生物冶金技术在黄金领域的应用及展望

摘要：介绍了生物冶金技术的作用机理及常用冶金微生物、生物冶金技术的分类,总结了生物冶金技术在黄金行业的应用,包括生物搅拌氧化工艺和生物筑堆氧化工艺主要的技术类型,重点分析了生物氧化预处理高砷、高杂金精矿和电子废弃物等资源的研究现状和氧化液的净化利用情况,并展望了生物冶金技术未来的重点研究方向,以期为生物冶金技术在黄金领域更好的推广应用提供依据。

关键词：生物冶金技术,金矿,生物氧化,槽浸,堆浸

中图分类号：TF80 文章编号：1001-1277（2023）09-0084-09

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20230914

引 言

生物冶金是利用天然存在的微生物催化硫化矿物的氧化,以提取铜、镍、铀等金属,或提高硫化矿物（如黄铁矿和毒砂）中包裹的贵金属回收率的技术,具有环境友好、反应温和、易操控、设备简单、投资少、耗能小、流程短、生产规模灵活、资源适用范围广等优点,是一种在工业上已被证实有效的湿法冶金工艺。

目前生物冶金相关研究涉及的金属主要有金、铜、铀、锂、锌、钴、镍、锰、钒、银、锑、钼等,其中工业应用的主要是金、铜、铀、镍、锌、钴等［1-2］。

中国是黄金生产和消费大国,且已探明黄金储量中大部分为难处理金矿资源。根据对难处理资源的特性调查和工艺研究的初步统计,中国难处理金矿资源中50 %以上适于用生物冶金技術处理［3］。

1 生物冶金的作用机理

从物理角度来看,微生物对硫化矿的作用机理可以分为接触和非接触机制［4］。在第一种情况下,细胞通过不同的相互作用附着在矿物表面,其中大多数可以生长并产生生物膜,所有过程都发生在生tweGueeQlMaloLQJMhYlgQ==物膜的微环境中,在非接触模式中,细胞不与矿物表面直接接触,生物氧化过程主要发生在溶液中,而硫化物的化学溶解发生在矿物表面。

从化学角度来看,学术界认为微生物处理矿物的方式包括直接作用和间接作用2种［5］,且2种方式在生物冶金过程中同时存在［6］。

1.1 直接作用

直接作用时,微生物与金属硫化物直接紧密接触,通过微生物体内特有的铁氧化酶和硫氧化酶直接氧化金属硫化物,从而释放出金属。以微生物氧化预处理金矿为例,微生物对黄铁矿、砷黄铁矿的作用机理见图1,氧化反应化学方程式如下：

1.2 间接作用

间接作用时,硫化矿物不被细菌直接氧化分解,而是在酸性条件下,微生物将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+作为氧化剂与金属硫化物反应。反应后金属以硫酸盐的形式溶解,被还原的Fe2+和不饱和态硫、砷又被细菌氧化为Fe3+、硫酸及高价态的砷,从而形成了一个氧化还原的循环浸出体系。黄铁矿、砷黄铁矿的微生物间接作用氧化反应方程式如下：

2 生物冶金中的微生物分类

生物冶金的实质是利用微生物的作用加速矿石中金属硫化物的转化,再进一步通过湿法冶金工艺获得目标金属的技术。因此,生物冶金的菌种是该工艺的研究重点之一。可用于生物冶金的微生物种类非常丰富,广泛分布于酸性环境中,如酸性矿坑水、浸出堆场、温泉、火山口等。目前,通过分离筛选和分子生物学技术发现的嗜酸冶金微生物至少有13个属,30余种［7-8］。根据不同分类方法,生物冶金菌种可分为不同类型,见表1。

在实际生产过程中,由于工艺及实施环境的不同,存在许多对不同温度环境具有适应性的菌种。根据菌种适宜的生长温度,生物冶金菌种可分为3类：嗜中温菌（25 ℃～45 ℃）、中等嗜热菌（45 ℃～55 ℃）、极端嗜热菌（60 ℃以上）。其中,常见的生物冶金菌种基本都属于嗜中温菌,研究较多的如Acidthiobacillus ferrooxidans、Acidthiobacillus thiooxidans、Leptospirillum ferrooxidans、Leptospirillum ferriphilum,中等嗜热菌包含放线菌属、硝化螺旋菌属、厚壁菌属和变形菌属等4个属的细菌和Ferroplasma属的古菌,而目前发现有浸矿作用的极端嗜热菌都属于古菌,主要有Acidianus、Metallosphaera、Sulfurococcus和Sulfolobus等4个属［9］。

