尹升华等：我国铜矿微生物浸出技术的研究进展 ·153· 弱浸出过程中的钝化现象， 结构，提高矿堆渗透性，消减矿堆中颗粒偏析的 4.2浸矿环境保护与安全 影响 硫化铜矿、氧化铜矿等矿物的生物浸出环境通 常为酸性，由于浸矿药剂、酸性溶液外溢导致的环境 参考文献 问题得到了越来越多的重视12s-124;Zhang和 [1]Watling H R.The bioleaching of sulphide minerals with emphasis X[2s]证实了原位浸铜过程可能产生一定的温室气 on copper sulphides-a review.Hydrometallurgy,2006,84 (1- 2):81 体：作为外来物种，浸矿微生物也对周边环境的生物 [2]Rawlings D E,Johnson D B.The microbiology of biomining:de- 多样性产生了严重的扰动.因此，环境污染与安全 velopment and optimization of mineral-oxidizing microbial consor- 隐患，已成为制约生物浸铜技术推广的重要瓶颈. tia.Microbiol,2007,153:315 主要包括以下几点： [3]Panda S,Akeil A,Pradhan N,et al.Current scenario of chal- (1)酸浸溶液污染.酸浸溶液污染地表径流、地 copyrite bioleaching:a review on the recent advances to its heap. 下水，是造成农作物、动物发育畸形与高发病率的重 leach technology.Bioresour Technol,2015,196:694 [4]Fang X,Shen Y,Zhao J,et al.Status and prospect of lignocellu- 要原因.然而，早在1993年就有微生物处置重金属 losic bioethanol production in China.Bioresour Technol,2010. 污染的相关报道[12).因此，探索多菌种的协同作 101(13):4814 用，成为减少或避免酸液污染，高效回收有价金属的 [5]Yin S H,Wang L M.Pan C Y,et al.Secondary copper sulfide 重要手段： bioleaching experiments.Chin J Eng,2017,39(10):1498 (尹升华，王雷鸣，潘晨阳，等.次生硫化铜矿微生物浸出实 (2)生物多样性破坏.伴随着含菌浸出剂的外 验.工程科学学报，2017,39(10)：1498) 溢，大量的浸矿细菌成为破坏生物多样性的隐患，破 [6]Wu A X,Wang H J.Yang B H,et al.Progress and prospect of 坏了当地生物圈平衡，甚至可能导致稀有物种的 solution mining.Min Technol,2006,6(3):39 灭绝： (吴爱祥，王洪江，杨保华，等.溶浸采矿技术的进展与展望 (3)矿堆稳定性差.在浸出液、自然降雨等淋滤 采矿技术，2006,6(3)：39) 冲刷作用下，原有矿堆的边坡存在坍塌与滑移倾向， [7]Petersen J.Heap leaching as a key technology for recovery of val- ues from low-grade ores -a brief overview.Hydrometallurgy, 特别是高含泥、高堆高的废石矿堆易出现振动液化， 2016,165:206 直接威胁堆场的生产作业安全 [8]Johnson D B.Biomining goes underground.Nat Geosci,2015,8: 4.3新技术与方法的应用 165 先进的技术与概念的应用有效推进了生物浸铜 [9 Shiers D W,Collinson D M,Watling H R.Life in heaps:a re- 技术的发展.例如：对于提高温度强化浸出而言，智 view of microbial responses to variable acidity in sulfide mineral bi- oleaching heaps for metal extraction.Res Microbiol,2016,167 利某铜矿1]利用太阳能建立平板集热器等装备， (7):576 使铜浸出率自67%提高至85%.基于现有主流技 [10]Rawlings D E,Silver S.Mining with microbes.Nat Biotechnol, 术，对新浸出技术与方法进行展望，主要包括以下 1995,13:773 几点： [11]Yin S H,Wu A X,Wang HJ,et al.Current status and present (1)清洁能源.通过添加风能、太阳能、超声波 situation and development trend of low-grade ore bioleaching technology.Min Res Der,2010.30(1):46 激化生成的振动能等清洁能源，一方面有效提高浸 (尹升华，吴爱祥，王洪江，等.