生物选矿：让清洁选矿不是梦

昆仑剑客 · 发表于 2014-10-9 14:27

生物选矿：让清洁选矿不是梦

2014年10月09日中国矿业报

　　依托地调项目《丹巴低品位铜镍矿高效利用新技术研究》开展铜镍矿生物浸出工作，获得了镍浸出率>95%、铜浸出率>80%的良好指标；依托国土资源部公益性行业科研专项《铜矿山废石资源调查与综合利用技术研究》开展含铜废石生物浸出工作，取得重大突破，各项指标达到了预期要求，而因该项目工业化开展所延伸的两个市场项目——《白银含铜废石堆浸生物培养设备研制》和《白银含铜废石生物堆浸技术研究》也取得了重大进展，相关生物培养设备按要求进行自制与定制，并全部运至白银堆浸现场，白银公司的露天矿含铜废石生物浸出示范工程不日将正式运行……
　　后来居上方显英雄本色。中国地质科学院矿产综合利用研究所（以下简称“成都综合所”）生物冶金实验室于2008年筹建，2010年完成建设并投入使用，缘何能在短短几年时间内就呈现出强劲的后发超越之势，一跃成为全国国土资源系统生物选矿领域的一个标杆呢？带着谜团和好奇，记者近日专程赶到成都综合所进行了采访。
　　生态文明催生生物冶金
　　事实上，我国业内人士对生物冶金并不陌生，国内科研机构和大专院校已研究多年，但真正实现工业化并具有示范意义的实例并不多。国土资源系统内原来也有几家科研机构曾开展过生物冶金，但往往只开花不结果，没有形成气候。
　　“随着生物技术的发展，人们逐渐考虑将其应用于矿物加工行业。目前，许多领域仍处空白，包括相关现象理论和工艺研究都尚未成熟。”成都综合所所长刘亚川说。
　　随着生态文明建设的提出和推进，以及国家对矿产资源选冶领域环保标准的提高，作为清洁环保选冶工艺的生物冶金技术迅猛升温，再次成为矿山企业尤其是科研机构关注和追逐的焦点。
　　据了解，传统的选矿办法是用物理分离方法如浮选、磁选、重选等从矿石中回收有价矿物，在分选出有价矿物产品的同时，产生出大量尾矿固体废物与废水。选矿中的清洁生产，虽然可通过优化分离工艺、优化浮选捕收剂配方等方法来实现，但通常离不开化学药剂的使用，有机、无机药剂都会有残留。另外，选矿废水处理成本高，容易造成二次污染，这些都很难达到清洁生产指标。
　　而微生物因繁殖快、种类多、分布广、易培养、代谢能力强、容易变异等特点，在各个领域都得到了广泛应用。生物技术在矿物工程中的应用，称之为矿物生物工程。矿物生物技术具有能充分利用资源、成本低、投资少、基本无污染等优点，近年来已成为矿物工程领域中发展最快、研究最为活跃的领域之一，其应用也越来越普遍，应用范围也不断扩大。
　　而作为我国矿产资源选冶领域功勋卓著的老牌劲旅，成都综合所在金属矿产尤其是钒钛磁铁矿的选冶研究和综合利用方面有着深厚的功底和得天独厚的优势，但在生物冶金领域却是个空白。
　　明者因时而变，知者随事而制。2008年，具有超前眼光、早就捕捉到生物冶金技术的巨大潜力和美好前景的成都综合所所长刘亚川看准时机后果断出手。当时，他甩出的话硬梆而充满自信——“我们在不断巩固和提升传统的物理选冶技术的同时，还必须顺应时代发展要求，打破惯性思维，在生物冶金这一全新的选冶领域有所突破、创新和发展！”
　　此语一出惊四座。成都综合所几十年一直致力于物理选冶领域，并在业内得到了高度认可，仅凭借这一传统优势即可吃喝不愁、高枕无忧了，为何还要去冒险拓展生物冶金这项陌生且国内尚不成熟的技术呢？当时，许多人不理解，甚至提出了质疑。
　　“作为清洁选矿技术，生物冶金是将来的必然发展趋势，早上早主动，越晚越被动！”刘亚川与成都综合所主管科技的副所长陈炳炎等骨干技术人员充分分析酝酿后，最后定下来干！
　　凡事一旦认识统一、思想重视，困难立马退避三舍，效果也会立竿见影。没有这方面的人才不要紧，可以破格引进！一个主攻生物冶金的硕士被“挖”了过来。没有实验室，也不用怕，成都综合所自己投资建设！投资数十万元的生物冶金实验室两年时间内便建成并投入使用。缺少项目，也不用担心，由成都综合所领导亲自带队进行立项考察，争取国家项目！
　　生物冶金技术，最终在成都综合所迈出了艰难而又坚实的第一步！

