脱贫摘帽不是终点,而是新起点——专访北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室副主任刘兴宇

双循环背景下,坚持农业农村优先发展,促进城乡生产要素双向自由流动和公共资源合理配置,以乡村振兴推动城乡融合发展成为极其重要的一环党的十九届五中全会高度重视"三农"工作,强调要优先发展农业农村,全面推进乡村振兴,加快农业农村现代化。"十四五"规划重点从优先发展农业农村,全面推进乡村振兴,实施乡村建设行动,提高农业质量效益和竞争力,深化农村改革,巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接等五个方面做出部署。

生物冶金的现状与发展

生物冶金技术是利用微生物或其代谢产物溶浸矿石中有用金属的一种新技术,具有装备简单、流程短、建设和操作成本低、对环境友好及可利用低品位复杂难处理矿石等特点,现已成为世界各国矿冶工程研究和应用的热点,是本世纪最具竞争力的矿冶技术之一。文章阐述了生物冶金技术的基本概念,介绍了生物冶金技术在铜、金、镍、钴等方面的最新应用成果及生物冶金技术的发展趋势。

Alicyclobacillus属细菌及其在生物冶金中的研究进展

脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus)属细菌广泛存在于酸性果汁饮料、矿山、热泉和火山附近土壤等酸热环境中,具有嗜酸耐热的典型特征。多项研究表明该属细菌具有广泛的底物利用特性,可以利用有机物进行异养生长,也可以氧化Fe2+、元素硫以及硫化矿等进行自养生长,在厌氧或微缺氧的条件下还可以还原Fe3+以及针铁矿等铁的沉淀物中的Fe?,因此该属细菌在生物冶金中具有巨大应用潜力,而目前关于该属细菌在生物冶金中的研究报道很少。对Alicyclobacillus属细菌的分离、生理生化特征以及在生物冶金领域中的国内外研究现状进行概述和分析,并展望了未来该属细菌在生物冶金领域中的研究方向。

溶液pH值对浸矿微生物活性及浸出速率的影响研究

研究了从紫金山铜矿生物堆浸矿堆中分离到的浸矿微生物，在不同的初始培养基pH（1．0～3．0）下的活性和在不同初始培养基pH（1．4—4．5）下对紫金山硫化铜矿石的浸出规律。结果表明，生长稳定后初始pH值小于1．8的溶液的pH值稳定在1．6左右，而初始pH值大于2．2的溶液的pH值稳定在1．9左右。而不同初始pH（1．4～4．5）的浸矿实验表明，适于该浸矿微生物浸矿的最佳pH值在1．8～2．3之间，最终矿浆电位与铜的浸出率存在一定的线性关系。

紫金山铜矿生物浸出过程酸平衡分析研究

生物浸出过程中,矿石溶解、环境蒸发和工程渗漏等因素都会导致酸的消耗;同时,高铁的水解反应、矿石中某些金属硫化物(如黄铁矿)在细菌浸出时均会产酸,此外,萃余液还会带入一定量的酸。酸的产耗平衡问题不仅与矿物的氧化分解及浸出率息息相关,还会影响浸矿细菌的生长繁殖以及后续萃取与电沉积工艺的进行。针对紫金山铜矿生物浸出过程,考察各种矿物的产耗酸的情况,并模拟特定的工业环境和工艺条件,进行酸平衡理论分析和计算。通过工业实践,发现浸出1t矿石,产酸量为13.589kg,耗酸量为10.597kg,从而得到酸过剩量为2.992kg.t-1矿石。

