文摘
矿山尾矿的堆积在地球上是一个严重的环境的挑战。复苏的重要性的重金属,以及宝贵的经济效益和贱金属,是一个强烈的动机来开发可持续的方法来从尾矿中回收金属。目前,研究人员正在试图提高金属回收尾矿利用的效率—一个更可持续的方法与传统方法相比。在这部作品中,使用生物浸出技术的研究现状,综述了从尾矿中回收重金属。此外,CiteSpace 5.7。R2被用来直观地分析相关的关键字研究生物浸出的尾矿直观地建立当前的研究热点。我们发现当前研究进展最近的影响因素和微生物基因数据,关于改进和创新也取得了生物浸出的金属浸出率与其他技术相结合。这是具有重要意义的发展bioleaching技术和工业生产的重金属尾矿。最后,挑战和机遇bioleaching科学界为进一步的研究提供方向。
1。介绍
快速的社会和工业的发展导致了对金属的需求增加。由于工业迅速发展的结合增加了大量的矿山资源,开发尾矿的环境污染正在以惊人的速度扩张。尾矿对环境的影响最终将直接或间接地威胁到人类健康(图1)。在土壤和沉积物中,化学污染物引起的人类活动积累了超过2000年了。一个早期的例子这种污染重金属矿业废物。大量的尾矿带来的环境挑战和尾矿转储往往盖过了开采的经济效益。尾矿中含有大量的有毒有害物质可能会带来严重的健康和环境问题通过空气风干的尾矿,分散潜在的有毒化学物质的浸出,侵蚀和水生系统的吸收,和生物体内积累1]。
从尾矿是有害的重金属污染对人类和环境健康2]。Luhun水库,河南省,中国,位于下游的矿区钼。最近的一项研究评估水库发现钼是污染的主要污染物的上覆水水库,与单一元素污染因子( )钼的所有重金属中最高,平均值为2.05 (3]。类似地,有大量的金矿尾矿Welkom和弗吉尼亚地区的在南非自由邦省。根据世界卫生组织和南非国家饮用水标准,目标区域的地下水水质的分析发现,40%的分析样品中含有的铅超标饮用水质量标准限制,含铁63%超过标准的限制,100%包含粪便大肠杆菌细菌计数的缺乏与当前的指导方针,和50%含有大肠杆菌计数超过标准的限制(4]。因为地下水是当地居民饮用水的主要来源,这种污染对健康构成严重的威胁。此外,环境污染间接危害其他生物。维索萨城市宽敞的在西阿拉/ CE在巴西东北部,法比奥et al .(2021)评估一个废弃铜矿的影响环境质量的生态系统通过全面的生态和生物地球化学分析。他们的研究结果表明,仍有大量的矸石的废弃铜矿中铜后30年的风化,我和排水显著降低水栖大型无脊椎动物和生物体中的铜含量增加5]。
从尾矿重金属污染也严重损害了当地的土地资源。重金属在波兰南部开采和加工活动导致沉重的锌污染和中度铅污染当地的农业用地,因此这些地区的农业生产;因此,绿叶蔬菜的种植是禁止,导致重大经济损失(6]。
正如上面所讨论的,重金属的环境风险矿业非常严重。然而,尾矿也是一种重要的二次资源。金、银、铅、锌、硫、铟、镓、镉、锗、硒、碲、和其他相关的元素从中国铜矿石加工和冶炼过程中占总产值的44%的原材料;有关黄金占中国黄金储备的35%以上,其中76%的黄金和32.5%的白银铜矿生产的(7]。此外,稀土元素是必不可少的组件的高科技电子和电气材料,和全球自然稀土元素储量是有限的,除了中国8]。然而,许多矿山尾矿富含mineral-associated稀土元素,因此这些尾矿是一个重要来源。因此,为了解决金属资源的短缺和尾矿污染的问题,合适的、有效的和经济的复苏和所需技术去除重金属从矿山尾矿9]。
