El papel de los microorganismos en la minería y la fundición

Biometalurgia

Biometalurgia significa que, en presencia de microorganismos relevantes, debido a la oxidación catalítica de los microorganismos, los metales valiosos de los minerales se disuelven en forma de iones en el lixiviado para su recuperación, o A Método de disolución y eliminación de elementos nocivos de los minerales. Muchos microorganismos pueden actuar sobre los minerales a través de diversas vías, convirtiendo elementos valiosos de los minerales en iones en solución. Utilizando esta propiedad de los microorganismos, combinada con la hidrometalurgia y otros procesos relacionados, se ha formado la tecnología biometalúrgica. Los principales microorganismos lixiviantes incluyen thiobacillus ferrooxidans, thiobacillusthiooxidant, sulfobacillus, ferrobacillus ferrooxi dant, bacterias thermoacidophilicarchae y Microspirococcus Genus (eptospirillum), etc. En los informes sobre biometalurgia, Thiobacillus ferrooxidans (Thiobacillus ferrooxidans) representa la gran mayoría de los artículos como bacteria lixiviadora de minerales. Sin embargo, a juzgar por los métodos de aislamiento y cultivo de las bacterias lixiviadoras de minerales de los investigadores, debería ser rica en múltiples cepas. . Recoger bacterias mixtas. Algunos de ellos crecen a temperatura ambiente, mientras que otros pueden crecer a temperaturas de 50 a 70°C o más. Durante el proceso de oxidación de minerales de sulfuro, se producirán iones ferrosos, azufre elemental y compuestos relacionados, y los microorganismos de lixiviación de minerales son generalmente bacterias quimioautótrofas que obtienen energía oxidando hierro ferroso o azufre elemental y compuestos relacionados, y absorben oxígeno y dióxido de carbono. iones metálicos y otras sustancias necesarias en la solución para completar el crecimiento del ciclo de Kelvin.

Decenas de bacterias utilizadas para la lixiviación de minerales se pueden dividir en tres categorías según su temperatura óptima de crecimiento: bacterias mesófilas, bacterias termofílicas medias y bacterias de alta temperatura.

El proceso de biolixiviación de minerales sulfurados incluye efectos directos e indirectos de microorganismos, así como efecto de celda galvánica y otros efectos químicos. La acción directa significa que durante el proceso de lixiviación, los microorganismos se adsorben en la superficie de los minerales y oxidan y descomponen directamente los minerales sulfurados a través de secreciones de proteínas u otros metabolitos. El efecto indirecto significa que los microorganismos oxidan los iones ferrosos producidos durante el proceso de oxidación de los minerales de sulfuro y otros iones ferrosos presentes en el sistema de lixiviación en iones férricos. Los iones ferrosos producidos tienen un fuerte efecto oxidante, que oxida aún más los minerales de sulfuro. los minerales de sulfuro se oxidan y precipitan, los metales valiosos y los iones de hierro se oxidan catalíticamente, y así sucesivamente. Según el estado de configuración del mineral, existen tres tipos principales de producción industrial biometalúrgica.

(1) Método de lixiviación en pilas. Este método suele ocupar una gran superficie de terreno y requiere más mano de obra, pero puede procesar una mayor cantidad de mineral, desde miles hasta cientos de miles de toneladas a la vez.

(2) Método de inmersión en piscina. En el tanque resistente a los ácidos se amontonan entre decenas y cientos de toneladas de mineral en polvo. El tanque se llena con una solución de lixiviación que contiene bacterias y se agita mecánicamente para acelerar la fundición. Aunque este método sólo puede procesar una pequeña cantidad de mineral, es fácil de controlar.

(3) Método de lixiviación subterránea. Este es un método de lixiviación de metal directamente dentro del depósito. El método consiste en verter una solución de lixiviación bacteriana en el sitio minado y en el yacimiento parcialmente expuesto, o perforar orificios en el área de extracción hasta la capa de mineral, inyectar la solución de lixiviación bacteriana a través del orificio de perforación, ventilarlo y esperar la lixiviación durante un período de tiempo y luego bombearla. La solución de lixiviación se utiliza para el procesamiento de recuperación de metales. La ventaja de este método es que no es necesario extraer ni procesar el mineral, lo que puede ahorrar mucha mano de obra y recursos materiales y reducir la contaminación ambiental.