3 生物冶金技术的分类

按照微生物在矿物加工中的作用可将生物冶金技术分为生物浸出、生物氧化、生物分解等,其中应用较为成功的是生物浸出和生物氧化。

生物浸出是在微生物作用下,将含有目标元素的矿物氧化溶解,使之进入液相,然后回收浸出溶液中目标金属的技术。其中,应用最多的是铜矿,早在20世纪50年代,美国Kennecott公司就采用该技术成功提取了铜,此后生物浸矿技术在世界各国得到了研究和应用,在智利生物浸铜应用尤为广泛,加拿大于1966年实现了生物浸出铀的工业应用,中国也于1997年在德兴铜矿成功实现生物浸铜［10］。目前,生物浸出工艺已在铜、铀、钴、镍、锌等金属的处理上实现工业化,且大部分生物浸出工艺采用成本较低的堆浸方式进行。

生物氧化是在适宜的环境下,利用微生物将包裹目的矿物的非目的矿物氧化溶解于液相中,从而使目的矿物呈裸露状态留存于氧化渣中,便于后续的分离回收［11］。生物氧化工艺目前主要用于处理被黄铁矿、砷黄铁矿等包裹的金、银矿石。

生物分解主要用于铝土矿,某些微生物分泌出的多糖可和铝土矿中的硅酸盐、铁、钙氧化物作用,从低品位铝土矿中选择性分离出铁和钙。

4 生物氧化在黄金领域的应用

金在地壳中的丰度值非常低,仅为十亿分之一左右,金的地球化学性质决定了它具有亲硫亲铁等性质,因此其赋存状态复杂多样。随着金矿资源的大规模开采,难处理金矿石将成为今后黄金工业生产的主要资源。若要高效利用这部分资源必须对其进行预处理,常用的方法有焙烧、压热氧化和生物氧化等,其中生物氧化因其具有环境友好、反应温和、投资少等优点,被广泛用于难处理金矿的预处理。

生物氧化提金工艺是利用微生物对矿石中的硫化物进行氧化,打开硫化物包裹,使金矿物暴露,然后再用浸金药剂溶解回收金的湿法冶金技术,生物氧化提金原理见图2。生物氧化法的发展历程［12-13］见图3。

目前,工业上所采用的生物氧化预处理工艺主要有生物搅拌氧化工艺（槽浸）和生物筑堆氧化工艺（堆浸）2類。

4.1 槽浸工艺

槽浸工艺主要用于处理金品位较高的矿石或精矿,其工艺过程为：将细磨后的金精矿在调浆槽中调整至适当的pH和浓度,并注入营养液,将调好的矿浆导入微生物氧化槽,并对槽中的矿浆进行搅拌和充气氧化,氧化过程中应注意控制温度在40 ℃左右,氧化结束后,将矿浆固液分离,氧化渣经碱处理调浆后进行常规氰化提金,氧化液添加石灰中和,除去金属和部分硫酸根离子后,清液返回利用。工艺流程见图4。

目前,应用较广的生物搅拌氧化工艺主要有BIOX工艺、BACOX工艺及CGRI工艺。

4.1.1 BIOX工艺

该工艺是由南非Gencor公司研究开发的,采用嗜中温菌在搅拌槽内处理细磨难浸金精矿［14］。BIOX工艺使用的细菌种类是严格保密的,一般认为,它是由嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidthiobacillus ferrooxidans）、嗜酸氧化硫硫杆菌（Acidthiobacillus thiooxidans）和氧化铁螺旋菌（Leptospirillum ferrooxidans）组成的混合菌,为保证细菌有合适的生存温度,通常要对矿浆进行冷却,以维持细菌生存及活动所必须的最佳温度。应用该工艺于1986年在南非Fairview金矿建成了首座生物氧化厂［15］,此后向全球范围进行商业转让,先后在巴西、澳大利亚、加纳、乌兹别克斯坦等国家建成了多座生物氧化提金厂［16-17］,并不断进行工艺完善,现已成为最具影响力的生物氧化工艺之一。在过去30年,使用该工艺累计生产黄金超850 t,其中2020年,使用该工艺生产了约31 t黄金,相当于当年全球黄金产量的0.90 , %［18］。

4.1.2 BACOX工艺

BACOX工艺由Bactech公司开发并推广［19］,其工艺流程与BIOX工艺相似,但采用最佳生长温度为45 ℃～55 ℃的中等嗜热菌。中国原莱州市黄金冶炼厂引进该工艺并于2001年建成一座处理规模为100 t/d的生物氧化提金厂［20］。

