微生物冶金的原理及工艺
细菌冶金的原理
细菌冶金的原理细菌冶金是一种利用微生物的代谢活动来提取金属的新技术。
通过细菌的生物化学过程，可以将金属从矿石中溶解出来，并使其转化为可利用的形式。
这种方法相对于传统的冶金方法来说，具有环保、高效、低成本等优势。
细菌冶金的原理主要包括两个方面：细菌的代谢活动和金属的溶解与沉淀。
细菌的代谢活动对金属的溶解起着关键作用。
细菌通过吸收周围环境中的阳离子金属离子，并通过细胞内的代谢活动将其还原成为金属离子。
这种还原反应是通过细菌体内的特定酶催化完成的。
这些酶可以与金属离子中的氧化态进行还原反应，使金属离子转化为金属原子或金属离子。
金属的溶解与沉淀是细菌冶金中另一个重要的过程。
细菌通过产生特定的有机酸或氧化剂来溶解金属矿石中的金属。
这些有机酸或氧化剂可以与金属矿石中的金属形成络合物或氧化物，使金属离子从矿石中溶解出来。
同时，细菌还能通过产生特定的沉淀剂来沉淀金属离子。
这些沉淀剂可以与金属离子发生反应，使金属离子转化为金属沉淀物，从而实现金属的提取与回收。
细菌冶金的过程可以分为两个阶段：生物浸出和生物沉淀。
生物浸出是指通过细菌的代谢活动将金属从矿石中溶解出来的过程。
在这个过程中，细菌通过产生特定的酸或氧化剂来溶解金属矿石中的金属。
这些酸或氧化剂可以与金属矿石中的金属形成络合物或氧化物，使金属离子从矿石中溶解出来。
生物浸出的优势在于其反应速度快、温度低、环境友好，并且可以处理含金属的低品位矿石。
生物沉淀是指通过细菌的代谢活动将金属离子转化为金属沉淀物的过程。
在这个过程中，细菌通过产生特定的沉淀剂来沉淀金属离子。
这些沉淀剂可以与金属离子发生反应，使金属离子转化为金属沉淀物，从而实现金属的提取与回收。
生物沉淀的优势在于其反应选择性高、产物纯度高、操作简单，并且可以处理含有多种金属的废水或溶液。
细菌冶金技术在金属提取领域具有广阔的应用前景。
目前，已经有多种金属如铜、镍、锌、铅等通过细菌冶金技术成功地进行了提取。
细菌冶金不仅可以降低金属提取的成本，减少对自然资源的依赖，还可以减少对环境的污染。
微生物在生物冶金中的应用研究
微生物在生物冶金中的应用研究生物冶金是一种利用微生物的特殊能力来提取金属的方法，以替代传统的冶金工艺。
近年来，微生物在生物冶金领域的应用研究取得了显著的进展。
本文将探讨微生物在生物冶金中的应用研究成果，并分析其优势与局限性。
一、微生物在金矿提取中的应用微生物在金矿提取中的应用是生物冶金的重要领域之一。
传统的金矿提取方法通过化学溶解金矿石中的金属，然后进行物理分离。
而微生物可以通过代谢作用将金属离子还原为金属形态，从而实现金矿提取。
研究表明，一种叫做硫氧化菌的微生物能够将含金硫化物转化为金属金，此过程称为生物氧化。
这种方法不仅适用于低品位金矿，而且对环境友好，具有极高的应用前景。
二、微生物在铜冶炼中的应用除了金矿提取，微生物在铜冶炼中也发挥着重要作用。
传统的铜冶炼方法中，精炼过程会产生大量的废水和废气，对环境造成极大污染。
而利用微生物在铜冶炼中进行生物浸出，不仅可以高效地溶解铜矿石，还可以将有害物质转化为无害物质。
