微生物濕法冶金

關于微生物濕法冶金第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日目錄

1微生物浸礦的基本原理2國內(nèi)外現(xiàn)狀及進展2.1細菌浸金2.2細菌浸鈾3細菌浸出發(fā)展方向4其它方面的應用

5南華大學細菌浸鈾研究

6新疆737細菌浸出試驗研究第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日1微生物浸礦的基本原理

自上世紀50年代發(fā)現(xiàn)浸礦微生物以來，經(jīng)過大量的研究和實驗，人們已基本掌握了微生物浸出過程的規(guī)律和作用原理。細菌浸礦理論主要有直接作用理論、間接作用理論以及復合作用理論，還有學者提出了破硫膜作用說。第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

1.1直接作用理論

所謂細菌直接作用是指不依賴于Fe3+的觸媒作用，細菌的細胞和金屬硫化礦固體之間直接緊密接觸，通過細菌細胞內(nèi)特有的鐵氧化酶和硫氧化酶直接氧化金屬硫化物，使金屬溶解出來。

第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

1.2間接作用理論

間接作用理論是指利用氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌等浸礦細菌先將低價鐵和元素硫氧化生成高價鐵和硫酸，利用產(chǎn)生的硫酸高鐵和硫酸進行浸出。鈾礦石的浸出主要就是利用上述浸礦細菌的氧化產(chǎn)物，對瀝青鈾礦等主要鈾礦物氧化和溶解。細菌氧化產(chǎn)物Fe2(SO4)3能將不溶于酸的四價鈾氧化成可溶于酸的六價鈾，從而將鈾浸出。

第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日

1.3復合作用理論

復合作用理論是指在細菌浸出過程中，既有細菌直接作用，又有通過Fe3+氧化的間接作用。有時以直接作用為主，有時則以間接作用為主，但兩種作用都不可排除，這是迄今為止絕大多數(shù)研究者都贊同的細菌浸礦機理。實際上，礦石總會多少存在一些鐵的硫化礦，所以浸出時Fe3+的作用不可排除。

第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日1.4破硫膜作用說

有學者認為，在浸礦過程中，礦石塊表面覆蓋著硫的薄膜，阻礙了溶浸液與礦石塊表面的直接作用，若有細菌存在，可以將硫膜氧化和破壞，使浸出得以繼續(xù)進行。第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

2國內(nèi)外現(xiàn)狀及進展

1947年，柯爾默（Colmer）首先發(fā)現(xiàn)礦坑水中含有一種將Fe2+氧化為Fe3+的細菌，并證實該菌在金屬硫化礦的氧化和某些礦山坑道水酸化過程中起著重要作用。1951年，坦波爾（Temple）和幸凱爾（Hinkle）從煤礦的酸性礦坑水中首先分離出一種能氧化金屬硫化物的細菌，并命名為氧化亞鐵硫桿菌（或稱氧化鐵硫桿菌，Thiobacillusferrooxidans）。美國肯尼柯特（Kennecott）銅礦公司的尤它（Utah）礦，首先利用該菌滲透浸出硫化銅礦獲得成功，1958年取得這項技術的專利，這是第一個有關細菌浸出的專利。第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日

我國細菌浸出研究，首先是在中國科學院微生物研究所方心芳和王大珍兩位先生的指導下于1959年開始的。最初進行了細菌的分離鑒定、主要生理特性的研究、金屬硫化礦物的細菌浸出研究。20世紀60年代末至80年代初是我國細菌浸出研究及應用蓬勃發(fā)展的時期，也取得了不少成績，如：細菌浸出湖南柏枋銅鈾伴生礦回收銅和鈾的研究，于1972年成功應用于生產(chǎn)。但從80年代初至80年代末，細菌浸出的研究和應用基本處于停滯狀態(tài)。直到90年代初，我國的細菌浸出研究工作又開始出現(xiàn)復蘇，中國科學院、地礦部、冶金部的有關院所、礦山及一些高校都逐步恢復了細菌浸出的研究和應用工作。第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日