幸运的是,近年来开发了各种方法回收尾矿,包括有前途的技术—化学萃取修复技术和电化学修复技术,将废物转化为价值。化学萃取剂萃取土壤受限于复杂性和。电化学修复技术是昂贵的,需要复杂的操作。然而,bioleaching是一个低成本、绿色技术对浸出金属从各种矿物质和废料10]。在1950年代早期,Colmer是第一个从我的转储中提取铜称铜公司使用微生物[11]。因此,bioleaching技术打开了微生物冶金的时代。生物浸出是指某些微生物在自然界的直接作用或其代谢物的间接作用产生氧化、还原、络合、吸附、或解散,流程一定的不溶性组件(如重金属和其他金属)从固相分离。生物浸出所用的微生物主要是嗜酸性,无机自养细菌。Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans是使用最广泛的。目前,大多数矿物和矿石加工在工业规模使用bioleaching [12]。例如,大约有20 - 25%的全球总铜生产使用bioleaching [13]。然而,生物浸出技术有其局限性,如微生物浸出效率和反应周期。
分子生物学技术的发展及其在生物检测和识别生物应用扩大我们的理解金属之间的相互作用在金属提取和恢复微生物及其重要作用[14]。这提供了一个很好的动力工业应用的重金属尾矿的生物浸出。
本文概述bioleaching技术的机制和影响因素,提供了一个通用的理解现状bioleaching的铜、铁、锌尾矿,稀土元素,和四个有毒金属。的挑战和机遇的复苏从尾矿重金属生物浸出进行了讨论,这将提供一个有价值的参考二次资源的充分开发利用和经济复苏的工业发展的重金属尾矿利用生物浸出技术。
2。进步
2.1。机制和方法
2.1.1。生物浸出机理
生物浸出过程的本质是,硫杆菌获得生长所需的能量由氧化减少硫化合物,导致降低pH值和环境系统的氧化还原环境的变化,从而改变系统中重金属的状态从原始有机matter-bound状态自由状态。自1950年代初以来,Fe / S-oxidizing细菌已经用于工业规模的过程从硫化矿石中提取金属(11]。第一个孤立的和最广泛的研究了铁/ S-oxidizing细菌是a . ferrooxidans;因此,大多数bioleaching的机理研究一直局限于行为的a . ferrooxidans bioleaching硫化矿物的15]。硫化矿的bioleaching机制a ferrooxidans分为直接和间接的机制。
直接机制:通过直接攻击矿物微生物氧化硫化矿物表面(16),可能通过细胞的独特的氧化酶系统直接氧化硫化矿物。同时产生氢离子,导致降低pH值的环境系统和氧化还原电位,从而增加可溶性硫酸盐的形成(17]。然而,很难区分细菌细胞壁和硫化物的分子膜;因此,这种机制是更适合接触浸出(18]。这可以用下面的反应方程来表示(1):
间接机制:使用的Fe / S-oxidizing细菌代谢物与硫化矿物氧化还原反应发生,最后,氧化还原循环系统组成。硫酸生产降低pH值大约2.0的环境系统,极大地促进重金属的溶解19]。间接机制可以总结为以下反应方程(2)(以黄铁矿为例):
另一种方法是补充的间接机制特征的细菌对矿物表面,附着的细胞氧化亚铁离子为铁离子在一层细菌和细胞外的高分子物质,在这一层浸硫化物和铁离子(20.]。
总之,所有先前的研究已经发现,勘探的关键生物浸出的机理在于微生物。只有通过彻底研究浸出过程中微生物的行为生物浸出的机理可以准确、系统地解释,这还取决于分子生物学和其他学科的发展。
2.1.2。微生物的概述
生物修复技术吸引了越来越多的关注领域的环境保护。在其核心,机制和物种的选择微生物在污染治理已成为研究的重点。—细菌发挥催化作用[18),这是工业化的关键从尾矿回收重金属生物浸出。使用微生物从尾矿中提取重金属更生态友好,它不仅控制尾矿污染而且还缓解短缺的主要资源,不会产生有害气体,形成整个反应过程中二次污染。a . ferrooxidans a . thiooxidans和l . ferrooxidans最常用的微生物在bioleaching重金属尾矿。他们的物理化学属性展示在表1。至于能源,a . ferrooxidans a . thiooxidans和l . ferrooxidans获取能量从铁、硫、分别和铁。
