论无机化工工艺及燃煤脱硫中微生物的应用

黄晓天

摘 要：在无机化工工艺和燃煤头脱硫中应用微生物，其主要目的就是在于降低污染物的排放，达到保护环境的效果。本文主要分析了微生物燃煤脱硫的基本原理，并详细论述了微生物在无机化工工艺和燃煤脱硫中的具体应用。

关键词：微生物；无机化工工艺；燃煤脱硫；应用

一、煤炭微生物脱硫的基本方法

1.微生物浸出脱硫。微生物浸出法的原理是通过微生物把黄铁矿进行氧化，最后形成铁离子和硫酸两种物质。接着，令硫酸和水充分融合，进而可以有效的将燃煤中的硫去除。之所以微生物可以脱硫，是因为微生物有很好的氧化功能。微生物氧化的重点是黄铁矿。微生物氧化黄铁矿并不需要很复杂的装置，只要合理科学的按照水浸透原理，在煤矿中加入微生物水溶液，这种水溶液含有氧化效果。通过这种方法，微生物自然就会高效的脱硫。脱硫之后，残留的物质会自然的落到煤矿堆的底部，从而实现高效回收。从理论上来说，只要在煤矿脱硫之前，优选微生物，就能够高效脱硫。但是，这种方法有一个致命的缺点，就是处理的时间需要比较长，其原因在于硫杆菌作为一种自养微生物，它们的生长速度非常慢。

2.表面处理浮选法。新型微生物浮选脱硫技术的灵感来自于选煤工作。选煤的之后，首先，把煤矿细分成小颗粒，随后，把细小的没颗粒和水进行混合，之后和水形成混合液，同时加入微细气泡，这些气泡会均匀的分布在煤与黄铁矿的表面。之后，煤颗粒和黄铁矿都浮在水面上。按照这种原理，我们把微生物放置到悬浮液里，微生物会附着在黄铁矿的表面上，导致黄铁矿容易和水融合，从而下沉到水底部。煤矿却不会下沉，依然会上浮，这样就实现了黄铁矿和没颗粒的分离。

二、微生物在无机化工中的应用

1.金矿处理。微生物催化氧化法处理难浸金矿已涉足全球。金的生物浸出可分为4组不同的主要过程：（1）含金硫化物、含金硫砷矿物进行微生物催化氧化，使其包裹的微细金粒释放或显露出来，为以后金的化学提取创造条件；（2）用异氧菌催化含氮有机物，使之分解转化成氨基酸、缩氨酸、蛋白质、核酸等，它们是金的配合剂，在溶解氧的参与下，能溶解氧化矿石中金；（3）微生物吸附回收溶液中金，有些活性和非活性（死的）微生物都能吸附富集金。通常死的微生物的吸附能力比相应的活微生物强。具有这种吸附能力的微生物物种包括细菌、真菌、酵母菌、澡类（如鱼腥藻、斜生栅藻等）；（4）用微生物处理含金硫化矿物表面以改善物理选矿方法的效果。其中以（1）应用最为广泛，经。济、社会效益最显著。对金精矿宜用多级搅拌槽鼓气浸出法，对金品位低的矿石则多用堆浸法。使用的菌种主要有氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌、氧化硫铁杆菌。为提高细菌的耐砷能力，可对其预先进行驯化。如将氧化铁硫杆菌不断地接种于含砷矿粉及培养基中，驯化条件为：pH值1.5—2.0，温度29—31℃，转速120rpm，通气速率60L/h。经驯化的菌种耐砷能力显著提升，对Fe2+的氧化速度高于As3+的氧化速度。

