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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·

二十一世纪，世界生物技术的发展突飞猛进，随之也引发了一系列法律上的新问题。分析微生物及其基因是专利法意义上的发明还是科学发现？探讨其是否具备专利法保护所应具备的条件，了解发达国家加强生物技术专利保护的国际惯例，对我国的生物技术专利保护具有重要意义。

· 94 ·液调pH，使之成为5Be’，pH7～8的母液溶液。用IRC一50[NH4 ]型树脂吸附，再用2％氨水溶液洗脱，将洗脱液浓缩至15Be’。将其上D一2018型大孔吸附树脂，并用高纯水洗脱，分段收集各组分。将卡那霉素B稀溶液进行浓缩至24Be’，用乙醇结晶，即得到卡那霉素B成品。卡那霉素结晶母液一5Be’、pH7—8的母液溶液一IRC一50[NI-h ]一2％氨水洗脱一浓缩一上D一2018型大孔吸附树脂一卡那霉素B收集液一浓缩一乙醇结晶一卡那霉素B成品。3 小结3．1 新工艺中的D一2018型树脂为弱酸型阳离子大孔吸附树脂，它的再生处理彻底与否决定了对卡那霉素B的分离效果。3．2 浓缩时要求真空度在0．095 Mpa以上，温度在30℃辽宁药物与临床2003年第6卷第2期左右。只有这样才能保证卡那霉素B成品的色泽和纯度。3．3 利用高效液相色谱法检测两种工艺条件下生产的卡那霉素B的纯度：新工艺生产的卡那霉素B纯度在90％ 以上，达到出口的要求；老工艺生产的卡那霉素B纯度只有70％ 左右。3．4 在新工艺中采用乙醇结晶，比老工艺中采用甲醇、丙酮重结晶更经济、更安全，同时更简便。3．5 结晶母液中的杂质对分离柱的分离效果有很大的影响，我们通过用卡那霉素A和卡那霉素B纯品的混合液上柱分离作对比，它的分离效果明显好于结晶母液上柱分离的效果，所以在上柱分离之前应对结晶母液进行除杂质处理。参考文献：[1] 孙淑卿．从卡那霉素结晶母液中分离卡那霉索B[J]．抗生素杂志，1985，5(2)：26．27．(收稿：2002—08—07)HPLC法测定阿司匹林片的含量王震红。，卞志家(1、辽宁省药品检验所，辽宁沈阳 110023；2、中国医科大学附属第二医院，辽宁沈阳110004)中图分类号：R927．2 文献标识码：B 文章编号：1007—9858(2003)02—0094—02阿司匹林片为常用的解热、镇痛药【1】，收载于<中国药典2000年版)二部。原含量测定方法为酸、碱中和滴定法。本文提出采用高效液相色谱法【2】测定其含量，可消除其他含有酸、碱的物质对其测定的干扰，可更有效的控制制剂的质量。方法操作简便，专一性强，结果准确。1 仪器与试药1．1 仪器高效液相色谱仪：岛津LC一10A高效液相色谱仪(岛津LC一10AD泵，SPD一10A紫外检测器)；CLASS— LC10工作站。色谱柱：ODS C18色谱柱(150 mm×4．6mm，填料：Kromasil，粒度：5 m)。1．2 试药 阿司匹林对照品(大连某制药厂)，甲醇(色谱纯试剂)，冰醋酸、盐酸(分析纯试剂)。2 方法与结果2．1 色谱条件与系统适用性试验色谱柱：ODS C】8色谱柱(150mm×4．6ram)，填料Kro．masil(5 m)，流动相：甲醇一水一冰醋酸(40：59：1)，流速：1．0 ml／min，检测波长：280 nm，室温。进样量：20 。理论板数按阿司匹林计算不低于6 000，分离度符合要求。2．2 分离度试验(方法的专属性考察)用强光照射，高温，酸、碱水解，进行加速破坏，以研究降解产物对阿司匹林主成分测定的干扰；同时对辅料进行测定。结果表明：降解产物及辅料存在的条件下，采用反相HPLC法可准确测定出阿司匹林的含量，方法专属性良好。2．3 标准曲线的制备精密称取阿司匹林对照品适量，加0．1 mo1／L盐酸溶液配制成每1 ml中含100,ug阿司匹林的溶液，作为储备液。精密量取储备液1，3，5，7，9 ml，分别置25 ml量瓶中，作者简介：王震红(1976一)，女，山东成武人，药剂师。加0．1 mol／L盐酸稀释至刻度，摇匀，分别进样20 l，以峰面积为纵坐标(Y)，阿司匹林的绝对进样量( g)为横坐标(x)作图。其结果表明，阿司匹林在0．083～0．750“g呈良好的线性关系，其回归方程为Y=3．90×10 X+4．89×10(r=0．999 9)。2．4 回收率试验准确称取阿司匹林对照品8～12 mg．分别按处方量加入辅料，按“2．7”项操作，阿司匹林的平均回收率为99．