关于微生物物种的选择,自然微生物(土著微生物)显示更好的适应性和较高的浸出率;因此,大多数的研究利用土著微生物(21,22]。例如,土著细菌可以调解电化学形态,从而显著提高砷尾矿浸出;因此,没有arsenic-containing尾矿的有效治疗,增强砷迁移由土著细菌会增加环境污染的风险23]。
微生物多样性的选择,混合细菌浸出效率更高,和大多数的研究集中在使用混合菌浸出(24,25]。在研究bioleaching铜和银矿山尾矿中重金属在菲律宾,是单身细菌和混合使用的微生物文化文化,分别。结果表明,铜和砷的浸出率高于单一混合细菌细菌,和单一细菌和重金属的混合细菌介导发生模式以不同的方式(26]。由于混合细菌的协同效应,可以获得更高的细菌浓度和铜萃取率的生物浸出,铜的萃取率最高的混合细菌(73.7%)明显高于单个细菌培养(27]。一项研究提出,贵重金属的bioleaching率最高可以获得使用自然排水水加上财团iron-oxidizing l . ferrooxidans羊毛(28]。
生物浸出的整个过程可以概括从微生物物种多样性,细菌密度,活动,和分配如下(29日- - - - - -31日):生物浸出是一个连续反应的过程,和最好的微生物选择根据这些过程的特点;一般来说,混合菌株和土著菌株有浸出率高,微生物的数量和活性越高,浸出率越高;微生物在搅拌釜反应器均匀分布,但不是在浸出堆,这是其中一个原因为什么生物浸出的工业应用的重金属尾矿是有限的。
在未来,相关的微生物选择bioleaching需要进一步改进的几个方面(32):(1)寻找一个微生物,可以实现氧化反应在碱性环境中碱性矿物质,有利于提取和应用的生物浸出可以扩大;(2)加强微生物形态学和物种的跟踪更改之前和之后的浸出,更好地探索微生物机制和提高浸出效率33];(3)识别和发展chlorine-tolerant生物体可以促进利用海水或苦咸水—降低成本,同时受益淡水资源短缺的现实。
2.1.3。Bioleaching方法
常用的实验设备和它们的功能在生物浸出的重金属尾矿中列出表2。
生物浸出电子垃圾的治疗方法可分为三种类型根据类型的生物质暴露在废料:一步、两步,spent-medium [34]。研究生物浸出的重金属尾矿,操作步骤一般如下(图2):首先,尾矿样本进行收集和处理,并进行物理和化学分析;第二,菌株的筛选和鉴定,浓缩在一个无菌的环境中,细菌的解决方案是preacidified;最后,一定量的尾矿样本和菌液放置在一个锥形瓶250毫升、设置空白对照组,锥形烧瓶放在恒温振荡瓶bioleaching实验在一个适当的温度。具体实验条件选择根据种类和矿物类型。任何实验补充脱盐水蒸发水,每天和酸碱度和氧化还原电位测量。此外,上层清液收集日常分析溶液中的重金属含量。实验中使用的所有工具应由等技术高温消毒杀菌、加叠氮化钠等。
2.2。生物浸出的影响因素分析
2.2.1。酸碱度和氧化还原电位
pH值是一个重要的物理和化学参数在生物浸出。研究bioleaching重金属尾矿、铁/ sulfur-oxidizing细菌更容易在酸性条件下发生氧化还原反应。pH值的影响在不同金属的最佳浸出率是不同的。在一项研究中,当渣粒径小于0.83毫米,铅、锌冶炼渣的铜、铁、铅、锌和其他金属是高度依赖的pH值,但pH值几乎没有影响锰的溶解35]。bioleaching反应发生之前,细菌溶液的pH值调整到最佳pH值范围内的微生物。在反应期间,pH值的变化会影响微生物活动,因此金属浸出率;因此,它是非常重要的监控过程中pH值的变化反应。一项研究发现,preacidification治疗需要确保重金属的浸出率(36),但并不是所有的生物浸出实验需要preacidification治疗,另一项研究发现,在没有preacidification治疗,添加适量的衬底传授一个缓冲动作使反应堆的pH值更稳定和逐渐减少37]。