此外，微生物还可以在铜冶炼过程中催化铜离子的沉积，提高冶炼效率。
因此，微生物在铜冶炼中的应用被广泛关注。
三、微生物在重稀土冶炼中的应用重稀土是一种重要的战略资源，其提取与冶炼一直是一个难题。
传统的稀土冶炼方法耗时耗力，并且对环境造成严重影响。
微生物在重稀土冶炼中的应用为解决这一难题提供了新的思路。
通过筛选和改造微生物菌株，可以实现稀土的生物浸出和生物还原，从而提高稀土的提取率和纯度。
微生物的应用既能够提高冶炼效率，又在一定程度上减少了环境污染。
四、微生物在生物冶金中的优势与局限性微生物在生物冶金中的应用具有以下优势：首先，微生物可以在较低的温度和压力下进行反应，降低了能源消耗；其次，微生物菌株容易培养和维护，提高了工艺可行性；此外，微生物反应产物易于回收和利用，减少了废弃物处理的成本。
然而，微生物的应用也存在一些局限性，比如针对不同金属矿石的微生物菌株筛选和改造需要大量的时间和精力；此外，微生物反应受到环境因素的限制，对温度、pH值等要求较高。
金属冶炼中的微生物浸取技术
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
01
微生物浸取技术概述
微生物浸取技术的定义
• 微生物浸取技术：利用微生物及其代谢产物，通过与矿石或废 渣等含金属资源发生相互作用，实现金属提取和富集的一种生 物技术。
微生物浸取技术的原理
01
02
03
微生物吸附
微生物通过细胞表面的吸 附作用，将金属离子吸附 在细胞表面。
微生物浸取技术具有低能耗、低污染、高效率等优点，已成为铜矿资源开发的重 要手段之一。
铀矿的微生物浸取
01
铀矿的微生物浸取是利用某些具 有氧化能力的微生物，将矿石中 的铀氧化成可溶性的铀酸盐，从 而提取出铀。
02
微生物浸取技术对于低品位、难 处理的铀矿资源的开发具有重要 意义，能够降低提取成本和提高 资源利用率。
REPORT
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SUMMARY
金属冶炼中的微生物 浸取技术
汇报人：可编辑
2024-01-06
目录
CONTENTS
• 微生物浸取技术概述 • 微生物在金属冶炼中的作用 • 微生物浸取技术的优势与挑战 • 微生物浸取技术在金属冶炼中的应用
实例 • 未来展望
REPORT
金矿的微生物浸取
金矿的微生物浸取是利用某些具有还 原能力的微生物，将矿石中的金离子 还原成金属金，从而提取出金。
微生物浸取技术对于处理含金量较低 的矿石具有优势，能够实现金的低成 本、高效提取。
REPORT
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ANALYSIS
SUMMAR Y
05
未来展望
提高微生物浸取技术的效率
微生物冶金研究及应用示例(可编辑
微生物冶金研究及应用示例(可编辑1.生物浸矿生物浸矿是微生物冶金的重要应用之一，它利用微生物在生物氧化过程中释放的酸性代谢产物溶解金属矿石中的金属，从而提高金属的回收率。
例如，硫氧化细菌可以利用元素硫氧化为硫酸，将硫酸溶解金属矿石中的金属，从而实现对金属的浸出。
