淺談濕法冶金新技術(shù)在礦產(chǎn)資源開發(fā)中的應用

?

????濕法冶金技術(shù)問世以來，在黃金、有色、貴金屬等礦產(chǎn)資源的保護性開發(fā)、資源的充分利用和環(huán)境保護等方面，發(fā)揮了巨大的作用，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展完善，其前景十分廣闊。

????濕法冶金就是利用化學方法，使礦石在水浸溶液里分離、提純、富集，主要應用于稀有金屬及金、銀、銅、鋅、鍺、艷等金屬的提煉上，是黃金及有色、貴金屬的主要冶煉工藝之一。濕法冶金包括加壓濕法冶金和生物冶金2種。較早采用濕法冶金的是加拿大、美國等國家，開始時應用于金、銀、鉛、鋅、銅、鋁及各種貴金屬的選礦方法上，后來隨著研究技術(shù)的不斷突破，其應用領(lǐng)域不斷拓展，在國際上應用范圍越來越廣。

????澳大利亞是一個礦產(chǎn)資源較為豐富的國家，鐵、金、銀、銅、鉑、鉛、鋅等礦產(chǎn)在世界上都占據(jù)一定的地位。但隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，澳大利亞礦產(chǎn)大量出口，加之國家對環(huán)境保護工作越來越重視，因此，一直把新技術(shù)、新工藝的研究放在突出地位，尤其是在大中型金、銀、銅、鉑、鉛、鋅礦的選礦方面，濕法冶金工藝的效果，越來越被人們看中。采用濕法冶金技術(shù)后，澳大利亞的不少過去較難開發(fā)的礦產(chǎn)資源，現(xiàn)在幾乎都得到了開發(fā);不少過去認為品位低、成本高、伴生礦多的礦產(chǎn)資源，也都相繼得到了充分利用。更重要的是，采用濕法冶金工藝技術(shù)后，不少含有大量伴生礦的尾礦中的貴重金屬資源被回收。因此，澳大利亞對濕法冶金技術(shù)的研究，越來越重視，開發(fā)力度也日益增大。

????中國是一個資源大國，金、銀、銅、鉛、鋅、鉑、鋁等貴金屬和有色金屬資源十分豐富，像甘肅金川的鎳，云南、貴州的銀，新疆地區(qū)的艷、鍺、鈾、鍋等，在全世界都非常有名。早在20世紀60年代，我國就開始重視濕法冶金。最早應用的是株州冶煉廠。此后，由于效果較好，其技術(shù)開始廣泛應用于冶金、有色、化工等領(lǐng)域。但令人擔憂的是，多年來，在我國眾多的礦業(yè)企業(yè)中，由于一些單位環(huán)保意識薄弱，有些企業(yè)急功近利，有些企業(yè)片面追求效益，因此，有的企業(yè)不愿投資于濕法冶金工藝技術(shù)，仍沿用原始或落后的方式進行選礦。結(jié)果有些低品位的礦石資源，被白白棄置;一些含有珍貴價值的伴生礦，被當作廢物棄掉;有的因為選礦方式落后，導致金屬未能全部得到回收;有的采用有毒化學物品選礦，對環(huán)境造成嚴重污染。近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國的礦產(chǎn)資源在逐步減少，一些礦山品位不斷下降，但人類對環(huán)境的要求越來越高，社會對資源的充分利用也越來越迫切，因此，大力推廣和應用濕法冶金工藝技術(shù)，提高我國選礦產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化水平就顯得十分重要。近年來，像礦漿電解、細菌分解等濕法冶金新技術(shù)，都在我國得到推廣。云南有關(guān)研究部???的科研工作者，針對云南、貴州的銀、鉛、鋅礦產(chǎn)開發(fā)的實際，研制出具有中國特色的濕法冶金新技術(shù)，很快被不少企業(yè)采用，收到了顯著成效。西安建筑科技大學冶金工程學院、國家黃金重點研究室的專家，多年來研究的無毒提金等濕法冶金新技術(shù)，經(jīng)有關(guān)礦山采用，效果十分顯著。

????濕法冶金工藝技術(shù)，在我國選礦產(chǎn)業(yè)中的影響越來越大，使用范圍越來越廣。因此，我國一些從事這方面研究的科技工作者認為，加大濕法冶金研究力度，不斷實現(xiàn)濕法冶金技術(shù)的創(chuàng)新、突破，不斷拓展?jié)穹ㄒ苯鸺夹g(shù)的應用范圍，是我國科技工作者下一步的重要職責。而濕法冶金科技的研究重點，主要是向環(huán)境保護、資源完全利用、處理不同類型的礦石方向發(fā)展，通過強化生產(chǎn)，使回收單一金屬變?yōu)榛厥斩嗥贩N金屬，低回收率變?yōu)楦呋厥章省?/p>

????細菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業(yè)上的一種新工藝。它主要是應用細菌法溶浸貧礦、廢礦、尾礦和冶煉爐渣等，以回收某些貴重有色金屬和稀有金屬，達到防止礦產(chǎn)資源流失，最大限度地利用礦藏的一種冶金方法。細菌冶金始于1974年，當時美國科學家Coliner和Hinkle從酸性礦水中分離出了1株氧化亞鐵桿菌(Thiobacillusferrooxidans。此后，美國的布利諾等，又從猶他州賓厄姆峽谷礦水中，分離得到了氧化硫硫桿菌(CT. ??thiooxidans)和氧化亞鐵硫桿菌，用這2種菌浸泡硫化銅礦石，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能把金屬從礦石中溶解出來。至此，細菌冶金技術(shù)開始發(fā)展起來。在美國，約有10%的銅系應用此法生產(chǎn)所得，僅賓厄姆峽谷采用細菌冶鋼法，每年就可回收銅72000t。更引人注目的是，鈾也可采用細菌冶金法采冶回收。據(jù)報道，在加拿大安大略州伊利澳特湖地區(qū)，至少有3個鈾礦公司在進行這項工作。如斯坦洛克公司，從附近湖水中引入含有氧化亞鐵硫桿菌的湖水，處理大量貧礦，每月可回收鈾的氧化物7 000kg。

