生物選礦課件

典型浸礦微生物的發(fā)現(xiàn)史1922年，WaksmanandJoffe分離出

Acidithiobacillusthiooxidans1947年，Hinkle與Colmer分離出Acidithiobacillusferrooxidans1972年，從美國礦床中分離出Leptospirillumferrooxidans

1973年，Briereyetal分離出極端嗜熱嗜酸菌Sufolobusacidocaldarius

1976年，GolovachevaR.S等分離出中等嗜熱嗜酸菌Sulfobacillusthermosulfooxidans1994年，HallbergK.B分離出中等嗜熱嗜酸菌Acidithiobacilluscaldus

一、浸礦微生物典型浸礦微生物的發(fā)現(xiàn)史一、浸礦微生物1一、浸礦微生物典型浸礦微生物分類嗜溫嗜酸菌

最佳生長溫度30－45℃，主要包括Acidithiobacillusferrooxidans，Acidithiobacillusthiooxidans，Leptospirillumferrooxidans中等嗜熱嗜酸菌

最佳生長溫度45－55℃，主要有Acidimicrobiumferrooxidans，Sulfobacillusthermosulfidooxidans，Sulfobacillusacidophilus

極端嗜熱嗜酸菌

最佳生長溫度60－85℃，包括Sulfolobusacidocaldarius，Sulfolobussolfataricus及Acidianusbrierleyi等一、浸礦微生物典型浸礦微生物分類2一、浸礦微生物嗜溫嗜酸菌極端嗜熱嗜酸菌一、浸礦微生物嗜溫嗜酸菌極端嗜熱嗜酸菌3浸礦微生物的鑒定浸礦微生物的鑒定采用多相分類方法

即：從形態(tài)學、生理生化特性、細胞化學組分、免疫學與分子生物學上加以區(qū)分鑒定和描述，繼而綜合各項鑒定結果確定菌株的歸屬。分子生物學手段是目前細菌鑒定分類中極其重要的一類研究方法它主要包括：16SrRNA基因序列分析、PCR-DGGE技術、DNAG+C含量測定和DNA/DNA雜交、DNA探針分析等等一、浸礦微生物浸礦微生物的鑒定一、浸礦微生物4浸礦微生物代謝系統(tǒng)

不同細菌具有不同的氧化系統(tǒng)，以A.f

菌研究最多，其氧化系統(tǒng)表述如下：一、浸礦微生物Fe2+＋1/4O2＋H+Fe3+＋1/2H2O細菌2S0＋2H2O＋3O22H2SO4細菌鐵氧化系統(tǒng)硫氧化系統(tǒng)浸礦微生物代謝系統(tǒng)一、浸礦微生物Fe2+＋1/4O2＋H+5浸礦微生物生長動力學最早的細菌的鐵氧化生長動力學模型是由Lawson和Lacey建立的，其方程式表述如下：目前已發(fā)展出以Fe濃度、氧濃度等為限制性影響因素的各種生長動力學模型，但多集中在鐵氧化類細菌；對硫氧化類細菌的生長動力學模型描述較少一、浸礦微生物Cs——最大比生長率（l/h）；Cx——細胞濃度（mol/L）；u——比生長速率(L/h)；Umax——最大比生長速率(L/h)；ks——培養(yǎng)基飽和常數(shù)(mol/L)；rx——細胞生長速率(molC/L/h)；rs——底物消耗速率(molS/L/h)；qs——細胞底物比消耗速率(molS/molC/h)；Ysx——底物生長得率(molC/molS)；浸礦微生物生長動力學一、浸礦微生物Cs——最大比生長率（l/61）直接作用理論是指在有水、空氣存在的情況下，細菌與礦物表面接觸，將金屬硫化物氧化為酸溶性的二價金屬離子和硫化物的原子團。在沒有細菌的作用時這一氧化作用只是熱力學上可行,十分緩慢而不具實用價值,由于細菌的參與使這一過程加快。如：（1）黃鐵礦二、礦物－微生物作用1）直接作用理論二、礦物－微生物作用7（2）黃銅礦（3）輝鉬礦（4）稀有金屬鎵和鍺的硫化礦二、礦物－微生物作用（2）黃銅礦（3）輝鉬礦（4）稀有金屬鎵和鍺的硫化礦二、礦物82）間接作用理論在多金屬的硫化礦床中，通常含有黃鐵礦，在有細菌的條件下，可以被快速氧化，生成硫酸鐵。

