王利沙，于冉，赵洪侠

（潍坊护理职业学院，山东 潍坊 261000）

生物浸出技术又称湿法冶金技术，即利用一类特殊微生物自身的氧化或还原特性，氧化或还原资源中的有用金属成分，使其在水溶液中以离子态或沉淀的形式与原物质分离，然后通过萃取、电积的方法提取金属离子，制备高纯度金属材料的过程。

生物浸出技术相比于传统的冶金工艺，具有对环境友好、冶炼方法成本低、操作过程简单、矿产利用率高、效益高等优势，近年来备受世界各国研究矿产资源技术的青睐，被广泛应用于生物冶金领域，部分国家已经实现了工业化。

其中，浸矿微生物的选择也是生物浸出技术的关键，在酸性条件下，利用铁、硫氧化细菌与矿物进行充分接触，氧化产生Fe3+和硫化物，进而可以有效地从低品位矿、难处理矿及尾矿中将目标金属溶解出来，例如，铜、金、铀、锌等金属。目前报道的浸矿微生物有很多种，例如，在1954年，Bryner和Beck等人利用A.ferrooxidans菌对硫化矿物进行有效的浸出试验研究，结果表明该菌对硫化矿具有明显的氧化作用。A.ferrooxidans是一种自养嗜酸性细菌，被广泛应用于工业脱硫、环境保护、土壤修复、硫化矿物、矿山的废水废渣处理等方面。上官若凡等使用混合浸矿微生物对钼尾矿进行生物浸出，结果显示微生物能够有效提高氧化钼尾矿的浸出效率，实现了尾矿中重金属的有效浸出。

随着微生物浸出技术的发展和广泛应用，利用铁、硫氧化细菌浸出硫化矿如黄铜矿和黄铁矿的技术也越来越普遍。硫化矿是自然界中分布较为广泛，是一种资源丰富、价格低廉的环境友好型材料。但是在矿山大面积的开采过程中，大量的硫化矿被废弃在矿山中，造成尾矿大量堆积导致部分矿产资源不能够充分利用。因此，采用微生物浸出技术进行硫化矿物的有用金属提取，适合社会的可持续发展的要求，具有广阔的应用前景和强大的发展潜力。

1 硫化矿的微生物浸出作用机理

浸矿微生物与硫化矿相互作用的实质是使难溶的金属硫化物氧化，使矿物中的某些不溶性金属阳离子溶入浸出液，即硫化物被氧化的浸出过程。其作用机理表现在以下4个方面。

1.1 直接作用机理

直接作用是指浸矿细菌直接吸附于矿物的表面，通过细菌细胞内特有的铁、硫氧化酶进行氧化分解矿，将金属溶解出来的过程，进而获得能量。下面以黄铁矿为例，在有氧气存在的情况下，直接作用的反应机理的反应过程可表示为：

在这类反应中，浸矿细菌起着重要的催化作用，使用氧作为终端电子受体。Vilinska等在研究L.ferriphilum和黄铁矿相互作用的过程中，发现浸矿菌和矿物的表面性质都发生了变化，通过影响微生物在矿物表面的吸附效果，进而影响矿物的浸出率。

1.2 间接作用机理

间接作用是指在空气和水存在的条件下，硫化矿物被溶液中Fe3+氧化，Fe3+是有效的矿物氧化剂和浸出剂，并且把元素硫氧化成为硫酸的过程。

1.3 原电池效应

当静电位不同的2种或2种以上的金属硫化矿相互接触，同时浸没在溶液中就会组成原电池，促使电子从电位低的地方向电位高的方向转移。在阴极上发生还原反应，阳极上发生氧化反应。

