我國(guó)是一個(gè)有色金屬礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量大國(guó)，同時(shí)也是消費(fèi)大國(guó),。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的生產(chǎn)消耗,，易采易選冶礦已為數(shù)不多。現(xiàn)有的常規(guī)物理,、化學(xué)選冶方法由于回收率低,、資源損耗大、生產(chǎn)成本高和對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題已不適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展要求,。在此情況下,，微生物在礦物分離方面的作用逐漸引起人們的重視，它既可用于礦物的就地浸出,，也可用于工廠礦物處理,、廢水廢渣處理。并且微生物浸礦具有生產(chǎn)成本低,、投資少,、工藝流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單,、環(huán)境友好,、能處理復(fù)雜多金屬礦物等優(yōu)點(diǎn)，因此細(xì)菌浸礦的廣泛應(yīng)用,，將引起傳統(tǒng)礦物加工產(chǎn)業(yè)的重大變革,，為人類、資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展開辟?gòu)V闊的前景,。

    生物冶金

    生物冶金是指在相關(guān)微生物存在時(shí),，由于微生物的催化氧化作用，將礦物中有價(jià)金屬以離子形式溶解到浸出液中加以回收,，或?qū)⒌V物中有害元素溶解并除去的方法,。許多微生物可以通過(guò)多種途徑對(duì)礦物作用,，將礦物中的有價(jià)元素轉(zhuǎn)化為溶液中的離子。利用微生物的這種性質(zhì),，結(jié)合濕法冶金等相關(guān)工藝,，形成了生物冶金技術(shù)。浸礦微生物主要有氧化鐵硫桿菌(ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ),、氧化硫硫桿菌(ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｔｈｉｏｏｘｉｄａｎｔ),、硫化芽孢桿菌(ｓｕｌｆｏｂａｃｉｌｌｕｓ)、氧化鐵桿菌(ｆｅｒｒｏｂａｃｉｌｌｕｓｆｅｒｒｏｏｘｉ  ｄａｎｔ),、高溫嗜酸古細(xì)菌(ｔｈｅｒｍｏａｃｉｄｏｐｈｉｌｉｃａｒｃｈａｅ  ｂａｃｔｅｒｉ  ａ),、微螺球菌屬(1ｅｐｔｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ)等。在有關(guān)生物冶金的報(bào)道Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ(氧化亞鐵硫桿菌)為浸礦菌種的論文占絕大多數(shù),，但從研究者對(duì)浸礦細(xì)菌的分離及培養(yǎng)方法來(lái)看,，應(yīng)該是多個(gè)菌種的富集混合菌。它們有些生長(zhǎng)在常溫環(huán)境,，有些則能在50～70℃或更高溫度下生長(zhǎng),。硫化礦氧化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生亞鐵離子和元素硫及其相關(guān)化合物，浸礦微生物一般為化能自氧菌,，它們以氧化亞鐵或元素硫及其相關(guān)化合物獲得能量,，吸收空氣中的氧及二氧化碳，并吸收溶液中的金屬離子及其它所需物質(zhì),，完成開爾文循環(huán)生長(zhǎng),。

    用于浸礦的幾十種細(xì)菌，按其生長(zhǎng)的最佳溫度可以分為三類,，即中溫菌,、中等嗜熱菌與高溫菌。一些常用浸礦細(xì)菌的主要性質(zhì)見表1,。        

    硫化礦生物浸出過(guò)程包括微生物的直接作用和間接作用,，同時(shí)還具有原電池效應(yīng)及其它化學(xué)作用。直接作用是指浸出過(guò)程中,，微生物吸附于礦物表面通過(guò)蛋白分泌物或其他代謝產(chǎn)物直接將硫化礦氧化分解,。間接作用則指微生物將硫化礦物氧化過(guò)程產(chǎn)生的及其它存在于浸出體系的亞鐵離子，氧化成三價(jià)鐵離子,，產(chǎn)生的高鐵離子具有強(qiáng)氧化作用,，其對(duì)硫化礦進(jìn)一步氧化，硫化礦物氧化析出有價(jià)金屬及鐵離子,，鐵離子被催化氧化,，如此反復(fù)。根據(jù)礦石的配置狀態(tài),，生物冶金工業(yè)化生產(chǎn)主要有3種,。