另一个研究表明,解决方案的还原电位对黄铁矿的浸出率有很大的影响,影响程度是远远大于细菌细胞的数量和活动(38]。高氧化还原电位(ORP)反映了高生物量浓度,bioleached黄铜矿是由ORP控制在高pH值(39]。
2.2.2。温度
温度是一个重要的影响因素bioleaching的过程。它主要影响微生物活性生物浸出过程中,然后从尾矿影响重金属的浸出。实验进行了检查的影响温度对重金属浸出温度范围的7-42°C,在嗜酸细菌随pH值的增长率,但变化的程度取决于温度(40]。在大规模操作期间保持恒定的温度也是一个问题被认为是工业化过程中bioleaching尾矿中重金属。
2.2.3。纸浆密度
先前的研究在纸浆密度是稀缺的,但是目前的研究表明,纸浆密度主要影响重金属的浸出影响博士纸浆密度越大,越大的pH值下降(9]。矿物浆密度的影响5,10,30 g / L细菌活动不同的细菌进行了一批反应堆。答:thiooxidans,纸浆密度越高,pH值越高,而对于p . putida纸浆密度的变化没有影响pH值(41]。因为高纸浆密度显著抑制微生物活动,纸浆密度大于15%时,它有一个很大的影响在铜和锌的浸出率35,42]。
2.2.4。氧气和二氧化碳
在生物浸出连续的氧气供应是必需的。氧气和二氧化碳的内容是密切相关的微生物的活动和影响氧化还原反应的进展。溶解氧的监测显示,对氧气的需求增加而增加纸浆密度(43]。实证模型的无量纲参数显示,异养微生物的生物浸出锰矿产的发生只有oxygen-limiting条件下(44]。使用高溶解氧浓度(上图4.1 mg / L)抑制亚铁离子的氧化率。最优二氧化碳氧化亚铁的浓度范围7 - 17% (V / V)和铁的氧化速率时严重限制二氧化碳浓度低于7%45]。
2.2.5。其他因素
除了上述常见的因素,有以下新发现。例如,从尾矿重金属的浸出率随固体浓度的增加(46]。此外,嗜酸细菌的活动在搅拌釜反应器研究了高压下首次和细菌被发现仍然活跃在低氧分压的40 +酒吧(47]。在不同的研究中,矿石的颗粒相似粒径分数但不同数量的微裂隙准备调查细菌活动微裂隙的影响,结果表明,大量的微裂隙有利于细菌生长和铜的bioleaching效率提高了约12.2% (48]。盐度的影响研究,结果表明,低水平的盐度(≤5 g / L氯化钠)bioleaching效率有积极的影响(49]。这些新的影响因素也是很重要的限制条件的工业生产从生物浸矿尾矿重金属。连续的研究应确定每个因素的最优条件获得最好的金属浸出率。
2.3。生物浸出技术的研究热点
CiteSpace (5.7.R2)提供了数据可视化和网络分析功能(50]。基于合著者、cowords和聚类分析功能,CiteSpace可以指出新的趋势和热点研究领域(51]。CiteSpace (5.7.R2)是用于分析的研究热点bioleaching技术高的在这个研究结果的客观性。选择科学的核心集合的数据库Web的基本检索。检索主题是bioleaching和尾矿,总共157条记录被检索。所有数据被导出,CiteSpace用于关键字同现的视觉分析(图3)。图中节点图所示3代表关键词,边代表关键词之间的关系,圆圈表示关键字的频率。主要关键字所示—铁、重金属、Acidithiobacillus ferrooxidans,细菌、提取、和铜,因此是当前的研究热点。表3显示了数、中心和最早出现的关键字(安排的频率大小)。
随后,通过选择标签进行聚类分析集群索引项功能(图4)。由此产生的规模从0到5,数字越小,越关键词中包含集群。结果表明,biocyanidation关键字最大的存储容量,因此相关研究热点将在下面讨论。
2.4。尾矿的生物浸出的概述
2.4.1。生物浸出铜、锌和镍尾矿
