微生物湿法冶金
生物湿法冶金的应用与发展
生物湿法冶金的应用与发展生物湿法冶金是一种利用微生物来提取和分离金属的方法，广泛应用于矿石的提取和回收过程。
该方法具有环保、高效、低能耗等优点，并且可以处理低品位矿石、废弃物和有毒废料等资源，对于实现绿色矿业和循环经济具有重要意义。
本文将介绍生物湿法冶金的应用和发展。
生物湿法冶金的应用范围广泛，可用于提取多种金属，如铜、铁、锌、镍、钴等。
其中最为常见的应用是铜的提取。
在传统的湿法冶金中，铜的提取一般需要高温高压的氧化熔炼过程，而生物湿法冶金可以在相对低温条件下进行，并且不需要添加氧化剂，大大降低了能耗和环境污染。
通过将含铜矿石浸出液与适宜的微生物接触，微生物可以利用其新陈代谢过程中产生的酸性代谢产物（例如硫酸）将金属离子从矿石中提取出来。
此外，还可以利用微生物的还原代谢能力将金属离子还原为金属，从而实现金属的回收和再利用。
除了铜的提取，生物湿法冶金还可以用于提取其他金属，如锌、铁等。
锌的提取一般通过酸性的浸出液进行，微生物可以利用其代谢过程中产生的氧化剂将锌离子从矿石中提取出来。
铁的提取一般通过还原过程进行，可以利用适宜的微生物将铁离子还原为金属铁，并进行回收和再利用。
生物湿法冶金的发展主要包括以下几个方面。
首先，研究和应用新的生物湿法冶金菌株。
目前已经筛选出了一些具有较高金属提取能力的微生物，例如耐酸硫酸矿细菌、耐酸提铜细菌等，但仍然需要对菌株进行优化和改造，以提高其生物湿法冶金性能。
其次，研究和改进金属提取过程。
通过改善溶液的pH值、温度、氧化还原电位等条件，可以提高金属的提取率和选择性。
此外，还可以探索新的金属提取机制，利用微生物的代谢过程来实现更高效的金属提取。
最后，研究和开发新的生物湿法冶金工艺。
生物湿法冶金是一个复杂的过程，需要考虑微生物的适应性、生长条件、代谢产物等因素，因此需要综合考虑各种因素，优化工艺流程，并开发出适用于不同矿石和工艺条件的生物湿法冶金工艺。
总之，生物湿法冶金作为一种环保高效的金属提取方法，具有广阔的应用前景和发展潜力。
微生物湿法冶金
微生物冶金工艺及发展(童威祖）(1009030216)摘要论述了微生物浸出的原理,介绍了用于冶金工业的微生物及用于工业上的生物冶金方法:堆浸法、槽浸法及就地浸出法,并讲述了国外浸出铜、金、铀、锰四种金属采用微生物浸出工艺的生产情况。
提出了目前微生物冶金发展中存在的问题及今后微生物冶金发展的方向。
关键词微生物冶金浸出引言目前,世界矿产资源日渐贫杂,资源、能源、环境问题越发引起人们重视, 我国矿产资源国家战略地位与日俱增。
随着矿物贫杂化和严重能源危机及环境污染的加剧,传统的冶金技术面临巨大挑战,寻求更为高效、低能、清洁的绿色资源利用途径成为研究焦点。
根据美国国家研究委员会( NRC) 2001年的研究报告,在未来20a ,美国矿业最重要的革新将是采用湿法冶金工艺取代有色行业传统的熔炼工艺[ 1]。
1 微生物湿法冶金概述微生物湿法冶金技术是一门新兴的矿物加工技术,它包括微生物浸出技术和微生物浮选技术。
