微生物技术在矿物加工中的应用闫岷

微生物技术在矿物加工中的应用闫岷

闫岷

广西桂华成有限责任公司广西贺州542800

摘要：微生物技术在矿物加工中已经得到大量的应用，表现出了良好的经济、环境和社会效益。本文将进行分析，以供参考。

关键词：微生物；矿山；现状；矿物加工；应用

1.前言

到了近代，随着研究手段的不断的进步，人们越来越深入地认识到了微生物在矿物的形成、矿物加工以及废矿的处理等方面所起到的重要作用。

2.矿山生态环境现状

矿山开采造成的生态破坏和环境污染具有点多、面广、量大的特点,加上治理速度缓慢,目前矿山环境恶化的趋势还没有得到有效遏制。这主要表现在以下几个方面:

2.1矿区“三废”污染

矿山生产伴有大量废弃物外排,这些废弃物有固体、液体和气体三种形式,统称矿山“三废”。目前,我国矿山企业每年产出固体废弃物133.8亿吨,因露天采矿、开挖和各类废渣、废石、尾矿堆置等所破坏与侵占的土地已近2万km2,并以每年200km2的速度增加。而且,大量堆放的尾矿导致严重的水土流失和土地沙漠化。我国每年因采矿产生的废水、废液的排放总量约占全国工业废水排放总量的10%以上,处理率仅为4.23%。大量未经处理的废水排入江河湖海,污染严重。另外,矿山开采排放出大量的废气造成了大气污染和诱发酸雨,从而对土壤和植被造成了严重的破坏。

2.2矿产开采对植被、土地和水生态的破坏

矿山开采占用、破坏了大量的植被和土地资源,并且还破坏水均衡系统,引起水体污染。据调查,我国因采矿直接破坏的森林面积累计达506万,破坏草地面积为26万多。与此同时,采矿还占用土地近600万ha,破坏土地约为150多万,而矿区土地复垦率仅为10%。

2.3矿产开采导致次生地质灾害加剧

矿山开采由于地下采空、地面边坡开挖,经常诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害,造成了大量人员伤亡和经济损失。据统计,我国因采矿引起的塌陷超过180处,塌陷面积达1150km2,发生采矿塌陷灾害的城市近40个,造成严重破坏的有25个。1999年,仅广西地区因采矿诱发的重大地质灾害就达220多起,死亡157人。

3.微生物矿物冶炼

3.1微生物冶金技术的机理

利用微生物进行矿物冶炼，俗称“生物冶金”。生物冶金是指在相关微生物存在时，由于微生物的催化氧化作用，将矿物中有价金属以离子形式溶解到浸出液中加以回收，或将矿物中有害元素溶解并除去的方法。许多微生物可以通过多种途径对矿物作用，将矿物中的有价元素转化为溶液中的离子。利用微生物的这种性质，结合湿法冶金等相关工艺，形成了生物冶金技术。按微生物在矿物加工中的作用可将微生物冶金技术分为：生物浸出、生物氧化、生物分解。

生物浸出：已报道用于浸矿的细菌有20多种，但主要有：氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、硫化芽苞杆菌属、氧化铁杆菌、高温嗜酸古细菌、微螺球菌属。用于采矿的细菌大多为宽约0.5μm、长约1～2μm的杆菌，它们生长在普通微生物难以生存的强酸性坑内水中，摄取空气中的二氧化碳、氧和水中的其它微量元素合成细胞组织，对矿石中硫、铁等成分的氧化有促进，并能获得新陈代谢的能量，自养自生。在无细菌存在的情况下，绝大部分金属矿物的自然溶解速率很慢，必须采用化学溶剂浸出它们(例如酸浸、氨浸出铜、氰化物浸出金等)。在微生物的作用下，矿物的溶解速率急增，可达到自然溶解的105~106倍。

生物氧化：难处理金矿中的金常以固-液体或次显微形态被包裹于砷黄铁矿(FeAsS)、黄铁矿(FeS2)等载体硫化矿物中，用传统的方法很难提取。应用微生物技术可预氧化载体矿物，使载金矿体发生某种变化，包裹在其中的金解离出来，创造下一步氰化浸出条件，使金的提取变得较容易。

生物分解：生物分解是利用微生物的分解作用提取矿物中的有用元素。铝土矿中的许多细菌能够分解碳酸盐和磷酸盐矿物。对碳酸盐来说，其机理为：微生物代谢产生的酸使碳酸盐分解，呼吸产生的CO2溶解生成H2CO3也加速碳酸盐分解。

