生物冶金技术的原理与方法
低碳生物冶金技术研究进展
低碳生物冶金技术研究进展发布时间：2022-10-19T06:24:44.257Z 来源：《科学与技术》2022年第11期6月作者：宋文强张楠[导读] 现如今，经济在快速发展，社会在不断进步，在“碳达峰、碳中和”的背景下，资源节约、循环与综合利用成为矿冶行业发展与转型的重要指导理念。
宋文强张楠内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古自治区包头市 014000；山东建筑大学外国语学院山东省济南市 250100摘要现如今，经济在快速发展，社会在不断进步，在“碳达峰、碳中和”的背景下，资源节约、循环与综合利用成为矿冶行业发展与转型的重要指导理念。
因操作简单、成本低廉、环境友好等特点，生物冶金技术成为矿冶行业绿色高质量发展的关键技术之一。
随着社会需求的变化及科学技术的进步，生物冶金的研究范围不断扩大，与不同研究方向的交叉融合也日渐频繁。
在传统硫化矿的基础上，生物冶金也开始广泛应用于处理铀矿、稀土矿、海底矿、深地矿、外太空矿及固体废弃物（尾矿、冶炼渣、电子废弃物等）等资源。
通过VOSviewer分析了新世纪以来生物冶金领域的研究热点和发展动态，并在此基础上简要综述了生物冶金的起源和发展，“双碳”背景下生物冶金在矿冶行业的发展前景，以及硫化矿、稀土矿、铀矿和固体废弃物生物冶金的基本原理、研究与应用进展。
关键词：碳达峰，碳中和，生物冶金，进展ABSTRACTNowadays, with rapid economic development and social progress, resource conservation, recycling and comprehensive utilization have become important guiding concepts for the development and transformation of the mining and metallurgical industry in the context of "carbon peaking and carbon neutral". Because of simple operation, low cost and environmental friendly features, biometallurgy technology has become one of the key technologies for green and high quality development in the mining and metallurgy industry. With the change of social needs and the progress of science and technology, the research scope of biometallurgy is expanding and the cross-fertilization with different research directions is becoming more and more frequent. Based on the traditional sulfide ore, biometallurgy has also started to be widely applied to treat resources such as uranium ore, rare earth ore, subsea ore, deep earth ore, outer space ore and solid waste (tailings, smelting slag, electronic waste, etc.). Based on this, we briefly review the origin and development of biometallurgy, the development prospect of biometallurgy in mining and metallurgy industry under the background of "double carbon", and the progress of biometallurgy of sulfide ore, rare earth ore, uranium ore and solid waste. The basic principles, research and application progress of biometallurgy of sulfide ore, rare earth ore, uranium ore and solid waste. Key words: Carbon Dacron, Carbon Neutral, Biometallurgy, Progress引言生物冶金，即生物浸出技术指的是以细菌为本体的微生物技术在铁矿石、铜矿及其他矿产资源的提取上的广泛应用，在相关浸矿细菌长期存在情况下，由于细菌的催化反应和氧化作用，借助浸矿细菌或其新陈代谢衍生物对某些矿物和元素所具有的氧化、还原、溶解及吸附等作用，从矿石中溶浸金属或从水中可回收金属。