國內(nèi)主要研究單位

1中科院北京微生物研究所2中科院化學物理研究所

3中科院北京化冶研究所4中南大學礦物工程系

5云南大學微生物研究所6昆明理工大學資源開發(fā)工程系

7內(nèi)蒙古工業(yè)大學

8武漢化工學院選礦教研室

9北京礦冶研究總院10新疆農(nóng)科院微生物研究所

11中科院廣西生物研究所12長沙礦山研究院

13地礦部成都綜合巖礦測試中心14地礦部西安綜合巖礦測試中心

15地礦部青海省中心實驗室16長春黃金研究院

17陜西省地堪局第三地質(zhì)隊18云南地質(zhì)科學研究所

19江西德興銅礦

20核工業(yè)北京化冶院

21原核工業(yè)第六研究所22南華大學

23東華理工大學

24昆明冶金研究院

25昆明貴金屬研究所26北京有色冶金研究總院

27貴溪江西銅業(yè)公司科研設計所溶浸室

第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

國內(nèi)細菌浸出研究和應用取得顯著進展的有三家：一是江西德興銅礦，1993年與美國一家公司合作進行的尾礦細菌堆浸半工業(yè)試驗獲得成功并應用于生產(chǎn)；二是長春黃金研究院，承擔黃金工業(yè)“九五”科技改造重點項目——細菌氧化-氰化提金工藝研究，在三年內(nèi)建成一個日處理5~10噸含砷金精礦的細菌氧化-氰化提金示范生產(chǎn)廠；三是地礦部西安綜合巖礦測試中心，已在西安近郊建成日處理量2噸以上含砷精金礦細菌氧化提金廠。陜西省地堪局第三地質(zhì)隊申請了細菌浸金的專利一項。

第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.1細菌浸金

細菌浸金主要用于含砷和含硫的難處理金精礦。第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

2.1.1含砷、硫、炭金精礦

國外難處理含砷、硫、炭金礦預氧化——氰化浸金研究、應用概況，見表1。

第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.1.2國外商業(yè)生物氧化廠

（1）南非Fairview生物氧化廠

（2）巴西SaoBento選礦廠

（3）澳大利亞HarbourLights生物氧化廠

（4）澳大利亞

Wiluna生物氧化廠

（5）加納Ashanti生物氧化廠

（6）秘魯Tamboraque生物氧化廠

第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日南非Fairview生物氧化廠的指標操作指標年平均值198819901991199519961997處理精金礦量（t/d）263350712906754865精金礦品位（g/t）99109127151127116精金礦S品位（%）27.423.122.918.016.814.3金回收率（%）93.092.593.493.896.997.1生物氧化廠運轉(zhuǎn)率（%）999898989999第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日巴西SaoBento選礦廠

1990~1991年GENCOR工藝研究公司經(jīng)過大量半工業(yè)試驗，安裝一臺580m3的生物氧化反應器，機組處理含S18.7%的浮選精礦，處理能力為150t/d，硫的氧化率達到30%。

第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日

澳大利亞HarbourLights生物氧化廠

1991年HarbourLights選礦廠獲得用生物氧化法處理堆置精礦和新鮮精礦的許可證。生物氧化廠設計處理能力為40t/d，于1991年6月開始建設，1991年底建成投產(chǎn)，至1992年10月的實踐證明，在達到設計處理能力的前提下金回收率達到92%。

第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

澳大利亞Wiluna生物氧化廠

Wiluna氧化廠于1993年建成投產(chǎn)。原設計處理能力（精金礦）為115t/d，精金礦含S24%，相當于每天處理27t硫。氧化廠由六臺反應器組成，每臺有效容積為470m3。生物氧化停留時間為5天。1993年末進行了工業(yè)試驗，硫化物中硫的平均氧化率為96.5%，合同為93.6%。

1996年增加了3臺新的反應器，處理能力增至158t/d，相當于處理硫35t/d。處理能力為115t/d精礦的生物氧化廠的投資為900萬澳元（1993年），生產(chǎn)費用為70澳元/t精礦。

第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日加納桑蘇生物氧化廠指標操作指標94.594.694.795.697.698.6處理的精金礦量（t/d）3075325867458801007平均精礦S品位（%）10.57.57.47.510.39.1平均S的氧化率（%94.894.697.692.592.291.0金的平均溶解率（%）91.994.294.292.092.291.6第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日秘魯Tamboraque生物氧化廠

設計的生物氧化廠處理能力（精礦）為60t/d，1998年底投產(chǎn)。礦石含砷26%，含毒砂56%。60t/d生物氧化廠總投資為300萬美元，每噸精金礦的生產(chǎn)費用為70美元。第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

我國金礦儲量比較豐富，在已探明的金礦中難處理金礦占有較大比例，而且難浸金礦金的品位較高。這些難處理金礦主要分布在湖南、貴州、新疆和四川、江西等地。難處理金礦主要包括以下幾種：砷金礦、砷銻金礦、砷銅金礦、砷汞金礦以及硫化金礦。由于沒有找到合適的浸出工藝，許多資源至今尚未開發(fā)利用。第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