铜是第一个人类所使用的金属之一。今天,它是最常用的材料,电缆,电子产品,电子元件,和建设;因此,对铜的需求将会持续增长。主要资源被过度开发,资源的可持续发展,开发利用尾矿变得紧迫。尾矿中的铜含量的调查Musina我接收,林波波省北部一个废弃的铜矿,表明,残余铜目前已8555吨(52]。随着矿石品级继续下降,预计泡沫浮选产生的副产品铜尾矿,还含有大量未还原的铜(53]。塞尔维亚铜矿尾矿的生物淋滤和嗜热嗜酸的细菌在40°C,获得最好的铜浸出率为84% (54]。分析获得的铜矿石的新基地北部Qarashoshaq Zhylandy(哈萨克斯坦)表明,铜的萃取率最高为95%,化学浸出、生物浸出和66.8%表明生物浸出铜的浸出率较高(55]。目前,生物浸出氧化矿石尚未彻底研究;然而,铜绿假单胞菌,异养细菌,已被用于生物浸出铜氧化矿石和氧化锌矿石,铜和锌,47%和41%的提取,分别为(56]。尽管联合浸出的机理需要进一步研究,在碱性条件下铜的回收率显著提高氨溶液时,和新的碱性细菌(57]。在一项研究中对磁感应强度的影响重金属的浸出率,结果表明,铜和砷的浸出率增加与磁感应强度的增加,当磁感应强度11 m T,金属浸出率达到最好的(58]。
金属锌电池,但也不仅是不可替代的材料对人体不可或缺的微量元素。锌主要存在于形式的铅锌矿石资源;因此,有必要从二级中回收锌资源。潜在的动员和色散高锌在墨西哥中部的矿山尾矿中发现可能会伤害周围的生态系统(59]。因此,使用bioleaching从尾矿中回收锌一举将解决两个问题。被发现锌浸出率随着温度的增加,增加的温度达到96.96% 39.85°C;根据阿伦尼乌斯热力学定律,锌bioleaching反应的活化能是39.557焦每摩尔(60]。此外,锌的浸出率被发现随细菌和细菌的多样性。分析在泰国东北部一座金矿的矿石样本显示锌的浸出率与酸性硫杆菌氧化铁高出六倍比没有微生物的微生物(61年]。Kooshk的尾矿坝铅锌矿被发现含有大约3.64%的锌,和超过90%的闪锌矿是淋溶14天内使用混合细菌,但只有44%的锌提取没有细菌(62年]。在一项研究中提取的从低级锌精矿锌生物浸出,结果表明,锌的浸出率由嗜热细菌增长了36% (63年]。然而,另一项研究表明,淀粉的加入和碎报纸增加了锌bioleaching率。在碎报纸和淀粉的存在,锌浸出率分别为88%和95%,分别和bioleaching时间从18天减少到10天,13天,分别是(64年]。
作为一个优秀的铁镍物质在早期。控制镍尾矿污染、豆科树木被种植在津巴布韦镍尾矿在热带地区。20和40年的恢复后,不同程度的生育岛屿形成的树冠下豆科植物(65年]。研究尾矿的bioleaching来自有轨电车在芬兰堆浸厂发现的一些镍溶解在主堆再沉淀,并保留在二级矿石,表明镍释放非常快速而非生物实验(66年]。生物浸出实验也进行矿石样品的巴西铁矿石镍用枯草芽孢杆菌菌株。7天之后,大约8.1%镍(0.7毫克Ni / g矿石)提取。与此同时,与微波加热预处理生物镍的萃取率从8%增加到26%(2.3毫克Ni / g矿石)[67年]。分析黄铁矿和膨润土研究表明,基于矿物学特征,倪被锁定在黄铁矿和膨润土,因此和镍浸出与黄铁矿的溶解度和膨润土;比较镍的浸出率在需氧和缺氧条件下的pH值1.5表明,在有氧条件下获得的最佳镍浸出率(68年]。bioleaching复苏的镍低品位铜镍硫化物尾矿被发现高达91.5%;此外,镍的浸出钠钙矾石的混合物通过降水丰富硫化物沉淀的形式的金属含量为8% (69年]。然而,工业应用bioleaching硫化物矿石收效甚微。一项新的研究表明,好氧还原溶解(AeRD)使用A thiooxidans和A . ferrooxidans财团能够提取53 - 57%的镍在短短7天;这种方法不仅使用更少的酸,从而降低处理成本,还包括一个有氧酸再生的过程(70年]。
2.4.2。生物浸出的稀有和贵金属
