李旭等：锌的生物浸出技术现状及研究进展 699. 4Fe2++2+4H+bacteria 4Fe3++2H20 (10) (Pseudomonas aeruginosa)等细菌都可产生生物表 面活性剂，用于生物浸出.这些天然生物表面活性 2S(s)+302+2H20 bacteria4H*+2S02- (11) 剂具有乳化性、去污性、分散性和起泡性，与化学 ZnO+2H Shemisty,Zn+H2O (12) 合成的表面活性剂相比具有生物降解性、低毒性 Zn+H+chemistry 和选择性等优点，同时能够适用于极端温度、pH Zn2++H2 (13) 值48，Diaz等例采用铜绿假单胞菌(Pseudomonas Zn+2Fe shemisry,2Fe++Zn (14) aeruginosa)的代谢产物鼠李糖脂（化学结构式见 3.2.2化能异养菌浸出非硫化矿机理 图3)生物表面活性剂作为添加剂对闪锌矿进行生 化能异养菌在非硫化矿的浸出过程中，利用 物浸出，锌的浸出率达到70%，而未添加鼠李糖脂 外源能源物质有机物或碳水化合物，参与氧化锌 的生物浸出对照组的锌的浸出率仅为50% 矿的生物浸出过程，主要是通过氧化有机物或碳 在最近的研究中，Yang等so,采用伯克霍尔德 水化合物产生有机酸，从而利用酸浸作用浸出 氏菌(Burkholderia sp.)生产的生物表面活性剂（糖 Zn+,方程表达式如下： 脂类)对某重金属污染土壤进行生物浸出，效果显著， CoH2O bteri3CHsCOOH (15) 浸出率达到锌44%、锰52.2%、铜24.1%.目前，有 一项尚在探索阶段的生物浸出气浮技术，利用细 2CH3C00H+Zn0-→Z2++H20+2CH3C00- (16) 菌产生的生物活性物质，比如细胞组分、生物分子 或代谢产物，作用于矿物的表面，进行有价金属的 4锌的生物浸出工艺与应用新进展 浸出.从长远来看，进一步研究矿物表面与单个生 生物浸出研究与应用已发展多年，应用也越 物活性分子的相互作用机理，更好的与传统生物浸 来越广阔，近年来，国内外生物浸出技术在锌矿的 出工艺相结合是使这项技术商业化应用的关键 应用与研究较少.尽管锌矿资源较为丰富，但随着 4.2类芬顿反应与生物浸出相结合 高品位矿床的贫化或由于矿物共生复杂，导致采、 在酸性条件下H2O2被Fe#催化分解产生羟基 选矿、冶炼等传统工艺能耗高、环保问题凸出、不 (~OH)反应称为类芬顿反应(Fenton-like reaction), 够经济.生物浸出技术在锌矿资源利用的问题上， 其产生的羟基可以氧化分解污泥中的有机物释放 提供了新的解决思路.以下是生物浸出技术在锌 金属离子.将类芬顿反应与传统生物浸出相结合， 矿资源开发中的一些工艺与工业应用进展 不仅可以浸出或固定污泥中的重金属，还可以促 4.1生物表面活性剂 进重金属的回收利用.生物浸出为类芬顿反应提 生物表面活性剂是细菌在代谢过程中分泌出 供了酸性条件和催化剂Fe3+,增强污泥中有机成分 的具有一定表面活性的代谢产物，如糖脂、多糖 的氧化分解，释放重金属离子，提高了类芬顿反应 脂、脂肽等，多为糖脂类物质6生物表面活性剂 浸出重金属的效率，但目前这方面的报道较少.Zhu 粘附于矿粒的表面，能够促进矿石和细菌之间的 等利用生物浸出与类芬顿反应联合技术处理污 相互作用，提高生物浸出效率.这些天然生物表面 泥，经过5d,铜、锌、镉回收率分别达到了75.3%、 活性剂可以减少甚至取代化学表面活性剂（比如， 72.6%和65.4%，重金属残留量达到污泥处理要求 浮选药剂，Ag),使生物浸出过程更环保高效.Kumar 4.3矿体预处理 等7报道，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、副短 微波和超声波处理矿石可引起品界断裂，从 杆菌(Brevibacillus parabrevis)和铜绿假单胞菌 而提高浸出效果.同时该方法由于微波产生的使 (a) (b) OH CH. CH, OH CH OH OH 图3生物活性剂鼠李糖脂单糖(a)和多糖(b)分子结构 Fig.3 Molecular structure of the monosaccharides (a)and polysaccharides(b)of rhamnolipids as bioactive agents4Fe2+ +O2 +4H+ bacteria −−−−−−→ 4Fe3+ +2H2O （10） 2S0 (s)+3O2 +2H2O bacteria −−−−−−→ 4H+ +2SO2− 4 （11） ZnO+2H+ chemistry −−−−−−−→ Zn2+ +H2O （12） Zn+2H+ chemistry −−−−−−−→ Zn2+ +H2 （13） Zn+2Fe3+ chemistry −−−−−−−→ 2Fe2+ +Zn 2+ （14） 3.2.2    化能异养菌浸出非硫化矿机理 化能异养菌在非硫化矿的浸出过程中，利用 外源能源物质有机物或碳水化合物，参与氧化锌 矿的生物浸出过程，主要是通过氧化有机物或碳 水化合物产生有机酸 ，从而利用酸浸作用浸出 Zn2+，方程表达式如下： C6H12O6 bacteria −−−−−−→ 3CH3COOH （15） 2CH3COOH+ZnO −→ Zn2+ +H2O+2CH3COO− （16） 4    锌的生物浸出工艺与应用新进展 生物浸出研究与应用已发展多年，应用也越 来越广阔，近年来，国内外生物浸出技术在锌矿的 应用与研究较少. 尽管锌矿资源较为丰富，但随着 高品位矿床的贫化或由于矿物共生复杂，导致采、 选矿、冶炼等传统工艺能耗高、环保问题凸出、不 够经济. 生物浸出技术在锌矿资源利用的问题上， 提供了新的解决思路. 以下是生物浸出技术在锌 矿资源开发中的一些工艺与工业应用进展. 4.1    生物表面活性剂 生物表面活性剂是细菌在代谢过程中分泌出 的具有一定表面活性的代谢产物，如糖脂、多糖 脂、脂肽等，多为糖脂类物质[46] . 生物表面活性剂 粘附于矿粒的表面，能够促进矿石和细菌之间的 相互作用，提高生物浸出效率. 这些天然生物表面 活性剂可以减少甚至取代化学表面活性剂（比如， 浮选药剂，Ag+ ），使生物浸出过程更环保高效. Kumar 等[47] 报道，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、副短 杆菌 （ Brevibacillus parabrevis）和铜绿假单胞菌 （Pseudomonas aeruginosa）等细菌都可产生生物表 面活性剂，用于生物浸出. 这些天然生物表面活性 剂具有乳化性、去污性、分散性和起泡性，与化学 合成的表面活性剂相比具有生物降解性、低毒性 和选择性等优点，同时能够适用于极端温度、pH 值[48] . Diaz 等[49] 采用铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的代谢产物鼠李糖脂（化学结构式见 图 3）生物表面活性剂作为添加剂对闪锌矿进行生 物浸出，锌的浸出率达到 70%，而未添加鼠李糖脂 的生物浸出对照组的锌的浸出率仅为 50%. 在最近的研究中，Yang 等[50] 采用伯克霍尔德 氏菌（Burkholderia sp.）生产的生物表面活性剂（糖 脂类）对某重金属污染土壤进行生物浸出，效果显著， 浸出率达到锌 44%、锰 52.2%、铜 24.1%. 目前，有 一项尚在探索阶段的生物浸出气浮技术，利用细 菌产生的生物活性物质，比如细胞组分、生物分子 或代谢产物，作用于矿物的表面，进行有价金属的 浸出. 从长远来看，进一步研究矿物表面与单个生 物活性分子的相互作用机理，更好的与传统生物浸 出工艺相结合是使这项技术商业化应用的关键. 4.2    类芬顿反应与生物浸出相结合 在酸性条件下 H2O2 被 Fe3+催化分解产生羟基 （·OH）反应称为类芬顿反应（Fenton-like reaction）， 其产生的羟基可以氧化分解污泥中的有机物释放 金属离子. 将类芬顿反应与传统生物浸出相结合， 不仅可以浸出或固定污泥中的重金属，还可以促 进重金属的回收利用. 生物浸出为类芬顿反应提 供了酸性条件和催化剂 Fe3+，增强污泥中有机成分 的氧化分解，释放重金属离子，提高了类芬顿反应 浸出重金属的效率，但目前这方面的报道较少. Zhu 等[51] 利用生物浸出与类芬顿反应联合技术处理污 泥，经过 5 d，铜、锌、镉回收率分别达到了 75.3%、 72.6% 和 65.4%，重金属残留量达到污泥处理要求. 4.3    矿体预处理 微波和超声波处理矿石可引起晶界断裂，从 而提高浸出效果. 同时该方法由于微波产生的使 OH O OH OH CH3 O CH3 O O CH3 OH O (a) OH O OH O CH3 OH O OH OH CH3 O CH3 OH (b) O 图 3    生物活性剂鼠李糖脂单糖（a）和多糖（b）分子结构 Fig.3    Molecular structure of the monosaccharides (a) and polysaccharides (b) of rhamnolipids as bioactive agents 李    旭等： 锌的生物浸出技术现状及研究进展 · 699 ·