曾宪强
身份证号：43010419640720XXXX 广东韶关 512000
摘要：随着人们生活水平的不断提高，对矿产资源消耗量越来越大，而高品位矿石已近枯竭，开发利用低品位资源已提到议事日程；为此，必须找到一种经济上合理，技术上可行，并且安全环保的回收低品位矿石的方法，以充分利用原先丢弃的废矿或开采低品位的矿床。目前，原地浸出（穿孔注液，不爆破）、就地浸出（爆破后就地喷液）、堆浸、池浸、搅拌浸出等技术被广泛应用，这些方法都伴随有微生物浸出部份。在金矿、铜矿、铀矿的开采中，为了充分利用矿产资源和降低经济成本，科研人员利用微生物浸出技术来实现矿产资源的开发，使得微生物浸出技术成为开采金矿、铜矿、铀矿开采的重要技术。本文在此通过对铜矿中使用的微生物品种的介绍、微生物浸出原理以及微生物浸出效率等进行讨论，并对微生物浸出技术的研究提出作者自己的看法。
关键词：微生物浸出技术；微生物浸出原理；浸出效率；影响因素；研究进展
微生物浸出技术中，矿洞的开采环境以及微生物的特性不同，都会导致铜矿回收率的变化，从而影响到微生物的浸出效率。因此，在使用微生物浸出技术进行铜矿资源的开采时，要保证其达到合适的pH值并满足铜矿的矿浆浓度，保证矿石粒度满足要求，避免粒径过细引起的叠堆。同时，对加入了微生物的矿石进行充分搅拌，使其在搅拌中与微生物接触，保证微生物浸出过程中氧气和二氧化碳的充足。目前，我国在研究高效菌种的培育以及高效菌种的散体渗流过程等还存在部分欠缺，为了提高微生物浸矿工艺的高效率，科研人员需要对现有的微生物浸出技术进行改进和完善。
1微生物浸出技术的概述
最早的微生物浸出主要用于冶金，因此它还有着一个别称：湿式冶金技术，即通过利用微生物生命活动中的氧化以及还原特性来实现铜矿资源的开采。在铜矿开采中，使用微生物浸出技术主要是因为微生物可以浸出金属，并对矿石表面的成份产生氧化还原，使其在水溶液中，以另一种形态的方式与原物质进行分离，包括元素沉淀或者离子状态等。
微生物浸出技术最早是被应用于贫矿中对金属的回收，比如铀、铜、金等。在使用微生物技术进行金属回收时，其产量可以达到总量的15％左右，因此在1970年时，我国在贫铀矿的开采实验中，首次采用微生物浸出技术来探究其铀矿开采的实用性。目前，在铀矿资源的开采中，微生物浸出技术被广泛的应用在铀矿资源的生产中。
2常见的浸矿微生物
在我们赖以生存的自然环境中有着许多微生物具备浸出金属能力。在这些微生物中，化能营养型微生物占着主导地方，其拥有的金属浸出能力最强。
化能营养性微生物中因其菌种类别的不同，各自对生存的环境温度也有着不同的要求，我们根据其生存的事宜环境，又将其分为三种。第一种是适宜28°C至45°C的嗜中温菌；第二种是适宜温度为45°C至55°C的中等嗜热菌；第三种是适宜温度在55°C至80°C的极端嗜热菌。
2.1嗜中温菌
被用于微生物浸出的嗜中温菌主要有三种，分别是氧化亚铁硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌以及氧化硫硫杆菌。
氧化亚铁硫杆菌的氧化能力较强，对于原态硫化物以及二价铁离子等，都可以进行氧化还原。同时，我们对不同温度下、不同浓度下的铁离子进行试验，可以发现，当温度较低以及铁离子浓度低的情况下，适宜采用氧化亚铁硫杆菌及氧化硫硫杆菌来进行微生物浸出，若是环境温度略高以及铁离子浓度高,则适宜氧化亚铁钩端螺菌来进行微生物浸出。
2.2中等嗜热菌
在微生物浸出的中等嗜热菌种也有三类，分别是嗜酸硫化芽孢杆菌、嗜酸嗜热硫杆菌和嗜酸氢杆菌等。
嗜酸硫化芽孢杆菌和嗜酸氢杆菌的分布比较广泛，属于化能自养兼性菌，适宜的酸度值大于PH1.4，小于PH1.8，同时，因为其能量来源主要来自硫元素，因此嗜酸硫化芽孢杆菌在黄铜矿以及黄铁矿等煤矿开采中，氧化还原能力强，有着很好的浸出效果。。嗜酸嗜热硫杆菌与以上两种相比，它的氧化还原电位较高，同时PH值较低，对二价铁离子带有亲和力，因此在进行黄铜煤矿开采的时候，可以有效的对硫元素和铁元素进行浸出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3极端嗜热菌
在铜矿中，矿物氧化产生的热能以及微生物在代谢的工程中产生的热能积累可以使得硫化矿物加快氧化，从而提高浸出效率。在极端嗜热菌中，一般使用的是嗜酸热硫化叶菌、布氏酸菌、硫化裂片菌、嗜热古菌、新型硫化叶菌等。其中嗜酸热硫化叶菌和布氏酸菌被广泛的应用，其适宜温度在68°C左右，适宜的PH值在1.6~2.0之间。极端嗜热菌在煤矿的微生物浸出技术中，对煤矿中的矿浆浓度的变化、PH值变化以及金属浓度的变化可以敏感的察觉到。
3微生物浸出原理