1.4 生物膜的形成

浸矿菌与硫化矿物相互作用的过程中，能够在矿物表面形成胞外聚合物（EPS）即生物膜，便于细菌更加牢固的吸附在矿物表面，进而利于矿物的生物氧化。

2 浸矿微生物在硫化矿中的应用

微生物冶金环境中的微生物是多种多样的，大多数是化能自养型的，迄今为止，应用到生物冶金中的浸矿菌有几十种，根据最适合生长温度分为以下3类。

2.1 中温细菌

中温细菌的最适生长温度范围为25～40℃，常见的细菌主要包括氧化亚铁微螺菌（简称L.ferroxidans），氧化硫硫杆菌（简称A.thiooxidans），氧化亚铁硫杆菌（简称A.ferrooxidans）等。其中A.ferrooxidans为革兰氏阳性菌，能够氧化Fe2+、硫化矿物、元素硫（S0）和还原态硫化物等；A.thiooxidans为革兰氏阳性菌，不能氧化Fe2+，但可以氧化硫化矿物、元素硫（S0）和还原态硫化物等；L.ferroxidans为革兰阳性菌，只能氧化Fe2+成为 Fe3+。

2.2 中等嗜热细菌

中等嗜热菌的最适生长温度范围为40～60℃，常见的细菌主要包括：嗜铁钩端螺旋菌（简称L.ferriphilum)，喜温嗜酸硫杆菌（简称A.caldus)，硫杆菌（简称Sulfobacillus spp.）。其中，Lf菌为革兰阴性菌，只能氧化Fe2+为Fe3+为细菌的生长繁殖提供能源；A.caldus不能氧化Fe2+，但可以氧化硫化矿物、元素硫（S0）和还原态硫化物等；Sulfobacillus spp.中最常见的S.thermosulfidooxidans和S.acidophilus，皆为革兰阴性菌，能够氧化Fe2+、硫化矿物、元素硫（S0）和还原态硫化物等获得能源物质。

2.3 极端嗜高温菌

极端嗜高温菌的最适生长温度范围为60℃以上，由硫化叶菌属和金属球菌属等，能够氧化Fe2+、硫化矿物、元素硫（S0）和还原态硫化物等获得能源物质。

3 硫化矿浸出技术的研究进展

浸矿菌在硫化矿的浸出过程中起着重要的作用，它们通过改变EPS的组分和生物群落结构来适应浸出环境，且能增强硫化矿的溶解作用。为了更好地理解生物浸出技术的机理，下面将介绍几种常见的硫化矿技术。

3.1 黄铜矿的生物浸出

黄铜矿是自然界中储量最丰富、分布最广的原生硫化铜矿，具有独特的晶体结构，难于浸出，浸出前对其进行硫化、机械活化、微波活化等方法预处理可以有效地提高其浸出效果，但是会增加能耗且工艺复杂。其中中等嗜热菌的添加不仅能促进铜的浸出速率，还能降低酸耗。

3.2 黄铁矿的生物浸出

黄铁矿的生物浸出过程中，直接浸出和间接浸出机制并存，遵循硫代硫酸盐机理，矿物表面发生的化学反应及表面性质的变化在一定程度加速了矿物表面的电子传递速率，促进矿的电化学溶解过程。同时溶液温度，细菌接种浓度，溶液pH值和Fe3+浓度等都会影响到黄铁矿的生物浸出过程，且溶液温度是影响矿物溶解速率的主要因素。

4 结语

与传统的冶金工艺相比，生物浸出在处理硫化矿物的过程中具有以下优势：金属回收率高、生产过程简单、环境友好等。但对于以下2个方面还需进一步的研究。

（1）硫化矿物的生物浸出机理亟需进行重点研究。生物浸出过程是一个复杂的氧化还原反应和电化学反应过程，探讨浸出机理的研究，能够优化浸矿菌株，进而提高浸矿率。

（2）探索硫化矿物的生物浸出技术与浮选、化学浸出等方法有效结合，有助于优化浸出过程并缩短浸出时间。

（3）高效浸矿菌株的富集、培养与驯化，优化其生长条件，将会提高硫化物的浸出能力。