2.铜矿处理。微生物催化氧化浸铜技术能有效处理难选矿石和尾矿、废矿。世界铜产量的20—30%来自微生物催化浸铜。

矿石破碎到一定的粒度（如6—40mm，在不影响空气流通、浸出液渗透的前提下，矿石的粒度越细越好），在滚筒内与稀硫酸混合，用皮带运到堆场筑堆，堆高6—10m，堆中埋有很多小孔的塑料管以利自然通气。筑堆时分层引入人工富化的驯化氧化铁硫杆菌菌液，将酸性矿坑水用适量硫酸（1+1）调至pH值1.8，进行间断喷淋，喷淋强度为9.0L/（㎡·h），浸出周期200天左右，其间定时测堆内温度及浸出液中Cu2+、Fe2+、Fe3+浓度，每月测一次细菌活性，并适当调整喷淋作业，闭路循环，零排放，浸出率一般大于80%。在美国、智利，用SX-EW法生产的铜约有50%是用微生物催化氧化堆浸技术生产的。

3.镍铜钴硫化矿的处理。用氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌催化氧化浸出金川低品位镍铜钴硫化矿、镍黄铁矿等硫化矿物，矿物表面吸附上述微生物，这些微生物催化溶解氧将镍黄铁矿等硫化矿物氧化成硫酸盐而溶解，其中Fe2+氧化成Fe3+。矿石中含镁较高，所接种的微生物需预先进行耐Mg2+驯化，使其对Mg2+的耐受浓度达15—20g/L。在优化条件下，镍、铜、钴的浸出率分别达92—94%、48—50%、88—91%。

4.稀有金属矿石的处理。利用微生物催化将蔗糖等碳水化合物转化成柠檬酸和草酸，这些转化产物可溶出锂辉石中的锂。用氧化亚铁硫杆菌催化氧化，可将锗、镓的硫化物及其它硫化物转化成硫酸盐而溶解，含镓1.18%的黄铜矿，矿浆浓度25%，浸出液中镓浓度可达2.25g/L，而无菌浸出时只达到此量的8—10%。氧化亚铁硫杆菌、嗜热硫叶菌催化溶解氧能将辉钼矿转化成钼酸、硫酸而溶解。在氧化亚铁硫杆菌催化下，溶解氧能将硒化物、碲化物、硫化硒、硫化碲氧化成单质硒、单质碲。用微生物催化氧化法还用于辉锑矿、辉铋矿、钒矿等有价值组分的提取。

5.铝土矿的处理。微生物从铝土矿中脱硅被公认是有前途的方法之一。利用异氧细菌（如食硅细菌等）催化分解有机物产生能与硅配合的有机配合物，它们能将硅酸盐、硅铝酸盐中的氧化硅变成可溶物，而氧化铝仍以不溶形式存在。尤以处理细粒铝土矿为宜，其中的褐铁矿、针铁矿等杂质亦可一并脱除。细菌与矿物分离可用浮选法，不加任何药剂，浮选10min，可将99%的细菌回收到泡沫产品中。

三、发展趋势与建议

微生物催化氧化处理矿石发展的主要趋势为生产规模越来越大，最佳工作条件的控制越来越科学、准确和自动化，浸出时间越来越短，应用的矿种、物料越来越多，适应的矿石越来越杂，如含砷、碳（有机）、镁等低品位复杂矿石。

微生物催化氧化浸矿的本质和关键是微生物的生命繁衍活动。因此，建议建立微生物催化浸出的最佳模式。在总结大量实验和生产结果的基础上，建立不同类型矿石切实可行、行之有效的浸控参数和制度。

充分合理利用自然地理、气候和地质条件，因地因时因矿制宜，注浆封底、设遮断墙、孔网布液接种微生物、自然渗透，就地原矿浸出。这可省去繁重、污染大的采矿、碎矿等工序，有利于提高经济效益，还有利于保护植被，控制水土流失，有利于矿产资源的充分利用，值得大力提倡和更广泛地应用。

加大对微生物催化氧化浸矿作用机理的系统深入研究的力度，组织有关学科专家学者联合攻关，各展其长，发挥集成优势，尽快攻克疑点、难点、焦点和关键，并用以指导生产，在生产实践中得到检验、丰富和发展。

利用生物基因工程，嫁接或诱变培育出能抗寒、抗毒、耐温、耐盐、适应和繁殖能力强的新菌种。考虑到有的微生物能在碱性环境中生存、繁衍，如一种蓝藻可在pH值13的強碱性环境中生存，希望能找到更多性能优良的碱性催化氧化浸矿的微生物物种。