谈细菌冶金

如果说细菌能冶金，你可能会有些困惑。但世界上确实有许多国家在研究应用微生物从矿石中和废水中提取有用金属，研究净化矿山和选冶厂污水的微生学方法。所谓细菌冶金，又称细菌浸矿、生物湿法冶金，实质是生物地球化学过程的人为利用，就是人们把某些自养性微生物在生命活动的过程中，不断产生的有效浸矿溶剂用于冶金，从而把所需的金属从矿石中溶浸出来。生物湿法冶金技术（细菌冶金）研究和应用已有30多年历史。但在没有发现细菌以前，我国在北宋时期就有胆水浸铜的记载。公元1094年左右，就开始利用自养细菌生命活动的胆水浸铜进行钢生产。国外的首次报道是在1670年以后，在西班牙奥廷托矿山的矿水中回收铜，比中国利用此技术晚了500多年。1947年美国柯麦尔（Colmer）和亨凯里（Hinkle）从矿山酸性矿水中分离鉴定出氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus fer-rooxidans），并发现从金属硫化矿床和煤矿床流出来的红色酸性矿水里由此菌把低价铁氧化成高价铁，并经氧化硫硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans）把元素硫或硫化物氧化成硫酸而形成的，这样形成了硫酸铁溶液和硫酸溶液是一般硫化矿物的有效浸出溶剂，它使铜矿中的铜变成硫酸铜溶液。他们还证明了这些细菌是金属硫化矿床生物地球化学过程的重要参与者，这才接开了细菌浸矿之谜。北宋时期张甲（1094年）的《浸铜要略》上记载的胆水，看来就是由于细菌作用所产生的硫酸铜溶液。“以铁投之，铜色立变”就是化学上用铁把铜置换出来的结果。自美国1958年用细菌法浸铜、加拿大1966年用细菌法浸铀的研究和工业应用成功之后，细菌冶金这个新的技术领域就在世界上出现了。
     当前有30多个国家研究细菌冶金，并在一些国家取得良好的效果。据初步统计，全世界中铜的产量有 15％来自细菌浸出法。如美国，1965 年利用细菌法回收铜13 万吨，占全国年总产量的 10％左右；加拿大从 1964 年起，在全国 1200个废铀矿区，利用微生物平均每月可回收600公斤左右的氧化铀。除了铜和铀的细菌浸出已获成功外，利用微生物法浸出钻、镍、锰、锌、金、银、铂、铬、钛等金属也取得一定成果。我国从1958年起，在微生物所方心芳和王大珍两位专家指导下开始研究细菌冶金，并获得一定成果。1975年从安徽铜官山铜矿回收铜达960多吨，在湖南柏坊等矿区用细菌法冶矿提取铜的同时，还生产出了铀。目前用于微生物冶金的微生物约有 20 多种。属于硫杆菌属（Thiobacillus）、嗜酸嗜热的硫叶菌属（Sulfolobus）和一些异养细菌等，如氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌等。当然，冶金的种类不同，利用微生物的种类也就不同。细菌浸矿可以采用槽式搅拌浸出、池式淋滤浸出、地表堆浸和地下浸出四种方法，它们各有其适用范围和优缺点。如用地表堆浸法浸矿时，先将矿石收集起来堆成几十万吨，甚至上亿吨的大堆，用泵将细菌浸出剂、硫酸、硫酸铁喷淋到矿石表面。随着浸出剂的逐渐渗透，矿石里就发生了化学反应，生成蓝色的硫酸铜溶液，流到较低的池中，然后再投入铁将铜置换出来。细菌冶矿具有一定的优越性，它投资少、开采成本低、工艺简单，是处理贫矿、尾矿、废弃老矿、小而分散的寡矿及一些较难开采矿的一种经济有效的方法。但在目前生产中还存在一些问题，如生产周期长，收率不稳定，在冬季不能培养细菌进行生产等。因而人们正在设法使细菌在冶矿方面发挥更大作用，为人类做出更多贡献。