如何把废矿、贫矿变“废”为宝？怎样更好地降低冶金业的污染？一直是业内人士的热点话题。
新近研究发现，一些靠“吃矿石”为生的微生物正通过“生物冶金”的方式在这些方面有所作为，而这却鲜为人知。
不久前，尚普咨询在《2013-2017年中国冶金市场分析调研报告》中指出，21世纪是生物技术飞跃发展的一个世纪，生物冶金也将会有更进一步的渗透和影响。
所谓生物冶金，即利用微生物的自然代谢过程，将矿石中的有价元素选择性浸出，直接高效制取高纯度金属的方法，主要应用于传统技术无法处理的低品位矿、废石、多金属共生矿等。
业内专家表示，生物冶金技术由于其具有利于环境保护、基建投资少、运作成本低等优越性，有望促进整个冶金行业的快速发展。
贫矿开发的“金钥匙”
品位低是我国矿产资源的显著特点。资料显示，我国铜矿的平均品位仅为0.87%，大于200万吨级的超大型铜矿品位基本上都低于1%；镍钴贫矿占到总储量的30%~40%；铁矿贫矿占到总储量的95%；锰矿贫矿占到总储量的93%。
随着贫、细、杂为突出特点的难选冶矿石所占比例不断上升，常规选冶方法在技术和经济上都面临挑战。
中国工程院院士、中南大学教授邱冠周表示，传统的采矿、选矿、冶金工艺在处理低品位矿产资源时，存在低效率、长流程、高成本、重污染等问题，这使得新型工业化发展的支撑日趋乏力。为此，生物冶金这一能控制成本、节能高效、操作简易、环境友好的处理技术应运而生。
“这些以矿石为食的微生物属于一类化能自养菌，它可以把矿物里的Fe2+转换成Fe3+，把硫转换成硫酸，并通过氧化过程获取能量。同时，矿石由于被氧化，从不溶于水变成可溶，人们也就能够从溶液中提取出矿物。”中国科学院过程工程研究所研究员张广积对《中国科学报》记者解释说。
该所另一位副研究员李浩然也对记者表示，低品位、难处理的金属矿物，如金、锰、铜、镍、锌等，均适合利用微生物进行冶炼，这些微生物一般多耐酸，甚至在pH1以下的环境中仍能生存。
不仅如此，在北京科技大学冶金与生态工程学院教授李宏煦看来，与传统资源加工技术不同的是，生物冶金只需要利用微生物、空气和水这三大天然物质，在低温低压的环境下就可以从矿石中直接提取有价金属，而无须选矿、火法冶炼、电解等复杂的工艺流程，因而其投资成本和操作成本都很低。
生物技术助菌种改良
李宏煦对《中国科学报》记者表示，传统的生物冶金普遍被认为仅是一个生物浸出的过程，事实上，生物冶金至少包括生物浸出、生物吸附、生物修复3个领域，而每个领域所依赖的微生物也大有不同。
以生物浸出为例，其体系中所涉及到的微生物主要有化能自养菌、异养菌和真菌，此外也有原生动物存在。其中已用于硫化矿生物浸出的菌种主要有嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌。
另外，在浸矿过程中，由于工艺及实际生态环境的不同，也存在许多对不同温度环境具有适应性的菌株。
在张广积看来，微生物冶金真正实现现代化工业应用的时间仍然较短，自身也有许多不成熟的地方。例如，反应速度慢、细菌对环境的适应性差、超出一定温度范围细菌难以成活、经不起搅拌、对矿石中有毒金属离子耐受性差等。
为此，科研人员也正在从遗传工程等方面开展工作，试图通过基因工程得到性能优良的菌种。
邱冠周称，早在2004年，中南大学就参与了世界上第一个嗜酸氧化亚铁硫杆菌的全基因组测序研究工作。在全基因组测序获得全部3217个基因信息的基础上，进行全基因组芯片和比较基因组学研究，最终发现亚铁氧化、硫氧化及抗性相关的320个高氧化活性基因，实现了微生物浸矿行为研究从表现型向基因型的转变。
而针对微生物冶金反应速度慢等问题，李浩然则认为，可以把基因组解码技术利用到微生物湿法冶金领域，解释浸矿特性与其基因表达的内在规律，并在指导下实施菌种的基因工程改良，获得既能耐高温又能耐磨、耐酸、耐毒性的综合性能好的微生物。
李浩然坦言，生物工程的进步与成就应该尽快应用到生物湿法冶金上来，培育出性能更好、更能满足冶金过程所需要的微生物，应用范围也应进一步拓展并走向产业化。
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产业化待突围
张广积表示，生物冶金已经在含砷金矿的预处理、低品位铜矿和铀矿的工业提取中取得了显著成效，其中次生硫化铜矿、难处理金矿的生物提取已经实现大规模产业化。
据了解，目前用生物法提取的铜约占全世界铜总产量的25%，美国、加拿大等20多个国家相继实现了生物提铜的大规模产业化。在我国，也有江西德兴铜矿等3座铜生物氧化提取工厂相继投入生产。
现如今，生物冶金技术的工业应用范围也在不断扩大。李浩然称，国内针对锰、铜、镍、金、钴、锌等矿物，已经先后建立了数十座规模化工厂，如福建万吨级生物堆浸—萃取—电积提铜等项目、河北氧化锰与硫化矿共同综合利用项目、辽宁和山东嗜热菌提金项目等。
可以说，随着低品位、难处理矿产资源的日益增加，生物冶金可观的应用前景逐渐显现。不过，就目前来看，生物冶金技术仍然仅限于几种矿物，取代传统冶金还有待时日。
对此，不少专家表示，生物冶金技术还面临相当多的问题，未来应该加强中等嗜热菌和高温菌浸出工艺的开发和优化。另外，生物浸矿反应器也应该更趋向于大型、高效和节能。同时，还应该系统地集成或优化生物氧化的工艺流程，扩大它的应用范围。
不过，在李宏煦看来，生物冶金要想取得关键性突破，关键还是要改变业内人士的某些误解看法。
“很多人认为生物冶金只是科学界的一个探索而已，实际上，如果能通过各个行业的共同呼吁，让冶金工作者耐心细致地去了解它的化学反应原理，就有可能逐步替代传统的方法和思路。”李宏煦说。