《生物技术在矿物加工工程中应用》课程教学方法探索

朱晓波 李望 张传祥 张乾 张玉德

摘 要：矿物加工工程是处理各类矿产资源回收有用成分的工程技术学科。随着金属矿、非金属矿和煤炭资源的迅速开采，一批低品位、细、贫、杂的矿产资源急需处理，传统的重、磁、浮选等选矿作业难以满足要求，化学选矿和生物浸出的作用日益突出，因此，该文叙述了开设《生物技术在矿物加工工程中应用》课程的意义，分析了《生物技术在矿物加工工程中应用》课程的教学方法，强调了该课程理论教学—试验分析—实践讲解相结合的重要性。

关键词：教学方法 理论—试验—实践 生物技术 矿物加工工程

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0244-01

矿物加工工程学科隶属于矿业工程一级学科，河南理工大学矿物加工工程专业的人才培养包括煤、金属矿和非金属矿的选矿及深加工等方向[1]。生物技术在矿物加工工程中应用是矿物加工工程专业的主要选修课程。该课程的开设可以拓宽矿物加工工程专业学生的知识面，提高学生的就业面和增加考研高校的选择，促使学生了解矿物加工工程的国际前沿现状，具有重要的意义。

1 生物技术在矿物加工工程中应用的课程意义

1.1 生物技术在矿物加工工程中应用的课程简介

煤炭是我国的主要能源，大规模开发利用和高硫含量也带来了严重的环境问题。金属、非金属等矿产资源的日益匮乏，低品位矿产资源的开采加工利用对环境造成了巨大的破坏。因此，生物技术作为一种环保型生产工艺得到了国内外企业、高校和学者们的广泛关注。对于特贫、特细、特杂的矿石或尾矿，向物理选矿提出严峻的挑战，化学浸出和生物技术显得越来越重要。

该课程主要讲述生物技术在矿物加工中的应用现状、原理、工艺及应用现状等内容，难点是微生物选矿工艺的选取、影响因素和作用原理的分析。通过本课程的教学，可以让学生掌握目前国内外先进的选矿技术、生物选矿原理及相应的选矿设备、典型的生物选矿工艺流程及应用实例，为拓宽学生专业知识、培养其国际视野和跨文化的交流、竞争与合作能力奠定基础。

1.2 开设生物技术在矿物加工工程中应用的课程意义

生物技术在矿物加工中的应用是化学选矿的拓展，与金属矿和煤的物理选矿紧密结合。学生通过学习选矿学后，对煤和金属矿的物理选矿有一定的基础。对于稀贵金属如金、铀、镧等，其经过常规选矿后，尾矿中依然含有部分贵金属；此外煤经过洗选以后，通常灰分得到了有效降低，但其中的硫较难脱除，这是大气污染的根源。生物技术主要是利用含有氧化铁硫杆菌浸出废石中金、铜、铀等有价元素；利用氧化铁硫杆菌有效脱除煤中的硫，降低环境污染。微生物药剂对人体无害，又可被生物降解，无二次污染，能耗少，因而具有广阔的发展前途[2]。矿物加工工程专业人才培养过程中，该课程是选矿学的延续，可以拓宽学生的专业知识面，开设生物技术在矿物加工中的应用课程具有重大意义。

2 生物技术在矿物加工工程中应用的课程教学方法

高等学校工科院系是培养工程师的摇篮，要求学生具有扎实的基础理论和解决实际工程问题的能力。经过几年的摸索，在教学过程中，作者主要采用以下三种教学方法相结合，取得了良好的教学效果。

2.1 理论教学

理论教学是本科生思维能力培养的重点，也是教师教学和学生学习的难点。该课程的基础理论涉及微生物学的部分，如果教师只是按照课本内容讲授，学生将不能完全理解和掌握此部分基础理论，因此，教师改变教学思路和教学方法是必需的。生物技术在矿物加工工程中应用的课程难点和重点包括微生物基础理论、生物浸出机理和各种矿石贵金属提取与煤炭微生物脱硫。在讲授这些机理过程中，加入相关视频和模型的讲解，使得学生更加充分的掌握该工艺过程和理解相关理论的精髓。

2.2 试验分析

学习该课程的细菌培养和驯化时，同步带领学生参观实验室和现场讲解。对氧化铁硫杆菌的采集、分离与培养进行了重要讲授和分析，有利于学生更好的掌握微生物的生长繁殖和驯化机理。带领学生取含有细菌的酸性坑水，将细口瓶、洗净并配好胶塞，用牛皮纸包扎好瓶口，置于烘箱灭菌，冷却后可作为细菌取样瓶。学生在实验室将配好的培养基用蒸汽灭菌，在无菌操作下分装于数个已洗净并灭菌的三角瓶中。将培养基和水样加到三角瓶中静置培养。细菌生长繁殖使三角瓶中培养基的颜色由浅绿变为红棕色，最后在瓶底出现高铁沉淀。选择变化最快，颜色最深的三角瓶，在瓶中取1 mL培养液，接种到装有新培养基的三角瓶中，同样培养。培养液将比头一次更快的变红棕色。按同样办法反复转移培养10次以上。学生在学习基础理论之后，再到实验室进行相关的操作，有利于学生加深对微生物的基础理论的理解和掌握

2.3 实践讲解

在讲授该课程时，笔者通过介绍湖南省常宁县柏坊铜铀矿和广西平南县六岭金矿等国内大型稀贵金属提取工艺的现状、特色以及存在的问题，使得学生更好的理解和掌握生物技术在矿物加工工程中的应用。比如：作者举例柏坊铜铀矿的微生物浸出工艺，经过视频和照片等渠道介绍了该工艺的处理原料特点，其为选别尾矿、冶炼炉渣和井下大量贫矿；菌种取自安徽省铜官山铜矿的醉性矿坑水中，为氧化亚铁硫杆菌；待浸出过程稳定以后，则用置换沉淀铜以后的母液经细菌氧化再生，然后送回渗滤浸出池；铜和铀采用离子交换法分离，回收铀以后的尾液再用废铁置换法回收铜。教学过程中，学生的学习兴趣浓厚，踊跃发言，甚至积极联系生产单位咨询生产现状，并考虑去该工作单位实习就业。

3 结语

近年来，笔者在矿物加工工程专业课教学实践中，逐渐总结和摸索，最终形成了生物技术在矿物加工工程中应用的专业课教学方法。课程的讲授结合了理论教学、试验分析和实践讲解三部分内容，学生的学习兴趣浓厚，掌握基础理论的能力强，能够发现和解决现场实践问题。所以，采用上述教学方法进行讲授生物技术在矿物加工工程中应用是合理和成功的。

参考文献

[1]张传祥，张玉德，马名杰，等.矿物加工工程学科建设过程中存在的问题及对策[J].河南化工，2010，27（11）：57-60.

[2]魏德洲.生物技术在矿物加工中的应用[M]，冶金工业出版社，2008.