2.2細菌浸鈾

2.2.1鈾礦石細菌堆浸

2.2.2地浸采鈾細菌作氧化劑

2.2.3細菌滲濾浸出

2.2.4原地爆破浸出第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

細菌浸礦技術是綜合利用生物、化學和工程科學原理來發(fā)揮微生物在礦物加工過程中的特殊作用。在鈾礦堆浸過程中引入細菌浸礦技術可改變鈾礦石的浸出動力學，強化鈾的浸出過程，從而縮短浸出周期，提高鈾的浸出率，降低生產(chǎn)成本，因而引起了國內(nèi)外鈾礦加工行業(yè)的重視和研究。細菌浸鈾已有多年歷史，1953年葡萄牙就開始進行試驗，1959年某鈾礦用細菌浸鈾浸出率為60%～80%；加拿大細菌浸鈾的規(guī)模最大，從20世紀60年代起就開展細菌浸出的實驗室研究和現(xiàn)場試驗研究，并很快進行工業(yè)生產(chǎn)，年產(chǎn)量在60噸U3O8以上，生產(chǎn)成本由原來每磅U3O85美元降至3.3美元，工藝流程見圖。第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

加拿大細菌浸鈾工藝流程

第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日印度早在1972～1978年期間進行了多種鈾礦石的細菌浸出試驗，考察了礦石成分、營養(yǎng)物質(zhì)等對浸出效果的影響，總結(jié)了細菌浸出過程中酸度、電位以及多種元素的變化情況。印度的露天開采中采用細菌浸出，處理低品位礦石（0.01%～0.03%U3O8）。第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日法國也有一些鈾礦進行細菌浸出，如?？柌疇栤櫟V，原來以化學浸出為主，后來通過實驗室馴化培養(yǎng)，提高細菌活性，最后把細菌浸出應用于工業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)鈾量由原來的25噸增至35噸。法國勃魯佐鈾礦曾進行含鈾0.01～0.02%的10000噸貧鈾礦石細菌堆浸工業(yè)試驗，礦石粒度0～400毫米，經(jīng)過兩年多的試驗，浸出率達到68.0%。第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日

根據(jù)戈哈姆（Gorham）跨國公司1983年的調(diào)查報告介紹，美國細菌浸鈾的產(chǎn)值已達0.9億美元。美國的細菌浸鈾主要是在細菌浸銅時，從平均含有10mg/L鈾的浸出液中提取鈾。

第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日此外，西班牙從1975年開始對薩拉瑪偌克鈾礦進行了細菌柱浸、堆浸試驗和試生產(chǎn)。南非、巴西、澳大利亞、英國等也開展了細菌浸出的試驗研究和生產(chǎn)。日本也進行過細菌浸鈾的實驗室研究。

第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日我國于20世紀60年代開始這方面的研究，70年代初在湖南某貧鈾礦進行細菌堆浸試驗，北京鈾礦選冶研究院和中國科學院微生物研究所合作進行了細菌浸出的條件試驗及半工業(yè)性試驗研究。即自1972年起投入生產(chǎn)，連續(xù)生產(chǎn)了八年多，將堆積在地表的含鈾0.02%~0.03%的尾砂全部處理完。

第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日

核工業(yè)北京化冶院早在20世紀70年代末開始了細菌浸出研究，針對我國許多不同類型鈾礦進行了大量試驗研究，特別是在生物膜氧化裝置和工藝流程組合等方面取得了進展。進行了細菌堆浸現(xiàn)場試驗，浸出率達到69.4%，酸耗2.1%。

第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

后來核工業(yè)北京化冶院又在我國南方某鈾礦進行了細菌堆浸工業(yè)試驗，通過85d的淋浸試驗，回收鈾6859kg，液計浸出率92.9%，渣計浸出率91.8%，酸耗2.1%，與常規(guī)堆浸比較，浸出周期縮短75d，酸耗節(jié)省35%，金屬鈾浸出率提高2%。最近又進行了4000t級的細菌堆浸工業(yè)試驗，已在我國南方某鈾礦應用于生產(chǎn)。工業(yè)試驗工藝流程圖、工業(yè)設備形象系統(tǒng)圖分別見圖。

第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日南方某鈾礦細菌堆浸工藝流程第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

工業(yè)試驗設備形象圖

第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

2.2.2地浸采鈾細菌作氧化劑

關于地浸采鈾工藝中細菌作氧化劑的研究，國外主要有前蘇聯(lián)和美國。20世紀90年代初，前蘇聯(lián)用細菌氧化地浸鈾礦山返尾液中的Fe2+進行了現(xiàn)場試驗，前后花了一年多，進行了溫度、營養(yǎng)物質(zhì)、通氣量等對細菌活性的影響試驗。由于現(xiàn)場氣溫太低，最終沒有應用于生產(chǎn)。

在國內(nèi)，針對地浸氧化劑問題進行了深入研究，原核工業(yè)第六研究所經(jīng)過多年的研究和探索，先后進行了細菌作地浸氧化劑室內(nèi)試驗、中間試驗、現(xiàn)場擴大試驗和現(xiàn)場生產(chǎn)應用，并取得了很大進展；另外，還進行了珠形微生物氧化劑的制備及其在地浸中應用研究。第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

