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微生物冶金技术及其应用 摘要:综述微生物冶金技术及冶金过程的机理,并介绍了该技术的历史沿革和发展现状。 关键词:微生物;冶金;机理;应用 0 引言 随着人类社会的快速发展,人类对自然资源的需求量 与日俱增,而自然矿产资源的枯竭,对矿冶工作提出了更 高的要求。微生物冶金技术是近代学科交叉发展生物工程 技术和传统矿物加工技术相结合的工业上的一种新工艺, 其能耗少、成本低、工艺流程简单、无污染等优点,在矿 物加工、三废治理等领域展示了广阔的应用前景,并取得 了较好的经济效益。 1 微生物冶金技术[1] 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。 1·1 生物浸出 硫化矿的细菌浸出的实质是使难溶的金属硫化物氧化, 使其金属阳离子溶入浸出液,浸出过程是硫化物中S2-的 氧化过程。其浸出机理是: ———直接作用:指细菌吸附于矿物表面,对硫化矿直 接氧化分解的作用。可用反应方程式表示为: 2MS+O2+4H+细菌参与2M2++2S0+2H2O 式中M———Zn、Pb、Co、Ni等金属。 ———间接作用:指金属硫化物被溶液中Fe3+氧化,可 用以下反应式表示: MS+2Fe3+M2++2Fe2++S0 所生成的Fe2+在细菌的参与下氧化成Fe3+: 4Fe2++O2+H+细菌参与4Fe3++2H2 ———原电池效应。两种或两种以上的固相相互接触并同 时浸没在电解质溶液中时各自有其电位,组成了原电池,发 生电子从电位低的地方向高的地方转移并产生电流。例如, 对于由黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿组成的矿物体系,在浸出过 程中静电位高的矿物充当阴极,低的矿物则充当阳极: 阳极反应: ZnS Zn2++S0+2e CuFeS2Cu2++ Fe2++2S0+4e 阴极反应: O2+4H++4e 2H2O 原电池的形成会加速阳极矿物的氧化,同时细菌的存 在会强化原电池效应。 1·2 生物氧化 对于难处理金矿,金常以固-液体或次显微形态被包裹 于砷黄铁矿(FeAsS)、黄铁矿(FeS2)等载体硫化矿物 中,应用传统的方法难以提取,很不经济。应用生物技术 可预氧化载体矿物,使载金矿体发生某种变化,使包裹在 其中的金解离出来,为下一步的氰化浸出创造条件,从而 使金易于提取。在溶液pH值2~6范围内,细菌对载体矿 物砷黄铁矿的氧化作用可用下式表示: 4FeAsS+12·75O2+6·5H2O 3Fe3++Fe2++ 2H3AsO4+2H2AsO-4+H2SO4+3SO2-4+H++4e 生物预氧化方法其投资少、成本低、无污染等优点, 在处理难处理金矿过程中体现了理想的效果,并取得了较 好的经济效益。 1·3 生物分解[2] 铝土矿存在许多细菌,该类微生物可分解碳酸盐和磷 酸盐矿物。例如: Bacillus mucilaginous分泌出的多糖可和 铝土矿中的硅酸盐、铁、钙氧化物作用,应用Aspergillus niger、Bacillus circulans、Bacillus polymyxa和 Pseudomonus aeroginosa可从低品位铝土矿中选择性浸出 铁和钙。微生物分解碳酸盐矿物可用如下反应过程表示: 微生物代谢产生的酸使碳酸盐分解: CaCO3+H+Ca2++HCO-3 呼吸产生的CO2溶解产生H2CO3,从而加速碳酸盐的 分解: CaCO3+H2CO3Ca2++2HCO-3 2 生物冶金技术应用现状 2·1 微生物冶金技术的历史沿革[1,3] 1687年,在瑞典中部的Falun矿,人们使用微生物技 术已经至少浸出了2 000 000吨铜,但当时人们对其反应机 理并不清楚,细菌浸矿技术的发展十分缓慢。