从混合矿的分选及煤的脱硫;微生物代谢会产生多糖多肽等有机物,对细颗粒矿物均具有絮凝作用;微生物还可以通过细胞的黏合及细胞外多聚物的沉淀,螯合积聚等作用富集水溶液中的金属,非金属离子。生物技术在资源开发中的应用 1.1目前矿物生物技术的现状 最新的几项成果如提取钻等金属、低品位难处理金矿堆浸、异养菌应用的研究和工业实践。传统的资源开发大多数会造成一定的资源和环境问题.首先是资源浪费与破坏,其次是环境污染.如果不改变这种资源开发方式将会带来严重的资源与环境问题.利用生物技术进行资源开发可以克服传统技术存在的许多弊端,使资源开发走向可持续发展的道路. 1.1.1生物技术在资源开发中的应用 主要有①难浸金矿及有色金属矿开发;②铀矿开发;③煤和石油的开发;④非金属矿开发;⑤其他间接应用生物技术开发矿产资源。 微生物脱磷我国含磷难选铁矿石资源的特点和含磷难选铁矿石的传统脱磷技术,探讨了利用微生物对铁矿石脱磷的机理和发展前景; 铝土矿的生物选矿用多粘杆菌除钙和铁铝土矿是提取金属铝和生产耐火材料的重要矿物,钙和铁是主要的有害杂质; 大型海藻对重金属的吸附研究,啤酒酵母对重金属的吸附特性及其应用研究; 生物湿法冶金细菌浸出在铜、铀、锰、镉、锞、砷等矿石中的应用实践; 细菌法用于铜的工业浸出。 1.1.2细菌浸出工艺 细菌浸出在恶劣环境下的经济可行性。(Codelco公司还在旗下最大的铜矿Chuquicamata铜矿进行生物浸出试验项目)。氧压浸出炼锌工艺是国际上第三代湿法炼锌工艺,该工艺相对于常规或高温高酸锌冶炼技术是适应现代社会环境保护、可持续发展和节能减排的新型冶炼技术, 1.1.3生物吸附法 一些生物体,如细菌、真菌、藻类等有很强的吸附水中重金属的能力,生物吸附剂原料来源十分广泛,如在发酵工业中要利用的多种微生物,包括细菌、酵母、真菌和藻类等。藻类资源丰富,易加工,经济,并具有高的吸附能力,而日益受到人们的重视。 1.1.4硫化物矿物微生物冶金技术 生物冶金研究已经达到了基因层次,群落基因与功能基因的定量化已付诸工业应用“基于微生物基因功能与群落结构分析的硫化矿生物浸出法”。生物冶金包括硫化矿的浸出,生物预氧化的提金 碳酸盐的生物分解。生物冶金工艺具有流程短、成本低、环境友好等特点,特别适于处理低品位、复杂、难处理的矿产资源。在很多国家和地区得到了应用和发展。硫化矿微生物冶金技术在很多国家和地区得到了应用和发展。 1.1.5生物氧化浸出技术 目前,在一定的范围内取得了成功, 一、生物浸矿技术具有污染小、能耗少、操作费用低等无可比拟的优点,为低品位磷矿石的开发利用开辟了新的途径;二、 微生物冶金应用实践11铜矿的细菌浸出;三、采用生物技术从矿石和选矿产品中回收金(如用生物技术从高砷硫化矿物以及 铜-锌 综合选矿产品中回收金和有色金属的新的工艺)。由于硫化矿物被细菌催化氧化,所以生物技术能有效地从 硫化矿物中回收细粒浸染的金。从滤饼中回收金,可采用工业方法,如氰化法、吸附法、电解法(沉淀法)进行。在世界各地从一种设想变成一种备受关注的趋势,因为这种适应性,生物氧化技术可以有效地用于选金厂,从难选矿石中获取高效回收率。 2 矿物微生物的发展趋势 生物氧化技术在一定的范围内取得了成功,在世界各地从一种设想变成一种备受关注的趋势,因为这种适应性,生物氧化技术可以有效地用于选金厂,从难选矿石中获取高效回收率。 2.1矿物的微生物诱导浮选和絮凝 已经了解到不同微生物在不同矿物表面化学性质变化中起着重要作用。