微生物浸出技术始于20世纪50年代,并已在铜、铀贫矿的堆浸及含砷难处理金矿的预处理方面实现了工业化生产应用;微生物浮选技术在20世纪80年代出现,目前尚在实验室研究阶段。
由于微生物湿法冶金具有环境危害小和资源利用率高的优点, 在资源环境问题日益受重视的今天倍受关注,在矿物加工领域展示了广阔的应用前景[ 2]。
微生物浸矿是指用微生物生长代谢产生的酸性水溶液,将有价金属元素(如铜、铀)等从其矿石中溶解出来,加以回收利用的方法。
这些金属矿物一般指低品位矿、复杂矿物、尾矿石等用传统方法难以利用的矿物,是生物、冶金、化学、矿物等多学科交叉技术。
微生物浸出工艺一般采用堆浸, 在细菌存在的情况下,如硫化矿物被氧化并释放出金属离子,浸出液回收有价金属,残余液添加试剂再返回堆中复浸。
通常残余液中都含有硫酸及Fe3+/Fe2+离子, 这些对矿物金属的浸出是十分有益的。
微生物浸矿的优点表现在: 低能耗、低药剂消耗量, 低劳动力需求, 低成本; 反应温和,工艺流程短,设备简单,易于建筑,流动资金占有量小; 资源利用广,能使更多不同种类极低品位矿物得到有效利用; 无废气, 一定程度上可认为无废物、废水排放,环境友好,增加生产安全性; 简化了整个工艺过程。
湿法冶金新工艺新技术及设备选型应用手册
湿法冶金新工艺新技术及设备选型应用手册一、湿法冶金简介湿法冶金是一种从含金属的废水、废渣或土壤中回收有价金属的重要方法。
它通过化学或电化学过程，将金属从复杂的多金属氧化物或硫化物中提取出来，并转化为可溶性的离子形态，然后从溶液中提取出来。
湿法冶金广泛应用于工业生产中，尤其在环保和资源回收方面具有重要意义。
二、新工艺新技术1. 微生物浸出技术：利用某些特殊类型的微生物，能够将固体矿石中的金属离子转化为可溶性离子，提高金属提取效率。
2.化学沉淀法：通过添加沉淀剂，将金属离子转化为氢氧化物、碳酸盐或其他类型的沉淀，从溶液中分离并回收金属。
3. 膜分离技术：利用半透膜将溶液中的金属离子与杂质、有机物等分离，具有高效、选择性高的优点。
4. 电化学处理法：通过电解作用，将金属离子从溶液中提取出来，适用于处理高浓度金属离子废水。
三、设备选型应用1. 搅拌器：用于液体混合、搅拌，促进化学反应的进行。
2. 浸出罐：用于微生物浸出、化学沉淀等工艺过程的浸出作业。
3.沉淀池：用于金属离子的沉淀过程，回收金属。
4. 膜分离设备：用于处理含金属离子废水，回收金属。
5. 电镀槽：用于电化学处理法，将金属从溶液中提取出来。
四、总结湿法冶金新工艺新技术及设备选型应用日益多样化，包括微生物浸出、化学沉淀、膜分离和电化学处理等新工艺，以及相应的设备如搅拌器、浸出罐、沉淀池和电镀槽等。
这些新工艺和设备的选择和应用，将有助于提高金属回收效率，降低环境污染，实现资源的可持续利用。
以上内容仅供参考，具体选择和应用还需要根据实际情况进行考虑。
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。
ห้องสมุดไป่ตู้
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.