3.2微生物浸矿工艺

浸矿微生物主要有氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、硫化芽孢杆菌、氧化铁杆菌、高温嗜酸古细菌、微螺球菌属等。在有关生物冶金的报道氧化亚铁硫杆菌为浸矿菌种的论文占绝大多数，但从研究者对浸矿细菌的分离及培养方法来看，应该是多个菌种的富集混合菌。它们有些生长在常温环境，有些则能在50～70℃或更高温度下生长。硫化矿氧化过程中会产生亚铁离子和元素硫及其相关化合物，浸矿微生物一般为化能自养菌，它们以氧化亚铁或元素硫及其相关化合物获得能量，吸收空气中的氧及二氧化碳，并吸收溶液中的金属离子及其它所需物质，完成开尔文循环生长。硫化矿生物浸出过程包括微生物的直接作用和间接作用，同时还具有原电池效应及其它化学作用。

（1）堆浸法。这种方法常占用大面积地面，所需劳动力较多，但可处理较大数量的矿石，一次可处理几千至几十万吨。

（2）池浸法。在耐酸池中，堆集几十至几百吨矿石粉，池中充满含菌浸提液，再加以机械搅拌以加快冶炼速度。这种方法虽然只能处理少量的矿石，但却易于控制。

（3）地下浸提法。这是一种直接在矿床内浸提金属的方法。其方法是在开采完毕的场所和部分露出的矿体上浇淋细菌溶浸液，或者在矿区钻孔至矿层，将细菌溶浸液由钻孔注入，通气，待溶浸一段时间后，抽出溶浸液进行回收金属处理。这种方法的优点是，矿石不需要开采选矿，可节约大量人力和物力，减轻环境污染。应用微生物浸矿，其优势在于：反应温和，环境友好，能耗低，流程短，特别适于贫矿、废矿、表外矿及难采、难选、难冶矿的堆浸和就地浸出，在矿石日益贫杂及环境问题日益突出的今天，微生物浸矿技术将是有效的金属元素提取、环境保护及废物利用的手段。

4微生物矿山固废处理

矿山开采中产生的尾矿是矿物加工中的一大环境难题，同时，废矿中也含有大量的可利用的元素，若将他们分离出来可变废为宝，而任其排放到环境中则常常造成污染事故。金属矿山产生的尾矿是工业废渣的最大来源。近年来，我国的金属矿山每年排出尾矿约1×108吨，加上历年堆存的尾矿有几十亿吨之巨。但由于金属矿中伴生金属大多数在二种、三种或更多种，而选别时常常只回收某种目的金属，导致尾矿仍含大量伴生金属，加上当初选矿技术水平不够而滞留于尾矿中的目的金属，这些都将成为新的宝贵资源。如贵州有一处铅锌矿其尾矿不少，其中锌的含量大于9%；云锡公司已积存的选锡老尾矿，含锡量平均达0.15%；河南是全国产金大省，由于选金技术水平比较低，尾矿中含金达0.8～1.2g/t，这样的含金品位，在一些发达国家可以当成矿石使用。可以看出，金属矿山尾矿的潜在价值非常惊人，随着矿物加工技术的进步，亟待合理开发处理利用。煤矸石是煤矿开采过程中产生的废渣，是工业废渣的另一来源。一般每采1吨原煤会产生0.2吨煤矸石，它主要由高岭土、石英、蒙脱石、长石、石灰石、硫化铁、氧化铝和氧化物组成。若煤矸石中含碳量较高可作为燃料；含碳量低的可生产砖瓦、水泥和轻骨料，其典型的工艺流程为配料—粉碎—成型—干燥—焙烧。

以上矿山开采中产生的固体废弃物，特别是金属矿山的尾矿，由于其含有相当数量的有用元素，但其品位相当低，现有的矿物加工技术无法处理，往往当成废品而堆积成山，或是当作建筑材料。这不但存在大量的浪费，对环境来说也是一大威胁。我们可以利用微生物对有用元素的富集作用，提高矿物的品位，从而能够被现有的矿物加工技术处理，这样不但回收了尾矿中的有用元素，而且避免了其中的元素在雨水、日光等的浸蚀作用下浸出而发生环境污染事故，真正达到变废为宝。

5.结束语

总之，微生物技术用于矿物加工是一门新兴科学，它是生物科学与传统的矿物加工技术的结合，虽然其大规模的应用的历史还很短，但它已经表现出了良好的经济、环境和社会效益。

参考文献

［1］殷鸿福,谢树成，周修高.微生物成矿作用研究的新进展和新动向[J].地学前缘，2015,1(3-4):148-157.

［2］罗兴,王蔚,文应财.微生物成矿原理及其在矿物加工过程中的利用[J].贵州化工，2015,32(3):28-34.