海洋微生物(资料图片)

如何把废矿石和贫矿变成& ldquo浪费& rdquo宝藏？怎样才能从根本上减少冶金行业的污染？科学家说，试试这一招& mdash& mdash微生物冶金。

在古书& ldquo生物冶金学& rdquo

中国唐代的《岭表异记》一书中记载了一个有趣的故事:广州市蒯县有一座金矿，附近一位居民在矿池中养着他的鸭鹅。结果，在它们的粪便中经常可以看到金片。这家人喜出望外，于是养了很多鸭鹅。他们每天收集粪便来换黄金，但他们每天能收集到半两到一两黄金。它确实是生物冶金的先驱。

为什么鸭鹅会把黄金吞进肚子里？原来，鸭子和鹅在觅食时喜欢在沙地上觅食贝类和蜗牛。为了满足消化的需要，我们不得不吃一些沙子和砾石。这个时候，我们也吃了金粒。沙子和砾石研磨后排出，而黄金不易碎或留在体内，然后每隔一段时间排出。

无独有偶，《天香楼外史》一书中也记载了白蚁吃银的故事:& ldquo一百五十两银子被白蚁吃了。白蚁死后，在炉中焚化，仍得银一百五十两。& rdquo白蚁之所以能& ldquo吃& rdquo银是因为它能分泌很强的蚁酸。银与甲酸反应生成粉末状的甲酸银，贪婪的白蚁吞食。但甲酸银不能作为粪便排出，而是在白蚁的肠内分解成黑色粉末状的金属银，只要加热到银的熔点就会还原成银。现在，科学家们受到类似文件的启发，正在探索如何用生物提炼金属。

& ldquo吃& rdquo矿石微生物

这里要讲的生物冶金，通俗地说就是利用含有微生物的浸出液与矿石发生反应，获得有价金属的过程，也叫微生物浸出。这些微生物以矿石为食，通过氧化获得能量；因为这些矿石被氧化，从不溶于水变成可溶，人们可以从溶液中提取矿物质。冶金主要用于浸出贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣，回收部分贵金属和稀有金属。

这些取决于& ldquo吃矿石& rdquo大部分存活的微生物是嗜酸细菌，长约0.5-2.0微米，宽0.5微米，短杆状，有的在细菌的一端有细长的鞭毛。这些微生物只有在显微镜下才能看到。它们以黄铁矿、毒砂和其他金属硫化物矿物为生。参与生物冶金的微生物主要有氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、硫杆菌、脱氮硫杆菌和一些异养细菌(如芽孢杆菌和土壤杆菌)。

以色列特拉维夫大学物理天文学教授Eshel Ben Jacob所拍摄到的特别的细菌图片。上图：螺旋类芽孢杆菌;下图：双歧类芽孢杆菌的表面发生突变的部分。以色列特拉维夫大学物理天文学教授Eshel Ben Jacob拍摄的一张特殊的细菌图片。上图:螺旋拟杆菌；下图:双歧杆菌表面的突变部分。

浸矿细菌不能利用有机物，只能利用空气体中的二氧化碳作为碳源，无机氮作为氮源，通过将Fe2+氧化成Fe3+或将单质硫氧化成硫酸来获得生长所需的能量。在自然界中，它们生活在pH值为1.5-4.5的酸性矿泉水中，有些菌株可以在pH值小于1的硫酸水中生长。它们是目前已知的最耐酸的微生物。

这些嗜酸细菌和其他细菌依赖于& ldquo吃矿石& rdquo活的细菌怎么样& ldquo冶金& rdquo那又怎么样？已经发现细菌可以从矿石中浸出金属，这是其生命活动中产生的代谢产物的间接作用。也就是说由细菌产生硫酸和硫酸铁，然后用硫酸或硫酸铁作为溶剂提取矿石中的有用金属。在这个过程中，细菌获得所需的能量，硫酸铁可以氧化矿石将铜、镍或铀转化为可溶性化合物并从矿石中溶解出来，而包裹在矿石中的金银也可以在矿石溶解后被浸出。有研究人员认为，生物冶金的原理是细菌可以直接浸出矿石，也就是说，细菌具有直接氧化矿石的能力，通过细菌与矿石的物理化学接触，金属可以被溶解。一些研究人员还发现，一些以有机物为食的细菌可以产生与矿石中的金属成分相一致的有机物，从而溶解矿石中的金属。电子显微镜照片也证实了硫杆菌氧硫酸盐积聚在硫晶体的表面并蚀刻了矿石。此外，微生物细胞在矿石表面产生各种酶，也支持细菌直接作用于矿石浸出的理论。

微生物一试身手。

目前，生物金处理已成功用于铜矿、金矿和重要元素铀的冶炼。传统的冶炼方法成本高、污染大、效率低。目前，我国正进入快速工业化阶段，矿产资源储量的增长速度远远赶不上产量，对国外矿产资源的依存度越来越高，其中铜精矿80%依赖进口。新的生物冶金工艺不仅可以有效利用贫矿、表外矿和尾矿，而且可以大大降低电、煤、油的消耗和废气、废水的排放。就铜而言，由于原生硫化矿的浸出率得到了显著提高，新技术极大地扩大了可利用资源，将我国铜储量的保障期从10年延长至50年。

但生物冶金法仍在发展中，必须克服一些局限性，如反应速度慢、细菌对环境的适应性差、超过一定温度范围细菌难以存活、经不起搅拌、对矿石中有毒金属离子的耐受性差等。为此，一些科学家正在研究基因工程，试图通过基因工程获得优良菌株。

这些& ldquo吃矿石& rdquo相信在不久的将来，生物冶金将会得到更广泛的应用。