矿物中稀土元素的内容是不一样高的铜、锌、铁和其他金属,但独特的光学、催化、电子、磁性和稀土元素使他们宝贵的在许多先进的技术领域,特别是他们的热稳定性、良好的导电性和耐蚀性(71年]。快速的工业化和现代化,技术严重依赖于稀土元素,如催化剂、稀土磁铁,可充电电池,屏幕,混合动力汽车,和低能耗照明,也迅速发展,稀土元素的资源已经不足(72年]。虽然二次资源的开发是一个问题,也是回收技术的局限性。目前,许多回收技术是基于生物浸出,持续改进和创新。
中国拥有世界上最大的稀土元素储量的开采价值。在全球生产方面,中国(85%)占主导地位,其次是澳大利亚(10%)、俄罗斯(2%)、印度(1%)、巴西(1%)、马来西亚和越南(73年]。稀土元素扮演了一个重要的角色在工业、医学、军事、农业、和稀土元素资源消费的全球非常大;因此,他们有一定的经济价值。根据欧盟和美国能源部,稀土的短缺将严重不良经济影响(74年]。目前稀土元素恢复研究主要集中在电子垃圾;然而,一些稀土元素与其他矿物共存,因此尾矿也将成为一个稀土元素的重要来源。稀土元素在碳化钨,常见独居石,氙矿石,和最近吸附离子粘土;因此,酸性或碱性复苏路线是必需的(75年,76年]。自养和异养微生物可用于浸出稀土元素(77年,78年]。特别是,假单胞菌、肠杆菌属、沙雷氏菌属和芽孢杆菌的独居石矿石稀土元素恢复能力显著(79年,80年]。在一项研究中,不同的应变类型和增长媒体被用来从稀土元素的矿石中提取稀土元素在中国,和结果表明,链霉菌属sp。FXJ1.172的浸出效率是最高的,和稀土元素的bioleaching效率提高了最大化承运人和酸度的铁81年]。除了选择微生物浸出条件的变化也会导致不同的浸出率。各种稀土元素还可以恢复有效地利用高嗯和低pH值浸出解决方案(82年]。铝土矿包含复杂多样的稀土元素和有机酸—还原—氧化bioleaching和用在一项研究中恢复其稀土元素的内容;最后回收率的稀土元素钕钆是最高的,和单一稀土元素的浸出率介于26.2%和62.8%之间(83年]。此外,稀土元素也存在于煤燃烧残留粉煤灰和在一项研究中被假丝酵母bombicola从粉煤灰中提取,Phanerochaete Chrysosporium,和隐球菌curvatus [84年]。
生物浸出贵金属发生主要通过络合作用和分解机制的生氰菌(85年]。纸浆密度为20% (W / V)会导致金浸出率约为95%,生物氧化后,黄金的复苏可以高达95.7%86年]。贵金属常常迷失在尾矿由于封装贵金属粒子的矿石。为了解决这个问题,尾矿样品进行预处理是生物浸出氰化物浸出之前,金的浸出率增加到95%和银的浸出率超过98%87年]。然而,氰化物是有毒的和环境风险。为了减轻这些风险,使用硫代硫酸盐或卤素化合物代替氰化浸出方法已经被开发出来,和堆转储或bioleaching技术也有一定的商业化前景(88年]。使用一个初始细菌氧化过程,提高金的浸出率从一项研究通过生物化学浸出浮选尾矿;72%的黄金提取,7%以上通过昂贵的过氧化钠的方法,和10%以上通过传统的氰化法(89年]。根据最新的文学,经济复苏的黄金矿产不再是通过bioleaching技术的使用,但通过结合微生物氧化或添加新的浸出剂bioleaching技术,大大提高金的回收率。进一步的研究将导致联合浸出方法的形成环境友好型,浸出率高。
类似于金、银很少相关的内容,和生物浸出并不能产生良好的浸出效果。银尾矿在科阿韦拉,墨西哥,包含大量的银矿业废物,银的浸出效率被发现利用土著微生物浸出(40 - 67%90年]。铅锌尾矿中含有少量的贵重金属。充分利用二次资源,高温焙烧结合生物浸出银恢复使用。在900°C,银的浸出率达到84.39%,经济复苏的浸提液为9.98 mg / L (91年]。在最近的一项研究中,pyrite-enhanced氯化焙烧技术实现最优金银回收率为98.56%和87.92%,分别减少了有害气体的排放与其他添加剂(相比92年]。最新的研究结果表明,经济复苏的银提高了通过高温焙烧等创新技术的应用和黄铁矿的氯化焙烧。