直到1947 年, Colmer与Hinkel首次从酸性矿坑水中分离出一种可以 将Fe2+氧化为Fe3+的细菌即氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)[3]。1954年, L·C·Bryner和J·V·Beck等人 开始利用该菌种进行硫化铜矿石的实验室浸出试验研究, 并发现该细菌对硫化矿具有明显的氧化作用。1955年10 月24日S·R·Zimmerley, D·Gwilson与J·D·Prater首次申 请了生物堆浸的专利并委托给美国Kennecott铜矿公司, 开始了生物湿法冶金的现代工业应用。 2·2 微生物冶金技术的应用现状[4] 2·2·1 微生物冶金技术在金、银矿石中的应用[5~12] 微生物湿法冶金技术在金、银矿中主要应用于氧化预 处理阶段,近年来已有6个生物氧化预处理厂分别在美国、 南非、巴西、澳大利亚和加纳投产。南非的Fairvirw金矿 厂采用细菌浸出,金的浸出率达95%以上;美国内华达州 的Tomkin Spytins金矿于1989年建成生物浸出厂,日处理 1 500 t矿石,金的回收率为90%;澳大利亚于1992年建 成Harbour Lights细菌氧化提金厂,处理规模为40 t/d。 巴西一家工厂于1991年投产,处理量为150 t/d。我国陕 西省地矿局1994年进行了2 000 t级黄铁矿类型贫金矿的细 菌堆浸现场试验,原矿的含金只有0·54 g/t,经细菌氧化 预处理后金的回收率达58%,未经处理的只有22%; 1995 年云南镇源金矿难浸金矿细菌氧化预处理项目启动,建起 我国第一个微生物浸金工厂。新疆包古图金矿经细菌氧化 预处理后,金浸出率高达92%~97%。 2·2·2 微生物冶金技术在铜矿石中的应用[13~17] 最初生物浸出铜主要用于从废石和低品位硫化矿中回 收铜,细菌是自然生长的,近年来这种方法已用来处理含 铜品位大于1%的次生硫化铜矿,称为生物浸出。现在, 美国和智利用SX-EW法生产的铜中约有50%以上是采用 生物堆浸技术生产的,如世界上海拔最高4 400 m的湿法炼 铜厂位于智利北部的奎布瑞达布兰卡,该厂处理的铜矿石 含Cu 1·3%,主要铜矿物为辉铜矿和蓝铜矿,采用生物堆 浸,铜的浸出率可以达到82%。生产能力为年产7·5万t 阴极铜。我国已开采的铜矿中85%属于硫化矿,在开采过 程中受当时选矿技术和经济成本的限制产生了大量的表外 矿和废石,废石含铜通常为0·05%~0·3%。德兴铜矿采 用细菌堆浸技术处理含铜0·09%~0·25%的废石,建成了 生产能力2 000 t/a的湿法铜厂,萃取箱的处理能力达到了 320 m3/h,已接近了国外萃取箱的水平。该厂1997年5月 投产,已正常运转了几年,生产的阴极铜质量达到A级。 福建紫金山铜矿已探明的铜金属储量253万t,属低品位含 砷铜矿,铜的平均品位0·45%,含As 0·37%,主要铜矿 物为蓝辉铜矿、辉铜矿和铜蓝。该矿采用生物堆浸技术已 建立了年产300 t阴极铜的试验厂,“十五”期间计划建立 更大的生产厂。 2·2·3 微生物冶金技术在铀矿石中的应用[18~20] 细菌浸铀也已有多年历史。葡萄牙1953年开始试验细 菌浸铀,到1959年时某铀矿用细菌浸铀浸出率达60%~ 80%。在60年代,加拿大就开始用细菌浸出ElliotLake铀 矿中的铀。在该区的3个铀矿公司都有细菌生产厂, 1986 年U3O8年产量达3 600 t。1983年成功地以原位浸出的方 式从Dension矿中回收了大约250 t U3O8。到目前为止,美 国、前苏联和南非、法国、葡萄牙等国都有工厂在用生物 堆浸法回收铀。1966年加拿大研究成功了细菌浸铀的工业 应用,用细菌浸铀生产的铀占加拿大总产量的10% ~ 20%,而西班牙几乎所有的铀都是通过细菌浸出获得的, 印度、南非、法国、前南斯拉夫、塔吉克斯坦、日本等国 也广泛应用细菌法溶浸铀矿。我国在20世纪70年代初, 也曾在湖南711铀矿作了处理量为700 t贫铀矿石的细菌堆 浸扩大试验,而在柏坊铜矿则将堆积在地表的含铀0·02% ~0·03%的2万多吨尾砂历经8年用细菌浸出铀浓缩物2 t 多。