硫酸鐵是一種高效金屬礦物氧化劑和浸出劑，其它金屬礦物都可以被其浸出。凡是利用Fe3+為氧化劑的金屬礦物的浸出，都是間接浸出。如：（1）黃鐵礦

二、礦物－微生物作用2）間接作用理論二、礦物－微生物作用9（2）鈾礦物（3）鉍礦物（4）銅礦物二、礦物－微生物作用（2）鈾礦物（3）鉍礦物（4）銅礦物二、礦物－微生物作用103）復合作用理論是指在細菌浸出過程中，既有細菌的直接作用，又有Fe3+氧化劑的間接作用；有時以直接作用為主，有時則以間接作用為主。這是迄今為止被普遍接受的細菌浸礦機理。二、礦物－微生物作用3）復合作用理論二、礦物－微生物作用11礦物－微生物作用的認識歷程間接作用

礦物溶解是酸性條件下Fe3+離子的氧化結果，細菌只是起到Fe3+離子再生的作用直接作用

細菌吸附到礦物表面，細菌通過氫鍵、離子鍵或蛋白酶與礦物作用礦物間電化學作用

當兩種硫化礦相互接觸構成的電化學對中，活潑的礦物充當陽極發(fā)生腐蝕，惰性的礦物充當陰極被保護接觸作用(充分肯定吸附細菌對礦物溶解的促進作用)

吸附在礦物表面的細菌，通過其胞外層結合的大量Fe3+離子對細菌進行氧化溶解協(xié)同作用

礦物氧化溶解既有Fe3+離子的化學氧化作用，又有礦物表面吸附細菌的催化溶解作用二、礦物－微生物作用對于細菌對礦物溶解產物硫的氧化溶解作用的認識是統(tǒng)一的礦物－微生物作用的認識歷程二、礦物－微生物作用對于細菌對礦物12二、礦物－微生物作用浸礦過程動力學顆粒反應動力學模型

研究內容包括：細菌在礦物表面的吸附平衡，礦物溶解的反應動力學與擴散動力學等方面二、礦物－微生物作用浸礦過程動力學13Boon假定黃鐵礦的溶解以間接作用方式進行：

Fe3+與黃鐵礦反應轉化為Fe2+；Fe2+經細菌氧化變?yōu)镕e3+；兩步反應以Fe3+和Fe2+的互相轉化相關聯(lián)

第一步，F(xiàn)e2+的生成速率第二步，細菌參與下Fe2+消耗速率

當兩個速率相等時，達到了浸出過程的假定穩(wěn)定態(tài)，此時的速率即為浸出過程的速率。

由上面模型得到的黃鐵礦浸出速率與溶液電位的關系線與實踐數(shù)據相吻合

二、礦物－微生物作用Boon假定黃鐵礦的溶解以間接作用方式進行：第一步，F(xiàn)e2+14浸礦過程動力學堆浸過程數(shù)學模擬堆浸過程數(shù)學模型需要考慮熱量和物質的傳輸，液體和氣體的流動以及堆中發(fā)生的各種生物化學反應。