5％ ．RSD ％ ： 0．58％ 。2．5 准确性试验精密称取同一批号的样品5份，按“2．7”项操作，计算出每份的含量分别为99．6％，99．6％ ，99．7％，98．6％ ，99．0％ ，平均含量为99．3％ ，RSD％ =0．48％ ，结果表明此方法的准确度较好。2．6 精密度试验取“准确性试验”中的样品溶液1份，按“2．7”项操作．连续进样5次，测得平均峰面积为13540 C，RSD％ =0．34％ ，结果表明阿司匹林的精密度较好。2．7 含量测定取本品20片，精密称定，研细，精密称取适量(约相当于阿司匹林10 mg)。置100 ml量瓶中，加0．1 mol／L盐酸溶液适量。超声使阿司匹林溶解，放冷至室温．加0．1 mo1／L盐酸溶液稀释至刻度，摇匀，滤过，精密量取续滤液5 ml，置25 ml量瓶中，加0．1 mol／L盐酸溶液稀释至刻度，摇匀。取20 注入液相色谱仪，记录色谱图。另取阿司匹林对照品适量。加0．1 mol／L盐酸溶液溶解并稀释制成每1 ml中约含阿司匹林20 g的溶液，取20 同法测定。按外标法以峰面积计算，即得。测定3批样品，结果分别为99．9％．维普资讯 辽宁药物与临床2003年第6卷第2期98。096，99．3％ o3 讨论3．1 阿司匹林在水中易水解，所以选用0．1 mol／L盐酸溶液为溶液，防止其水解成游离水杨酸。3．2 参照(中国药典)2000年版二部中阿司匹林栓含量测定t31的检测波长为280 nm，所以将检测波长定为280 nm。3．3 制剂的含量限度较宽，因而对于制剂的含量测定方· 95 ·法，应以专一性为主，可更好的确定制剂的成分，以便更好控制样品的质量。采用HPLC法符合这一要求，为制剂含量测定的最佳选择。参考文献：[1] 中国药典[s]．二部．2000．327—328．[2] 孙毓庆．现代色谱法及其在医药中的应用[M]．北京：人民卫生出版社．1998．146—152。180—188．[3] 中国药典[s]．二部．2000．330—331．(收稿：2003—01—08)薄层扫描法测定牛黄醒脑丸中盐酸小檗碱的含量杜 震 ，刘 阳 ，李 虹(1．中国医科大学附属第一医院药剂科，辽宁沈阳110001；2．辽宁省药品检验所，辽宁沈阳 110023)中图分类号：R927．2 文献标识码：B 文章编号：1007—9858(2003)02—0095—01牛黄醒脑丸主要具有祛风除湿、舒筋通络止痛之功效，由黄连、黄芩、栀子、郁金、冰片、朱砂等十二味中药组成。其中黄连为君药。黄连中含有盐酸小檗碱。为了有效地控制药品质量，我们采用薄层色谱法对牛黄醒脑丸中的黄连进行含量测定。1 仪器与试药日本岛津CS一930薄层扫描仪．硅胶G(青岛海洋化工厂)；盐酸小檗碱中国药品生物制品检定所．经薄层扫描测定，纯度为98．6％ 。2 实验方法与结果2．1 对照溶液的制备精密称取盐酸小檗碱对照品，加甲醇制成每1 ml含0．04mg的溶液。2．2 供试品溶液的制备取重量差异项下的本品剪碎，取约1．2 g，精密称定，置100ml锥形瓶中，精密加入盐酸一甲醇(1：100)25ml，称定重量，6o℃ 水浴中加热15分钟，取出超声处理3O分钟室温放置过夜，再称定重量，用盐酸一甲醇(1：lOO)~b足重量，摇匀，滤过，取续滤液作为供试品溶液。2．3 色谱条件及扫描条件吸附剂：硅胶G。展开剂：苯一醋酸乙酯一异丙醇一甲醇一水(6：3：1．5：1．5：o．3)，另槽加入等体积的浓氨试液，预平衡15分钟。荧光直线扫描汞灯为光源，激发波长 =366 rimo狭缝2 m1n×7mmo2．4 线性关系考察精密吸取浓度为0．042 6 mg／ml的盐酸小檗碱溶液1，2，3，4，5 ，分别点于同一板，盐酸小檗碱点样量在0．042 6- 0．213 0,ug范围内线性关系良好。其回归方程为A=579．531+524 71．497 6 C，r=0．998 5。直线不通过原点。采用外标两点法计算。2．5 稳定性试验取供试品溶液依法展开，每隔1小时扫描测定1次，结果表明，斑点在5小时内稳定。RSD％ =0．675％ 。2．6 精密度试验a．同板精密度：取同一供试品溶液在同一硅胶G薄层作者简介：杜震(1974一)．男，辽宁锦州人，药剂师。板上点样5次，依法点样展开、显色测定。结果RSD％ =1．30％。b．异板精密度：取同一供试品溶液在5块硅胶G薄层板上，分别依法点样、展开、显色、测定。结果RSD％= 1．59％ 。2．7 重复性试验取同一批号样品5份，按上述方法测定含量结果为6．467，6．376，6．355，6．466。6．