进入20世纪90年代后,新疆某矿山利用细菌地浸浸 出铀取得了良好的经济效益。此外,北京化工冶金研究院 在细菌浸矿方面做过许多研究工作,他们曾在相山铀矿进 行过细菌堆浸半工业试验研究,而赣州铀矿原地爆破浸出 试验及在草桃背矿石堆浸试验中也都应用了细菌技术。 2·2·4 微生物冶金技术在其它金属矿中的应用[21~24] 据报道,锑、镉、钴、钼、镍和锌等硫化物的生物浸 出试验比较成功。由此可知,氧化铁硫杆菌和喜温性微生 物可从纯硫化物或复杂的多金属硫化物中将上述重金属有 效地溶解出来。金属提取速度取决于其溶度积,因而溶度 积最高的金属硫化物具有最高的浸出速度。这些金属硫化 物可用细菌直接或间接浸出。除上述金属硫化物外,铅和 锰的硫化物、二价铜的硒化物、稀土元素以及镓和锗也可 以用微生物浸出。硅酸铝的生物降解曾被广泛研究,特别 是采用在生长过程中能释放出有机酸的异养微生物的生物 降解,这些酸对岩石和矿物有侵蚀作用。另外,它还应用 在贵金属和稀有金属的生物吸附锰、大洋多金属结核、难 选铜-锌混合矿、大型铜-镍硫化矿、含金硫化矿石、稀 有金属钼和钪的细菌浸取等众多方面。 3 结语 随着社会的发展,人类对自然资源的需求量与日俱增, 而自然矿产资源的枯竭,环境污染日益严重影响着人类的 生存与发展。为了解决这一问题,微生物冶金技术在矿产 资源中的应用愈来愈受到人们的重视。微生物冶金技术具 有工艺简单、投资少、环境污染少等许多优点,正发挥着 巨大的作用,显示出巨大的潜力和广阔的前景,将对人类 产生深远的影响。 参考文献: [1] 杨显万,沈庆峰,郭玉霞·微生物湿法冶金[M]·北京: 冶金工业出版社, 2003-09· [2] EhrlichH L·Manganese oxide reduction as a form of anaerobicrespiration [J]·Geomicrobiology Journal, 1987, 5 (4): 423~431· [3] A·R·Colmer, M·E·Hinkel·Theroleofmicroorganismin acid mine drainage·A preliminary report·Science, 1947, 106: 253~256· [4] 邱木清,张卫民·微生物技术在矿产资源利用与环保中的应 用[J]·《矿产保护与利用》, 2003 (6)· [5] J·Needham, L·Gwei—Djen·Science and civilization in China [J]·Chenistry and Chemical Technology, 1974 (5): 25, 250· [6] 徐家振,金哲男·重金属冶金中的微生物技术[J]·《有色 矿冶》, 2001 (2): 31~34· [7] 钟宏·生物药剂在矿物加工和冶金中的应用[J]·《矿产 保护与利用》, 2002 (3): 28~32· [8] 肖松文·《黄金》[J]·1995, 16 (4): 31· [9] Dutrizac, J·E·eta1·Miner·Sci·Ere·[J]·1974 (6) 2: 50· [10] Souraitro Nagpal eta1·Biohydrometallurgical Technologies, VolumeI [z]·ed·by Torma, A·E·eta1·A Pub~eafion of TMS, 1993·49· [11] J·盖维尔·生物预处理在菱镁矿尾渣浮选回收上的应用 [J]·《国外金属矿选矿》, 1999 (3)· [12] G·Rossi·Biohydrometallurgy [J], 1990: 1~7· [13] 刘大星,蒋开喜,王成彦·铜湿法冶金技术的国内外现状 及发展趋势[J]·《湿法冶金》, 1997 (6)· [14] 孙业志,吴爱祥,黎建华·微生物在铜矿溶浸开采中的应 用[J]·《金属矿山》, 2001·