國外以Dixon為代表的學者，開展了從液體流動、空氣和熱量傳遞以及礦物溶解等各種因素的堆浸模擬研究。

國內相關研究還十分缺乏二、礦物－微生物作用浸礦過程動力學二、礦物－微生物作用151、微生物浸礦的影響因素

（1）菌種不同細菌對礦物的氧化和浸礦作用是不同的。目前用于浸礦的細菌主要有氧化亞鐵硫桿菌、氧化亞鐵微螺菌、氧化硫硫桿菌和嗜酸硫桿菌。實際上，菌液是各種細菌的混合液。（2）細菌的適應性（3）培養(yǎng)基的成分及氧和碳（4）有害組分和抑制組分三、微生物浸礦工藝1、微生物浸礦的影響因素三、微生物浸礦工藝161細胞壁;2細胞膜;3細胞質;4鞭毛;5纖毛;6莢根;7周質間隔三、微生物浸礦工藝1細胞壁;2細胞膜;3細胞質;4鞭毛;5纖毛;6莢根;7周17微生物名稱生長溫度PH值形態(tài)生理學特性氧化亞鐵硫桿菌5-401.2-6.0桿狀好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陰性菌，單鞭毛，可動氧化亞鐵鉤端螺旋菌301.5-4.0螺旋狀好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陰性菌，有鞭毛，可動氧化硫硫桿菌5-400.5-6.0桿狀好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陰性菌，單鞭毛，可動布賴爾利葉硫球菌55-801.0-5.1球形好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陰性菌，不可動嗜熱硫氧化菌20-601.1-5.0桿狀好氧、化能自養(yǎng)、革蘭氏陽性菌常見浸礦微生物三、微生物浸礦工藝微生物名稱生長溫度PH值形態(tài)生理學特性氧化亞鐵硫桿菌5-4018氧化亞鐵硫桿菌細胞形態(tài)圖氧化亞鐵微螺菌細胞形態(tài)圖三、微生物浸礦工藝氧化亞鐵硫桿菌細胞形態(tài)圖氧化亞鐵微螺菌細胞形態(tài)圖三、微生物浸192）物理化學因素（1）PH值（2）溫度（3）氧化還原電位3）工藝技術因素（1）礦石粒度（2）礦漿濃度4）其他影響因素（1）表面活性劑（2）光照（3）金屬離子（4）滲透壓三、微生物浸礦工藝2）物理化學因素三、微生物浸礦工藝202、微生物浸礦的實驗研究方法1）微生物浸礦的典型流程原礦或精礦礦石準備細菌浸出固液分離浸出渣富液金屬回收粗金屬尾液細菌再生細菌浸礦劑營養(yǎng)劑空氣CO2三、微生物浸礦工藝2、微生物浸礦的實驗研究方法原礦或精礦礦石準備細菌浸出固212）搖瓶試驗它是一種分批培養(yǎng)方法。在反應器中一次性加入培養(yǎng)基，然后接種并在一定條件下培養(yǎng)，浸出過程不再加任何物料，浸出結束后放出培養(yǎng)液處理。

3）微生物柱浸試驗無論浸出介質是否循環(huán)，柱浸可作為地浸、堆浸的實驗室模擬。浸柱直徑應大于礦石顆粒直徑的10倍，浸柱高度至少應該是柱直徑的5倍。三、微生物浸礦工藝2）搖瓶試驗三、微生物浸礦工藝22生物選礦ppt課件234）攪拌浸出試驗（1）半連續(xù)浸出試驗（2）連續(xù)浸出試驗三、微生物浸礦工藝4）攪拌浸出試驗三、微生物浸礦工藝24礦物加工學（2）第二章礦物(煤)的生物處理第二篇礦物的生物與化學處理微生物連續(xù)浸出實驗裝置1-浸出反應器；2-調漿反應器；3-給礦機；4-礦漿收集器；5-礦漿礦物加工學（2）第二章礦物(煤)的生物處理第二篇礦253、微生物浸礦工藝過程微生物浸礦方法：

1）微生物堆浸

2）微生物攪拌浸出

3）微生物地浸

4）微生物槽浸三、微生物浸礦工藝3、微生物浸礦工藝過程三、微生物浸礦工藝261）微生物堆浸

微生物堆浸一般多在地面上進行，通常利用斜坡地形，將礦石堆在不透水的地面，在礦堆表面噴灑細菌浸礦劑浸出，在低處建集液池收集浸出液。該工藝的特點是：規(guī)模大、浸出時間長，成本低。微生物堆浸工藝流程示意圖三、微生物浸礦工藝1）微生物堆浸微生物堆浸工藝流程示意圖三、27礦物加工學（2）微生物氧化難浸金礦的堆浸工藝流程礦物加工學（2）微生物氧化難浸金礦的堆浸工藝流程282）微生物攪拌浸出一般用于處理高品位的礦石或精礦；用于攪拌浸出的物料一般粒度非常細，濃度比較低。攪拌過程中還需控制溫度，以免影響細菌生長。