黄铜矿生物浸出中钝化现象研究进展

随着矿产资源的日益贫化,传统的矿物加工及其后续的火法冶炼技术在处理矿物时存在不少弊端,生物浸出技术以其反应温和、对环境友好、能耗低、流程短等优点被各国广泛研究。常温生物堆浸技术业已在硫化铜矿(次生)的开采中实现大规模商业化应用,效果良好。但是,在铜资源主体-黄铜矿的生物浸出研究中,研究者发现常温菌难以获得较高的浸出速率,即所谓的钝化现象,以黄钾铁矾钝化,硫层钝化,多硫化物钝化3种现象最为普遍。为了防止黄铜矿生物浸出过程中钝化现象的产生,提出了Ag+催化、Fe2+和Cu2+催化、嗜热嗜酸菌浸出等有效措施。本文介绍了国内外生物湿法冶金工作者在黄铜矿生物浸出过程中钝化方面的研究进展。

晶体结构对黄铜矿、黄铁矿生物浸出差异性影响

在对黄铜矿、黄铁矿晶体结构差异性分析的基础上,研究在相同生物浸出条件下晶体结构对两矿物浸出速率及浸矿用菌种群落演替规律的影响,并对其产生原因进行分析。结果表明:黄铜矿晶胞中单位结构基元内不同结合方式原子间浸出难易程度不同,导致黄铜矿生物浸出速率随浸出时间的延长而不断降低;黄铁矿晶胞内各原子间结合方式单一,因而其浸出速率基本稳定。两矿物浸出过程中浸矿用菌种群落演替规律存在差异,在黄铜矿生物浸出过程中,Leptospirillum ferriphilum(L.f)由优势菌(占98%以上)转为劣势菌(占37%);在黄铁矿生物浸出过程中,L.f始终为优势菌(占90%以上)。由于L.f对Fe2+供应较敏感,因而两矿物晶体结构不同所决定的Fe2+供应差异是浸矿用菌种群落演替差异产生的根本原因。

高砷硫低镍钴硫化矿浸矿菌的选育与生物浸出研究

采用化学分析和偏光矿相显微镜矿物鉴定方法研究了高砷硫低镍钴硫化矿的生物浸出工艺矿物学:黄铁矿是有益组分镍、钴的主要载体矿物,结晶程度差,结构松散,易被细菌侵蚀,镍、钴容易被浸取,但细菌氧化黄铁矿而将产出较多的酸和浸出较多的铁;矿石中存在一部分颗粒微细并分散在结构致密的脉石中的含镍矿物,这是影响镍细菌浸出速率的主要原因。结合工艺矿物学研究结果,采用现代微生物驯化育种技术,选育了抗毒性强和适合浸出高砷硫低镍钴硫化矿的浸矿菌种RetechⅢ三代驯化菌,并采用亚铁离子氧化速率法、生物显微镜直接计数法及氧化还原电位法测定其浸矿活性,Fe2+氧化为Fe3+速率达到1.4g.(L.h)-1,培养60h细菌浓度由初始时的3.78×105cells.ml-1上升到1.67×108cells.ml-1,菌液氧化还原电位达到600(mV,vs.SCE)。采用摇瓶细菌浸出方法研究了浸出介质pH值、细菌接种量、浸出周期、矿浆浓度、温度等影响生物浸出的关键因素,获得了高砷硫低镍钴硫化矿生物浸出最优工艺参数,镍和钴的浸出率分别达到85.46%和99.23%。

微生物活性的影响因素及其对浸矿效率的影响

在细菌纯培养及细菌浸出某高硫铜矿过程中,考察了不同萃取剂等有机物和杂质离子Fe2+对细菌活性的影响规律以及对铜浸出效率的影响。研究结果表明:萃取剂对浸矿微生物的生长和氧化活性具有很强的抑制作用;随着细菌活性的变化,铜浸出率亦随之变化。因此,调节浸出液中有机物和铁离子浓度,保证细菌活性,可有效地提高浸出效率。

高海拔地区硫化铜矿生物浸出研究

温度、pH、O2及CO2的供给是影响细菌活性的关键因素，西藏玉龙铜矿地处高原地区，海拔高、温度低、空气稀薄，应用生物湿法冶金技术提铜难度较大。对高海拔地区以次生硫化铜矿为主的硫化铜矿进行了现场生物柱浸扩大试验研究，选育出耐寒高效浸矿细菌，考察了不同粒度条件下该矿物的浸出特性，分析高海拔地区生物浸出的可行性。结果表明，选育出的细菌耐受力强，在极端条件下生长良好，细菌生长最佳pH范围为1．7～2．0，浸出体系温度高于5℃。浸出5个月，浸出过程中氧化还原电位高于800mV（SHE）以上，铜的浸出可达75．68％，应用生物浸出完全可行。