微生物冶金的原理及工艺
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：
第十章_生物冶金ppt
Me2++2Fe2++S
细菌参与
所生成的Fe2+在细菌的参与下氧化成Fe3+：
2
Fe3++1/2H2O
生物冶金
生物冶金技术简介生物冶金技术又称为生物浸出技术，是利用微生物或其代谢产物溶浸矿石中有用金属的一种新技术，具有装备简单、流程短、建设和操作成本低，对环境友好及可利用低品位复杂难处理矿石等特点，现已成为世界各国矿冶工程研究和应用的热点，是本世纪最具有竞争力的矿冶技术之一。
一、生物冶金技术的概念与传统资源加工技术—选矿和冶金提取与分离两大工艺流程不同，生物冶金技术是利微生物、空气和水等天然物质从矿石中直接提取有价金属，无需选矿、火法冶炼的清洁短流程技术、反应过程自然温和，是矿冶工程与现代生物科学交叉结合的一门的新型学科。
二、生物冶金的工艺过程生物冶金的工艺过程大体可分为堆浸工艺和搅拌浸出两种方式。
堆浸工艺通常用于处理低品位的矿石或废石，搅拌浸出工艺通常用于高品位矿或精矿。
以硫铜矿生物堆浸提铜为例，其工艺如下：将铜矿石粉碎后，堆浸的同时加入微生物，经过微生物分解一段时间后获得金属浸出液。
浸出液分别经过萃取、电积两个步骤后可获得高纯阴极铜。
三、生物堆浸技术的特点传统矿冶工艺的主要缺陷在于依赖高温、高压、强酸、强碱等苛刻条件下的“强烈反应”来分解矿物提取制备金属，而生物堆浸技术与传统矿冶相比有如下特点：1、反应温和。
利用微生物的催化作用，将矿物冶炼从高温高压及强酸强碱的苛刻化学条件下改变常温常压及低酸低碱的温和反应。
2、设备少、工艺流程简单、建设周期短、基建投资大大减少。
而且处理量大，易操作、生产成本低、产品价值高。
3、无二氧化硫等有害气体排放、溶液循环利用，环境友好，节约了处理废弃物的成本；工艺过程矿石无需细磨，可大幅度降低能耗，符合节能减排的发展要求。
4、能较经济地处理常规法难以处理的某些低品位矿石，提高资源利用率，拓宽找矿领域；适合于开发偏远交通不便地区资源，规模可小可大。
四、生物冶金的应用领域国外生物冶金的研究工作，以智利、南非、澳大利亚、美国、加拿大最为卓著，首先应用于铜，铀的工业开发利用。
经过几十年的发展，南非开始用生物技术经济从难处理金精矿中回收贵金属，目前大多数国家已经实现大规模的工业化应用。
生物冶金
●生物湿法冶金（Biohydrometallugy），是应用微生物将金属矿物氧化、还原或络合分解，使金属或金属离子进入溶液，进一步分离、富集、纯化而提取金属的技术。
该法适应于溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，从而最大限度地利用有限的矿产资源。
●生物冶金主要发生在水环境中，包括生物淋滤（bioleaching）：一种不溶性金属在水中转变为可溶性金属，例如CuS转变为CuSO4。
指利用特定微生物或其代谢产物的氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其它金属)分离浸提的一种技术。
●●；生物冶金（biomining）；又称生物浸出技术，通常指矿石的细菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物进行。
●生物氧化（biooxidation ）：金属的是重获可有微生物分解金属中的矿物质来提高，但获得的金属并不一定都是可溶的。
例如金可从黄铁矿和毒砂中获得。
●●矿石品位：指金属矿床或部分非金属矿床（如磷灰石、钾盐、莹石等）中有用组分的单位含量。
通常以％、克/吨、克/米3、克/升等表示。
矿石品位高低决定矿产资源开发利用价值大小。
●贫矿：铜矿< 0.3%；锰矿< 10%；金矿<1g/吨●生物冶金应用领域：从矿石中提取金属（硫化矿）、矿物预处理（硫化矿包裹矿）、环境治理及修复（酸性矿水及重金属污染水源）●生物冶金优势：1，更加温和、友好。
生物冶金不需要高能量，不产生SO2等有害物质，适合低电势金属的提取。
●黄铁矿（FeS2, pyrite）、砷黄铁矿(AsFeS2, arsenopyrite) 含金、黄铜矿(CuFeS2chalcopyrite、闪锌矿(ZnS, sphalerite) 锰、铀等●生物冶金微生物的共同特点：1，大部分是化能自养微生物，二价铁或无机硫化物作为电子受体。
2，嗜酸性微生物适应的PH是1.5~5。
3，需要CO2●和O2的混合气体，CO2供生长，O2作为电子受体4，痕量有机物可以刺激生长，浓度高的有机物对微生物有毒。
