1、第一节 生物选矿的基本概念 什么是生物选矿工艺？人类有目的的采用生物技术从矿物中直接或间接提取有用金属的方法。根据生物作用于目的矿物的过程与结果的不同，生物对矿物的氧化过程可以分为两类：生物浸出(：Bioleaching)和生物氧化(Biooxidation)。 微生物浸矿工艺包括什么？微生物浸矿工艺包括堆浸法、地浸法、槽浸法以及搅拌浸出法等。（1）堆浸法：堆浸一般都在地面以上进行。该工艺通常利用斜坡地形。将待处理大块矿石 (未经破碎或经过一段粗碎)堆置在不透水的地基上，形成矿石堆，在矿堆表面设置喷淋管路，向矿堆中连续或间断地喷洒微生物浸出剂进行浸出，并在地势较低的一侧建筑集液池收集浸出液。其
2、流程示意图如图65所示。 图65 土堆浸流程示意图（2）地浸法：微生物地浸工艺也叫微生物溶浸采矿。这种浸矿工艺是由地面钻孔至金属矿体，然后从地面将微生物浸出剂注入到矿体中，原地溶浸有用矿物，最后用泵将浸出液抽回地面，回收溶解出来的金属。为了使微生物在地下能正常生长并完成浸矿作用，除了在浸出剂中加入足够的微生物营养物质以外，还必须通过专用钻孔向矿体内鼓入压缩空气，为微生物提供所需要的氧气和二氧化碳。 （3）槽浸法：是一种渗滤型浸出作业，通常在浸出池或浸出槽中进行，槽浸也是因此而得名。微生物槽浸工艺多用来处理品位较高的矿石或精矿，待处理矿石的粒度一般为3mm 或5mm。每一个浸出池（或槽）一次装矿
3、石数十t至数百t ，浸出周期为数十天到数百天。其流程示意图如图66所示。 图66微生物槽浸示意图（4）搅拌浸出法：微生物搅拌浸出一般用于处理富矿或精矿。在进行浸出前，先将待处理矿石磨到一200目占90以上的细度。为了保证浸出矿浆中微生物具有较高的活性，矿浆的固体浓度大都保持在20以下。 什么是生物浸出？生物浸出是指利用细菌对含有目的元素的矿物进行氧化，被氧化后的目的元素以离子状态进入溶液中，然后对浸出的溶液进一步进行处理，从中提取有用元素，浸渣被丢弃的过程。如细菌对铜、锌、铀、镍、钴等硫化矿物的氧化，即属于生物浸出。 什么是生物氧化？生物氧化是指利用细菌对包裹目的矿物(或元素) 的非目的矿物进
4、行氧化，被氧化后的非目的矿物以离子状态进入溶液中，溶液被丢弃处理，而目的矿物(或元素) 或被解离，或呈裸露状态仍留存于氧化后的渣中，待进一步处理提取有用元素的过程。如细菌对含有金、银的黄铁矿、毒砂等矿物的氧化，即属于生物氧化。 生物浸出和生物氧化的主要区别是什么？生物浸出是对含有目的元素的矿物进行氧化，有用元素以离子状态进入溶液中，而生物氧化是对包裹目的矿物的非目的矿物进行氧化，使有用元素存留在氧化的渣中然后进一步处理。 什么是自养菌和异养菌？自养菌在生长和繁殖过程中，不需要任何有机营养，而是完全靠各种无机盐而生存。还有一类微生物则与之相反，它们需要提供现成的有机营养才能生存，称为异养菌。 生
5、物选矿技术研究的方向主要有哪些？生物氧化适用的范围；生物氧化机理及氧化细菌的功能培养；生物氧化工业应用基础研究。第二节 生物细菌及工业应用 生物氧化细菌分为哪几类？目前，正在利用或研究利用的与生物冶金有关的细菌可分为4类：(1)硫杆菌和微螺旋菌属的嗜中温细菌；(2)磺杆菌属及许多未鉴别菌种的中等嗜热细菌； (3)叶硫球菌属，双向酸酐菌属及硫球菌的非常嗜热细菌；(4)异养细菌。目前工业上已经利用的是嗜中温细菌和中等嗜热细菌。 如何对细菌进行说明？细菌的主要组成部分是细胞质、细胞质膜、细胞壁(图89)。细菌的主要形状为棒形、螺旋形及椭球形，其大小如棒形菌一般为(0.30.5)m(1.0 4.2)m