4.1.3 CGRI工艺

CGRI工艺由长春黄金研究院有限公司开发,具有完整的自主知识产权,是目前国内应用较广的生物氧化提金技术。该工艺针对中国难处理金矿石特点,通过筛选、培育和多年工程驯化获得了复合工程菌,种群结构丰富合理,包含自养菌、异养菌、极端嗜酸嗜热的古菌和重金属抗性强的细菌,可在氧化温度35 ℃～55 ℃,矿浆浓度25 %～27 %的条件下进行高效的氧化作业。该工程菌的作业温度范围及氧化浓度均优于国内外同类技术水平,该技术曾获国家科学技术进步奖二等奖。

CGRI工艺应用20多年来,不断进行工艺优化与升级,企业处理量不断扩大,适应原料范围不断拓宽,技术研究成果多次获得中国黄金协会科学技术奖特等奖。

目前,CGRI生物氧化提金技术已在中国山东、辽宁、江西、黑龙江等省开展了工业应用,均取得了显著的经济效益。CGRI技术在中国的应用见图5。

4.2 堆浸工艺

堆浸工艺主要应用于低品位金矿石,工艺示意图［21］见图6。该工艺主要包括BIOPRO工艺、Geocoat工艺。

4.2.1 BIOPRO工艺

BIOPRO工艺由美国 Newmont公司开NMD8qwDvsPt6zIdcfEGpIg==发,采用堆浸方式对难处理金矿石进行生物氧化预处理。Newmont公司于1988年至1999年在内华达州卡林市率先开展了难处理金矿石生物堆浸的基础研究和应用研究,最终全面实施了这一项工艺。在1999年至2008年运行期间,针对卡林型难处理金矿石采用了生物堆浸—CIL工艺生产,共运行10 a,每年处理矿石80万t,共处理矿石800万t,生产黄金78 t,后因效益不佳而停止［22］。

4.2.2 Geocoat工艺

Geocoat工艺由美国矿业公司GeoBiotics LLC开发,是指将难处理金精矿包覆于惰性岩石表面,然后筑堆进行生物氧化。此法兼具生物槽浸的处理速率快、后续金浸出率高与生物堆浸基建投资少的优点。氧化金精矿包裹层一般需要30～90 d,金回收率在80 %～95 %。Geocoat技术于2003年在African pioneer Mining公司位于南非的Agnes矿应用,该工艺也在纳米比亚Kumba资源公司的Rosh Pinah矿用于闪锌矿精矿,同时也用于生物浸出黄铜矿精矿［23］。

5 生物氧化提金的研究热点

5.1 高砷金精矿的生物氧化

高砷含金物料通常是指含砷3 %以上［24］的难处理含金物料。中国难处理黄金资源储量丰富,其中高砷高硫金矿资源约占难处理黄金资源总量的50 %,而高砷含金物料又是高砷高硫金矿中最为典型的难处理资源之一,并逐渐成为制约黄金行业发展的难题之一。因此,高砷含金原料成为现阶段黄金选冶研究的重点。针对该类高砷含金原料,通常需要对其进行预处理,以提高后续金回收率,生物氧化预处理工艺作为一种节能环保的湿法冶金技术,受到广泛关注［25］。目前,采用该技术进行高砷含金原料处理的研究也较多。

NATALY等［26］研究了用含微生物的Fe3+溶液化学氧化高砷金精矿,试验结果表明,未经Fe3+溶液预氧化（一段过程）和经Fe3+溶液预氧化之后（两段过程）的高砷金精矿氧化4 d后,金的氰化回收率分别为67.76 %和92.95 %。张玉秀等［27］研究了含砷难处理金精矿生物预氧化过程中砷价态的变化及其对细菌的影响。ZHANG等［28］开展了低品位高砷高硫难选金精矿两段化学—生物氧化工艺研究,提出了生物氧化废液二次高温氧化与后续生物氧化相结合的两段氧化工艺,该工艺中金、银的氰化回收率由一级生物氧化法的（61.50±1.0） %和（58.10±1.2） %分别提高到（92.20±1.2） %和（89.80±2.8） %。

长春黄金研究院有限公司利用自主研发的CGRI生物氧化提金技术针对高砷金精矿开展了大量的研究工作,详细考查了砷对工程菌种及生物氧化过程的影响［29］,通过对高砷矿生物氧化抑制机理研究,优化了高砷金精矿的生物氧化预处理技术,为提升高砷金精矿生物氧化处理指标提供了强有力的技术支撑。针对高砷金精矿开发的两段生物预氧化工艺可对含砷高达17 %、含硫25 %～40 %的金精矿进行高效处理,菌种砷离子耐受浓度最高可达25 g/L,申请的发明专利荣获2003年度伦敦国际专利博览会金奖。依托该工艺技术,通过菌群结构不断优化,结合工艺流程持续升级,在原料中砷品位不断提高的情况下,实现了金回收率逐步提升,过程见图7。