生物浸矿具有环境友好、能源节约和高回收率等优点，已广泛应用于金、铜等金属的提取与回收。
2.生物氧化生物氧化是指微生物通过氧化作用将金属硫化物中的金属氧化为可溶解的阳离子。
这种方法主要应用于金属硫化物矿石的处理，如黄铁矿和黄铜矿等。
微生物通常通过产生氧化酶、氧化酶等在酸性条件下将金属硫化物中的金属氧化，使其转化为可溶解的阳离子，从而实现金属的回收。
3.生物沉淀生物沉淀是指利用微生物对金属离子的还原、沉淀作用，将金属离子从溶液中沉淀出来，实现金属的分离和提取。
这种方法主要应用于含金属废水的处理和资源回收。
例如，利用还原菌可以将废水中的金属离子还原为金属颗粒，并通过沉淀或过滤等方式将其分离出来。
生物沉淀具有选择性强、成本低廉的优点，已被广泛应用于废水处理和金属回收等领域。
除了上述的示例之外，微生物冶金还在其他领域有很多应用，如微生物驱油、微生物脱硫、微生物修复污染土壤等。
这些应用都利用了微生物的特殊代谢和生物活性来实现冶金工艺的优化和环境治理的目的。
总之，微生物冶金是一种创新的冶金技术，通过利用微生物的代谢能力和生物活性产物，实现对金属矿石的浸出、氧化、沉淀等过程，为冶金工业的发展提供了新的思路和方法。
微生物冶金在提高金属回收率、节能减排和环境保护等方面具有巨大潜力，将在未来得到更广泛的应用和推广。
湿法冶金-第9章 微生物湿法冶金
模型4（图7-6）:生成铁矾固体产物层, Fe3+扩散通 过此层到达未反应矿物界面
图7-6 模型4示意图
模型5:原电池反应
对不同矿物,或浸出的不同时期,各种机 理的作用不一。黄铁矿、黄铜矿以细菌直接 氧化作用为主,ZnS、NiS、CuS等以细菌间接 氧化为主。
三、生物浸矿热力学 在生物浸矿过程中,无论是细菌的直接作用或间
氧化铁硫杆菌氧化Fe2+为Fe3+的过程如下： Fe2+经过细胞壁膜进入外周胞质，在那里把电子给予含铜 蛋白质R(rusticyanin)，含铜蛋白质在pH为2.0的条件下稳定， 与Fe2+作用是电子的第一个受体，继而电子沿呼吸链传给细胞 质中的氧，氧的还原发生在细胞质膜的里侧
O2+4H++4e→2H2O 电子转移后所生成的Fe3+借助于与它形成螯合物的有机化合物 如蛋白质等渗出细胞壁。两个电子传给膜时产生120mV的电位， 而传输两个质子产生210mV, 合计产生330mV电位，确保ADP和 Pi合成一个腺苷三磷酸分子，以取得能量。
（5）在细菌存在时,各种硫化物氧化时,硫的最终产物 为SO42-,HSO4-
（6）硫化物和Fe2+氧化时均释放能量,释放的能量为：
ΔG=-nFΔφ=-23×4.184Δφ(kJ/mol)
释放的能量用于细菌合成ATP。合成1mol ATP需提供 33.472kJ的能量。
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四、生物浸矿过程的动力学
生物浸矿过程非常复杂,涉及微生物生长、物质输 送、生化反应、化学反应、电化学反应等过程. （1）气体溶解与传输
可见随B增大而增大,足够大时可接近1,吸附一般不 会成为整个过程的速率控制步骤,但当B很低时还有可能.