借助国家项目“小试牛刀”
　　生物学和矿物学似乎是风马牛不相及的。然而随着生物工程的兴起，相关领域的学者们把它们巧妙地结合在一起，创造了新兴的交叉学科——生物探矿学、生物冶金学以及生物选矿学，其综合效能随之释放爆发。
　　而当生物学专业的技术人员真正融入到成都综合所时，其“生物潜能”和同行们的“矿物潜能”不仅得到了淋漓尽致的发挥，而且碰撞后产生的裂变效应也十分惊人。
　　生物冶金又称“微生物浸矿”或“细菌浸出”，是利用细菌或其代谢产物的作用将矿石中的金属溶解出来，然后提取回收这些金属。成都综合所技术人员如数家珍地说，这种将微生物用作冶金的方法，其实由来已久。早在公元前2世纪，中国就有胆水浸铜的记载。上世纪40年代开始，美国的科学家注意到一些硫化细菌在氧化金属硫化物中所起的作用。生物工程出现以后，世界各国的科学家研究筛选那些专门用于冶金的细菌，并且利用遗传工程技术培育出高效多能的工程细菌。可以预测，随着科学技术的深入发展，生物冶金学必将在矿物加工过程中扮演更为重要的角色。
　　而生物选矿学的发展前景和应用潜力也十分被看好，在未来还有取代某些传统技术的趋势。据了解。近几年来，为了适应矿业可持续发展的需要，世界各国都在尝试采用新的矿物加工技术来改造传统矿物加工技术。特别是对于一些过去被忽视的低品位、细分散、难处理矿石，人们开始重视并设法经济而又环保地对其进行利用。
　　虽然成都综合所以前从未从事过生物冶金研究，但其在选矿领域的综合实力、创新能力以及多年来积累的优势和经验，还是为生物冶金技术的拓展赢得了一定的空间。该所成立生物冶金实验室的时间不长，就得到了高度认可，先后得到了地调项目——丹巴低品位铜镍矿高效利用新技术研究和川西难处理金矿高效提金技术研究以及国土资源部公益性行业科研专项——铜矿山废石资源调查与综合利用技术研究等国家项目。
　　在生物冶金技术方面，他们依托地调项目《丹巴低品位铜镍矿高效利用新技术研究》，开展铜镍矿生物浸出工作。在工艺矿物学和选矿研究基础上，他们通过对丹巴铜镍矿原矿和混合浮选精矿的生物浸出研究，获得了3项主要成果：通过选育驯化获得BC-2（30℃）和BM-1（48℃）浸矿细菌，能较好地适应丹巴铜镍矿特性，具有较好的浸矿性能；丹巴铜镍矿中镍矿物和铜矿物的最佳浸出条件略有不同，通过优化浸出条件可获得镍浸出率>95%、铜浸出率>80%的良好指标；以柱浸实验模拟堆浸现场实验，通过酸浸预处理优化工艺可显著改善矿柱的渗流性和透气性，提升生物柱浸效果，缩短生物浸出周期，最终在161天的柱浸周期内，应用BM-1细菌浸出-20毫米粒级矿石，获得镍浸出率76.72%、铜浸出率51.30%的指标。
　　该所依托国土资源部公益性行业科研专项《铜矿山废石资源调查与综合利用技术研究》开展含铜废石生物浸出工作，也取得了明显成效：从白银矿坑水中选育出来的BY1#细菌具有较好的浸矿性能，尤其对氧化黄铁矿表现出一定优势。试验发现采用BioMetal SM-3中等嗜热嗜酸菌可获得较高的铜浸出率（190天，-15毫米粒级铜浸出率60.53%），且不存在常温生物浸出后期铜浸出速率明显由快转慢的钝化问题，同时确定了生物堆浸工业试验方案。