长春黄金研究院有限公司利用开发的两段生物预氧化工艺分别在辽宁天利金业有限责任公司和江西三和金业有限公司开展了生物氧化工艺全系统升级关键技术研究与应用和难处理金矿资源生物氧化预处理提金关键技术及应用项目的研究,成功实现了工业应用,并获中国黄金协会科技进步奖特等奖。以江西三和金业有限公司为例,研发的生物预氧化处理高砷金精矿新工艺,可处理含砷达15 %的金精矿,提高了难处理金矿中硫、砷的脱除率和金回收率,生物氧化—氰化提金回收率达95 %。

5.2 高性能菌种的培育

随着易处理金矿资源的日益减少,复杂难处理金矿及含金复杂物料的开发利用日益凸显出重要性。除砷以外,矿石中的其他重金属如铜、铅、锌等在生物氧化过程中的影响也逐渐显现。生物氧化过程中,一定量的金属离子对于细菌生长是必需的,但当金属离子浓度超过细菌生长耐受范围时,将抑制细菌的生长和活性,影响生物氧化效果,对企业正常生产也会造成一定影响。国内外学者针对不同离子对生物冶金菌种的影响也开展了许多研究［30-31］。卓文康等［32］研究了镉、锰、镍、铅对嗜酸氧化亚铁硫杆菌活性的影响,张成桂等［33］研究了阴离子对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长和硫氧化活性的影响,结果表明其影响顺序依次为Cl-、NO-3、SO2-4和PO3-4。

长春黄金研究院有限公司研究了CGRI工程菌种在复杂液相体系中对典型重金属离子的耐受能力,确定了相关离子在生物氧化体系中的耐受浓度阈值,为指导生物氧化企业购买原料、实现科学合理配矿、控制原料重金属含量范围、保证菌种活性和氧化效果提供了有利保障。此外,采用定向驯化、诱变等手段对菌种进行筛选、强化,提高了菌种的耐受能力,获得了性能更强的工程菌种。该工程菌种对铜离子、铅离子、锌离子的耐受阈值较原工程菌分别提高了25 %、15 %、41.70 %,扩大了企业的原料适用范围,实现了复杂原料的有效利用。

5.3 生物氧化原料的拓展

中国生物氧化工艺已工业化20多年,取得了较大进步,但目前生物氧化领域的典型问题是处理原料较为单一,且大部分企业因资源问题导致自产原料不足,为保证产能需外购部分原料。金精矿原料市场竞争激烈,采购较困难,且原料性质复杂多变,导致部分企业低负荷运转,严重影响企业经济效益,为此,亟须拓展生物氧化工艺原料范围。

长春黄金研究院有限公司开展了难处理金精矿与银锰矿生物氧化协同回收的相关研究,试验采用金品位51.04 g/t、含砷10.02 %、含硫25.68 %的高砷金精矿和锰品位12.84 %、银品位640 g/t的银锰矿开展生物氧化试验,氧化4 d时,锰浸出率达99.02 %,金、银的回收率分别为92.34 %、95.61 %,效果显著。该研究建立了高砷矿与银锰矿协同回收技术,解决了银锰矿中银和锰以类质同象存在而利用率低的问题,同时解决了生物氧化企业原料短缺的问题。

5.4 氧化液的综合回收利用

在难处理金精矿生物氧化预处理工艺中,会产生大量含砷酸性废水,主要成分为砷、铁、硫酸根离子。目前,工业上处理含砷酸性废水的方法为石灰铁盐法,其技术成熟、易操作,但仅局限于中和治理。若能对其中的有价元素进行综合回收利用［34］,不仅能够节约资源,提高经济效益,同时可以实现中和渣的减量化,减轻尾矿库库容负担。

陈亚静等［35］以甘肃某金矿经生物氧化后产生的高砷、高铁强酸性生物氧化液为研究对象,选择CaO作为沉淀剂进行中和除砷试验,结果表明：在pH=4.5、搅拌速度适宜、常温反应25 min条件下,除砷率可达99.99 %,实现了废水净化。段敏静等［36］提出从生物氧化液中选择性沉淀铁,同时采用流动性加入生物氧化液和0.20 g/mL（NH4）2HPO4溶液的方式,通过控制条件,铁沉淀率达到95.20 %,砷存留率为93.60 %。李倩等［34］采用砷铁共沉淀工艺处理强酸性高砷生物氧化提金废水,通过向废水中加入浓氨水控制反应液pH,生成FeAsO4和Fe（OH）3沉淀,达到砷铁共沉淀的目的,为后续进一步回收Fe、As奠定基础。孙光勇等［37］以生物氧化提金废渣为原料,对其中所含的砷进行回收,在氢氧化钠用量240 g/L,反应温度60 ℃,液固比4∶1,搅拌浸出2 h,在最优条件下,砷浸出率达到85 %,从浸出液中沉砷的较优条件为：溶液初始pH=12,钙砷摩尔比2∶1,沉淀时间30 min,该条件下砷沉淀率达到97 %以上。

