细菌冶金

1990年2月23日，《中国科学报》报道：法国地质矿产调查局的化学家米歇尔·奥利维埃，在一口矿井深处的积水中找到了一种只有1微米长的细菌——硫杆菌，它可以在耐高温硫化金矿石的氧化反应中成功地提出黄金。现在法国已经开始利用硫杆菌冶炼黄金。这一发现为细菌冶金谱写了新的篇章。事实上，利用细菌冶炼金属有相当长的历史。早在公元1000年左右，我国宋朝的炼铜业就已相当发达，据《文献通考》记载：“信之铅山，与处之铜廊，皆是胆水，春夏如汤，以铁投之，铜色立变”。描述了当时江西信州铅山的胆铜矿生产。直至17世纪70年代，西班牙人也开始用类似的方法，从天然堆积矿石溶浸液中回收铜，落后于我国六百多年。虽然人们掌握了一些技术，但并不知道其中的道理，胆水是什么？它们是怎样产生的？对当时的人们还是陌生的。本世纪中叶，科学家们发现了细菌在金属硫化物氧化中的作用，并成功地从煤矿的酸性矿水中分离出一种能氧化低价铁〈Fe2+〉为高价铁〈Fe3+〉的细菌，命名为氧化铁硫杆菌。不久陆续从矿水中分离出氧化铁杆菌、聚生硫杆菌等。至此人们才明白，微生物在古老的炼铜业一直默默无闻地发挥着重要的作用，微生物浸矿因而也成为人们十分重视的研究课题。
     由于浸矿的细菌主要是化能自养型的细菌。所谓化能自养型是指借氧化外界无机物取得能量，以 CO2和其他无机物作养料的营养方式。在自然界中，它们生活在PH1.5到4.5的酸性矿水中，有的菌株如氧化硫杆菌能在PH值小于1的硫酸水中生长，是目前所知最耐酸的微生物。它们形如短杆状，在菌体一端还生长有细长的鞭毛。在生活史中，它们不能利用有机物质，只能利用空气中CO2为碳源，以无机氮为氮源，通过氧化（Fe2+）为（Fe3+）或氧化元素硫（S）为硫酸（H2SO4）获取生长所需的能量。它们提炼金属的原理实际是利用代谢中产生的硫酸铁（FeSO4）溶液和硫酸溶液作浸出剂，把铜矿中的铜溶解成硫酸铜（CuSO4）溶液。《文献通考》中所提及的“胆水”即是由细菌产生的硫酸铜溶液。“以铁投之，铜色立变”就是用铁置换出硫酸铜溶液中的单质铜。目前，细菌治金已成功地用于铜矿、金矿及重要元素铀的冶炼。用微生物冶金，不需要大量复杂的设备，方法简便，节约投资；更重要的是适于开采小矿、贫矿、废弃的老矿等，所以很受人们青睐。但是，它也存在一些局限性，如生产周期长，对碱性矿石不起作用，冬季和寒冷地区不能生产。人们正在通过研究，设法解决这些实际问题，细菌冶金终将成为冶金工业中一支重要的生力军。