例如,矿质化学营养细菌如嗜酸的氧化亚铁硫杆菌和硫氧化硫杆菌可急剧地改变一些硫化矿物如黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿和毒砂的表面化学组成。异养细菌如Paenibacillus polymaxy多粘芽胞杆菌也可改变氧化矿物赤铁矿、氧化铝、二氧化硅、高岭石和方解石的动电性质。在选矿即选择性浮选和选择性絮凝中应用矿物与细菌的相互作用是有好处的。与生物浸出不同,细菌诱导选矿借助矿物-溶液-细菌界面上快速发生的界面反应,这种作用是由在分离的水介质中的表面化学变化引起的。 2.2 微生物药剂的开发和设备的创新 对人体无害,又可被生物降解,无二次污染,能耗少,易于采取生物工程手段实现产业化,因而具有广阔的发展前途。,群落基因与功能基因的定量化已付诸工业应用,基于微生物基因功能与群落结构分析的硫化矿生物浸出法。 2.3微生物的环境污染处理 环境问题已成为21世纪人们关注的焦点。环境污染是多方面的,重金属是其中的一个重要方面。目前,有各种物理、化学方法如中和沉淀法、电解法、蒸馏法及离子交换法等等用于重金属污水处理,但这些方法或者价格昂贵,或者不能有效处理低浓度的重金属污水,甚至造成二次污染。生物吸附技术应用于痕量重金属污水处理,效果较好,价格相对便宜,而引起人们的兴趣。 利用藻类、细菌、真菌和酵母吸附污水中重金属已有很多报道。藻类资源丰富,易加工,经济,并具有高的吸附能力,而日益受到人们的重视。近年来,海洋养殖在全世界尤其亚洲昌盛起来,并且发现螺旋藻能在海水中生长良好,从而降低了培养成本。目前对极大螺旋藻吸附金属离子的研究还比较少。为探讨极大螺旋藻对水中金属离子的吸附特性,本文用非活性的极大螺旋藻和氯化钙预处理藻体对铅、铜、镉、锌四种离子进行批次吸附实验,并通过红外光谱法和化学处理法对藻体吸附金属离子的官能团进行研究,旨在探讨微生物的吸附机理。 2.4微生物在矿物工程上应用的新进展生物浮选和生物磁选 2.5选矿过程的清洁生产 选矿过程废物的特征及其对环境的影响、选矿过程清洁生产技术指标,重点介绍了相关的选矿过程的生物技术金属生物吸附与沉淀、生物浸出、生物浮选、矿山废弃物处理处置,并概述了其重要意义及应用现状,指出了我国矿业开展清洁生产的必要性和方向。 总而言之,我国是一个有色金属矿产资源储量大国,同时也是有色金属的生产和消费大国。在处理选框中我国有色金属矿产勘探开采和选矿冶炼规模均位居世界前列。因此,根据我国有色金属矿产资源的特点,有针对性地加强对低品位、复杂硫化矿开展微生物冶金的基础研究,对解决我国有色金属矿产资源的加工难题,扩大可开发利用的矿产资源量,提高建设现代化矿产资源保障程度,促进西部大开发均具有重要意义。利用生物技术进行资源开发可以克服传统技术存在的许多弊端,使资源开发走向可持续发展的道路。 参考文献 [1] 王军,钟康年. 细菌对硫化矿可浮性影响的研究[J]国外金属矿选矿1996,05 . [2] 魏鹏. 微生物药剂在非金属矿选矿中的应用研究[D]武汉理工大学, 2002 [3] 李东,尹艳芬,方夕辉. 有色金属硫化矿选矿技术现状及进展[J]四川有色金属, 2007,04 [4] 钟宏,杨运琼. 生物药剂在矿物加工和冶金中的应用[J]矿产保护与利用, 2002, [5] Frye, Keith, Mineral science New York Macmillan Pub. Co. ; c1993. [6] Briefly C.L. Microbiological mining [J] .Science of American, 1982,247, 247 244-53.