        (1)堆浸法,。這種方法常占用大面積地面，所需勞動(dòng)力較多,，但可處理較大數(shù)量的礦石,，一次可處理幾千至幾十萬(wàn)噸。

        (2)池浸法,。在耐酸池中,，堆集幾十至幾百噸礦石粉，池中充滿含菌浸提液,，再加以機(jī)械攪拌以加快冶煉速度,。這種方法雖然只能處理少量的礦石，但卻易于控制,。

        (3)地下浸提法,。這是一種直接在礦床內(nèi)浸提金屬的方法。其方法是在開采完畢的場(chǎng)所和部分露出的礦體上澆淋細(xì)菌溶浸液,，或者在礦區(qū)鉆孔至礦層,，將細(xì)菌溶浸液由鉆孔注入，通氣,，待溶浸一段時(shí)間后，抽出溶浸液進(jìn)行回收金屬處理,。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是,，礦石不需要開采選礦，可節(jié)約大量人力和物力,，減輕環(huán)境污染,。

        應(yīng)用微生物浸礦，其優(yōu)勢(shì)在于：反應(yīng)溫和,，環(huán)境友好,，能耗低，流程短,，特別適于貧礦,、廢礦、表外礦及難采,、難選,、難冶礦的堆浸和就地浸出，在礦石日益貧雜及環(huán)境問(wèn)題日益突出的今天,，微生物浸礦技術(shù)將是有效的金屬元素提取,、環(huán)境保護(hù)及廢物利用的手段。近年來(lái),，國(guó)外該技術(shù)的研究已成為礦冶領(lǐng)域熱點(diǎn),，細(xì)菌浸出已發(fā)展成了一種重要的礦物加工手段,，利用此法可以來(lái)浸出銅、鉛,、鋅,、金、銀,、錳,、鎳、鉻,、鉬,、鈷、鉍,、釩,、硒、砷,、鎘,、鎵、鈾等幾十種貴重和稀有金屬,。