论化学与人类的密切相关性这一论文需要从化学的定位、人类的日常活动、化学与人类日常生活的关联三大部分去展开。用词要求相对客观、准确、精炼。

正文：

化学是最重要的基础学科之一，化学与众多领域都有很强的相关性，在生命体中有化学、在衣食住行中有化学、在日常生活及环境中有化学，我们身边无时无刻都存在着化学反应，化学与人类及人类活动都密切相关。

化学和物理一样是自然科学的基础学科。化学是建立在实验的基础上的一门自然学科，化学所涉及到的领域非常多，不只是我们的衣食住行离不开化学，化学还与很多学科互相渗透，如物理学、生物学、地理学等，也推动了其他学科和技术的发展。

化学主要是研究物质的性质、组成、结构、变化，以及物质间相互作用，认识物质的结构与性能，开发新的反应和合成技术，提供具有各种功能的材料。如：人类衣食住行的改善，“两弹一星”的研制，医药新技术的开发，DNA序列的分析等都紧密依赖化学学科的进步。

化学专业的基础课程有：无机化学、分析化学、仪器分析、有机化学、物理化学、高分子科学、结构化学、纳米功能材料等，以及无机化学实验、分析化学实验、仪器分析实验、有机化学实验、物理化学实验等实验性课程。

化学的研究方向较多，不同的学校课程开设会略有不同。

以武汉大学为例，化学专业必修的课有：

无机化学、分析化学、物理化学、有机化学、结构化学、化学实验安全技术、无机化学实验、分析化学实验、物理化学实验、有机化学实验、分子模拟实验、化工基础、化工基础实验、综合化学实验等。

化学专业选修课有：生物化学、高分子科学导论、有机波谱分析、中级有机化学、中级无机化学、中级物理化学、现代分析化学、材料化学、表面化学、生物无机化学、生物有机化学、化学生物学导论、有机合成化学、化学分离技术、能源化学、功能高分子、量子化学、工业电化学、现代电化学、高分子合成与表征等。

化学专业旨在培养具有良好人文和科学素质，具有社会责任感，创新意识和实践能力强，掌握化学基本知识、基本理论和基本技能，身心健康，能胜任化学及相关领域科研、教学及其他工作的人才。

化学专业学制一般为四年制，毕业后授予理学士学位。

主要就业方向包括如下几个方面：

1、从事化工产品生产的工艺试验、工业设计和生产技术组织的技术人员。化学工业是现今众多产业发展的基础，在国民经济中占有重要地位，是国家的基础产业和支柱产业，虽然近几年化工行业发展有些低迷，但就现有的整个行业的体量来说能够提供的就业岗位还是非常多的，收入方面相对也不错。

2、国内中小学校或教育培训机构，从事化学学科教师教学工作，从事教学工作是大部分师范院校化学专业毕业生的首选。近几年培训行业现今正处于高速发展的阶段，不论线上还是线下都发展迅速，进入培训机构也是一个选择。

3、从事药品研发、药品化学工艺合成及药品生产等工作，进入医药企业的学生不仅仅在化学方面学习出色，在生物方面也要有一定的实力，一般本科生大部分可以从事的工作多为辅助类的工作。此类工作在专业技术方面有较高的要求。