微生物湿法冶金的进展和展望
实验结果及数据分析
实验结果显示，在一定条件下，微生物能够有效浸出金属离 子。
通过数据分析，发现微生物种类、培养条件、矿石性质等因 素对浸出效果有影响。
结果讨论和解释
实验结果表明，微生物湿法冶 金具有较高的应用前景。
结果讨论：微生物湿法冶金具 有节能、环保等优势，可降低 冶金过程的环境污染。
结果解释：微生物湿法冶金是 一种生物冶金方法，通过微生 物的作用实现金属资源的提取 和分离。
06
研究展望和未来发展趋势
研究中存在的问题和不足
微生物湿法冶金过程复杂
微生物湿法冶金涉及多种微生物、化学物质和物理因素，其相互作用机制复杂，难以精确控制。
缺乏系统性的研究
目前对于微生物湿法冶金的研究多集中于特定体系或特定金属，缺乏对整个过程的系统性和全面性研究。
工业化应用困难
由于微生物湿法冶金的处理量较小，且存在微生物生长缓慢、对环境条件要求较高等问题，导致其工业化应用存在一定困 难。
与其他学科领域的结合与应用前景
1 2
与环境科学结合
微生物湿法冶金可用于处理重金属污染土壤和 水体，有利于环境保护和修复。
与能源领域结合
将微生物湿法冶金与生物能源、太阳能等可再 生能源相结合，实现能源与资源的双重回收。
3
与材料科学结合
通过微生物湿法冶金过程，可制备具有特定性 能的金属材料或复合材料，为新材料制备提供 新的途径。
通过实验研究和验证，探究微生物湿 法冶金技术中涉及的关键科学问题和 技术瓶颈，提出相应的解决方案和优
化策略。
实验室研究内容及方法
针对微生物湿法冶金技术的不同应用场景和特点，设计并构建了多种实 验室规模下的反应体系和实验流程。
通过实验室模拟、参数优化和对比实验等手段，对微生物湿法冶金技术 的各项性能指标（如浸出率、回收率、能耗等）进行了系统研究和优化
微生物湿法冶金的进展和展望
案例三
总结词
某公司利用微生物湿法冶金技术成功提 取锌，提高了锌矿的回收率和环保性。
VS
详细描述
某公司采用微生物湿法冶金技术，通过选 育和优化微生物菌种，利用微生物浸出剂 浸出锌矿，得到高品位的锌溶液。该方法 具有工艺简单、环保、成本低等优点，同 时避免了传统火法冶金带来的环境污染问 题。
06
研究结论与展望
降低了能耗和成本。
研究展望
未来，微生物湿法冶金技术将在更广泛 的领域得到应用，如新能源材料、稀有
金属回收等。
针对目前研究中存在的问题，未来将加 大力度开展基础研究，探索浸出过程的 新原理、新方法，进一步提高浸出率和
回收率。
此外，加强工程应用研究，将研究成果 应用于实际生产过程中，实现产业化转
化，也是未来研究的重点方向。
随着人们对环保和资源利用的重视程度不断提高，微 生物湿法冶金的技术和应用将会得到更广泛的发展。 未来，该技术将在优化菌种选育、提高浸出速率和效 率、降低成本和提高提取纯度等方面取得更大的突破 。同时，结合现代生物技术和人工智能等手段，微生 物湿法冶金有望实现更加智能化和自动化的操作，为 冶金行业带来更多的经济和环境效益。
可持续性发展
微生物湿法冶金能够利用废弃物和低品位矿石等资源，具有很好的可持续性发 展前景。未来，人们将会更加注重资源的可持续利用和环境保护，从而推动微 生物湿法冶金的发展。
04
微生物湿法冶金的挑战和对策
微生物湿法冶金的工业化和规模化问题
微生物种类繁多，生长条件各异，导致工业化规模化难度大。
缺乏高效的生物反应器和生物催化剂，限制了微生物湿法冶金的工业化和规模化。
微生物湿法冶金的进展 和展望
汇报人： 日期:
生物湿法冶金的研究
生物湿法冶金的研究2 •定义生物湿法冶金（也称硫化矿生物冶金），是一门硫化矿生物提取冶金的工业应用，主要用于处理传统技术难处理的低品位复杂矿、废弃矿石、尾矿等。