Las ventajas de aplicar lixiviación microbiana son: reacción suave, respeto al medio ambiente, bajo consumo de energía y proceso corto. Es especialmente adecuado para minerales pobres, minerales residuales, minerales fuera de la superficie y difíciles de extraer. , minerales difíciles de seleccionar y difíciles de fundir Lixiviación en pilas y lixiviación in situ de minerales Hoy en día, cuando los minerales son cada vez más pobres y los problemas ambientales son cada vez más prominentes, la tecnología de lixiviación microbiana será un medio eficaz de. extracción de elementos metálicos, protección del medio ambiente y aprovechamiento de residuos. En los últimos años, la investigación extranjera sobre esta tecnología se ha convertido en un punto caliente en el campo de la minería y la metalurgia. La lixiviación bacteriana se ha convertido en un importante método de procesamiento de minerales. Este método se puede utilizar para lixiviar cobre, plomo, zinc, oro, plata. manganeso, níquel y cromo, molibdeno, cobalto, bismuto, vanadio, selenio, arsénico, cadmio, galio, uranio y otras decenas de metales preciosos y raros.

El desarrollo de la investigación biometalúrgica en mi país

China es el primer país del mundo en adoptar la tecnología biometalúrgica Ya en el siglo II a.C., se registró que el uso de. hierro para reemplazar la solución de sulfato de cobre La química del cobre, la lixiviación en pilas era una práctica común para producir cobre en ese momento. Sin embargo, en el proceso de extracción de cobre y hierro, ciertas bacterias autótrofas que crecen espontáneamente se utilizan sin saberlo para lixiviar los minerales. Hay una descripción en "Huainan Wanbi Shu" de la dinastía Han Occidental que dice que "Baiqing (sulfato de cobre) convertirá el hierro en cobre". Esta tecnología se utilizó ampliamente en el siglo XI d.C. A finales de la dinastía del Norte, también se registró la "lixiviación de cobre con agua biliar". La producción de cobre representaba entre el 15% y el 25% de la producción total en ese momento. Solo el campo tuvo una producción anual de 19 × 104 kg, el tajo de Anhui Tongguanshan también supera a Qianshan.

En los últimos años, la investigación y aplicación industrial de la lixiviación microbiana en mi país ha logrado avances considerables.