含氟铀矿的生物柱浸试验研究

针对南方某含氟铀矿,采用对氟具有一定抗受能力的嗜酸类铁氧化细菌(Acidithiobacillus ferivorans、Acidithiobacillus ferrooxidans和Leptospirillum ferriphilum)开展了生物柱浸试验,并用XRF、XRD、SEM-EDS等检测手段查明了矿石性质。研究结果表明,该矿石中含铀矿物为沥青铀矿和钛铀矿。采用细菌浸出能大大提高铀的浸出效率。浸出时间38 d,以细菌培养液作为溶浸液时的铀浸出率达到62%,以稀硫酸为溶浸液时的铀浸出率为55%。细菌浸出铀的机制为间接作用机理,在细菌浸出时测得氧化还原电位E_h值比酸法时提高了100 m V左右,有效地增强了氧化气氛,促进了还原态铀U(Ⅳ)的氧化。细菌浸出铀具有以下优点:利用提铀尾液培养细菌,节约了成本、保护了环境,且铀浸出效率比常规酸浸高,极大地利用了铀资源。

浸矿微生物鉴定研究进展

为了探明浸矿过程中微生物的组成,通过比较浸矿微生物鉴定的常规方法、免疫学方法和分子生物学方法的优缺点,并参考研究现状,指出利用现代分子生态学的方法可快速鉴定浸矿微生物,多种方法组合使用可获得更加全面的浸矿微生物组成演替信息。

硫化镍钴矿微生物浸出液萃取除杂过程中界面乳化物的形成

测试微生物浸出液萃取过程中界面乳化物生成率。采用相差显微镜观察乳化液显微结构,并对萃后有机相进行吸收曲线和红外光谱检测,研究硫化镍钴矿微生物浸出液在萃取过程中界面乳化的原因。结果表明:微生物浸出液在萃取除杂过程中界面乳化物生成率随萃取次数的增加而增加。界面乳化物中含有黄钾铁矾、二氧化硅和细菌等物质,并且有机相结构发生变化,红外光谱结果显示有机相P—O—H键吸收峰消失,吸收曲线测试发现370 nm处出现了吸收峰。萃取过程中P204的P—O—H键断裂并与铁离子结合形成了配合物。在微生物浸出液中,固体微粒、浸矿细菌的累积以及有机相结构变化导致了界面乳化物的形成。

低品位硫化镍铜矿生物浸出工艺研究

研究了某低品位硫化镍铜矿的生物浸出工艺矿物学,考察了接种量、初始pH、矿石粒度、浸出周期对该矿摇瓶浸出过程的影响。在矿石粒度-0.074 mm占90%、矿浆浓度2%、细菌接种量30%、初始pH 1.5、浸出周期30天、摇床转速150 r/min的条件下,可获得最大的镍铜浸出率,分别为89.79%和41.80%。

黄铜矿和黄铁矿微生物浸出差异性研究

采用搅拌浸出法,搅拌转速350 r/min、搅拌温度45℃,使用相同菌种对黄铜矿与黄铁矿浸出差异性进行了研究。结果表明,在相同生物浸出条件下,黄铁矿较黄铜矿更易浸出。黄铜矿生物浸出后期,浸出速率减慢的决定因素并非黄钾铁矾钝化层的罩盖。两种矿物浸出差异性产生的根本原因在于由其自身晶体结构所决定的生物浸出机理不同。

