19世纪40年代,人们从矿山流出的酸矿水中发现有微生物存在,并且发现它们能将矿石中的金属浸出,最后分离出这种微生物,人们才逐步明白了,在用这种方法炼铜时默默无闻的微生物担任着重要的角色。古老的方法又获新生,用微生物浸矿来提炼金属成为现代人十分关心的研究课题。
我国细菌浸铜的研究与实验近十余年来取得了重大进展。湖南省应用细菌浸渍由柏坊铜铀伴生矿回收铜和铀已告成功,并用于生产。湖北省大悟县芳贩铜矿进行了堆积浸出的生产实验,亦有成效。
微生物浸矿所用微生物主要是氧化亚铁硫杆菌。它的主要生理特征是,在酸性溶液中,将亚铁氧化成高铁,或把亚硫酸、低价硫化物氧化成硫酸,所生成的酸性硫酸高铁是金属硫化物的氧化剂,使矿石中的金属转变为硫酸盐而释放出来。
浸矿时,先将矿石收集起来堆成几十万吨的大堆,可高达100多米,用泵把细菌浸出剂、硫酸铁和硫酸喷淋到矿石表面。随着浸出剂的逐步渗透,矿石堆就发生了化学反应,生成蓝色的硫酸铜溶液流到较低的池中。然后再投人铁屑把铜从溶液里置换出来。这种方法叫做堆积浸出法。还有一种池浸法,它是把矿石放在池子中部的筛板上,浸出剂从上部喷淋流入下部池中,反复循环。这种方法可以提高浸出速度,提取率较高。也可以把浸出剂直接由矿床的上部注入进行浸溶,这种办法更加经济,不需要开采矿石,特别是对于尾矿、贫矿更适合。如果将矿石粉和浸出剂放在同一容器内,使用空气翻动或机械搅拌,具有提取速度快、产量高的优点。
利用微生物不仅可以浸矿,还可以用来脱硫。
煤中含硫,直接燃烧时,含硫气体放入空气中,造成环境污染。化学脱硫方法耗能大,物理脱硫方法较化学法省钱,但煤粉有损失,利用微生物脱硫则很有潜力。脱硫过程是这样的,先将煤碾碎,用稀酸进行预处理后,将煤粒与水混合。在反应器中,加以含有适当营养物的培养基(主要是硫酸铵和磷酸氢二钾),并接种适当培养的菌种,通入空气和二氧化碳(烟道气),温度控制在28℃~32℃(对氧化亚铁硫杆菌)。反应结束,将煤与培养液分开,从培养液中回收硫。
利用微生物浸矿冶炼金属所以受到人们的重视,是因为它不需要大量复杂的设备,方法简便,成本低,特别适于开采小矿、贫矿、废弃的老矿。但是,在目前生产中还存在着不少问题,如生产周期长、对矿石有选择性,碱性矿石就更难见效、提取率不稳定等。培养细菌需要控制一定的温度和湿度,使冬季和寒带地区不能进行生产。人们正在设法攻克这些难关,使细菌在矿产资源开发中发挥更大的作用。
同时,人们还正在研究用微生物来提取另外一些稀有金属如镁、钼、锌、钛、钴、银等。尽管这些研究的成果应用到生产中还需要一段时间,但已不是不可捉摸的事了。微生物将成为冶金战线上一支不可低估的生力军。