j微生物采矿及石油开采f.pdf

{．石油，若广石沥穗·听采j物板术

，jf微生物采矿及石油开采

．切松勒TD-57
多年来，在矿石沥滤以及金属精选工艺中，一宣在某种程度上使用着微生物．这些偶然
形成的工艺，绝大部分要依赖于在矿料场发现的伴随矿石的微生物。随着近代的新生物技
术的出现，采矿工业的有关人员以及生物智经开始考虑对某些在金属回收工艺中宥重雯
作用的微生物采用基因操作的方法，l；工便提高逮些微生物的敖能，并使它们船在更多种类的
底物上行使其功能。

矿石沥滤

在美国生产的铜中，1ol；I上的锕是通过微生物从矿石中沥滤的所使用舶这些伴随矿
石柏微生物是天然存在盼，并没有把筛选过的菌株接种于矿石。由于能容易地开采高晶位矿
石而且使用常规的矿石加工时动力消耗相对较低，因此微生物在采矿工业中的应用并没有受
弼多大的重视。女u今微生物的应用又受到新的注意，这不仅是由于高品位矿石的桔竭以及动
力消耗的增长，而且也是出于基因操作有可能提高微生物沥溶效率以及扩大微生物沥撼的应
用。
微生物的应用有许多优点。除了微生物在所需的温度和压力条件下生长只需较低柏动力
消耗外，微生物还具备能有效地进行工作、而且其污染要比冶炼技术所产生舶污染低等特点。
有可能把微生物用于深层地下矿床(传统的采矿设备无法达封这种深层矿床)的矿石沥滤。
用微生物采矿，所需的资金和经营费用相对较低，因此对于小规摸的栗矿经营来说，采用生
物法是可行的。使用微生物的主饕障碍是生物工艺的生产周期比同等规模的化学工艺的生产
周期长。
微生物主要是用来沥滤铜和铀。氧化亚铁硫杆菌(Thlohacillusferrooxldans)是在
这些操作中最经常使用的微生物，因此对其研究得最彻底。氧化亚铁硫杆菌已经显示出其溶
解钴，镲，锌和铅的效力，此种细茵阻及在矿料场发现的其他细菌都是自养细菌·它们利用
空气中的二氧化碳作为它们的碳源，同时从无机物的氧化作用中产生能量。
细菌从矿石中溶解(沥滤)金属有两种方法·间接法与直接法。间接法须包括通过氧化亚
铁硫杆菌进行的=价铁向三价铁的转换。三价铁是一种强有力的氧化井对，因而能把金属硫化
矿物转变为酸溶性的金属硫酸盐化台物。例如，三价铁与硫酸铜作用，生成可溶牲的亚硫酸
铜。直接法须包括一个通过细菌完成的对硫化矿物的酶促反应，从而产生可溶性硫酸盐。．同
时在此过程中也将二价铁氧化为三价铁。这一结果是相同的．也就是说，金属能溶于酸性溶
液中。收集充满金属的溶液并通过化学的和物理的工艺将金属从溶液中分离此外，由于煤l作
为一种能源的使用量将会增加，因此可使用细菌来抽提煤中的硫，从而减少使用煤时的污染。
由于产生了更加有效的微生物，因能把生物投木用于采矿工业。重组DNA技术能在
筛选细菌方面用以实现下列各项改进；

·提高细菌再生兰价铁的速率

·对酸性条件的更大的耐受性

一55—

·对含盐条件的更大的耐受性

·降低细菌对某些金1真(特别是钍、银、汞以及镉)的敏感性

·增加细菌对深层矿床操作时的高温的耐受力

在不久的将来，生物技术将能着手怒决其中的一些问题，这一点是非常可能的。
在金属沥滤操作中使用的微生物，经受了比实验室环境中使用的那些微生物要多的各种
不同的恶劣条件。在考虑应用重组DNA技术时，由于大部分有关新技术的经验已经集中在
克分肯定的、已经控制好环境条件的实验室菌株上，因此要特别注意这些恶劣条件。在沥滤金
属中使用的细菌，要忍受易变曲天气条件，而且对大多数细菌来说，某些条件是相当严酷
的。当一种微生物被放入环境中时，它将很可能不得不与其他的生物相直作用，困此当研究
生物的利害关系时，必须要考虑到这一事实。此外，每处矿点的矿物学都是独特的，因此这
些微生物将不得不被每个矿点所变性，也特对各种不同的矿物原料起作用。使矿物屠f料适应
予微生物是不大可能的，基因操作用于矿石沥滤微生物的最可能的应用将是在相同的领域
内，其中正坡应用的微生物将被用于处理大量的被丢弃的但含有少量有价值金属的废矿石。
由于沥滤加工是在野外环境中进行的，因此这种生物工艺并不能完垒加以控制。不过，
还是有一些方法能使有关微生物的反应条件尽可能完善。例如，微小体积的以及按溶解系数
来i兑也是微小容积的矿山渣坑就能被操作。在一定的范围内控制pH，温度以及氧和二氧化
碳的水平也是可能的。通过这些最优化的条件，沥滤金属的生物就能显示出超越天然存在的
生物所具有的优越性。
近年来，对于在诸如酸性温泉，火山地区以及深海热火山口这样一些原始环境中的新微
生物进行的研究，已经揭示出许多在苛刻的条件下能转化金属的微生物。这些生物不但在商
业化的金属回收中很可能得到直用，而且它们还代表着一个通过重组DNA技术改进现有沥
滤金属的细菌的巨大基因库。

金属的富集

微生物对采矿工业有用处的另一十领域，