2.浸出基本原理硫化矿的生物浸出是水溶液中多相体系的一个复杂过程，包含化学氧化、生物氧化和电化学氧化反应。
一般认为,在生物浸出过程中，微生物的作用表现在三方而。
2.1直接作用直接作用是指细菌与硫化矿物直接接触氧化，加速固体矿物被氧化成可溶性盐的反应过程，如许多金属硫化矿物在浸矿微生物的直接氧化作用下会发生浸出反应。
直接作用发生第一步：细菌吸附。
在K.A.Natara janetai的研究中显示，细菌吸附量的增加可以促进铁的溶解。
M.I.Sampson等人用氧化亚铁硫杆菌、中等嗜高温菌一嗜高温氧化硫化物硫杆研究了不同培养条件下对不同矿物的吸附作用，结果表明，中等嗜高温菌种有更大的吸附程度，这一结果与矿物被细菌浸出的结果一致。
KAThirde等人的研究表明黄铜矿浸出率强烈依赖于溶液中的氧化还原电位（En）, 这种参数比细菌数量或活性更有影响，当分别加入亚铁或高铁时，前者浸出速度快 2.7倍，而后者却抑制了细菌浸出，因此细菌促进电化学氧化作用，仅当电化学条件有利时才发生。
2.2间接作用间接作用是指利用硫化矿物中释放出来的亚铁和硫元素间接浸出硫矿化物。
桩木圭子等人用氧化亚铁硫杆菌浸出黄铁矿，分析了浸出溶液和黄铁矿表面，并通过测定溶液中氧化还原电位（En）的变化—作为细菌氧化活性的一种度量，认为黄铁矿的细菌浸出主要按照间接机理。
利用氧化亚铁微螺菌研究它对黄铁矿的氧化浸出动力学，表明它是通过间接作用氧化黄铁矿。
同时发现氧化亚铁硫杆菌优先利用高铁氧化硫化锌产生的是元素硫，而不是亚铁，高铁的再生被抑制，因此确定了硫化锌的细菌氧化机理是间接作用。
2.3复合作用研究认为，黄铁矿细菌氧化同时有直接作用和间接作用，而黄铜矿是以直接作用进行的，黄铁矿的存在对黄铜矿的氧化有抑制作用，用此解释两种矿石的浸出差异。
微生物湿法冶金
微生物培养基制备与优化
培养基成分：包括碳源、氮源、无机盐等 培养基配比：根据微生物种类和生长需求进行优化 培养基灭菌：采用高压蒸汽灭菌等方法确保无菌环境 培养条件控制：温度、pH值、氧气等条件对微生物生长的影响
微生物接种与培养条件控制
微生物种类选择： 根据冶金需求选择 合适的微生物种类
接种量控制：确定 合适的接种量，提 高冶金效率
微生物湿法冶金应用案例
第五章
铜矿微生物湿法冶金应用案例
铜矿资源分布与开 采现状
微生物湿法冶金技 术原理
铜矿微生物湿法冶 金应用流程
实际案例分析：某 铜矿微生物湿法冶 金项目介绍
锌矿微生物湿法冶金应用案例
锌矿资源分布与特点
微生物湿法冶金技术原理
锌矿微生物湿法冶金工艺 流程
锌矿微生物湿法冶金应用 效果与优势
未来市场需求与增长趋势 技术应用拓展与跨界合作
微生物湿法冶金实践经验分 享
第七章
实验室研究经验分享
实验设计：确定合适的实 验方案，包括实验目的、 材料和方法
实验操作：按照实验方案 进行实验操作，注意实验 细节和规范
数据记录：详细记录实验 数据，包括实验结果和异 常情况
结果分析：对实验结果进 行分析和解释，得出科学 结论
未来发展前景与挑战
铀矿微生物湿法冶金应用案例
铀矿微生物湿法冶 金技术原理
铀矿微生物湿法冶 金应用案例背景
铀矿微生物湿法冶 金应用案例过程
铀矿微生物湿法冶 金应用案例结果与 效益
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
微生物湿法冶金优势与挑战
第六章
微生物湿法冶金优势分析
资源利用率高：微生物湿法冶金能够充分利用矿石中的有价金属，提高资源利用率。 环保性：微生物湿法冶金采用生物方法提取金属，避免了传统冶金的污染问题，具有环保性。 高效性：微生物湿法冶金具有较高的金属提取率和较短的周期，提高了生产效率。 灵活性：微生物湿法冶金适用于不同类型矿石的处理，具有较强的适应性。