细菌冶金
细菌冶金细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。
它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。
细菌冶金始于1974年，当时美国科学家Colmer和Hinkle从酸性矿水中分离出了一株氧化亚铁杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）。
此后美国的布利诺等又从犹他州宾厄姆峡谷矿水中分离得到了氧化硫硫杆菌（T.thiooxidans）和氧化亚铁硫杆菌，用这两种菌浸泡硫化铜矿石，结果发现能把金属从矿石中溶解出来。
至此细菌冶金技术开始发展起来。
在美国，约有10％的铜系应用此法生产所得，仅宾厄姆峡谷采用细菌冶钢法，每年就可回收铜72 000t。
更引人注目的是铀也可采用细菌冶金法采冶回收。
据报导，在加拿大安大略州伊利澳特湖地区，至少有三个铀矿公司在进行这项工作。
如斯坦洛克公司从附近湖水中引入含有氧化亚铁硫杆菌的湖水处理大量贫矿，每月可回收铀的氧化物7000kg。
近年来，我国细菌冶金的研究和应用也有了相当的发展，利用细菌冶金法炼铜和回收铀具有一定的规模。
目前细菌治金已发展成了一种重要的冶炼手段，利用此法可以来冶铜、铅、锌、金、银、锰、镍、铬、钼、钴、铋、钒、硒、砷、铊、镉、镓、铀等几十种贵重和稀有金属。
（一）细菌冶金的原理关于细菌从矿石中把金属溶浸出来的原理，至今仍在探讨之中。
有人发现，细菌能把金属从矿石中溶浸出来是细菌生命活动中生成的代谢物的间接作用，或称其为纯化学反应浸出说，是指通过细菌作用产生硫酸和硫酸铁，然后通过硫酸或硫酸铁作为溶剂浸提出矿石中的有用金属。
硫酸和硫酸铁溶液是一般硫化物矿和其它矿物化学浸提法（湿法冶金）中普通使用的有效溶剂。
例如氧化硫硫杆菌和聚硫杆菌能把矿石中的硫氧化成硫酸，氧化亚铁硫杆菌能把硫酸亚铁氧化成硫酸铁。
其反应式如下：2S+3O2+2H2O→2H2SO44FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2（SO4）3+2H2O通过上述反应，细菌得到了所需要的能量，而硫酸铁可将矿石中的铁或铜等转变为可溶性化合物而从矿石中溶解出来，其化学过程是：FeS2（黄铁矿）+7Fe2（SO4）3+8H2（）→15FeSO4+8H2SO4Cu2S（辉铜矿）+2Fe2（SO4）3→2CuSO4+ 4FeSO4+S有关的金属硫化物经细菌溶浸后，收集含酸溶液，通过置换、萃取、电解或离子交换等方法将各种金属加以浓缩和沉淀。
基于微生物的生物冶金技术
基于微生物的生物冶金技术是一种利用微生物进行金属矿物的提取、回收和加工的技术。
随着环保意识的提高和资源的消耗，逐渐被重视并被广泛应用。
1. 微生物在生物冶金技术中的应用微生物在生物冶金技术中具有很多优势。
首先，微生物具有高效、低成本的特点。
其次，微生物的生物活性能力可以被调控、改良，加速金属矿物的生化反应。
另外，微生物的应用符合绿色、环保的生产理念，可以减少对环境的污染和破坏。
2. 微生物在不同类型金属矿物的处理中的应用微生物在不同类型金属矿物的处理中都有着广泛的应用。
例如，在硫化物金属矿物的处理中，微生物可以通过氧化作用将硫化物转化为硫酸盐，并释放出金属离子，从而实现提取和回收。
在铜-铜镍矿物的处理中，微生物可以通过酸化作用促进铜和镍的溶解，从而减少锻达的复杂步骤和成本。
此外，在铁矿物的处理中，微生物可以产生硫酸盐，加速铁的溶解。
3. 微生物与化学药剂的结合应用微生物常常与化学药剂结合应用，以进一步提高生产效率和降低成本。
例如，在金属矿物中添加一定的氧化剂和还原剂，可以促进微生物的代谢活性，提高生产效率。
此外，采用特殊搅拌机和反应器，可以实现微生物与化学药剂的混合，提高反应效率。
4. 微生物在工业化生产中的应用随着的不断发展和进步，其在工业化生产中的应用也在逐渐扩大。
目前，已有大量的矿山企业采用微生物在金属矿物提取、回收和加工方面的技术。
而在城市垃圾、污水和固体废弃物处理领域，微生物也被广泛应用。
