从“吃”矿物硫的细菌看生物冶金

刘继顺

2014－01－08

你知道吗，有些细菌是以矿物中的硫为营养基的？

在含硫化矿物的矿山中，我们常常可以看到从露天采场、矿井、矿石堆、废石堆中流出来黄褐色发臭的酸水（以硫酸铁为主要成分）。将这些酸性水放到显微镜下，你就会发现大量的细菌，如氧化硫酸硫杆菌、氧化亚铁酸硫杆菌、排硫杆菌、脱氮硫杆菌、芽孢杆菌属和土壤杆菌等。它们约0.5-2.0微米长，0.5微米宽，常呈短杆状，有的还发育有细长的鞭毛，人们称之为嗜酸细菌。这种酸性水，是一般生物的致命克星，却是嗜酸细菌繁衍壮大的良好环境，你说神奇不神奇？

研究发现：这些嗜酸细菌在氧化环境下，能以矿石中黄铁矿、砷黄铁矿、辉铜矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等金属硫化矿物中的硫为营养基，促使负二价或负一价硫变成正六价硫，从而破坏与分解硫化矿物，使得硫化物中的有用金属元素进入溶液，或使单质金属裸露出来。

进一步研究发现：当这些有用金属元素进入溶液，通过合适的浓集方法，电解就可以获得纯的金属。

根据这些发现，矿冶专家们试图在实验室筛选培植能与金属硫化物反应的特种嗜酸细菌，并提供这些嗜酸细菌生长发育最有利的自然环境，如酸碱度、矿石的粒度、孔隙度等，这便诞生了生物冶金[堆浸（原地浸取）－萃取－电解]，引发了湿法冶金或化学选矿的矿业革命新方向。

因此，生物冶金或微生物冶金法，就是利用人工培养的含嗜酸细菌的浸取液与矿石反应，分解破坏金属硫化矿物，使金属元素进入溶液，进而萃取电解直接获得金属的矿石加工方法，可应用于从地表氧化矿、贫矿、废矿、尾矿和炉渣等中，有效地回收有用金属。
　　

一般地，用于浸矿的嗜酸细菌，以空气中二氧化碳为碳源，以无机氮为氮源，通过氧化亚铁离子或氧气，使负二价或负一价硫氧化为六价硫，形成硫酸。在自然界中，嗜酸细菌通常生活在pH1.5-4.5的酸性矿水中，有些却能在pH值小于1的硫酸水中生长。

这些嗜酸细菌与矿石作用产生硫酸和硫酸铁，然后以硫酸或硫酸铁为溶剂，浸出矿石中的有用金属。在这个过程中，细菌得到了所需要的能量，而硫酸铁可将矿石中硫化矿物氧化，促使其中的铜、镍或铀等转变为可溶性化合物而从矿石中溶解出来，而被包裹在矿石中的金、银也可以在矿石溶解后浸出。

有些研究者认为：细菌对矿石具有直接的浸提作用，即直接氧化的能力，能使金属硫化矿物中的金属溶解出来。

另一些研究者认为：某些靠有机物生活的细菌，可产生一种有机物，与矿石中的金属成分嵌合，从而使金属从矿石中溶解出来。电子显微镜观察证实，氧化硫酸硫杆菌在硫结晶的表面集结后，对矿石浸蚀有痕迹。

还有人发现，嗜酸细菌能在矿石表面产生各种酶，从而使得金属硫化矿物破坏分解。

目前，生物治金法已成功地用于铜矿、金矿及铀矿的湿法冶炼。较之传统的选矿－火法冶金方法，生物治金法具有低成本、高效率、低污染、低能耗的优点，为高效利用贫矿、表外矿、尾矿和冶炼渣开辟了新的方向。

诚然，生物冶金法，目前仍存在一些缺陷，如反应速度慢；细菌对环境的适应性差，超出一定温度范围细菌难以成活；经不起搅拌；对矿石中有毒金属离子耐受性差等。

目前，矿冶专家正在培育能适应各类自然环境和各类矿石性质的性能优良的细菌品种，即适应性更广、与矿石反应更为有效的“吃”矿物硫的细菌。

我们有理由相信，生物冶金的发展前途，广阔光明！