铀放射性,半衰期很长,主要用作核燃料。铀资源主要分布在美国,加拿大和南非。尽管大量的铀存在于地壳中,很难利用这些储备由于技术的局限性。然而,金属铀是一种重要的原材料在核物理中,铀和主要矿产资源被过度开发。因此,未来的探索将集中在尾矿等二次开采浪费资源。从矿石铀尾矿的恢复使用bioleaching技术将超过地下开采的经济价值(93年]。当前的最大浸出率(69%)在60天内实现了在一个大列bioleaching实验100公斤,2 t从印度铀矿94年]。总结最近的研究表明,铀矿主要是被叠加,堆浸,采场,原位生物浸出。因为铀矿含有稀土元素,未来bioleaching应用程序可能会越来越多地关注这些存款,允许完整的金属资源开发(93年,95年]。
2.4.3。生物浸出的铅、铬、砷
铅、铬、砷有毒重金属污染物。在过去,由于缺乏监管和环境保护意识,随机尾矿堆积,引起了普遍的这些金属污染,引发了广泛的流行疾病,因此对人类健康构成了严重威胁。因此今天,污染控制尾矿主要集中在这三个金属。
在一项研究中铅浓度的300岁高龄的废弃矿山尾矿坝在萨卡特卡斯,墨西哥,铅的平均水平被发现 毫克/公斤,远远高于国际标准,污染迁移的风险和可能包含在食物链96年]。铅可以有效地恢复使用改进从尾矿bioleaching技术。增加了盐浓度和温度可以促进经济复苏的铅;因此,生物浸出结合盐水浸出可以将铅从铅锌尾矿。只使用生物浸出最佳条件下铅恢复收益率为4.12%,而添加氯化钠浓度的150 g / L的生物浸出残留在25°C恢复94.70%的铅和50°C高达99.46% (97年]。
铬主要开发的治疗减少三价铬、六价铬或防止氧化三价铬。六价铬的氧化物本身不降解,并将积聚在生物很长一段时间。工业废水标准定义了六价铬作为一个一流的污染物,甚至许多国家禁止六价铬电镀的产品进入市场。铬污染的处理尾矿利用bioleaching技术不断更新。Chromium-containing尾矿中丰富Sukinda山谷,印度。bioleaching研究铬,bioleaching过程中,总铬最初的形式提取六价铬由于磷酸介质和随后减少由于吸附和还原三价铬(六价铬41]。
农业土壤中金属含量的调查附近废弃的金属矿山透露,对农业土壤砷有更深远的影响比镉的迁移行为,铅、锌;因此,砷尾矿的恢复是至关重要的(98年]。实验使用GEOCOAT™技术去除砷带入砷尾矿显示一列bioleaching率超过95%,没有温度对砷浸出率的影响99年]。从高浓度砷尾矿的生物浸出砷a ferrooxidans被发现主要影响纸浆密度和博士初始pH值从2.0改为2.2时,浸出率下降了45%,而当纸浆密度从2.0%上升到4.0%,浸出率下降了55%;因此,pH值范围应控制和适当的纸浆密度时应选择浸出高浓度砷尾矿(One hundred.]。在另一个生物浸出的研究砷尾矿与砷含量高(大约34000毫克/公斤),浸出率主要受温度和固体浓度、浸出率是最高的25°C和最低40°C,和随固体浓度增加而降低101年]。的差异影响因素的bioleaching砷在这两项研究是由于所使用的不同的浸出微生物。
3所示。Bioleaching挑战和机遇
3.1。挑战
除了实验室的研究中,处理尾矿利用bioleaching技术已经在工业规模(102年]。工业bioleaching过程分为irrigation-based原则(堆转储和bioleaching和原位bioleaching)和增值税,搅拌釜bioleaching [93年]。然而,一些因素限制工业化。