近年來，我國細菌冶金的研究和應用，也得到了相當?shù)陌l(fā)展，利用細菌冶金法煉銅和回收鈾，具有一定的規(guī)模。目前，細菌冶金已發(fā)展成了一種重要的冶煉手段，此法可以用于銅、鉛、鋅、金、銀、錳、鎳、鉻、鉑、鉆、秘、釩、硒、砷、館、b稼、鈾等幾十種貴重和稀有金屬的回收。

1細菌冶金的原理

????關(guān)于細菌從礦石中把金屬溶浸出來的原理，至今仍在探討之中。有人發(fā)現(xiàn)，細菌能把金屬從礦石中溶浸出來，是細菌生命活動中生成的代謝物的間接作用，或稱其為純化學反應浸出說。是指通過細菌作用，產(chǎn)生硫酸和硫酸鐵，然后通過硫酸或硫酸鐵作為溶劑，浸提出礦石中的有用金屬。硫酸和硫酸鐵溶液，是一般硫化物礦和其它礦物化學浸提法(濕法冶金)中普通使用的有效溶劑。例如，氧化硫硫桿菌和聚硫桿菌，能把礦石中的硫氧化成硫酸，氧化亞鐵硫桿菌能把硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵。其反應式如下:

?

?

????通過上述反應，細菌得到了所需要的能量，而硫酸鐵可將礦石中的鐵或銅等，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄曰衔锒鴱牡V石中溶解出來，其化學過程是:

?

?

?

?

????有關(guān)的金屬硫化物經(jīng)細菌溶浸后，收集含酸溶液，通過置換、萃取、電解或離子交換等方法，將各種金屬加以濃縮和沉淀。

有的研究者認為，細菌冶金的原理是細菌對礦石具有直接浸提作用。他們發(fā)現(xiàn)，一些不含鐵的銅礦如輝銅礦、黝銅礦等，不需要加鐵，氧化亞鐵硫桿菌同樣可以明顯地將銅浸出;也就是說，細菌對礦石存在著直接氧化的能力，細菌與礦石之間，通過物理化學接觸把金屬溶解出來。有的研究者還發(fā)現(xiàn)，某些靠有機物生活的細菌，可以產(chǎn)生一種有機物，與礦石中的金屬成分嵌合，從而使金屬從礦石中溶解出來。電子顯微鏡照片也證實:氧化硫硫桿菌在硫結(jié)晶的表面集結(jié)后，對礦石浸蝕有痕跡。此外，微生物菌體在礦石表面能產(chǎn)生各種酶，也支持了細菌直接作用浸礦的學說。

2細菌冶金中的微生物及培養(yǎng)條件

????參與細菌冶金的微生物有很多種，主要有以下幾種:氧化硫硫桿菌、排硫桿菌（T. ?thiopanzs ）、脫氨硫桿菌和一些異養(yǎng)菌、氧化亞鐵硫桿菌(如芽抱桿菌屬、土壤桿菌屬)等。

細菌冶金中的微生物，多為化能自養(yǎng)型細菌，它們一般多耐酸，甚至在pHl以下仍能生存。有的菌能氧化硫及硫化物，從中獲取能量以供生存。在培養(yǎng)冶金的細菌時，首先，應根據(jù)礦石種類及其各種組分與雜質(zhì)情況的不同，選出適宜的菌種。必要時，可通過育種的方法，使菌株增強對金屬的耐受性及溶浸效率。其次，配制適宜的培養(yǎng)基以擴大培養(yǎng)所需細菌。由于冶金菌多為自養(yǎng)型細菌，培養(yǎng)基中一般不需加入磷源，但需加入硫酸胺或硝酸鉀、磷酸鉀、硫酸鎂、硫酸鐵、硫等，作為N及礦物質(zhì)的來源。培養(yǎng)基的pH以3一4為宜。培養(yǎng)溫度為28一32℃。培養(yǎng)過程中，必須通氣以利繁殖。一般在培養(yǎng)過程中，應避免陽光照射。有人曾設(shè)計了一種新的“9K”培養(yǎng)基，每mI.培養(yǎng)基可獲細菌細胞2~4 X 100000000個，為培養(yǎng)大量細菌應用于冶金工業(yè)提供了有利條件。

3細菌冶金的方法

根據(jù)礦石的配置狀態(tài)，其生產(chǎn)形式主要有以下3種

3. 1堆浸法

通常在礦山附近的山坡、盤地、斜坡等地上，鋪上混凝土、瀝清等防滲材料，將礦石堆集其上，然后將事先準備好的含菌溶浸液，用泵自礦堆頂面上澆注或噴淋礦石的表面(在此過程中隨之帶入細菌生長所必須的空氣)，使之在礦堆上自上而下浸潤，經(jīng)過一段時間后，浸提出有用金屬。含金屬的侵提液積聚在礦堆底部，集中送入收集池中，而后根據(jù)不同金屬性質(zhì)采取適當方法回收有用金屬。