长春黃金研究院有限公司以某企业生物氧化—氰化提金过程中产生的酸性含砷废水为研究对象,根据废水中不同离子化学沉淀行为的差异,以新型复合砷铁共沉药剂CG529作为沉淀剂,该药剂具有较强的普适性,既能在铁砷摩尔比不足的情况下,确保砷沉淀完全,又能有效控制其他离子的引入量。采用该工艺,氧化液中砷脱除率达到99.99 %、铁脱除率达到99.89 %,中和渣产率为150.10 kg/m3氧化液。以200 t/d生物氧化企业为例,与采用石灰铁盐法对比,每年可减少中和渣堆存量万吨以上。另外,基于上述工艺所得的副产品石膏,开发了适用于超细尾砂充填的石膏基多源固废复合胶凝材料CG301（见图8）,成本仅为387.50元/t,价格只有水泥的66.81 %,不但降低了矿山充填成本,还减轻了工业固废的堆存压力和环境污染。

5.5 生物氧化处理电子废弃物

近年来,全球产生的电子废弃物数量逐年增加,其内包含多种金属、非金属资源,被誉为城市矿山。电子废弃物中价值较高的线路板产量占总量的5 %左右,通常金属约占30 %、非金属约占70 %,含有Cu、Pb、Zn、Ni、Sn等有色金属及Au、Ag、Pd、Pt等贵金属,其品位是天然矿藏的几十倍甚至几百倍,回收成本低于开采自然矿床,具有超高的回收价值［38］。

目前,国内外处理废弃线路板的技术主要包括机械处理、基于焙烧及熔炼的火法冶金、基于酸或碱等化学浸出的湿法冶金、基于微生物的生物冶金等技术［39］。基本步骤为：电子废弃物等经拆解后,分拣出含金、银、铜等金属的线路板,线路板首先采用机械法处理,含金属的物料再采用火法处理技术、湿法冶金技术、生物技术等方法分离回收其中的金属。

HUANG等［40］研究了氧化亚铁硫杆菌浸出废弃线路板中的铜,利用氧化亚铁硫杆菌将Fe2+氧化为Fe3+,而Fe3+可高效氧化浸出铜这一特性,结果表明铜浸出率接近100 %。NI等［41］研究了中等嗜热嗜酸菌浸出废弃线路板金属粉末,试验表明超过81 %的镍、89 %的铜、79 %的铝和83 %的锌被浸出,铅和锡以沉淀的形式存在,从而达到金属的有效分离。郭学益等［42］研究表明,在起始pH值为2.25、初始Fe3+浓度为9 g/L、接种量为10 %、金属富集体投加量为15 g/L的条件下,嗜酸氧化亚铁硫杆菌能在62 h内浸出废弃线路板中99.30 %的铜。BIENTINESI等 ［43］利用嗜酸性混合菌生物浸出废弃线路板粉末中的金属,结果显示,在优选的工艺条件下,5 d后Cu浸出率可达到95 %以上,而将粉末中非金属成分去除后的生物浸出效果更佳,浸出周期大大缩短,45 h后就可浸出96.80 %的Cu。

经过多年的研究,长春黄金研究院有限公司在废旧电路板中回收金属方面,取得了一定的研究成果（见图9）。张世镖等［44］使用富含Fe3+的生物氧化液,搅拌浸出废弃线路板粉末中的锡,获得富锡液和尾渣,通过向富锡液中添加氧化剂,使溶液中锡离子发生水解沉淀,最终获得氧化锡和贫锡液,实现电路板中金属锡的高效回收。张修超等［45］开发了一种从废旧电路板中回收多种稀贵金属的方法,该工艺可实现电路板中金属的高效梯级分离浸出与回收,回收金属种类多,且各金属的回收率均在95 %以上,能够实现废旧电路板绿色、高效清洁处理,将城市矿产综合回收。