4、也可以继续深造，未来进入相关领域实验室或高校，继续从事相关领域研究或教学工作。

现在这样的论文网上不是有很多吗？你看下（材料化学前沿，比较化学）等等，论文还是要自己多写写的

摘 要：人类的生活离不开衣、食、住、行，衣、食、住、行离不开物质，任何物质与化学都有着千丝万缕的联系，因此化学与人类生活的关系十分密切，化学在人类的生活中发挥着不可估量的作用。认识和探究化学与人类生活的关系，明确人类对化学在农业、食品、能源、材料和医药等方面的有效利用，是更好地驾驭生活，提高生活质量，实现人类社会可持续发展的重要科学文化基础。关键词：化学与人类生活、密切关系、认识和探究中国科学院院长、著名化学家白春礼院士指出：“化学是研究物质的结构、性能和转化过程的科学，是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一。对人类物质生活质量的不断改善发挥了不可替代的作用。”作为一门历史悠久而又富有活力的学科，化学与人类的生活有着直接而密切的关系，影响到我们生活的方方面面。充分认识这些关系，对于人类利用化学改造客观世界，创造美好生活，促进社会物质文化生活的可持续发展意义非凡。本文仅从一下几个方面认识和探究化学与人类生活的密切关系。 一、化学与农业的关系 人类对化学的认识和利用始于农业。两千多年前，人类就能够通过腐殖或燃烧植物获得肥料，通过用石灰对酸性土壤的改良，争取粮食的丰产丰收。20世纪初，人类发明了合成肥料，而后又创造了各种农药、高效饲料、肥料添加剂。特别是20世纪中叶，以土壤为基础，以植物营养为中心，以肥料为手段综合研究三者之间关系的农业化学的出现，将盆栽试验、田间试验、农业化学分析、作物营养诊断、同位素技术、仪器分析技术等化学技术应用于农业，开辟了农业生产的新天地。无论在任何时候，农业都离不开化学的支持。比如：要使农作物优质高产，就必须防治病虫害，防治病虫害在目前的条件下首选就是使用农药，而研制高效低残毒的农药必须应用化学知识。为了使农作物的果实色泽、大小、品质、风味及抗逆能力符合人们的要求，就必须对作物的生长发育过程实施人工调控，而植物生长调控剂的研究也需要化学。随着人们对生活品质的要求越来越高，对农产品的深加工，提高其附加值，便于人们对其营养成分的吸收，更是化学的功劳。 二、化学与食品的关系 食品中的三大主要营养素是糖、脂肪和蛋白质。在人体内，糖被氧气氧化后，产生足够的热量，供人们进行各种活动的需要；脂肪供给人体热量以维持体温；蛋白质是人类细胞原生质的组成部分，能够促进人体组织的生长和修补。除此之外，食品还含有多种维生素、纤维素、矿物质和微量元素，使人体得到均衡发展，增强抵抗力，抵御各种传染病。为了增强食品的营养成分，改善食品的品质，延长食品的保存期，人们往往要通过化学的手段，达到既定的目的。比如：生柿子含有鞣质，不仅涩口，还对胃肠有刺激。我们就可以把生柿子密闭在一个室内，增加室内二氧化碳的浓度，降低氧气的浓度。使生柿子在缺氧呼吸的条件下，内部产生乙醛、丙酮等有机物。而这些有机物能将溶解于水的鞣质变成难以溶解于水的物质，于是柿子吃起来没有涩味，又香又甜。在我们的生活中，制作糕点、馒头等的面团一般都要添加酵母或发醇粉进行发酵，使制成的糕点、面包疏松可口。这实质是在食品制做中应用了化学反应。酵母中的酶促进面粉中原含有的微量蔗糖以及新产生的麦芽糖发生水解；发酵粉受热时就产生出二氧化碳气体，使面制品成为疏松、多孔的海绵状。可以说没有化学就没有现代食品的色香味俱全。 三、化学与能源的关系 能源问题关系到一个国家、一个民族的长远发展。随着社会经济规模的不断扩大，以煤、石油、天然气为主的化石能源需求持续增加，给人类带来了巨大的能源压力，化学则提供了一些解决能源问题的途径。一是通过化学手段提高能源的利用率。包括：①提高石油的利用率。西德汉堡大学卡密斯库教授发现的一种新型石油化工催化剂——由钴化物和铝氧烷络合而成的固相钴催化剂，具有活性高、能迅速形成大聚合物链、可将丙烯或高级α—烯烃生成高分子量的无规聚合物、与淀粉或纤维素以及其他填料生成均匀聚烯烃复合材料、寿命长、易长期保存等优点，提高了石油化工装置的经济效益。