微生物浸出低品位矿石技术 出强度、获得高浸出率，另一方面尽可能地减少 现状与发展趋势.矿业研究与开发，2010,30(1)：46) 污染； [12]Johnson D B.Biodiversity and ecology of acidophilie microorgan- (2)新型可视化、智能化监测与检测方法[12】 isms.FEMS Microbiol Ecol,1998,27(4):307 比如：深入至反应层面的超精密、无扰动扫描手段， [13]Johnson D B.Biomining-biotechnologies for extracting and recov- ering metals from ores and waste materials.Curr Opin Biotechnol, 浸出过程的实时探测技术.当前，常用的有原子力 2014,30:24 显微镜(AFM)、无扰动粒子测速(PIV)、三维荧光光 [14]Videla A R,Lin C L,Miller J D.3D characterization of individ- 谱(3D-EEM)、傅里叶变换红外光(FTR)、显微计 ual multiphase particles in packed particle beds by X-ray microto- 算机断层扫描（μCT)、核磁共振(MRI)等； mography (XMT).Int J Miner Process,2007,84(1-4):321 (3)固体电子废弃物中有价金属回收技术.利 [15]Miller J D.Lin C L,Hupka L,et al.Liberation-limited grade/ recovery curves from X-ray micro CI analysis of feed material for 用浸矿细菌与活性剂从废弃电路板中回收铜等有价 the evaluation of separation efficiency.Int J Miner Process, 金属； 2009,93(1):48 (4)新型筑堆方式与矿堆结构.通过控制矿堆 [16]Yin S H,Wang L M,Pan C Y,et al.Fluid flowing characteris尹升华等: 我国铜矿微生物浸出技术的研究进展 弱浸出过程中的钝化现象. 4郾 2 浸矿环境保护与安全 硫化铜矿、氧化铜矿等矿物的生物浸出环境通 常为酸性,由于浸矿药剂、酸性溶液外溢导致的环境 问题 得 到 了 越 来 越 多 的 重 视[123鄄鄄124] ; Zhang 和 Xu [125]证实了原位浸铜过程可能产生一定的温室气 体;作为外来物种,浸矿微生物也对周边环境的生物 多样性产生了严重的扰动. 因此,环境污染与安全 隐患,已成为制约生物浸铜技术推广的重要瓶颈. 主要包括以下几点: (1)酸浸溶液污染. 酸浸溶液污染地表径流、地 下水,是造成农作物、动物发育畸形与高发病率的重 要原因. 然而,早在 1993 年就有微生物处置重金属 污染的相关报道[126] . 因此,探索多菌种的协同作 用,成为减少或避免酸液污染,高效回收有价金属的 重要手段; (2)生物多样性破坏. 伴随着含菌浸出剂的外 溢,大量的浸矿细菌成为破坏生物多样性的隐患,破 坏了当地生物圈平衡,甚至可能导致稀有物种的 灭绝; (3)矿堆稳定性差. 在浸出液、自然降雨等淋滤 冲刷作用下,原有矿堆的边坡存在坍塌与滑移倾向, 特别是高含泥、高堆高的废石矿堆易出现振动液化, 直接威胁堆场的生产作业安全. 4郾 3 新技术与方法的应用 先进的技术与概念的应用有效推进了生物浸铜 技术的发展. 例如:对于提高温度强化浸出而言,智 利某铜矿[127] 利用太阳能建立平板集热器等装备, 使铜浸出率自 67% 提高至 85% . 基于现有主流技 术,对新浸出技术与方法进行展望,主要包括以下 几点: (1)清洁能源. 通过添加风能、太阳能、超声波 激化生成的振动能等清洁能源,一方面有效提高浸 出强度、获得高浸出率,另一方面尽可能地减少 污染; (2)新型可视化、智能化监测与检测方法[128] , 比如:深入至反应层面的超精密、无扰动扫描手段, 浸出过程的实时探测技术. 当前,常用的有原子力 显微镜(AFM)、无扰动粒子测速(PIV)、三维荧光光 谱(3D鄄鄄EEM)、傅里叶变换红外光( FTIR)、显微计 算机断层扫描(滋CT)、核磁共振(MRI)等; (3)固体电子废弃物中有价金属回收技术. 利 用浸矿细菌与活性剂从废弃电路板中回收铜等有价 金属; (4)新型筑堆方式与矿堆结构. 通过控制矿堆 结构,提高矿堆渗透性,消减矿堆中颗粒偏析的 影响. 