論無機化工工藝及燃煤脫硫中微生物的應用

黃曉天

摘 要：在無機化工工藝和燃煤頭脫硫中應用微生物，其主要目的就是在于降低污染物的排放，達到保護環(huán)境的效果。本文主要分析了微生物燃煤脫硫的基本原理，并詳細論述了微生物在無機化工工藝和燃煤脫硫中的具體應用。

關鍵詞：微生物；無機化工工藝；燃煤脫硫；應用

一、煤炭微生物脫硫的基本方法

1.微生物浸出脫硫。微生物浸出法的原理是通過微生物把黃鐵礦進行氧化，最后形成鐵離子和硫酸兩種物質。接著，令硫酸和水充分融合，進而可以有效的將燃煤中的硫去除。之所以微生物可以脫硫，是因為微生物有很好的氧化功能。微生物氧化的重點是黃鐵礦。微生物氧化黃鐵礦并不需要很復雜的裝置，只要合理科學的按照水浸透原理，在煤礦中加入微生物水溶液，這種水溶液含有氧化效果。通過這種方法，微生物自然就會高效的脫硫。脫硫之后，殘留的物質會自然的落到煤礦堆的底部，從而實現(xiàn)高效回收。從理論上來說，只要在煤礦脫硫之前，優(yōu)選微生物，就能夠高效脫硫。但是，這種方法有一個致命的缺點，就是處理的時間需要比較長，其原因在于硫桿菌作為一種自養(yǎng)微生物，它們的生長速度非常慢。

2.表面處理浮選法。新型微生物浮選脫硫技術的靈感來自于選煤工作。選煤的之后，首先，把煤礦細分成小顆粒，隨后，把細小的沒顆粒和水進行混合，之后和水形成混合液，同時加入微細氣泡，這些氣泡會均勻的分布在煤與黃鐵礦的表面。之后，煤顆粒和黃鐵礦都浮在水面上。按照這種原理，我們把微生物放置到懸浮液里，微生物會附著在黃鐵礦的表面上，導致黃鐵礦容易和水融合，從而下沉到水底部。煤礦卻不會下沉，依然會上浮，這樣就實現(xiàn)了黃鐵礦和沒顆粒的分離。

二、微生物在無機化工中的應用

1.金礦處理。微生物催化氧化法處理難浸金礦已涉足全球。金的生物浸出可分為4組不同的主要過程：（1）含金硫化物、含金硫砷礦物進行微生物催化氧化，使其包裹的微細金粒釋放或顯露出來，為以后金的化學提取創(chuàng)造條件；（2）用異氧菌催化含氮有機物，使之分解轉化成氨基酸、縮氨酸、蛋白質、核酸等，它們是金的配合劑，在溶解氧的參與下，能溶解氧化礦石中金；（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應的活微生物強。具有這種吸附能力的微生物物種包括細菌、真菌、酵母菌、澡類（如魚腥藻、斜生柵藻等）；（4）用微生物處理含金硫化礦物表面以改善物理選礦方法的效果。其中以（1）應用最為廣泛，經(jīng)。濟、社會效益最顯著。對金精礦宜用多級攪拌槽鼓氣浸出法，對金品位低的礦石則多用堆浸法。使用的菌種主要有氧化鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、氧化鐵鐵桿菌、氧化硫鐵桿菌。為提高細菌的耐砷能力，可對其預先進行馴化。如將氧化鐵硫桿菌不斷地接種于含砷礦粉及培養(yǎng)基中，馴化條件為：pH值1.5—2.0，溫度29—31℃，轉速120rpm，通氣速率60L/h。經(jīng)馴化的菌種耐砷能力顯著提升，對Fe2+的氧化速度高于As3+的氧化速度。

2.銅礦處理。微生物催化氧化浸銅技術能有效處理難選礦石和尾礦、廢礦。世界銅產量的20—30%來自微生物催化浸銅。

礦石破碎到一定的粒度（如6—40mm，在不影響空氣流通、浸出液滲透的前提下，礦石的粒度越細越好），在滾筒內與稀硫酸混合，用皮帶運到堆場筑堆，堆高6—10m，堆中埋有很多小孔的塑料管以利自然通氣。筑堆時分層引入人工富化的馴化氧化鐵硫桿菌菌液，將酸性礦坑水用適量硫酸（1+1）調至pH值1.8，進行間斷噴淋，噴淋強度為9.0L/（㎡·h），浸出周期200天左右，其間定時測堆內溫度及浸出液中Cu2+、Fe2+、Fe3+濃度，每月測一次細菌活性，并適當調整噴淋作業(yè)，閉路循環(huán)，零排放，浸出率一般大于80%。在美國、智利，用SX-EW法生產的銅約有50%是用微生物催化氧化堆浸技術生產的。