②带动了新型煤化工。煤的直接液化是煤化工领域的高新技术。该技术是将煤在450 ℃高温和10～30MPa高压下催化加氢，获得液化油，并进一步加工成汽油、柴油及其它化工产品。也可以对煤间接液化。将煤气化并制得合成气(CO、H2) ，然后通过F - T 合成，得到发动机燃料油和其它化工产品。二是通过化学手段发掘新能源。包括：①燃料电池。将储存于燃料(H2、甲醇等) 中的化学能转化为电能。②开发金属氢化物中以原子形式存储的氢。③研制单晶硅、多晶硅和非晶硅系列太阳能电池。 四、化学与材料的关系 材料与粮食一样，是人类赖以生存和发展的物质基础。化学是新材料的“源泉”，每一种新材料的出现，都是人类文明的一件大事，也是化学学科的一件大事。早在2500年前，文明的祖先就开始了金属合金的研究，1965年在湖北望山一号楚墓出土的越王勾践的宝剑和青铜编钟，表明当时的铜合金技术已经达到非常成熟的境界。盛行于唐宋时期的唐三彩体现了化学工艺在陶瓷烧结中的高超造诣。现代工业中的钢铁冶炼技术，应用了化学中的氧化还原反应原理；金属防腐技术，运用了化学中的置换反应原理。20世纪中期科学家在电子信息材料的基础上实现了电子元件的大型集成化，为电子产品的微型化、智能化、低耗能、高品质创造了条件。21世纪，人类进入了纳米材料时代，比如由4.6%的光肽纤维、40.2%的竹纤维、37%的纳米硒纤维、18.2%的纯棉纤维科学配置成的纳米服饰就是化学在服装领域应用的新成果。这种纳米服饰抗菌、阻挡紫外线，还含有人体必需的、体内不能生成的以纳米硒为主体的多种微量元素，具有保肝护肝、预防多种疾病的功能。化学还广泛应用于现代建筑材料的研究，08年北京奥运会的“水立方”外层覆盖的蓝膜就是材质为“ETFE”（即“乙烯-四氟乙烯共聚物”）的环保节能透明膜。这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自清洁能力强，抗压能力强，且能起到遮光、降温的作用。 五、化学与医药的关系 化学是医药健康的基础。在中国，2000多年前人们就知道了在发生汞、铂、铬等重金属中毒时，利用牛奶、生鸡蛋白、豆浆等食物中丰富的蛋白质与重金属离子作用，减轻人体器官和血液的蛋白质发生沉淀，缓解中毒的毒性（《神农本草》）。现代医药（无论是中药还是西药）的研究几乎都离不开化学，化学遍及与医药相关的所有领域。许多医疗器材的工作原理与化学密切相关，供氧器就是利用过氧化钠与二氧化碳反应来制氧；大多数医疗习惯与化学有关，最常见的就是用酒精杀毒、灭菌。化学在医药领域最具影响力的莫过于青霉素的发明。当常规消炎药物对葡萄球菌感染束手无策时，英国细菌学家弗莱明培养这种霉菌进行了多次试验，发明了葡萄球菌的克星—青霉素。生物化学家钱恩、弗罗里、瓦尔特深化了青霉菌的培养和青霉素的分离、提纯和强化，使其抗菌力提高了几千倍同，并大规模生产出实用的青霉素。青霉素的开发成功，挽救了数以亿计人的生命。因此，弗莱明、钱恩、弗罗里、瓦尔特四人一起获得1945年的诺贝尔医学奖。目前，无数的化学家正在为人类和动物的健康从事药物化学研究，以化学为武器向癌症、艾滋病等不治之症发起冲锋。 当然，我们必须认识到，与如何事物一样，化学在人类生活中也表现出其双刃剑的属性。化学发展带来的最突出问题是对环境的污染和破坏，主要包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染等。这些污染造成的恶果，关系到人类的延续和发展。我们应当认真研究化学这门科学，以环境保护和对人体安全无害为标准，选用无公害原料，采用无污染工艺，使化学更好地为我们的生产和生活服务。 参考文献： [1]王承静 把化学和生活联系在一起《中国教育发展研究杂志》2009年 第12期 [2]汪家全 浅谈化学知识与生活《成才之路·教育教学版》2011年第03期 [3]白春礼 化学创造美好生活——写在化学年百年纪念《知识就是力量》2011年

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