随着社会的发展,人类对于矿产资源的开发力度日益加大。但是,地球上的矿脉是有限的,优质的富矿石资源在逐渐枯竭。于是,人类需要面对这个问题:如何更合理、更高效地从含有大量杂质、开发价值较低的矿石资源——低品位矿石中分离出所需要的元素? 20世纪初,两位美国科学家发现了一种能够在酸性、高温的条件下存活的细菌,叫做氧化硫硫杆菌。它能够将矿石中的某些金属元素提炼出来。科学家发现,因为在一定的条件下,氧化硫硫杆菌会向外分泌一种由蛋白质、多糖、脂肪等组成的黏液。黏液依附在矿石上,就会和矿石中的元素发生反应。
这些反应主要分为三类:第一类是直接作用,在有水和空气存在的情况下,细菌与矿物表面接触,将不易溶解的金属硫化物氧化为溶于酸的金属离子。然后通过置换反应,将金属离子置换出来,就得到所需要的高纯度金属了。第二类是间接作用,微生物可以把黄铁矿快速氧化,生成硫酸铁,而硫酸铁是一种高效的金属矿物氧化剂和浸出剂,其他的金属矿物都可以被其浸出。第三类在实际生产中运用得最为广泛,那就是把直接作用和间接作用结合在一起的复合作用。
微生物选矿以能耗低、工艺简单、环境污染少等优点日益受到人们的关注。就拿较早开始研究的微生物浸铜技术来说吧,1958年研究者在西班牙用细菌产生的硫酸高铁溶浸低品位铜矿石,成功地回收了铜,并在1980年实现了生物堆浸的商业化应用。在我国,20世纪90年代,低品位铜矿生物提取工艺已在江西成功应用,并建成年产2000吨电铜的堆浸厂。现在,我国已经有了数家年产量万吨以上级别的微生物浸铜厂。到目前为止,世界每年利用细菌溶浸法得到的铜量已经占到了世界铜产量的20%以上。智利是运用这项技术产铜最多的国家。
目前,研究者主要关注的是如何能够培养出效率更高、对环境更友好的微生物,如何降低培养成本等,而这些研究可以促进其在工业上的应用。随着微生物选矿技术的发展日渐成熟,越来越多的行业会随之受益,例如电子产品回收业。在印刷电路板、CPU等电子产品元器件中,含有相当可观的、具有回收价值的金属,比如银和铜。但在目前,从电子产品中回收等量的金属的成本,远远高于直接从矿石中提炼的成本。而微生物选矿技术一旦发展成熟,也会极大地降低电子回收的成本。相信在未来,不仅能给人们带来生活上的便利,还可以减少对环境的污染和破坏的程度。