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出。
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5
1.3 复合作用理论
复合作用理论是指在细菌浸出过程中， 既有细菌直接作用，又有通过Fe3+氧化的
间接作用。有时以直接作用为主，有时则
以间接作用为主，但两种作用都不可排除，
这是迄今为止绝大多数研究者都赞同的细
菌浸矿机理。实际上，矿石总会多少存在 一些铁的硫化矿，所以浸出时Fe3+的作用
来，经过大量的研究和实验，人们已基
本掌握了微生物浸出过程的规律和作用
原理。细菌浸矿理论主要有直接作用理
论、间接作用理论以及复合作用理论，
还有学者提出了破硫膜作用说。
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3
1.1 直接作用理论
所谓细菌直接作用是指不依 赖于Fe3+的触媒作用，细菌的细胞 和金属硫化矿固体之间直接紧密 接触，通过细菌细胞内特有的铁 氧化酶和硫氧化酶直接氧化金属 硫化物，使金属溶解出来。
国外难处理含砷、硫、炭金
矿预氧化——氰化浸金研究、应
用概况，见表1。
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13
2.1.2 国外商业生物氧化厂
（1）南非Fairview生物氧化厂
（2）巴西Sao Bento选矿厂
（3）澳大利亚Harbour Lights生物氧化厂
（4）澳大利亚 Wiluna生物氧化厂
（5）加纳Ashanti生物氧化厂
物氧化反应器，机组处理含S18.7%的浮
选精矿，处理能力为150t/d，硫的氧化
率达到30%。
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16
澳大利亚Harbour Lights生物氧化厂
1991年Harbour Lights选矿厂获得用生 物氧化法处理堆置精矿和新鲜精矿的许可证。 生物氧化厂设计处理能力为40t/d，于1991年 6月开始建设，1991年底建成投产，至1992年 10月的实践证明，在达到设计处理能力的前 提下金回收率达到92%。
化矿的氧化和某些矿山坑道水酸化过程中起着重要作
用。1951年，坦波尔（Temple）和幸凯尔（Hinkle）
从煤矿的酸性矿坑水中首先分离出一种能氧化金属硫
化物的细菌，并命名为氧化亚铁硫杆菌（或称氧化铁
硫杆菌，Thiobacillus ferrooxidans）。美国肯尼柯
特（Kennecott）铜矿公司的尤它（Utah）矿，首先利
精金矿S品位（%） 27.4 23.1 22.9 18.0 16.8 14.3
金回收率（%）
生物氧化厂运转率 （%）
93.0 99
92.5 93.4
98
98
精选课件
93.8 98
96.9 99
97.1
99
15
巴西Sao Bento选矿厂
1990~1991年GENCOR工艺研究公司经
过大量半工业试验，安装一台580m3的生
（6）秘鲁Tamboraque生物氧化厂
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14
南非Fairview生物氧化厂的指标
操作指标
年平均值 1988 1990 1991 1995 1996 1997
处理精金矿量（t/d） 263 350 712 906 754 865