参 考 文 献 [1] Watling H R. The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides—a review. Hydrometallurgy, 2006, 84 ( 1鄄 2): 81 [2] Rawlings D E, Johnson D B. The microbiology of biomining: de鄄 velopment and optimization of mineral鄄oxidizing microbial consor鄄 tia. Microbiol, 2007, 153: 315 [3] Panda S, Akcil A, Pradhan N, et al. Current scenario of chal鄄 copyrite bioleaching: a review on the recent advances to its heap鄄 leach technology. Bioresour Technol, 2015, 196: 694 [4] Fang X, Shen Y, Zhao J, et al. Status and prospect of lignocellu鄄 losic bioethanol production in China. Bioresour Technol, 2010, 101(13): 4814 [5] Yin S H, Wang L M, Pan C Y, et al. Secondary copper sulfide bioleaching experiments. Chin J Eng, 2017, 39(10): 1498 (尹升华, 王雷鸣, 潘晨阳, 等. 次生硫化铜矿微生物浸出实 验. 工程科学学报, 2017, 39(10): 1498) [6] Wu A X, Wang H J, Yang B H, et al. Progress and prospect of solution mining. Min Technol, 2006, 6(3): 39 (吴爱祥, 王洪江, 杨保华, 等. 溶浸采矿技术的进展与展望. 采矿技术, 2006, 6(3): 39) [7] Petersen J. Heap leaching as a key technology for recovery of val鄄 ues from low鄄grade ores———a brief overview. Hydrometallurgy, 2016, 165: 206 [8] Johnson D B. Biomining goes underground. Nat Geosci, 2015, 8: 165 [9] Shiers D W, Collinson D M, Watling H R. Life in heaps: a re鄄 view of microbial responses to variable acidity in sulfide mineral bi鄄 oleaching heaps for metal extraction. Res Microbiol, 2016, 167 (7): 576 [10] Rawlings D E, Silver S. Mining with microbes. Nat Biotechnol, 1995, 13: 773 [11] Yin S H, Wu A X, Wang H J, et al. Current status and present situation and development trend of low鄄grade ore bioleaching technology. Min Res Dev, 2010, 30(1): 46 (尹升华, 吴爱祥, 王洪江, 等. 微生物浸出低品位矿石技术 现状与发展趋势. 矿业研究与开发, 2010, 30(1): 46) [12] Johnson D B. Biodiversity and ecology of acidophilic microorgan鄄 isms. FEMS Microbiol Ecol, 1998, 27(4): 307 [13] Johnson D B. Biomining鄄biotechnologies for extracting and recov鄄 ering metals from ores and waste materials. Curr Opin Biotechnol, 2014, 30: 24 [14] Videla A R, Lin C L, Miller J D. 3D characterization of individ鄄 ual multiphase particles in packed particle beds by X鄄ray microto鄄 mography (XMT). Int J Miner Process, 2007, 84(1鄄4): 321 [15] Miller J D, Lin C L, Hupka L, et al. Liberation鄄limited grade / recovery curves from X鄄ray micro CT analysis of feed material for the evaluation of separation efficiency. Int J Miner Process, 2009, 93(1): 48 [16] Yin S H, Wang L M, Pan C Y, et al. Fluid flowing characteris鄄 ·153·