3）微生物地浸又稱原地浸出或溶浸采礦，它是通過地面鉆孔至金屬礦體，然后由地面注入細菌浸礦劑到礦體中，浸礦劑在多孔金屬礦體中循環(huán)，最后經泵將浸出液抽到地面并回收。三、微生物浸礦工藝2）微生物攪拌浸出三、微生物浸礦工藝29礦物加工學（2）含金氧化礦體的原地浸出示意圖礦物加工學（2）含金氧化礦體的原地浸出示意圖304）微生物槽浸礦石槽浸是一種滲透浸出過程，通常在浸濾池或者槽中進行，一般用于處理高品位的礦石或精礦。礦石粒度比堆浸小，每個浸出槽一次可以裝礦數(shù)十噸或數(shù)百噸，浸出周期為十天至數(shù)百天。三、微生物浸礦工藝4）微生物槽浸三、微生物浸礦工藝31商業(yè)化歷程1950S，Kennecott開始原生硫化銅礦表外礦生物堆浸1958年，生物冶金史上第一個專利(Kennecott)1970S，銅溶液萃?。姌O技術商業(yè)化應用

1980年，生物堆浸技術的商業(yè)化(LoAguirre

銅礦)2019年，德興銅礦表外礦生物堆浸廠建成投產2019年，紫金山銅礦硫化銅礦生物堆浸廠建成投產

次生硫化銅礦/原生硫化銅表外礦生物堆浸已大規(guī)模商業(yè)化應用，目前年產陰極銅約100萬t/a，典型礦山有：Canana、QubradaBlanca、紫金山、德興四、硫化礦生物浸出－銅的提取商業(yè)化歷程四、硫化礦生物浸出－銅的提取32礦石破碎筑堆滴淋浸出萃取電積智利QubradaBlanca生物堆浸－萃取－電積提銅礦山處理含銅1.3%的次生硫化銅礦石年產陰極銅8.0萬噸礦石破碎筑堆滴淋浸出萃取電積智利QubradaB332019年，BHPBillton公司成功開發(fā)BioNIC工藝，并建成日產20kg陰極鎳的示范廠2019年，烏干達Kasese建成投產含鈷黃鐵礦生物攪拌浸出廠2000年，TitanResourcesNL公司成功地采用生物堆浸技術（Bioheap?）完成了硫化鎳礦堆浸工業(yè)試驗，但由于資源條件發(fā)生變化而未實現(xiàn)產業(yè)化2019年，我院在云南墨江運用生物堆浸技術處理含砷低品位鎳鈷礦，工業(yè)試驗獲得成功四、硫化礦生物浸出－鎳鈷的提取2019年，BHPBillton公司成功開發(fā)BioNIC工34四、硫化礦生物浸出－鎳鈷的提取TitanResourcesNL公司硫化鎳礦生物堆浸試驗廠四、硫化礦生物浸出－鎳鈷的提取TitanResources35商業(yè)化進程1970S，開發(fā)難處理金礦生物預氧化技術（Gencor）1986年，建成10t/dBIOX?工藝示范廠（Fairview

）1994年，BacTech工藝在Youanm礦的商業(yè)應用獲得成功我國近幾年分別在山東萊洲、煙臺和遼寧風城建立了生物預氧化提金工廠，實現(xiàn)了產業(yè)化應用含砷等難處理金精礦生物預氧化工藝已經獲得大規(guī)模商業(yè)化應用典型礦山：Fairview、Sansu、山東萊州四、硫化礦生物浸出－金礦預氧化商業(yè)化進程四、硫化礦生物浸出－金礦預氧化36四、硫化礦生物浸出－金礦預氧化Fairview難處理金礦生物預氧化廠，目前處理量擴增至100t/d四、硫化礦生物浸出－金礦預氧化Fairview難處理金礦生物37四、硫化礦生物浸出－金礦預氧化山東萊州Bactech工廠精礦成分：S

24.6％，As

6.7％設計處理量：200tpd操作溫度：40～45℃四、硫化礦生物浸出－金礦預氧化山東萊州Bactech工廠38低品位黃銅礦生物堆浸

BHP公司在Escodida建立含銅0.5％的低品位黃銅礦生物堆浸礦山，年產18萬噸陰極銅的，2019年6月投產Biocop?：處理含砷黃銅礦精礦

2019年，BHP公司采用極端嗜熱嗜酸菌在Spence建成生物攪拌浸出－SX－EW工業(yè)試驗廠Mintek聯(lián)合南非開普頓大學、NICICO公司開發(fā)硫化鋅精礦生物攪拌浸出技術、黃銅礦原礦生物堆浸技術TPO