6 未来发展方向

自20世纪80年代生物氧化工艺在黄金领域应用以来,国内外掀起了研究热潮,并取得了显著成绩。中国目前难处理金矿资源占已探明黄金储量的2/3以上,开发利用难度非常大,而生物预处理技术能有效利用这部分难处理金矿资源。因此,加强生物氧化提金的研究和应用,已成为中国黄金工业发展的一条必经途径,对保持中国黄金产量和参与国际竞争具有重要的意义［46］。今后,应从以下几个方面开EWIPLnR7gMMgF7UedLnjzUGD4M2gygoTTaLS0rmTEsw=展系统深入的研究：

1）酸性提金。生物堆浸预处理金矿后,产生的预处理渣呈酸性,需先酸碱转型,再氰化提取。该过程中存在酸堿转型难、药剂耗量大、工艺流程长等问题,且经行业多年研究表明,生物堆浸矿堆的酸碱转型工业中不可实施,导致该工艺难以工业应用,为解决上述酸性物料中金浸出的难题,亟须开发工业可行的可直接在酸性条件下提金的工艺。

2）原位浸出。生物原位浸出工艺主要用于处理开采难度大且品位较低的矿石,最显著的特点是省略采矿作业而通过浸矿液直接回收金属,与露天开采堆浸工艺相比,每吨生产能力的基础建设投资可以节约50 %左右［47］。自20世纪50年代末以来,原位浸出一直被用于铀回收,除了铀,金、铜、镍、稀土元素等也已通过原位浸出成功回收［48］。原位浸出操作的关键参数是矿体的渗透性、浸出溶液的水文地质和控制及金属的可浸出性。但微生物在原位浸出过程中的重要性一直存在争议,主要是地下矿体中氧的可用性较低,而生物冶金菌种需要足够的氧［18］。尽管如此,因原位浸出对处理低品位矿床和深埋矿体（地表以下>,1 km）具有巨大的潜力,值得进一步对其进行研究。

3）高效浸矿菌种选育及应用。随着生物学技术的飞速发展,对生物冶金菌种的研究经历了从宏观到微观,从定性到定量,从理论到实践的过程［46］。但高效浸矿菌种选育及应用仍是生物冶金技术发展的瓶颈,尤其是高效极端嗜热菌种,由于其特殊的细胞结构,无法耐受较强剪切力,使其在槽浸工艺中的应用受到一定限制。Metso Outotec推出的MesoTHERM BIOX工艺将中温生物氧化技术与高温生物氧化技术相结合,实现了精矿中硫更完全的氧化,进而减少了后续氰化物消耗。此外,根据微生物的代谢活性构建高效的浸矿菌群来提高预氧化效率也一直是预氧化研究的热点［49］。

4）生物氧化过程的控制与强化。生物氧化是个复杂的过程,影响因素很多,涉及到生物学、电化学、矿物学、冶金学等多学科理论［50］。如何控制生物氧化过程中反应体系的环境条件,保持菌种最佳生长代谢条件,以保证菌种更好地发挥生物氧化作用也是未来重要的研究方向。

7 结 语

经过多年的实际应用,生物冶金技术已成为黄金行业的研究与应用热点,尤其近年来随着科技的发展与进步,特别是耐腐蚀材料的研发与应用,大大拓宽了生物冶金技术在黄金行业的应用范围,为生物冶金技术的进一步应用铺平了道路,使生物冶金技术更加自动化、大型化、规模化应用。目前,生物冶金技术在低品位、难处理矿产资源领域有了广泛的应用,充分发挥和利用了生物冶金技术特有的优势,解决黄金行业生产过程中的难题。同时拓展生物冶金技术在相近领域的应用,如协同浸出、氧化液回收利用、处理电子废弃物等,更加创造性地应用生物冶金技术,保持生物冶金技术的鲜活力,长久地发展与应用下去。

［参 考 文 献］

［1］SCHIPPERS A,HEDRICH S,ASTERS J,et al.Biomining：Metal recovery from ores with microorganisms［J］.Adv Biochem Eng Biotechnol,2014,141：1-47.

［2］MARIO ,AXEL S,SABRINA H,et al.Progress in bioleaching：Fundamentals and mechanisms of microbial metal sulfide oxidation-part A［J］.Applied Microbiology and Biotechnology,2022,106：6 933-6 952.

［3］高金昌.生物冶金技术在黄金工业生产中的应用现状及发展趋势［J］.黄金,2008,29（10）：36-40.

［4］SAND W,GEHRKE T,JOZSA P G.Schippers A（Bio）chemistry of bacterial leaching-direct vs.indirect bioleaching［J］.Hydrometallurgy,2001,59：159-175.

［5］TRIBUTSCH H.Direct versus indirect bioleaching［J］.Hydrometallurgy,2001,59（2/3）：177-185.