精金矿品位（g/t） 99
109 127 151 127 116
用该菌渗透浸出硫化铜矿获得成功，1958年取得这项
技术的专利，这是第一个有关细菌浸出的专利。
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8
我国细菌浸出研究，首先是在中国科学院微生物研
究所方心芳和王大珍两位先生的指导下于1959年开始的。
最初进行了细菌的分离鉴定、主要生理特性的研究、金
属硫化矿物的细菌浸出研究。
20世纪60年代末至80年代初是我国细菌浸出研究及
9
国内主要研究单位
1 中科院北京微生物研究所
2 中科院化学物理研究所
3 中科院北京化冶研究所
4 中南大学矿物工程系
5 云南大学微生物研究所
6昆明理工大学资源开发工程系
7 内蒙古工业大学
8武汉化工学院选矿教研室
9 北京矿冶研究总院
10 新疆农科院微生物研究所
11中科院广西生物研究所
12 长沙矿山研究院
13地矿部成都综合岩矿测试中心
14地矿部西安综合岩矿测试中心
15地矿部青海省中心实验室
16 长春黄金研究院
17陕西省地堪局第三地质队
18云南地质科学研究所
19江西德兴铜矿
20核工业北京化冶院
21原核工业第六研究所
22南华大学
23东华理工大学
24昆明冶金研究院
25昆明贵金属研究所
26 北京有色冶金研究总院
应用蓬勃发展的时期，也取得了不少成绩，如：细菌浸
出湖南柏枋铜铀伴生矿回收铜和铀的研究，于1972年成
功应用于生产。但从80年代初至80年代末，细菌浸出的
研究和应用基本处于停滞状态。直到90年代初，我国的
细菌浸出研究工作又开始出现复苏，中国科学院、地矿
部、冶金部的有关院所、矿山及一些高校都逐步恢复了
细菌浸出的研究和应用工作精选。课件
微生物湿法冶金
南华大学 王清良
2008.9.16
精选课件
1
目录
1 微生物浸矿的基本原理
2 国内外现状及进展
2.1 细菌浸金
2.2 细菌浸铀
3 细菌浸出发展方向
4 其它方面的应用
5 南华大学细菌浸铀研究
6 新疆737细菌浸出试验研究
精选课件
2
1 微生物浸矿的基本原理
自上世纪50年代发现浸矿微生物以
吨含砷金精矿的细菌氧化-氰化提金示范生产厂；
三是地矿部西安综合岩矿测试中心，已在西安近
郊建成日处理量2吨以上含砷精金矿细菌氧化提金
厂。陕西省地堪局第三地质队申请了细菌浸金的
专利一项。
精选课件
11
2.1 细菌浸金
细菌浸金主要用于含 砷和含硫的难处理金精矿。
精选课件
12
2.1.1 含砷、硫、炭 金精矿
精选课件
4
1.2 间接作用理论
间接作用理论是指利用氧化硫硫杆菌、氧
化亚铁硫杆菌等浸矿细菌先将低价铁和元素硫氧
化生成高价铁和硫酸，利用产生的硫酸高铁和硫
酸进行浸出。铀矿石的浸出主要就是利用上述浸
矿细菌的氧化产物，对沥青铀矿等主要铀矿物氧
化和溶解。细菌氧化产物Fe2(SO4)3能将不溶于酸 的四价铀氧化成可溶于酸的六价铀，从而将铀浸
不可排除。
精选课件
6
1.4 破硫膜作用说
有学者认为，在浸矿过程中，矿 石块表面覆盖着硫的薄膜，阻碍了溶 浸液与矿石块表面的直接作用，若有 细菌存在，可以将硫膜氧化和破坏， 使浸出得以继续进行。
精选课件
7
2 国内外现状及进展
1947年，Fe3+的细菌，并证实该菌在金属硫
27贵溪江西铜业公司科研设计所溶精浸选室课件
10
国内细菌浸出研究和应用取得显著进展的有
三家：一是江西德兴铜矿，1993年与美国一家公
司合作进行的尾矿细菌堆浸半工业试验获得成功
并应用于生产 ；二是长春黄金研究院，承担黄金
工业“九五”科技改造重点项目——细菌氧化-氰
化提金工艺研究，在三年内建成一个日处理5~10