開展鎳鋅銅礦低溫生物堆浸工業(yè)試驗四、硫化礦生物浸出－新技術進展低品位黃銅礦生物堆浸四、硫化礦生物浸出－新技術進展39四、硫化礦生物浸出－新技術進展智利Spence高砷銅精礦(Cu33％，As4.5％，S35％)生物攪拌浸出作業(yè)溫度：78～80℃浸出周期：7～10天銅浸出率：95％砷固定率：90％年產陰極銅2萬噸四、硫化礦生物浸出－新技術進展智利Spence高砷銅精礦40AMIRA‘s

堆浸計劃：由BHPBiliton

等多家跨國礦業(yè)公司聯(lián)合CSIRO、UBC和南非開普敦大學等研究機構開展從細菌生長到堆浸模擬等方面的研究。以期提高硫化礦生物堆浸效率，并實現(xiàn)產業(yè)化。BIOSHALE

計劃：開展blackshaleores生物浸出技術研究，以回收其中的稀貴金屬。BioMinE計劃：由歐盟委員會聯(lián)合12家企業(yè)、7家科研單位、14所高校和2個政府機構進行生物冶金技術研究；該計劃投資1790萬歐元，預期4年完成?！?73”微生物冶金基礎研究計劃：2019年正式啟動，預計5年內建立原生硫化礦專屬菌種選育及遺傳改造方法和微生物浸出過程復雜界面強化作用理論，揭示浸礦微生物重要功能基因的作用機制和微生物冶金過程多因素強關聯(lián)規(guī)律。

四、硫化礦生物浸出－新技術進展AMIRA‘s堆浸計劃：由BHPBiliton等多家跨國41GeoBiotics公司開發(fā)的GEOCOAT?工藝完成工業(yè)試驗2019年，GEOCOAT?工藝在南非開展工業(yè)試驗獲得成功。該工藝采用中等嗜熱嗜酸菌堆浸處理金精礦，操作溫度42℃，生物預氧化88天后，金氰化回收率達到91.5％2019年，開展GEOCOAT

?工藝處理黃銅礦精礦的研究。采用嗜熱嗜酸菌氧化浸出140天，銅浸出率達到97％2019年，GEOCOAT

?工藝運用該工藝處理RoshPinah礦山的閃鋅礦精礦。采用嗜熱嗜酸菌氧化浸出66天，Zn浸出率達到95％四、硫化礦生物浸出－新技術進展GeoBiotics公司開發(fā)的GEOCOAT?工藝完成工業(yè)42酸性礦山廢水的成因：礦山廢石中的硫化礦物在自然條件下氧化溶解，大量硫酸根和重金屬離子進入礦區(qū)水系

微生物處理酸性礦山廢水自上世紀80年代起，國外開展了硫酸還原菌(SRB)處理酸性礦山廢水研究；90年代實現(xiàn)了產業(yè)化我國有關微生物處理酸性礦山廢水的研究起步較晚，目前尚處于研究階段SRB處理酸性礦坑水的基本反應五、酸性礦山廢水的治理酸性礦山廢水的成因：礦山廢石中的硫化礦物在自然條件下氧化溶解43五、酸性礦山廢水的治理運用BioSulphideProcess?技術處理CopperQueen

銅礦酸性礦山廢水并回收銅，年回收銅1500噸五、酸性礦山廢水的治理運用BioSulphideProce44六、生物冶金技術發(fā)展趨勢高效浸礦菌種方面耐寒/耐高溫/耐鹽/高活性浸礦菌種選育與浸礦應用異養(yǎng)菌的選育與浸礦應用浸出過程中微生物生態(tài)變化與控制技術研究現(xiàn)代分子生物學技術在微生物浸礦中的應用生物浸出過程基礎理論與工程化技術研究方面浸出過程中細菌生長模式研究浸礦過程氧化機理的深入認識浸出過程數(shù)學模擬優(yōu)化生物冶金工程化技術的完善與標準化六、生物冶金技術發(fā)展趨勢高效浸礦菌種方面45六、生物冶金技術發(fā)展趨勢生物冶金技術的應用領域方面黃銅礦原礦生物堆浸技術開發(fā)鎳、鈷、鋅等硫化礦生物浸出技術開發(fā)低溫生物堆浸技術研究異養(yǎng)菌在煤炭浮選，鋁土脫硅、紅土鎳礦等的應用研究生物冶金技術在酸性礦山廢水和礦區(qū)環(huán)境治理等方面的應用六、生物冶金技術發(fā)展趨勢生物冶金技術的應用領域方面46