微生物与铜矿中的硫化物接触后，可以对其进行氧化还原反应，在这个过程中，硫化物的金属离子会与硫化物脱离并在溶液中被充分溶解，依据这一原理，同时，为了保证铜矿资源的质量优良，我们将具有这种能力的微生物用于铜矿资源开采中，实现对金属的浸出。
3.1直接浸出原理
微生物直接吸附在煤矿中的金属矿物表面，并通过微生物分泌的酶对接触面的矿物进行氧化还原。释放矿物中的金属离子。
3.2间接浸出原理
微生物将溶液中的二价铁离子氧化成三价铁离子离子，再将其与金属矿物进行接触，使得金属矿物生成铁元素和硫元素，再次对生成的化合物进行氧化，从而释放出金属离子。
4微生物浸出的影响因素
4.1微生物特性
在使用微生物浸出技术中，人们发现使用混合菌种进行浸矿，其效果比使用单一的菌种浸出效果要优良许多。比如采用氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌混用，其浸出效果高于单独是使用氧化硫硫杆菌或者氧化亚铁硫杆菌的浸出效果。
4.2矿物性质
矿石性质不同，其对微生物浸矿所产生的效果也有着不同的影响。比如使用同样的微生物菌种，其在CuO、Cu20、等在几个小时中就可以浸出中，而CuS则需要长达数月，若是使用原生铜矿，则浸出时间很长。每个矿山产出的矿石，矿石的结构、构造、成份比例不一样，可浸性是不同的；为达到经济合理的目的，必须先做试验，比例：矿石同粒度浸出试验，浸出液同浓度浸出试验；池浸和堆浸试验，对比找出一个经济上合理的，技术上可行的方法，再做工业试验，然后再用于生产；一般来说，氧化金矿、铜矿、铀矿都较容易浸出，孔隙多的矿石比结构致密的矿石容易浸出，含泥少的矿石比含泥多的矿石容易浸出；
4.3环境因素
4.3.1温度。环境温度对微生物的影响主要是通过对蛋白质以及核酸等分子结构影响来实现微生物的新陈代谢以及生长。温度偏高，微生物中的蛋白质会失活，而温度过低，则会对微生物中的活性酶进行抑制。
4.3.2酸度值。影响微生物生长以及新陈代谢的又一重要因素就是来自环境中的酸度（PH）值。比如利用铁氧化菌进行生物浸矿时，将环境中的酸度值控制在1.2~2.0之间，可以发现Fe2+和Fe3+的转化速率发生明显的增大。
4.3.3矿浆浓度。当铜矿中的矿浆浓度低于5%时，微生物的氧气的吸收和二氧化碳的传递速度没有受到影响，一旦矿浆浓度过高，微生物得不到氧气供给，会出现缺氧。
4.3.4矿物粒度及搅拌速度。铜矿微生物浸出过程中，与微生物发生接触的矿石面积的大小也影响着微生物的浸出效率。若矿石面积大（孔隙度大），在和微生物进行接触时，可以保证微生物全覆盖在矿石的表层，提高接触范围，浸出效率高；若矿石面积小，则容易堆挤在一起，微生物的接触空间变小，不能完全覆盖矿石，浸出效率变低；另一方面，通过搅拌增大微生物与矿物的接触，但是搅拌的速度过快也会对微生物带来机械损
下转第404页
伤，使其从矿石上脱落，无法再对矿石进行氧化还原，影响浸出效率。因此，我们可以认为，矿石的面积大小以及微生物的搅拌速度不同都会影响到微生物的活性，降低浸出效率。4.3.5金属离子。在进行微生物浸出时，其微生物对金属离子的抗性也对浸出效果有着影响。通过在不同的环境下对比不同菌株以及同一菌株的微生物，可以发现微生物对矿物的金属离子产生的抗性也尽不相同。因此，微生物对金属离子的抗性差异值不能直接得出一个结论，但是可以肯定一点，在微生物菌种得到特定毒性环境驯化后，其对金属离子的抗性会随之增加。
结束语
在铜矿开采中，若是使用传统的开采方式，则会导致金属回收率低下的同时，对周围的环境还会产生影响，基于此，微生物浸出技术的优势得到显现，但目前我国对于微生物浸出技术的研究还没有成熟，对高效的浸出菌种的研究有着欠缺，因此对微生物的浸出研究对我国的铜矿资源开采以及铜矿资源的发展有着重要的意义。
参考文献
[1]赵珂.试论矿物加工工程中的浸出技术分析[J].化工管理,2018(21):167.
[2]代勇华,杨惠兰,卓国旺,龚路淋,胡越.微生物浸出技术及其在三稀矿产资源中的应用现状[J].山东化工,2017,46(11):60-62.
[3]张析,王军,王进龙.生物浸出技术及其应用研究进展[J].世界有色金属,2016 (14):110-112.
[4]雷英杰,艾翠玲,张国春,庄肃凯.微生物浸出技术及其研究进展[J].广州化工,2016,44(14):12-14.
[5]冯光志,石玉,舒玉凤.微生物浸出技术及其在尾矿开发中的应用[J].生物学杂志,2016,33(01):92-97.
论文作者:曾宪强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/9
标签：微生物论文; 铜矿论文; 矿石论文; 杆菌论文; 技术论文; 离子论文; 金属论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;