6、，细菌从外界获取能量自养的过程主要是在细胞壁和细胞质膜之间的细胞质体空间内进行。图89 细胞组成部分示意图 细菌的计量方法有哪些？比浊法比浊法的原理是利用菌液所含细菌浓度不同，液体混合度不同，用分光光度计测定菌液的光密度的办法进行计算。由光密度大小，和标准曲线对比，可以推知菌液的浓度。直接计数法利用血球计数器，取菌液样品直接在显微镜下观察计数。平皿计数法将稀释成一定数的菌液，用固体培养基制成平板，然后在一定温度下培养，使其长成菌落，计算菌落数目，再乘以稀释倍数，则为所测菌液的活菌浓度。稀释法将菌液按10的倍数在培养基中连续稀释成不同浓度，然后进行培养。观察细菌能够生长的最高稀释度，此最高稀释度
7、培养液中的细菌数目为1个，则可按总的稀释倍数计算出原菌液内所含活菌的浓度，一般达到正常繁殖情况下菌液活菌浓度为1061010个/mL。 浸矿细菌如何采集？浸矿细菌分布较广，土壤、水体及空气中都可能存在。但相对比较集中的地方是金属硫化矿及煤矿的酸性矿坑水，所以采集这类菌的最佳取样点是煤矿、铜矿、铀矿等有酸性矿坑水的地方。 浸矿细菌如何分离？把配制好的固体培养基倒入培养皿制成平板，然后在无菌操作下，用接种环取上述培养菌液在平板上划线分离，使所取菌液中的菌体细胞尽量沿划线分散开，然后将划好的线培养皿在2530条件下恒温培养。经10天左右就可以看到由单个菌株长成的很小的褐色菌落(可借解剖镜观察) ，挑
8、选适当菌落用取样针转移到装有数毫升培养基的小试管中恒温培养，一般7天左右培养液就可变成红棕色。 细菌浸出过程的影响因素有哪些？细菌培养基组成的影响；环境温度的影响；环境酸度的影响；金属及非金属离子的影响；铁离子的影响；固体物的影响；光线的影响；表面活性剂的影响；9) 通气条件的影响；10) 催化金属离子的影响。 对细菌浸出有促进作用的表面活性剂有哪几类？对细菌浸出有促进作用的表面活性剂有如下几种：(1)阳离子型表面活性剂 甲基十二苯甲基三甲基氯化铵、双甲基十二苯基二甲苯、咪唑啉阳离子季胺盐等。(2)阴离子型表面活性剂 辛基磺酸钠、氨基脂肪酸衍生物等。(3)非离子型表面活性剂 聚氧乙稀山梨醇单月
9、桂酯、苯基异辛基聚氧乙烯醇，壬基苯氧基聚氧乙烯乙醇等。 工业生产应用的主要菌种有哪些？(1) 嗜中温细菌(Mesophilic bacteria)。嗜中温细菌主要是上述的氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和氧化亚铁微螺旋菌，其生长的温度范围为1545。此外，Thiobacillus caldus属于中等嗜热细菌，但其最佳生长温度为45，也可以在该温度范围内生长。嗜中温细菌一般直径为0.5m左右，长为1m左右。嗜中温细菌是研究最多的一类细菌，目前工业上生产应用的主要是嗜中温细菌。(2)中等嗜热细菌(Modoerately Thermophilic bateria)。其生长的温度范围为 4065，主要发