是否有biomining或生物淤积,微生物和矿物质之间的浸出机理仍然是复杂的(103年]。微生物的培训期间在实验室规模很长,很大程度上影响了其他实验条件。因此,提高bioleaching的易于操作的关键技术在大规模工业生产是提高现有bioleaching微生物,这样他们就可以保持高度活跃在更复杂的反应条件。此外,关于微生物的挑战[104年),只有少数基因的生物浸出堆嗜酸微生物已经出版的导数。尽管一些细菌基因组从酸性矿水排水(AMD)和酸性环境被用来构建替代品,这些模型不能完全显示,浸出潜能;与此同时,研究人员很难从实际生产获得的微生物样品,做进一步的研究困难。
镉在尾矿土壤主要是有机质和出现在不同的矿物相。土壤中铅和镉的生物利用度序列 ,镉在土壤中含量最高的尾矿的200 - 400米左右105年]。镉抑制落叶的分解影响蚯蚓的活动,导致土壤肥力退化106年]。因此,cadmium-containing尾矿的处理是非常重要的。文献综述表明,由于镉的低效率—目前有一些研究在尾矿bioleaching镉污染,但这些主要用于酸进行洗涤,植物修复,和其他技术107年,108年]。在未来,有必要进一步提高镉bioleaching技术来获得更高的浸出率根据镉的特点。
增加工具的大小也是一个挑战。小反应设备在实验室使反应充分进行,但是在大规模的工业生产,反应容器很大,pH值,氧气浓度,和微生物分布的解决方案无法维持,导致bioleaching利率下降。
生物浸出后,滤渣可能仍然包含unleachable重金属;因此,滤渣后续治疗也是一个挑战。
3.2。机会
与传统的物理和化学技术相比,生物技术的特点是更有创造性选择金属提取和加工(109年]。在尾矿处理、生物浸出技术的出现弥补了物理化学修复技术的缺点。然而,这些技术仍然有很高的增长潜力。
目前,生物浸出实验中使用的土著微生物提供优秀的基因数据。这些数据可用于合成微生物符合要求的工业规模的生物浸出的重金属尾矿通过基因重组提高浸出效率,降低工业成本,充分利用尾矿资源(110年]。未来的进步biogenomics将克服微生物约束。它也将大大促进微生物浸出和抗氯盐生物的发展在碱性环境中。
额外的生物浸出的影响因素从尾矿重金属最近被发现,这创造了新的机会来改善金属浸出率。大部分的因素影响微生物活动对浸出率的影响。因此,未来的研究可以建立在这个突破,使微生物基因抗高压和盐度等来获得更大的重金属的浸出率。
浸出稀土元素也被开发出来的技术。由于尾矿中稀土元素的含量低,生物浸出无法开采等二次资源的最大化。创新技术,如高温焙烧结合生物浸出、生物浸出氰化物浸出结合,因此细菌氧化结合生物浸出的发展。此外,通过酶生物浸出反应的发展,可以有选择地从尾矿中重金属,这不仅可以提高金属浸出率和经济价值也进行有效治疗金属污染(111年]。
生物浸出的残留尾矿也被进一步研究。一项研究报道,后恢复治疗的砷/镍/钴浸出渣,铜的浸出率,钴、镍、锌、砷达到96.31%,97.23%,98.56%,98.46%,和93.84%,分别,这是有利于资源的有效利用和减少矿产资源的浪费112年]。
4所示。结论
Bioleaching是金属从尾矿中复苏和可持续的方法控制污染,它可以帮助节约不可再生能源消耗在采矿业和充分利用的二次资源。综述,以前出版领域的结果bioleaching尾矿进行了综述和介绍,包括bioleaching机理、影响因素的类型,和尾矿的类型。综述表明,该技术用于尾矿的bioleaching成熟。除了传统的影响因素,研究因素,如压力、微裂隙,盐度为改进提供了新路径的金属浸出率。应用CiteSpace (5.7 r2)直观的可视化的研究热点bioleaching尾矿主要包括biocyanidation,锰的恢复和溶解动力学。新的浸出微生物的发现,biogenomics发展,结合biocyanidation新的机遇从bioleaching尾矿重金属的工业生产。今后发展的主要方向识别综述的工业生产的发展通过生物浸矿尾矿重金属复苏,而不断优化的过程,创造更高的经济效益和生态效益。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。