3.鎳銅鈷硫化礦的處理。用氧化鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌催化氧化浸出金川低品位鎳銅鈷硫化礦、鎳黃鐵礦等硫化礦物，礦物表面吸附上述微生物，這些微生物催化溶解氧將鎳黃鐵礦等硫化礦物氧化成硫酸鹽而溶解，其中Fe2+氧化成Fe3+。礦石中含鎂較高，所接種的微生物需預先進行耐Mg2+馴化，使其對Mg2+的耐受濃度達15—20g/L。在優(yōu)化條件下，鎳、銅、鈷的浸出率分別達92—94%、48—50%、88—91%。

4.稀有金屬礦石的處理。利用微生物催化將蔗糖等碳水化合物轉化成檸檬酸和草酸，這些轉化產物可溶出鋰輝石中的鋰。用氧化亞鐵硫桿菌催化氧化，可將鍺、鎵的硫化物及其它硫化物轉化成硫酸鹽而溶解，含鎵1.18%的黃銅礦，礦漿濃度25%，浸出液中鎵濃度可達2.25g/L，而無菌浸出時只達到此量的8—10%。氧化亞鐵硫桿菌、嗜熱硫葉菌催化溶解氧能將輝鉬礦轉化成鉬酸、硫酸而溶解。在氧化亞鐵硫桿菌催化下，溶解氧能將硒化物、碲化物、硫化硒、硫化碲氧化成單質硒、單質碲。用微生物催化氧化法還用于輝銻礦、輝鉍礦、釩礦等有價值組分的提取。

5.鋁土礦的處理。微生物從鋁土礦中脫硅被公認是有前途的方法之一。利用異氧細菌（如食硅細菌等）催化分解有機物產生能與硅配合的有機配合物，它們能將硅酸鹽、硅鋁酸鹽中的氧化硅變成可溶物，而氧化鋁仍以不溶形式存在。尤以處理細粒鋁土礦為宜，其中的褐鐵礦、針鐵礦等雜質亦可一并脫除。細菌與礦物分離可用浮選法，不加任何藥劑，浮選10min，可將99%的細菌回收到泡沫產品中。

三、發(fā)展趨勢與建議

微生物催化氧化處理礦石發(fā)展的主要趨勢為生產規(guī)模越來越大，最佳工作條件的控制越來越科學、準確和自動化，浸出時間越來越短，應用的礦種、物料越來越多，適應的礦石越來越雜，如含砷、碳（有機）、鎂等低品位復雜礦石。

微生物催化氧化浸礦的本質和關鍵是微生物的生命繁衍活動。因此，建議建立微生物催化浸出的最佳模式。在總結大量實驗和生產結果的基礎上，建立不同類型礦石切實可行、行之有效的浸控參數(shù)和制度。

充分合理利用自然地理、氣候和地質條件，因地因時因礦制宜，注漿封底、設遮斷墻、孔網(wǎng)布液接種微生物、自然滲透，就地原礦浸出。這可省去繁重、污染大的采礦、碎礦等工序，有利于提高經(jīng)濟效益，還有利于保護植被，控制水土流失，有利于礦產資源的充分利用，值得大力提倡和更廣泛地應用。

加大對微生物催化氧化浸礦作用機理的系統(tǒng)深入研究的力度，組織有關學科專家學者聯(lián)合攻關，各展其長，發(fā)揮集成優(yōu)勢，盡快攻克疑點、難點、焦點和關鍵，并用以指導生產，在生產實踐中得到檢驗、豐富和發(fā)展。

利用生物基因工程，嫁接或誘變培育出能抗寒、抗毒、耐溫、耐鹽、適應和繁殖能力強的新菌種?？紤]到有的微生物能在堿性環(huán)境中生存、繁衍，如一種藍藻可在pH值13的強堿性環(huán)境中生存，希望能找到更多性能優(yōu)良的堿性催化氧化浸礦的微生物物種。