如何把廢礦、貧礦變“廢”為寶？怎樣更好地降低冶金業(yè)的污染？一直是業(yè)內人士的熱點(diǎn)話(huà)題。

新近研究發(fā)現，一些靠“吃礦石”為生的微生物正通過(guò)“生物冶金”的方式在這些方面有所作為，而這卻鮮為人知。

不久前，尚普咨詢(xún)在《2013-2017年中國冶金市場(chǎng)分析調研報告》中指出，21世紀是生物技術(shù)飛躍發(fā)展的一個(gè)世紀，生物冶金也將會(huì )有更進(jìn)一步的滲透和影響。

所謂生物冶金，即利用微生物的自然代謝過(guò)程，將礦石中的有價(jià)元素選擇性浸出，直接高效制取高純度金屬的方法，主要應用于傳統技術(shù)無(wú)法處理的低品位礦、廢石、多金屬共生礦等。

業(yè)內專(zhuān)家表示，生物冶金技術(shù)由于其具有利于環(huán)境保護、基建投資少、運作成本低等優(yōu)越性，有望促進(jìn)整個(gè)冶金行業(yè)的快速發(fā)展。

貧礦開(kāi)發(fā)的“金鑰匙”

品位低是我國礦產(chǎn)資源的顯著(zhù)特點(diǎn)。資料顯示，我國銅礦的平均品位僅為0.87%，大于200萬(wàn)噸級的超大型銅礦品位基本上都低于1%；鎳鈷貧礦占到總儲量的30%~40%；鐵礦貧礦占到總儲量的95%；錳礦貧礦占到總儲量的93%。

隨著(zhù)貧、細、雜為突出特點(diǎn)的難選冶礦石所占比例不斷上升，常規選冶方法在技術(shù)和經(jīng)濟上都面臨挑戰。

中國工程院院士、中南大學(xué)教授邱冠周表示，傳統的采礦、選礦、冶金工藝在處理低品位礦產(chǎn)資源時(shí)，存在低效率、長(cháng)流程、高成本、重污染等問(wèn)題，這使得新型工業(yè)化發(fā)展的支撐日趨乏力。為此，生物冶金這一能控制成本、節能高效、操作簡(jiǎn)易、環(huán)境友好的處理技術(shù)應運而生。

“這些以礦石為食的微生物屬于一類(lèi)化能自養菌，它可以把礦物里的Fe2+轉換成Fe3+，把硫轉換成硫酸，并通過(guò)氧化過(guò)程獲取能量。同時(shí)，礦石由于被氧化，從不溶于水變成可溶，人們也就能夠從溶液中提取出礦物?！敝袊茖W(xué)院過(guò)程工程研究所研究員張廣積對《中國科學(xué)報》記者解釋說(shuō)。

該所另一位副研究員李浩然也對記者表示，低品位、難處理的金屬礦物，如金、錳、銅、鎳、鋅等，均適合利用微生物進(jìn)行冶煉，這些微生物一般多耐酸，甚至在pH1以下的環(huán)境中仍能生存。

不僅如此，在北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授李宏煦看來(lái)，與傳統資源加工技術(shù)不同的是，生物冶金只需要利用微生物、空氣和水這三大天然物質(zhì)，在低溫低壓的環(huán)境下就可以從礦石中直接提取有價(jià)金屬，而無(wú)須選礦、火法冶煉、電解等復雜的工藝流程，因而其投資成本和操作成本都很低。

生物技術(shù)助菌種改良

李宏煦對《中國科學(xué)報》記者表示，傳統的生物冶金普遍被認為僅是一個(gè)生物浸出的過(guò)程，事實(shí)上，生物冶金至少包括生物浸出、生物吸附、生物修復3個(gè)領(lǐng)域，而每個(gè)領(lǐng)域所依賴(lài)的微生物也大有不同。

以生物浸出為例，其體系中所涉及到的微生物主要有化能自養菌、異養菌和真菌，此外也有原生動(dòng)物存在。其中已用于硫化礦生物浸出的菌種主要有嗜酸氧化亞鐵硫桿菌、嗜酸氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵鉤端螺旋菌。

另外，在浸礦過(guò)程中，由于工藝及實(shí)際生態(tài)環(huán)境的不同，也存在許多對不同溫度環(huán)境具有適應性的菌株。

在張廣積看來(lái)，微生物冶金真正實(shí)現現代化工業(yè)應用的時(shí)間仍然較短，自身也有許多不成熟的地方。例如，反應速度慢、細菌對環(huán)境的適應性差、超出一定溫度范圍細菌難以成活、經(jīng)不起攪拌、對礦石中有毒金屬離子耐受性差等。

為此，科研人員也正在從遺傳工程等方面開(kāi)展工作，試圖通過(guò)基因工程得到性能優(yōu)良的菌種。

邱冠周稱(chēng)，早在2004年，中南大學(xué)就參與了世界上第一個(gè)嗜酸氧化亞鐵硫桿菌的全基因組測序研究工作。在全基因組測序獲得全部3217個(gè)基因信息的基礎上，進(jìn)行全基因組芯片和比較基因組學(xué)研究，最終發(fā)現亞鐵氧化、硫氧化及抗性相關(guān)的320個(gè)高氧化活性基因，實(shí)現了微生物浸礦行為研究從表現型向基因型的轉變。

而針對微生物冶金反應速度慢等問(wèn)題，李浩然則認為，可以把基因組解碼技術(shù)利用到微生物濕法冶金領(lǐng)域，解釋浸礦特性與其基因表達的內在規律，并在指導下實(shí)施菌種的基因工程改良，獲得既能耐高溫又能耐磨、耐酸、耐毒性的綜合性能好的微生物。

李浩然坦言，生物工程的進(jìn)步與成就應該盡快應用到生物濕法冶金上來(lái)，培育出性能更好、更能滿(mǎn)足冶金過(guò)程所需要的微生物，應用范圍也應進(jìn)一步拓展并走向產(chǎn)業(yè)化。