10、现于火山附近、酸性热池、暖的矿山酸性废水及温度和条件适合这些细菌繁殖的硫化矿堆和废石堆当中。对中等嗜热细菌的研究及分类不如对嗜中温细菌的研究更深，在生物浸出过程中的中等嗜热细菌有Sulfobacillus thermosulfidooxidans、Sulfobacillus acidophilus、Acidophilus ferrooxsidans和Thiobacillus caldus。这些棒形菌比嗜中温细菌稍大一些，一般直径为1m，长为23m。中等嗜热细菌有着与嗜中温细菌同样的氧化作用和氧化效率，但其可耐受的温度更高。目前，中等嗜热细菌已经应用于工业上，利用充气搅拌工艺从硫化铜精矿中浸出铜
11、。 影响细菌生长的因素有哪些？(1)温度；(2)pH值；(3)氧化还原电位；(4)空气量；(5) 营养；(6)Fe 3+和Fe 2+；(7) 磨矿细度；(8)矿浆浓度；(9) 停留时间。 生物氧化过程中细菌有哪些作用？生物氧化过程中，不同的细菌生理上有着较大的差异，如T.f.菌作为电子的供体，能够氧化Fe 2+和不饱和硫化物；T.t.菌只能氧化硫和不饱和硫化物；L.f.菌只能氧化Fe 2+。这些菌在硫化矿生物氧化过程中起不同的作用。有人研究认为，在对硫化铜矿石及含金砷黄铁矿的生物氧化研究中，发现最初氧化过程中起主要作用的是T.f.菌，经过一段时间后，则起主要作用的是L.f.菌和T.t.菌，而T
12、.f.菌很少能检测到。(1)氧化细菌的新陈代谢作用细菌在长期的进化过程中，形成了一套严密、精确、灵敏的代谢调节体系。细菌的新陈代谢过程错综复杂，参与代谢的物质也多种多样，但细菌的代谢调节体系能够严格地控制代谢活动，使其有序而高效地运行，并能灵活地适应外界环境，关键在于其体内的调节蛋白(Regulatory proteins)和代谢酶 (Metabolic enzymes)。当外界的环境发生变化时，通过调节蛋白调节控制代谢酶的合成速度，从而控制细菌的代谢速度以适应外界环境的变化。在细菌氧化过程中，随着矿浆中硫化矿物成分的变化，细菌会通过自身的代谢调节体系不断地调节代谢功能以适应氧化环境的变化。(
13、2)氧化细菌的催化作用细菌的催化作用是相对于细菌的氧化机理而言，是指由于细菌的代谢过程，化学反应生成物的浓度降低，而反应物的浓度增加，从而加速了化学反应的速度，使氧化过程加快。 细菌的测定和计量方式有哪些？对于生物氧化过程中的细菌，使用时需要知道菌液中所含的细菌数量。测定和计量细菌的数量一般有以下几种方法：(1)比浊法。其原理是因为菌体不透光，利用菌液所含细菌浓度不同，液体的浑浊度则不同，然后利用分光光度计测定菌液的光密度。用测得的光密度和标准曲线对比，即可得知菌液的密度。(2)直接计数法。该方法是利用血球计数器(Hemocytometer)，直接在显微镜下观察计数所取菌液样品中的细菌数量。(
14、3)平皿计数法。该方法是将所要测定的菌液取出后，稀释成一定的倍数，用固体培养基制成平板，然后在一定的温度下进行培养，使其长成菌落(Colony formation unit，CFU)，计算出菌落数，再乘以稀释倍数，则得到所测菌液的活菌浓度。(4)液体稀释法。该方法是将菌液按连续的10倍系列在培养基中稀释成不同的浓度，然后进行培养。经培养后，记录每个稀释度出现生长的试管数，然后查最大可能数表(Most probable number，MPN，见有关微生物实验教材 )，根据样品的稀释倍数就可计算出其中活菌的含量。(5)细胞干重测定法。该方法是将菌液离心或过滤后，洗涤除去培养基成分后转移到适的容器中