生物冶金
报告学生：池文荣 指导老师：金哲男
报告内容
生物冶金研究背景
研究目的与意义
浸出作用机理 工业应用现状 发展趋势
1. 生物冶金背景
生物冶金是指利用微生物（细菌、古菌 和真菌）将矿石中有价金属以离子形式溶解 到浸出液的过程。
1. 生物冶金背景
球菌（coccus）
双球菌
链球菌
葡萄球菌
辽宁凤城利用 长春黄金研究 院技术筹建 100t/ d提金 厂——天利
山东莱州冶炼 厂与澳大利亚 和南非合作全 套引进国外技 术和设备,建设 200t/ d 生产车 间——天承
4.工业应用现状
山东烟台黄金冶炼厂
山东天承生物氧化厂
辽宁天利生物氧化厂
4.工业应用现状
在生物提取方面，系统地 研究了从矿石中提取金属 的生物冶金基础理论，结 合微生物学、矿物加工学 及湿法冶金等多学科，对 生物冶金过程、生物菌种 的驯化、改良及基因改性 进行了开拓性研究，这项 技术对我国综合利用低品 位矿产资源起着巨大的推 动作用。
2.研究目的与意义
环境无污染, 无 烟气, 加压氧化 的高压危险;
流程简单,投资 少,成本低,能耗 少,并要求操作 水平低;
小规模处理高 品位金精矿， 生产经营经济 上更合算
生物冶金优点
3.浸出机理
目前 ,用于难浸金矿氧化的细菌 主要有： 氧化亚铁硫杆菌 1 (Thiobacillus ferrooxidans)
5.发展趋势 微生物矿物提取机理的研究。包括酶催 化机理、矿冶工艺中的生物代谢过程、微 生物培育生长,及工艺条件的匹配等 露天及地下堆浸工程的开发。
希望各位老师批评、指导
邱冠周Байду номын сангаас
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。
矿物加工中生物冶金的应用与挑战
矿物加工中生物冶金的应用与挑战在当今的矿物加工领域，生物冶金作为一种新兴的技术手段，正逐渐展现出其独特的优势和潜力。
生物冶金是指利用微生物或其代谢产物从矿石中提取有价金属的过程，它不仅为矿产资源的开发利用提供了新的途径，也为解决传统冶金方法所面临的环境和能源问题带来了希望。
生物冶金的应用领域广泛，其中在铜、金、铀等金属的提取中表现尤为突出。
以铜为例，传统的火法炼铜工艺不仅能耗高，而且会产生大量的二氧化硫等有害气体，对环境造成严重污染。
而生物浸出技术则可以在常温常压下进行，通过微生物的作用将矿石中的铜溶解出来，具有能耗低、环境友好等优点。
在金矿的提取中，生物氧化预处理技术可以有效地破坏包裹金的硫化物矿物，提高金的浸出率。
对于铀矿，生物浸出技术也能够有效地从低品位铀矿石中提取铀，降低生产成本。
生物冶金的应用优势显而易见。
首先，它对环境的影响相对较小。
传统的冶金方法往往需要消耗大量的能源和化学试剂，同时产生大量的废弃物和污染物。
而生物冶金过程中，微生物的代谢活动相对温和，产生的废弃物较少，且大多可以通过自然生态系统进行降解和处理。
其次，生物冶金可以处理低品位矿石。
随着高品位矿石的日益减少，如何有效地利用低品位矿石成为了矿业面临的重要挑战。
生物冶金技术能够从这些低品位矿石中提取有价金属，提高了矿产资源的利用率。
再者，生物冶金的成本相对较低。
微生物的培养和维护成本相对较低，而且可以在常温常压下进行反应，减少了能源和设备的投入。
然而，生物冶金在实际应用中也面临着一系列的挑战。
微生物的生长和代谢需要特定的条件，如适宜的温度、pH 值、营养物质等。
如果这些条件得不到满足，微生物的活性就会受到抑制，从而影响金属的提取效率。
此外，微生物的代谢过程较为复杂，其对矿石的作用机制还不完全清楚，这给工艺的优化和控制带来了困难。
生物冶金的反应速度通常较慢，与传统的冶金方法相比，需要更长的时间来完成金属的提取过程。
这在一定程度上限制了其在大规模工业生产中的应用。
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生物冶金技术的原理与方法
生物冶金技术的原理与方法主要包括:
1. 微生物提高法:利用微生物的氧化作用,从低品位矿石中提高和富集金属元素。
2. 微生物堆浸法:利用微生物的作用溶解金属,然后用溶液萃取金属。
3. 微生物还原法:微生物代谢产生能溶解金属氧化物的还原剂,将金属还原为元素态。
4. 固定化细胞技术:将微生物固定在载体上,提高微生物的稳定性和可重复使用性。
5. 生物电化学技术:利用微生物的电化学活性,通过电化学反应回收金属。
6. 生物水解技术:使用酶促反应,通过水解提高金属的回收效率。
7. 生物吸附技术:利用微生物表面组分吸附金属,然后进行脱附富集。
8. 基因工程菌株:构建高效的金属回收与富集的基因工程微生物。
9. 生物淋滤技术:利用微生物的作用,从矿石中淋滤出可溶金属。
10. 生物合成技术:使用合成生物学手段,生产特异性金属结合蛋白等。
这些方法可以提高金属回收率,实现绿色环保的资源利用。