細菌作氧化劑工藝流程

第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日地浸工藝原理示意圖

第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日細菌作氧化劑現(xiàn)場抽注試驗工藝流程

第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

滲濾浸出又稱泡浸，目的是為了確定滲濾浸出過程中的各種重要因素，也為了預測金屬回收率和金屬最終產(chǎn)品。

針對細菌滲濾浸出的特點，對我國某鈾礦床礦石進行了滲濾浸出試驗，試驗結(jié)果表明：該礦礦石中U4+含量高，在浸出過程中需要加氧化劑，在細菌與氯酸鉀作氧化劑滲濾浸出對比試驗中可以發(fā)現(xiàn)，用細菌浸出可提高金屬浸出率10~15%，而且浸出速度快。但由于滲濾浸出浸出液中F-較高，單級浸出溶液中F-就高達2g/L以上，對細菌生長非常不利。

第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日原地爆破細菌浸出工藝流程

第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日細菌浸出發(fā)展方向

1新菌種的開發(fā)和研究

2高效生物反應器的開發(fā)

第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

堿性微生物

金田公司湯普森報道，發(fā)現(xiàn)適宜在幾乎中性環(huán)境中生存的新菌株，并已經(jīng)分離出pH值接近中性的氧化硫化物的微生物，這是微生物預處理難浸金礦石的新發(fā)現(xiàn)，這將把微生物預處理難浸金礦石推向全新的發(fā)展階段；中南大學丘冠周副校長為其博士、碩士設立專項研究經(jīng)費專門從事堿性微生物的相關研究，（通常生物浸出只有在酸性條件下（pH<2.0）才效）。堿性微生物具有很好的研究和應用前景。

第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日強力微生物

美國RudyJacobson博士發(fā)現(xiàn)Loxsom菌落，該菌落是一種新型的天然的強力浸礦細菌，即LivingOxidizerSulfideandOxideMineral——硫化礦物和氧化礦物的活性氧化劑。是一種自養(yǎng)生物，在Loxsom菌落中至少有六種細菌，其中一種細菌是清除Loxsom菌落所產(chǎn)生的廢物；還有一種很強的霉菌伴其生長，并產(chǎn)生一種抗生素溶液以保護Loxsom細菌。已有實驗表明：對銅、金具有強的浸出特性，浸出效果優(yōu)于氧化亞鐵硫桿菌，并且預計對其他金屬的浸出也會具有好的浸出效果。第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

耐熱菌

中等耐熱菌（45~60℃）已在澳洲培養(yǎng)成功，并已在工業(yè)中得到應用。并已發(fā)現(xiàn)耐熱菌可在高溫下（90℃）氧化硫化礦，唯其細胞壁比較薄，不能耐受礦漿攪拌，難以實際應用。提高菌種的工作溫度，是縮短浸出周期的努力方向。第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

其它

另外，可通過遺傳工程，從現(xiàn)有的性能較優(yōu)的菌種中開發(fā)高效微生物，提高氧化速度，使浸出周期縮短。為此，需加強與微生物浸出機理等有關的基礎研究。

第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

高效生物反應器

（1）適宜的剪切力和攪拌強度，既能

保障細菌旺盛的生長，又能使礦

物顆粒處于懸浮狀態(tài)；

（2）優(yōu)良充氣性能，保證氧氣充分進

入礦漿，達到近飽和；

（3）低能耗。

第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日4其它方面的應用

廢水治理、生物吸附、煤脫硫、微生物腐蝕的預防與治理、新型生物吸附劑的研制、生物降解、生物基因改良、生物找礦（微生物探頭）、生物能源、超級微生物的石油降解、生物電池、生物傳感器等。第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日5南華大學細菌浸鈾研究1991~1993：開始細菌浸鈾、細菌浸金探索性研究；1994~1995：開始地浸采鈾礦山細菌代替雙氧水試驗研究，在云南381地浸采鈾試驗礦山成功應用，1996年通過部級鑒定，獲部科技進步三等獎；1996：新疆細菌作氧化劑探索性試驗，取得初步進展，但由于低溫條件細菌適應性問題等暫時停止，轉(zhuǎn)向鈾礦地表細菌堆浸試驗研究；第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日1997~1998：719礦草桃背礦床原地爆破浸出細菌作氧化劑強化浸出工業(yè)試驗，取得顯著效果；該項目于2003年通過鑒定，獲得國防科工委科技進步二等獎；后來由于鈾礦冶系統(tǒng)進入低谷時期，現(xiàn)場試驗停止了一段時間，轉(zhuǎn)入室內(nèi)的基礎研究。2003~至今：鈾礦冶生物技術國防重點學科實驗室，投資了幾百萬元致力于細菌耐受性和特種功能基因工程菌的實驗室基礎研究。第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日6新疆737細菌浸出試驗細菌浸出流程示意圖第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物反應器通氣裝置第五十頁，共五十六頁，2022年，8月28日