【科技前沿】微生物浸出過程中影響金屬浸出的因素，已經取得了成果

硫桿菌屬於什麼營養型別

我國礦產資源豐富，在礦山開採及選礦過程中產生了大量的尾礦，由於其品位低，只能長期堆放於尾礦庫，據統計，到目前為止，我國各類礦山堆存的尾礦已達80億噸，並以年排放3 億多噸的速度在增長。尾礦在堆放過程中，隨著周邊環境的變化，尾礦中含有的有害元素會進入大氣、水體以及土壤中而造成汙染，危害人畜的正常生產生活及周邊的生態環境。

微生物浸出過程中影響金屬浸出的因素

微生物浸出技術已經取得了一些成果，但是其在工業上的應用推廣還不廣泛，該技術環境友好、反映溫和，但是微生物浸礦週期較長、浸礦速度較慢，成為制約其應用的瓶頸。近些年，國內外學者對微生物浸出過程中影響浸出速率的因素進行了廣泛研究。主要包括培養基的組成成分、浸出的溫度、浸出液的 pH 值、礦料的粒度及礦漿濃度、離子的濃度、O 2 和 CO 2 的供給、介質的氧化還原電位等諸多方面，基本掌握了它們的影響規律。

浸礦細菌必須的營養元素

為了細菌能夠快速的生長繁殖，必須給它們提供足夠的營養物質，在礦石的生物浸出中，還需要給硫含量不足的礦石加入適量的元素硫和鐵或者礦料。硫和鐵是浸礦細菌不可或缺的營養元素，而過量的元素硫和鐵又會抑制浸礦細菌的生長。

浸礦過程中的溫度

浸礦細菌主要分為常溫菌、中度嗜熱菌和極端嗜熱細菌。氧化亞鐵硫桿菌是目前研究和應用最為廣泛的浸礦細菌，大多數氧化亞鐵硫桿菌菌株都屬於常溫微生物，生長溫度在 15-37 ℃ 之間，最適生長溫度為 30 ℃ 左右。20世紀 90 年代，一些研究發現在堆浸和槽浸過程的中後期，反應體系中的優勢菌群已不是常溫菌，而是一些中高溫細菌，於是，人們開始重視中高溫菌浸礦的研究和應用，在高溫條件下，高溫菌可以顯著提高浸出的反應速率，同時能夠防止黃銅礦等原生硫化礦的鈍化而阻礙浸出反應的進行。

浸礦過程中的

pH

範圍

各種細菌都有其最適合的 pH 範圍。pH 值直接影響細菌的生長繁殖和氧化活性，同時當 pH 值過高時，Fe2+及Fe3+ 會產生不同形式的沉澱，附著在礦石的表面，妨礙細菌和礦石的接觸。pH 值過高或者過低，都將影響細菌的生長，進而影響浸礦過程。

礦石的礦漿濃度

礦石粒度直接影響到礦物表面的暴露程度，原則上，礦石粒度越細越有利於浸出，但是過細的礦料一方面增加了磨礦費用，同時浸出過程中會產生大量細泥，增加了浸出工藝的複雜程度。高濃度的礦漿濃度也會抑制細菌的生長，從而影響浸出效率。

金屬離子對浸礦細菌的影響

微生物浸礦體系中含有大量的金屬離子，它們有的在細菌生長代謝過程中起著重要的催化作用，如常量礦質元素鉀、鈉、鈣、鎂、硫、磷等，有的對礦石的微生物浸出有促進作用，如某些低濃度的金屬離子Ag +、Hg 2+、Co 2+、Bi 3+、As 5+ 和 Ru3+等，它們透過改變礦物固體表面的電化學特性，從而促進硫化礦中銅的浸出，其催化效率順序為Ag + >> Hg 2+ > Co 2+ > Bi 3+ > As 5+ > Ru 3+。

任何高濃度的金屬離子都將抑制浸礦細菌的氧化活性，細菌對金屬離子的耐受能力是影響礦石浸出率的重要因素。浸礦細菌即使透過氧化Fe2+來獲取能量，但過量的鐵離子反而對浸出不利。

這些因素都影響著浸礦細菌對尾礦金屬元素的浸出過程，決定尾礦砂金屬的浸出率。

微生物浸出工藝的選擇

依據礦石的型別與品位不同，微生物浸出的工業化生產方式主要有三種：堆浸法、池浸法或槽浸法、地下浸提法。目前，這三種生產方式都已經被廣泛應用，其中，美國透過堆浸法和地下浸提法提取的金屬銅約佔美國年產銅量的 11% 以上。智利透過堆浸工藝從低品位礦石中生產的金屬銅量高達30 萬噸，佔智利年產銅量的 20%，而槽浸法也被廣泛應用與硫化精礦的生物提取。

在尾礦浸出工藝方面，制粒堆浸和攪拌浸出仍然是目前研究的主要浸出工藝。在堆浸工藝中，尾礦砂由於尾礦粒度細，含泥量大等原因使得堆浸效果很差，制粒過程雖然能夠稍微彌補這個缺陷，但又相應增加了生產成本，採用攪拌浸出，一方面尾礦砂處理量小，另一方面，攪拌浸出的生產成本較高，總體來講，這兩種工藝在經濟上並不適合尾礦砂中有價金屬的生物提取。

從尾礦中透過微生物浸出技術回收有價金屬，不同於原生礦或精礦的微生物攪拌浸出，也不能等同於傳統的堆浸方式，其浸出工藝還需要進行深入的研究，要致力於開發適合於尾礦的微生物浸出工藝—原位浸出技術。

尾礦微生物浸出技術的思考

目前，微生物浸出技術已較為廣泛的應用於從低品位原生硫化礦中回收有價金屬，但將微生物浸出技術應用於尾礦的研究還較少，尾礦是寶貴的二次資源，與原生礦不同，尾礦的礦石組成、礦物性質都發生了變化，尾礦資源的大規模利用還任重道遠。

浸礦細菌的選育已經取得了長足發展，大量優良的浸礦細菌被選育出來，隨著對浸礦機理的逐步認識，科研工作者認識到浸礦過程應該是一些相關細菌的共同作用，進而一些浸礦輔助細菌被選育出來，研究菌株之間的共生協同作用，開創了混合菌劑浸出的新時代。然而，現在浸礦細菌種類仍然不足，特別是尾礦專屬的浸礦細菌開發尤為不足，對浸礦體系中細菌間的相互作用還不清楚。

由於尾礦砂品位普遍較低，採用攪拌浸出工藝成本較高，在經濟上受到限制，而採用較為經濟的堆浸工藝，又由於尾礦砂粒度極細，使得堆浸築堆的滲透性和透氣性很差，不能滿足堆浸工藝的要求，導致浸出率較低，研發出尾礦砂原位浸出技術迫在眉睫。

礦產資源是不可再生資源，經過多年的開採利用，高品位易選冶礦產資源已日趨減少，我國還有大量的尾礦資源正待開發，因此尾礦的開發已成當務之急。