En términos de investigación sobre microorganismos de lixiviación de minerales, Zhang Dongchen, Zhang Mingxu y otros cuestionaron la opinión de que los plásmidos son omnipresentes en Thiobacilli. Los resultados de su investigación mostraron que la capacidad de Thiobacillus ferrooxidans para oxidar Fe2+, S, etc. solo puede estar relacionada con nucleoides. ADN cromosómico relacionado, y el material genético de Thiobacillus ferrooxidans es ADN cromosómico nucleoide. Xu Xiaojun, Meng Yunsheng, et al. informaron que la tasa de lixiviación de calcopirita por bacterias lixiviantes minerales mutadas por UV aumentó en más del 46% en comparación con las bacterias originales, y el tiempo para alcanzar el punto final de lixiviación se redujo de 5 a 10. días en comparación con las bacterias originales. Las bacterias lixiviantes minerales pueden ser más Buena lixiviación oxidativa de calcopirita. Zhao Qing, Liu Xiangmei y otros utilizaron tecnología de recombinación de ADN in vitro para construir un plásmido pSDRA4 resistente al arsénico expresado constitutivamente que contiene un promotor fuerte y puede transferirse bajo la inducción del gen tra. La bacteria de ingeniería metalúrgica Acidithiobacilluscal dus (pSDRA4) se construyó introduciéndola en el termófilo acidófilo extremo autótrofo obligado Thiobacillus AcidithiobacilluscⅡIdW mediante transferencia de conjugación. Después de la prueba, el plásmido recombinante tiene buena estabilidad en el Thiobacillus termófilo, básicamente permaneció estable después de 50 pases sin selectividad. presión (se retuvo más del 76% del plásmido recombinante La prueba de rendimiento de resistencia al arsénico mostró que, en comparación con las bacterias silvestres, la resistencia al arsénico de las bacterias diseñadas con Thiobacillus thermophila mejoró significativamente, de 0 mmol/L aumentó a 45 mmol/L). . En términos de aplicación industrial, la tecnología de biolixiviación se ha aplicado con éxito en la mina de cobre Dexing en Jiangxi y se ha construido una planta de lixiviación en pilas con una producción anual de 2.000 toneladas de cobre eléctrico. La primera base piloto de lixiviación biológica de cobre de mi país se estableció en Dabaoshan, Guangdong. Se ha construido una planta de lixiviación en pilas de extracción biológica de cobre de mil toneladas en Zijinshan, Fujian. El proyecto "Ingeniería de Tecnología Biometalúrgica" del Décimo Plan Quinquenal Nacional, emprendido por el Instituto General de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing y Fujian Zijinshan Mining Co., Ltd., construirá una planta de lixiviación en pilas de extracción biológica de cobre de 10.000 toneladas en Zijinshan. , Fujian. Al mismo tiempo, la preoxidación biológica del concentrado de oro ha comenzado a aplicarse industrialmente en Laizhou, Shandong. La biometalurgia de minerales sulfurados como el níquel y el zinc también se ha desarrollado en distintos grados.

En términos generales, la escala de aplicación industrial de la biometalurgia en mi país es pequeña, hay pocas minas de aplicación y los tipos de minerales son únicos, por lo que se necesitan más esfuerzos para desarrollarla. Dado que el 90% de los minerales primarios de sulfuro nacionales son complejos y de baja ley, las perspectivas de aplicación de esta tecnología son muy amplias. En la actualidad, el profesor Qiu Guanzhou de la Universidad Central Sur, como científico jefe, ha lanzado oficialmente el proyecto "Investigación básica sobre metalurgia microbiana". El proyecto cuenta con el apoyo del Ministerio de Educación, y la Universidad Central Sur es la primera unidad a cargo del Instituto General de Beijing. Nonferrous Metal Research, la Universidad de Shandong y la Academia de Ciencias de China. El Instituto de Ingeniería de Procesos, el Instituto General de Investigación de Minería y Metalurgia de Beijing, el Instituto de Investigación Ambiental de Changchun y otras unidades colaboran para llevar a cabo este proyecto. El procesamiento y la metalurgia de minerales de metales no ferrosos en mi país ha entrado en una etapa de desarrollo que está en sincronía con los niveles de primera clase del mundo.

Tendencias de desarrollo y direcciones de investigación de la biometalurgia

La biometalurgia es un nuevo proceso que combina la tecnología de bioingeniería y la tecnología tradicional de procesamiento de minerales a través del desarrollo interdisciplinario de disciplinas modernas. La aplicación de la bioingeniería al procesamiento de minerales es, sin duda, de gran importancia. Las tendencias de desarrollo actuales, las direcciones de investigación y los problemas que deben resolverse incluyen: ① Selección de microorganismos afectados por condiciones extremas ② Construcción de bacterias genéticamente modificadas; ④ Solución de baja concentración Nuevas tecnologías para la extracción de níquel, cobalto y otros metales; ⑤ Optimización y control del proceso de lixiviación; ⑥ Investigación sobre lixiviación de bacterias heterótrofas; ⑦ Desarrollo de reactores eficientes; ⑧ Desarrollo de tecnología de biolixiviación subterránea; metales y metales raros Investigación sobre adsorción biológica; ⑩ investigación sobre eliminación biológica de azufre en el carbón; investigación sobre desilicación de bauxita; investigación sobre desironización de minerales no metálicos (como el caolín);