15、，置100105干燥箱烘干或低温低压干燥(6080)至恒重后称重。一般细胞干重为细胞湿重的1020，对于细菌，一个细胞重约10 -1210 -13g。目前，采用较多的微生物生长测定方法是比浊法、直接计数法和液体稀释法。以上均为直接计数方法。此外，也有采用蛋白质分析方法来估测细菌的数量。 生物氧化工艺类型的分类？ 生物氧化工艺基本可以分为金属解离氧化工艺、原生矿物氧化工艺和次生矿物氧化工艺3种类型。(1)金属解离氧化工艺。采用细菌对载体矿物进行氧化，使其中被包裹的有价元素裸露出来，易于下一步作业回收。如对包裹金(或银) 的各种载体矿物进行氧化及溶解的过程，使其中的金 (或银)解离出来易于回收。(
16、2)原生矿物氧化工艺。采用细菌对原生硫化矿物氧化及溶解的过程，使其中的金属组分被回收。如黄铜矿、硫钴矿、闪锌矿等的生物浸出则为原生矿物的氧化。(3)次生矿物溶解工艺。采用细菌对次生矿物( 氧化物及碳酸盐)氧化及溶解，通过对黄铁矿，或是类似的含铁及含硫的矿物的初级氧化以提供可以溶解金属的Fe3+及硫酸溶液。如对铀矿中铀的回收，即是通过铀矿中存在的(或加入的) 黄铁矿被细菌氧化产生硫酸及 Fe3+，然后，硫酸溶解含铀酰离子的矿物，Fe 3+使铀的氧化物氧化(U 4+氧化为U 6+)，使其易于回收。 工业上生物氧化(浸出)的方法有哪些？工业上采用生物氧化(浸出)工艺处理目的矿物的方法主要有以下几种：
17、搅拌氧化、堆浸、槽浸、废石堆浸、就地溶浸。搅拌氧化(浸出)：采用针对生物氧化过程制作的带搅拌和充气装置的槽子作为反应器，对目的矿物进行氧化。该种方式投资高，成本高，要求控制水平高，操作难度大，但是同另外几种氧化方式相比较，该种方式效率最高，综合效益好。原矿堆浸(氧化)对破碎后的原矿堆浸或制粒堆浸，对目的矿物进行氧化。该种方式投资少，成本低，适用于对品位较低的原矿中的有用金属的回收，但其对有用金属的回收率较低。堆浸方式是目前应用规模最大的浸出方式，特别在原矿品位较低的硫化铜矿石的回收上大都采用了堆浸方式。槽浸槽浸是将被浸的物料在处理过程中部分或全部浸没于溶液中，从而使有用金属浸出的方式。该种方式
18、主要用于处理以前的选矿的尾矿，这些尾矿中所含的有用金属在当时或是由于技术原因，或是由于经济上的原因而没有被回收，现在却可以经济地回收。废石堆浸废石堆浸是指有用金属含量非常低的采矿废石堆浸，即使不人工利用，自然条件也会使其产生生物氧化，产生酸性废水并危害环境。废石堆浸方式基本与原矿堆浸相同，但原矿堆浸需倒堆，而废石堆浸不必倒堆。如我国的德兴铜矿即利用生物浸出技术，采用堆浸来处理露天剥离出的含铜废石(含铜0.09)。就地溶浸采用生物浸出方式就地处理破碎过的矿石而不必把开采的矿石运到地表进行处理，但此种方法只适用于矿体下面有天然的不透水层、无严重破碎及断层的场合，以避免溶液中的有用金属泄漏损失或溶液
19、中的有毒物质污染地下水。该方式有利于即将开采完的老矿山。如我国的中条山金属公司即采用了就地溶浸方式回收铜。第三节 金矿石处理 什么是难处理金矿石？所谓难处理金矿石(Refractory gold ores)是指金以细粒浸染状赋存于硫化物、硅酸盐、亚锑酸盐或碲化物中，或由于矿石中存在炭质矿物，不经预处理则不适于直接氰化的矿石，矿石中的金或为物理包裹，或为化学结合，或为化学覆盖膜包裹，因而不能被有效地提取。 难浸金矿石的三种类型？难浸金矿石基本上分为3种类型：第一类是由非硫化脉石组分矿石，如硅石或碳酸盐包裹金，矿石中金粒太小，无法用磨矿解离，金粒难以接触氰化液而使矿石难浸；第二类，也是最大的一类难