［6］ROHWERDER T,GEHRK T,KINZLE K,et al.Bioleaching review part A：Progress in bioleaching：fundamentals and mechanisms of bacterial metal sulfide oxidation［J］.Appl Microbiol Biotechnol,2003,63：239-248.

［7］GOLYSHINA O .Environmental,biogeographic,and biochemical patterns of archaea of the family Ferroplasmaceae［J］.Applied and Environment Microbiology,2011,77：5 071-5 078.

［8］KONDRAT'EA T,PIOAROA T,TSAPLINA Ⅰ,et al.Diversity of the communities of acidophilic chemolithotrophic microorganisms in natural and technogenic79015a6e56dad66488ca4789ac0bbc7f ecosystems［J］.Microbiology,2012,81：1-24.

［9］黃海炼,黄明清,刘伟芳,等.生物冶金中浸矿微生物的研究现状［J］.湿法冶金,2011,30（3）：184-189.

［10］刘佳晨,刘金辉,徐玲玲,等.生物浸矿微生物群落结构研究进展［J］.稀有金属,2021,45（10）：1 258-1 268.

［11］李宏煦,王淀佐.生物冶金中的微生物及其作用［J］.有色金属,2003,55（2）：58-63．

［12］张磊,郭学益,田庆华,等.难处理金矿预处理方法研究进展及工业应用［J］.黄金,2021,42（6）：60-68.

［13］王文潜,邢启智.难浸金矿细菌预处理在北美的研究开发［J］.黄金科学技术,1995,3（6）：15-20.

［14］AN ASWEGEN P C,AN NIEKERK J,OLIIER W.The BIOXTM process for the treatment of refractory gold concentrates［M］.Berlin：Berlin Heidelberg,2007：1-33.

［15］ENFORS S O,JAHIC M,ROZKO A,et al.Physiological responses to mixing in large scale bioreactors［J］.Journal of biotechnology,2001,85（2）：175-185.

［16］CLARK M E,BATTY J D,AN BUUREN C B,et al.Biotechnology in minerals processing：Technological breakthroughs creating value［J］.Hydrometallurgy,2006,83（1/2/3/4）：3-9.

［17］黄强.难浸金矿石细菌氧化工艺应用的进展［J］.国外黄金参考,2000（7/8）：38-45.

［18］FRANCISCO F,ROBERTO,AXEL S.Progress in bioleaching：Part B,applications of microbial processes by the minerals industries［J］.Applied Microbiology and Biotechnology,2022,106：5 913-5 928.

［19］兰兴华.金和基本金属生物浸出的新进展［J］.世界有色金属,2002（5）：28-31.

［20］姚国成,阮仁满,温建康.难处理金矿的生物预氧化技术及工业应用［J］.矿产综合利用,2003（1）：33-39.

［21］LI J F,YANG H Y,TONG L L,et al.Some aspects of industrial heap bioleaching technology：From basics to practice［J］.Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review,2022,43（4）：510-528.

［22］ROBERTO F F.Commercial heap biooxidation of refractory gold ores-Revisiting Newmont’s successful deployment at Carlin［J］.Minerals Engineering,2017,106：2-6.

［23］YANG H L,KANG W L,ZHANG L,et al.Industrialization progress of bioleaching technology（Ⅱ）［J］.Morden Mining,2010,4：6-10.

［24］涂博.高砷高硫难处理金矿提金新方法研究［D］.武汉：武汉理工大学,2014.

［25］高军雷,伍红强,辛金秀,等.某高砷高硫难处理金矿生物氧化新工艺研究［J］.现代矿业,2022,38（7）：155-158.

［26］ NATALY A ,FOMCHENK O.Two-stage biochemical oxidation of refractory sulfide ore concentrate containing gold［J］.Hydrometallurgy,2010,101（1/2）：28-34.

［27］张玉秀,郭德庚,李媛媛,等.含砷难处理金精矿生物预氧化过程中砷价态的变化及其对细菌的影响［J］.黄金科学技术,2017,25（4）：106-112.

［28］ZHANG S Q,YANG H Y,TONG L L,et al.Two-stage chemical-biological oxidation process for low-grade refractory gold concentrate with high arsenic and sulfur［J］.Minerals Engineering,2023,191：107976.

［29］金世斌,马金瑞,郝福来.金精矿生物氧化过程中砷的氧化行为初探［J］.黄金,2009,30（8）：41-43.

［30］刘顺亮,李泽兵,史维浚,等.特殊离子对嗜酸性铁氧化混合菌活性的影响研究［J］.稀有金属,2019,43（8）：854-862.