    我國(guó)生物冶金研究的發(fā)展

    中國(guó)是世界上最早采用生物冶金技術(shù)的國(guó)家,，早在公元前2世紀(jì)，就記載了用鐵從硫酸銅溶液中置換銅的化學(xué)作用,，堆浸在當(dāng)時(shí)就是生產(chǎn)銅的普遍做法,。不過(guò)是在采銅、鐵過(guò)程中不自覺(jué)地利用了自發(fā)生長(zhǎng)的某些自養(yǎng)細(xì)菌浸礦,。西漢《淮南萬(wàn)畢術(shù)》里有“白青(硫酸銅)得鐵則化為銅”的描述,。在公元11世紀(jì)大量應(yīng)用了這種工藝，北末時(shí)代,，又記載有“膽水浸銅”,，產(chǎn)銅占當(dāng)時(shí)總產(chǎn)量的15%～25%，僅江西鉛山銅采礦場(chǎng)就年產(chǎn)19×104ｋｇ,，安徽銅官山采場(chǎng)還超過(guò)鉛山,。
    近年來(lái)，我國(guó)微生物浸出的研究和及工業(yè)化應(yīng)用有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展,。在浸礦微生物研究方面,，張東晨、張明旭等對(duì)質(zhì)粒在硫桿菌中普遍存在的觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑,，其研究結(jié)果表明,，氧化亞鐵硫桿菌對(duì)Ｆｅ2+、Ｓ等的氧化能力可能只是與擬核染色體ＤＮＡ有關(guān)，而氧化亞鐵硫桿菌的遺傳物質(zhì)就是擬核染色體ＤＮＡ,。徐曉軍,、孟運(yùn)生等報(bào)道了經(jīng)紫外線誘變的浸礦細(xì)菌，對(duì)黃銅礦的浸出率比原始菌提高了46%以上,，到達(dá)浸出終點(diǎn)的時(shí)間比原始菌縮短了5～10ｄ,，浸礦細(xì)菌能更好地氧化浸出黃銅礦。趙清,、劉相梅等利用ＤＮＡ體外重組技術(shù),，構(gòu)建了含有強(qiáng)啟動(dòng)子、可在ｔｒａ基因誘動(dòng)下轉(zhuǎn)移的組成型表達(dá)的抗砷質(zhì)粒ｐＳＤＲＡ4,。通過(guò)接合轉(zhuǎn)移的方式將其導(dǎo)入專性自養(yǎng)極端嗜酸性喜溫硫桿菌ＡｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｃⅡＩｄＷ中,，構(gòu)建了冶金工程菌Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｃａｌ  ｄｕｓ(ｐＳＤＲＡ4)，經(jīng)檢測(cè),，重組質(zhì)粒在喜溫硫桿菌中具有較好的穩(wěn)定性,，在無(wú)選擇壓力條件下傳代50次基本保持穩(wěn)定(重組質(zhì)粒保留76%以上)，經(jīng)抗砷性能檢測(cè),，與野生菌相比,，構(gòu)建的喜溫硫桿菌工程菌抗砷能力明顯提高，從0ｍｍｏｌ/Ｌ提高到45ｍｍｏｌ/Ｌ,。在工業(yè)化應(yīng)用方面,，生物浸出技術(shù)成功運(yùn)用于江西德興銅礦，并建成年產(chǎn)2000ｔ電銅的堆浸廠,。在廣東大寶山建立了我國(guó)第一個(gè)生物浸銅中試基地,。福建紫金山建成千噸級(jí)生物提銅堆浸廠。由北京有色金屬研究總院與福建紫金山礦業(yè)有限公司承擔(dān)的國(guó)家十五攻關(guān)項(xiàng)目“生物冶金技術(shù)工程化”,，將在福建紫金山建成萬(wàn)噸級(jí)的生物提銅堆浸廠。同時(shí),，金精礦生物預(yù)氧化提金在山東萊州已開始工業(yè)應(yīng)用,。鎳、鋅等硫化礦的生物冶金亦得到不同程度的發(fā)展,。
    總體來(lái)說(shuō),，我國(guó)生物冶金的工業(yè)應(yīng)用規(guī)模較小、應(yīng)用礦山較少,、礦種單一,，需加大力度發(fā)展。由于國(guó)內(nèi)有90%的原生硫化礦為復(fù)雜低品位,，因此這一技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊,。目前，以中南大學(xué)邱冠周教授為首席科學(xué)家已正式啟動(dòng)“微生物冶金的基礎(chǔ)研究”，該項(xiàng)目以教育部為依托,、由中南大學(xué)為第一承擔(dān)單位,，北京有色金屬研究總院、山東大學(xué),、中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所,、北京礦冶研究總院和長(zhǎng)春環(huán)境研究院等單位協(xié)作承擔(dān)，這標(biāo)志著我國(guó)有色金屬礦產(chǎn)選冶領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究進(jìn)入了與國(guó)際一流水平同步的發(fā)展階段,。

    生物冶金發(fā)展趨勢(shì)及研究方向

    生物冶金是近代學(xué)科交叉發(fā)展生物工程技術(shù)和傳統(tǒng)礦物加工技術(shù)相結(jié)合的一種新工藝,。生物工程應(yīng)用于礦物加工無(wú)疑具有重要意義，目前發(fā)展趨勢(shì),、研究方向和需要解決的問(wèn)題主要有：①受極端條件的微生物選育,；②基因工程菌的構(gòu)建；③生物浸出機(jī)理,；④低濃度溶液中鎳,、鈷等金屬的提取新技術(shù)；⑤浸出過(guò)程的優(yōu)化與控制,；⑥異養(yǎng)菌浸礦的研究,；⑦高效反應(yīng)器的研制；⑧地下生物溶浸技術(shù)的開發(fā),；⑨貴金屬和稀有金屬的生物吸附研究,；⑩煤中硫的生物脫除的研究；鋁土礦脫硅的研究,；非金屬礦(如高嶺土)脫鐵的研究,；生物選礦藥劑的研究。