“十五”期間,在國家科技部科技攻關計劃的支持下,開展次生硫化銅礦生物提銅工程化技術研究,建成國內首座硫化銅礦石生物堆浸提銅礦山，該成果獲2019年度中國有色金屬工業(yè)科學技術進步一等獎。申請發(fā)明專利4項，已授權2項。紫金山銅礦生物堆浸-萃取-電積技術“十五”期間,在國家科技部科技攻關計劃的支持下,開展47生物提銅與傳統(tǒng)工藝的比較項目傳統(tǒng)選冶工藝生物提銅工藝處理銅品位（%）1.090.50可利用銅資源（萬t）50150設計規(guī)模（萬t·Cu/a）51年噸銅投資（萬元）3.62.5生產成本（萬元/t·Cu）1.81.2陰極銅價格（萬元/t·Cu）1.81.8經濟效益（萬元/a）06000紫金山銅礦生物堆浸-萃取-電積技術生物提銅與傳統(tǒng)工藝的比較項目傳統(tǒng)選冶工藝生物提銅48堆浸萃取

紫金山銅礦萬噸級生物堆浸-SX-EW提銅礦山礦石破碎

電積

堆浸萃取紫金山銅礦萬噸級生物堆浸-SX-EW提銅礦山礦49西藏玉龍銅礦（生物）濕法提銅技術

“十五”期間,在國家科技部科技攻關計劃的支持下,開展西藏玉龍銅礦生物提取技術開發(fā),完成生物柱浸擴大試驗，獲授權專利1項。在“十一五”國家科技支撐計劃的支撐下，將建成高寒環(huán)境條件下復雜銅礦高效提銅產業(yè)化礦山。西藏玉龍銅礦（生物）濕法提銅技術“十五”期間,在國家50西藏玉龍銅礦（生物）濕法提銅技術概況我國超大型銅礦床之一，累計探明的銅金屬儲量650萬噸礦床分為三個礦體，分為氧化礦帶、次生礦帶和原生礦帶海拔4560-5120m，外部環(huán)境條件差試驗廠海拔4200m規(guī)模300噸電銅堆浸/攪拌浸出我院負責堆浸技術，北礦院負責攪拌浸出技術西藏玉龍銅礦（生物）濕法提銅技術概況試驗廠51西藏玉龍銅礦（生物）濕法提銅技術首期1萬噸電銅堆浸工程建設海拔4500m工藝方案：全堆浸投資8.6億元西藏玉龍銅礦（生物）濕法提銅技術首期1萬噸電銅堆浸工程建設52

“十五”期間,在云南省科技計劃和北京有研總院技術創(chuàng)新基金的支持下,建成國內首座年處理5萬噸硫化鎳礦石的生物堆浸提鎳半工業(yè)試驗廠，半工業(yè)試驗獲得成功,已獲授權發(fā)明專利1項。低品位鎳鈷礦生物堆浸提鎳鈷技術“十五”期間,在云南省科技計劃和北京有研總院技術創(chuàng)新基金的53云南低品位鎳鈷礦生物堆浸中間工廠低品位鎳鈷礦生物堆浸提鎳鈷技術云南低品位鎳鈷礦生物堆浸中間工廠低品位鎳鈷礦生物堆浸提鎳鈷技54生物浸出過程反應的多樣性；浸出過程生物種群的多樣性；

生物芯片技術的應用；生物堆浸過程各種參數(shù)的匹配關系。

生物浸出和生物芯片技術生物芯片技術的應用；生物浸出和生物芯片技術55生物浸出過程反應的多樣性.生物浸出過程反應的多樣性溶出反應：硫化礦被氧化并產酸。比如

CuFeS2+2O2+4H2OCuSO4+FeSO4+8H+

CuFeS2+Fe2(SO4)3+4H2OCuSO4+3FeSO4+8H