5. 微生物在生物冶金领域的前景和挑战因其显著的环保特点和理论成果，将有更广阔的前景。
同时，与它面临的挑战也不可忽视。
其中，技术的稳定性和可预测性是当前研究亟待解决的问题。
生物冶金过程中，需要较长时间的垂直滞留，这意味着处理周期较长，设施等方面的投资也较高，因此成本管理也是一个需要解决的挑战。
6. 结论凭借其独特的环保特点、低成本和高效性，将是未来金属矿物提取、回收和加工领域的新研究方向。
同时，亟待解决的问题也需要更多的研究和投入，以进一步提高技术的稳定性和可预测性。
微生物冶金
充满含菌浸提液，再加以机械搅拌以增大冶炼速度。这种 方法虽然只能处理少量的矿石，但却易于控制。
• 地下浸提法：这是一种直接在矿床内浸提金属的方法。
这种方法大多用于难以开采的矿石、富矿开采后的尾矿、 露天开采后的废矿坑、矿床相当集中的矿石等
细菌冶金的优点
火山硫玻璃微生物发现
生物冶金的原理
• 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
• 生物分解：铝土矿存在许多细菌,该类微生 物可分解碳酸盐和磷酸盐矿物。
生物浸出分类
• 堆浸法：通常有矿山附近的山坡、盘地、斜坡等地上，
铺上混凝土、沥清等防渗材料，将矿石堆集其上，然后将 事先准备好的含菌溶浸液用泵自矿堆顶面上浇注或喷淋矿 石的表面，使之在矿堆上自上而下浸润，经过一段时间后 浸提出有用金属。
• 提高金和贱金属的回收率；
• 从商业角度证实下游技术如溶剂萃取、电积法可用 于经生物技术处理过的溶液现物生产贱金属；
• 生产过程的简单化降低了前期投入和运营费用，缩 短了建设时间，维修简单方便；
• 生产在常压和室温（约为25摄氏度）条件下进行， 不用冷却设备，节约了投资和运营资本；
• 生物浸出的废弃物为环境所接受，节约了处理废弃 物的成本，生物浸出的废弃物的预防措施也很少；
黄铁矿
铜铀云母
黄铜矿
砷黄铁矿
微生物冶金的现状
国内：
目前，以中南大学邱冠周教授为首席科 学家已正式启动“微生物冶金的基础研 究”，该项目以教育部为依托、由中南大 学为第一承担单位，北京有色金属研究总 院、山东大学、中国科学院过程工程研究 所、北京矿冶研究总院和长春环境研究院 等单位协作承担，这标志着我国有色金属 矿产选冶领域的基础研究进入了与国际一 流水平同步的发展阶段。
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利用微生物能够把金矿、银矿、铜矿和铁矿中的某些金属选择性地溶解出来，称为微生物冶金。具有资源利用充分、成本低、投资小、设备要求简单、流程灵活、过程易于控制、无环境污染的特点。
例如
2、浸矿微生物种群
大多为化能自养型细菌，耐酸性、以氧化硫磺以及硫化物获得能量的细菌最常用。
（1）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、还原硫、硫化铜以及硫化矿பைடு நூலகம்
温度5-40摄氏度，最适合温度28-35摄氏度
pH=1.2-6.0，最适合pH2.5-2.8
氧化亚铁、元素硫、还原态硫化物获得能量，以二氧化碳为碳源，以铵盐或氮源。
（2）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
温度5-40摄氏度，最适合温度30摄氏度
pH=0.5-4.0，最适合pH2.5-3.0
氧化亚铁黄铜矿获得能量，以二氧化碳为碳源，以铵盐或氮源。
（3）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
温度5-40摄氏度，最适合温度30摄氏度
pH=1.5-4.0，最适合pH2.5-3.0
氧化还原态硫获得能量，以二氧化碳为碳源，以铵盐或氮源。
3、影响矿物浸出速度
（1）pH
（2）温度
（3）铵盐浓度、二氧化碳浓度等营养物情况、氧浓度、氧化还原电位
（4）铁浓度（0+1+2+3）、硫浓度、还原态硫化物浓度、硫酸盐浓度
（5）矿石粒度、比表面积
（6）微生物种群数量
4、工艺过程
如下图：