［31］FANG D,ZHOU L X.Effect of sludge dissolved organic matter on oxidation of ferrous iron and sulfur by Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans［J］.Water Air and Soil Pollution,2006,171（1/2/3/4）：81-94．

［32］卓文康,苏文瑶,王淡君,等.镉、锰、镍、铅对嗜酸氧化亚铁硫杆菌活性的影响［J］.广东化工,2021,48（10）：64-65.

［33］张成桂,张倩,王晶,等.阴离子对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长和硫氧化活性的影响［J］.中国有色金属学报,2009,19（6）：2 237-2 242.

［34］李倩,田彥文,李建中.生物氧化提金废水中的Fe、As共沉淀［J］.化工环保,2010,30（6）：520-522.

［35］陈亚静,杨洪英,佟琳琳,等.含砷矿石细菌氧化液除砷实验及砷钙渣稳定性研究［J］.黄金科学技术,2018,26（1）：124-129.

［36］段敏静,梁长利,许宝泉,等.生物提金氧化液中铁的选择性沉淀［J］.黄金科学技术,2017,25（6）：121-126.

［37］孙光勇,王卫亭,杨军,等.含砷金矿细菌氧化提金废渣综合回收砷［J］.有色金属（冶炼部分）,2011,12（4）：11-14.

［38］HADI P,XU M,LIN C S K,et al.Waste printed circuit board recycling techniques and product utilization［J］.Journal of Hazardous Materials,2015,283：234-243．

［39］张世镖,李健,赵国惠,等.废弃线路板中金属循环利用技术研究进展［J］.黄金,2021,32（42）：79-82.

［40］HUANG K,GUO J,XU Z.Recycling of waste printed circuit boards：A review of current technologies and treatment status in China［J］.Journal of Hazardous Materials,2009,164：399-408.

［41］NI M J,XIAO H X,CHI Y,et al.Combustion and inorganic bromine emission of waste printed circuit boards in a high temperature fumace［J］.Waste Management,2012,32：568-574．

［42］郭学益,刘静欣,田庆华,等.有色金属复杂资源低温碱性熔炼原理与方法［J］.有色金属科学与工程,2013,4（2）：8-13.

［43］BIENTINESI M,PRTARCA L.Comparative environmental analysis of waste brominated plastic thermal treatments ［J］.Waste Management,2009,29：1 095-1 102．

［44］张世镖,张修超,郝福来,等.一种含锡废料中锡的回收方法：CN201910937618.3［P］.2019-12-27.

［45］张修超,张世镖,郝福来,等.一种从废旧电路板中回收稀贵金属的方法：CN202210030186.X［P］.2022-04-08.

［46］邱冠周,刘学端.用生物技术的钥匙开启矿产资源利用的大门［J］.中国有色金属学报,2019,29（9）：1 848-1 858.

［47］李敏.生物冶金技术研究综述［J］.山西冶金,2014,37（1）：9-10.

［48］SEREDKIN M,ZABOLOTSKY A,JEFFRESS G.In situ recovery,an alternative to conventional methods of mining：Exploration,resource estimation,environmental issues,project evaluation and economics ［J］.Ore Geology Reviews,2016,79：500-515.

［49］刘新星,王国华,谢建平,等.难处理含硫金精矿生物预氧化方法的强化工艺［J］.中国有色金属学报,2015,25（8）：2 218-2 225.

［50］崔日成.不同类型高砷难处理金矿的细菌氧化提金工艺研究［D］.沈阳：东北大学,2011.

Application and prospects of biometallurgical technology in the gold industry

Wang Xiumei,Hao Fulai,Zhang Shibiao,Zhao Guohui,Li Jian,Zhang Xiuchao,Wang Peng,Zhang

Lei,Zheng Ye

（Changchun Gold Research Institute Co.,Ltd.）

Abstract：In this paper,the mechanism of biological metallurgy technology,commonly used metallurgical micro-organisms and the classification of biological metallurgy technology are introduced.The application of biological metallurgy technology in the gold industry and the main technical types of biological stirring oxidation process and biological heap oxidation process are summarized,the research status of biological oxidation pretreatment of high arsenic,high impurity gold concentrate,and electronic waste resources,as well as the purification and utilization of oxidation solution are introduced emphatically,the future key research directions of biometallurgical technology are pointed out,providing a basis for better promotion and application of biometallurgical technology in the gold field.

Keywords：biometallurgical technology,gold mines,biological oxidation,tank leaching,heap leaching

收稿日期：2023-05-18, 修回日期：2023-06-21

基金項目：国家重点研发计划项目（2022YFC2904500）

作者简介：王秀美（1981—）,女,高级工程师,硕士,从事有色金属选冶技术开发及应用方面的研究工作,E-mail：14748873@qq.com