重点培育拓展新领域
　　梧高凤必至，花香蝶自来。成都综合所自身的雄厚科研实力和生物冶金技术的巨大发展优势，赢得了矿山企业的青睐，一批生物冶金的市场项目随之而来。
　　该所通过《铜矿山废石资源调查与综合利用技术研究》的工业化开展，不仅使生物技术得以应用，并且开发出4个市场项目——《白银含铜废石堆浸生物培养设备研制》、《白银含铜废石生物堆浸技术研究》、《实验室生物柱浸试验设备研制》和《白银铜矿尾渣综合利用技术研究》。
　　这项技术的成功，对白银公司乃至许多矿山企业来说都是一场革命。据了解，白银露天矿废石堆场内存放的废石主要包括矿山早期生产有计划集中堆放的部分氧化矿和低品位表外矿和含铜矿岩，粗略估计共含铜矿岩25357万吨、铜金属量52万吨左右。在自然环境下，由于氧化作用会释放大量的重金属离子，这些废石严重污染了矿区的土壤和水资源，对矿区环境安全存在巨大威胁。而生物堆浸技术的应用将使这些废石变废为宝，不仅可以释放废石场中的金属资源，增加金属产量，还可提高综合利用水平，扩大可利用金属资源储量，提高远期金属资源保障程度，又可有效减少废石堆放过程中释放的金属离子对周边环境产生的土壤污染和水质污染，缓解矿山尤其是危急矿山的资源瓶颈问题，同时还可增加就业岗位，提高企业收入，促进地方经济稳定与繁荣。
　　“生物堆浸是一个流程简单、投入小、能耗少、不污染环境的技术。经过两年的设计、论证与基建准备工作，白银生物堆浸工业试验已于2014年6月开始正式实施，相关的堆浸成果将于2015年初获得。”据该所技术人员介绍，本次中温生物堆浸工业试验的目的是验证现场较大规模中温生物堆浸的可行性，为大规模工业化利用废石场堆存多年的含铜矿石提供决策依据。试验需重点考察中温浸矿细菌在现场的适应性和浸矿特性，打通从含铜废石采运、破碎、筑堆、浸出、铜回收等全工艺流程，为大规模工业化生物堆浸进行初步的经济成本概算。
　　特别值得一提的是，该所还突破“禁区”，依靠生物技术成功涉足了铀矿综合利用领域。他们依托市场项目——《商丹地区伟晶花岗岩型铀矿石选冶工艺试验和工业指标研究》开展铀矿生物浸出工作，着重探讨研究铀矿选冶流程方案，根据商丹地区铀矿石特性，为降低工业生产成本，实现氧化剂的循环再生，创新性地将生物氧化技术引入铀矿浸出过程中。
　　“该技术的核心思想是将浸出铀矿的过程与细菌氧化的过程分离开。整个系统里，细菌不再与铀矿直接接触，因此不存在细菌对铀的耐受问题。铀矿在氧化剂的作用下被浸出，而过程中消耗的氧化剂在微生物的氧化作用下得到再生。”刘亚川激动地说：“从国内外来看，该技术均属首次在铀矿浸出方面，不添加任何氧化剂的条件下实现铀矿的高效浸出，若能成功实施对矿产资源实现高效综合利用具有重要的参考价值。”
　　该所还积极参与到生物选矿这种新技术的研发中。因生物选矿技术所需微生物与生物冶金所用微生物完全不同。目前，该所的生物冶金实验室侧重于细菌的筛选工作，已分离纯化五株细菌。通过生物吸附试验证明，有一株细菌对矿物具有选择性吸附特性，并且对赤铁矿等矿物表现出生物絮凝的作用，从基础研究角度看该细菌作为选矿微生物是可行的。目前，该所已将这些研究成果进行总结，并以此为基础申报国家项目（国家自然科学基金）。
　　“生物冶金技术是一个节能环保的清洁选矿技术，对过去被人们忽略的为数众多的低品位矿的综合利用将起到有力的推动作用。”刘亚川最后表示：“我们所今后要重点培育发展这一技术，力争在低品位的铀矿、铜多金属矿、金矿等综合利用方面发挥出更大的优势。”