镍矿湿法冶金技术应用进展及研究展望

介绍了世界上镍资源的分布、开发利用现状,提出高镁是镍资源综合利用的一个瓶颈问题,阐述了还原焙烧-氨浸、高压酸浸、常压酸浸、堆浸等氧化镍矿湿法冶金处理工艺的基本流程、优缺点与应用前景,总结了氧化镍矿、硫化镍矿生物冶金技术的研究应用情况,指出非常规体系生物浸出是解决高镁问题的一个方向。展望了高镁型镍矿处理工艺的发展方向,其中常压酸浸、生物浸出技术为研究热点。

生物浸出中黄铜矿与铁离子间的相互影响

使用中等嗜热兼性自养细菌在不同反应体系下进行黄铜矿浸出的研究,通过监测反应过程中p H、氧化还原电位和铁、铜离子质量浓度的变化,以及对矿渣进行扫描电镜观察及微区分析(SEM-EDS)和X线衍射(XRD)分析,进而分析黄铜矿与铁离子间的相互关系。研究结果表明:在细菌存在的条件下,向Fe2+与Fe3+质量浓度相同(ρ(Fe2+):ρ(Fe3+)=1:1)的溶液中加入黄铜矿后,Fe2+的氧化速率迅速升高,氧化还原电位快速升高,在较短时间内,Fe2+基本被氧化完毕,并且黄铜矿促进Fe3+水解生成沉淀;铁离子对黄铜矿的生物浸出具有重要影响,较高质量浓度的且具有一定Fe3+与Fe2+质量浓度比的溶液,在前期可以提高黄铜矿的浸出速率,但在中后期会加剧黄铜矿的钝化反应,最终降低铜的浸出率;在黄铜矿的微生物浸出中,有铁矾类物质生成,铁矾的形成与铁离子质量浓度有关,高质量浓度的铁离子加速铁矾的生成。

增氧条件下的碱性硫脲浸金实验

碱性硫脲浸金需要用氧化剂来调节溶液的氧化电势,氧化剂的氧化电势既要大于金溶解形成Au[CS(NH2)2]2+的电势(0.38 V),由于电势太高硫脲易被氧化而失效,故氧化剂的氧化电热不能太高。在碱性溶液中,氧的标准电极电势为0.40 V,因此,理论上空气中氧是理想而经济的氧化剂。然而,水的饱和溶氧量小,自然溶氧速度慢,从而使氧用作氧化剂受到限制。通过在搅拌浸出槽底部接入螺旋空气管、微孔材料的方法改变发泡方式,进而在持续增氧(空气中氧作氧化剂)的条件下对碱性硫脲浸出低品位金矿石进行具体地研究。发泡方式的改变既增大空气中氧向水中传递的速率,又改善搅拌效果。结果表明:增氧条件下浸出体系的充氧能力越强,碱性硫脲浸金效果则越好。在相同充气量条件下,微孔材料发泡增氧的效果最好,浸出率最高。而且在一定范围内,金浸出率随着充气量的增加而增大,而充气量过大时则会降低金浸出率。

利用生物技术制备纳米材料的研究新进展

为了解国内外生物技术特别是生物吸附技术在生产中的应用情况,以及利用生物技术制备纳米材料的研究进展,论述利用生物方法制备纳米材料的优势,阐述生物的作用机理,综述国内外使用生物体合成纳米材料的研究进展,着重对微生物和动植物体在控制合成纳米材料方面的应用进行具体介绍和评述,最后对该领域未来的发展进行展望。

铝热自蔓延还原氧化铪实验研究

本文采用化学分析、X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)等手段和方法,对铝热自蔓延还原氧化铪方法进行实验研究。结果表明,在物料单位发热量大于3000 kJ/kg的条件下,可实现氧化铪的直接还原,原料加入CaO后,产物的渣金分离效果明显。XRD分析结果表明,还原产物为Al3Hf金属间化合物;SEM和能谱仪(EDS)分析结果表明,金属产物呈现片状,不规则线性排列,由Al3Hf相区和Al相区组成;化学分析结果表明,金属产物中氧含量低至0.20%,铪含量高达41.20%。