20、浸金矿石，金被包裹在硫化矿物主要是黄铁矿和毒砂中，同样由于其嵌布粒度太细，很难使其解离，或由于铜、铁、镍等耗氰物质的存在，影响金的浸出；第三类是含碳质矿石，由于矿石中所含的碳具有相当的活性，金浸出后，其络合物易被溶液中的活性有机碳吸附。由于难浸金矿石的上述特点，所以处理此类矿石，通常是先采用氧化预处理，然后再用碱性氰化工艺回收金。 难处理金矿石的预处理工艺的分类有几种？目前，难处理金矿石的预处理工艺主要有焙烧氧化、压热氧化、生物氧化、化学氧化等4种工艺，此外，微波氧化法尚处于试验阶段。(1)焙烧氧化焙烧氧化又分为传统氧化焙烧法、富氧焙烧法、固化焙烧法。(2)压热氧化压热氧化是对难处理金矿石在较
21、高的温度和压力下，加入酸或碱，使硫化物分解，从而使金裸露出来，接触氰化物溶液，反应形成金氰络合物而被回收。(3)生物氧化生物氧化则是利用氧化亚铁硫杆菌等微生物在酸性条件下，将包裹金的黄铁矿、毒砂等组分氧化分解成硫酸盐、碱式硫酸盐或砷酸盐，从而使金裸露，易于下一步浸出。(4)化学氧化化学氧化是通过在常压下添加化学试剂来进行氧化的，主要适用于含炭质和非典型的黄铁矿金矿石。化学试剂主要有臭氧、过氧化物、高锰酸盐、氯气、二氧化锰、高氯酸盐、次氯酸盐等。目前主要有氯化法(处理炭质难浸金矿石 )和还原法(处理黄铁矿和毒砂)两种。微波氧化是采用超高频电磁波对难浸金矿石进行预处理，目前尚无工业应用。 典型生物
22、氧化厂的简介？2000年12月26日，我国第一个采用生物技术处理难处理金矿石的生物氧化厂在烟台黄金冶炼厂建成投产。烟台黄金冶炼厂位于山东省烟台市，是黄金氰化冶炼定点企业，日处理金精矿100t。该厂原隶属于烟台市黄金工业局，2001年经批准改制为股份有限公司。冶炼厂建成时，主要是采用常规工艺处理易处理金精矿。随着资源的消耗和黄金市场价格的变化，金精矿原料市场的竞争越来越激烈。从企业的长远考虑，冶炼厂决定增加难处理金精矿的处理工艺，并委托北京有色冶金设计研究总院(现中国有色工程设计研究总院 )进行可行性研究。在研究过程中，设计院考虑了压热氧化预处理和细菌氧化预处理两种方案，经过详细的考察、比较和研
23、究，最终选定采用国内自己的生物氧化技术作为烟台黄金冶炼厂难处理金精矿预处理的实施工艺。难处理金精矿的生物氧化试验由陕西省地矿局试验室的生物氧化试验厂承担。试验于1999年12月开始，2000年3月提交了试验报告。根据试验结果，常规条件下进行氰化浸出，金的浸出率分别为10.82和10.25。生物氧化后再进行氰化浸出，金的浸出率达到91.52，表明该含砷难处理金精矿采用生物氧化预处理是有效的，可以大幅度提高金的浸出率。生物氧化厂的规模为50t/d，于2000年7月开始建设，2000 年12月投入试运行。由于技术转让的原因，投产的生物氧化厂采用的生物菌种由长春黄金研究院提供。2001年底，生物氧化厂的处理能力扩建到80t/d。投产后四年来的结果表明，金的总回收率均大于 95%。生物氧化厂的原则工艺流程图见图90，生产中的生物氧化槽见图91。图90生物氧化提金厂生物氧化预处理工艺流程图91生产中的生物氧化槽
