项目申请书
2020-03-01 23:36:21 来源：范文大全收藏下载本文
1项目的立项依据：生物冶金是利用以矿物为营养基质的微生物，将矿物氧化分解从而使金属离子进入溶液，通过进一步的纯化、浓缩获得金属的新技术，它的实质是加速硫化矿物自然转化成氧化物的湿法冶金过程。该技术综合了湿法冶金、微生物学、矿物加工、化学和环境工程等多个学科的研究成果。与传统处理工艺相比，生物冶金技术具有如下特点:(1)工艺流程简化、设备简单易操作、成本低、能耗少。(2)资源利用广，能使更多不同种类及低品味矿物资源得到有效利用。(3)污染排放少，有利环保。从文献记载来看，生物冶金技术已具有较长的历史，早在公元前2世纪，堆浸在当时就是生产铜的普遍做法[1]。我国是世界上最早利用微生物浸矿的国家，但也只是在采铜、铁过程中不自觉地利用了自发生长的某些自养细菌浸矿。在欧洲，这种技术的应用至少始于公元二世纪，从1687年开始，瑞典中部Falun矿山的铜矿至少已经浸出了2百万吨铜。
目前已经扩大到利用具有浸矿能力的细菌进行铜、铀、金、锰、铅、镍、铬、钴、铁、砷、锌、铝等几乎所有硫化矿的浸出。世界上第一座大型细菌处理厂[2]是加纳的Ashanti生物氧化系统，1995年扩建设计规模为960t/d。产业化相对领先的国家有智利、澳大利亚、美国、南非、日本等，中国、欧盟也从近几年先后投入大量资金开展生物冶金领域的研究。中国于2004年启动了生物冶金重大基础研究项目(即973计划)——微生物冶金的基础研究，中南大学邱冠周教授任首席科学家。产业化方面也取得一定进展，例如在江西德兴铜矿的堆浸[3]、福建紫金矿业紫金山低品位铜矿的原位堆浸[4]以及广东梅州低品位铜矿生物冶金国家高技术示范工程项目等。
目前，无论是国外还是在国内，微生物冶金的产业化主要集中体现在以下两个方面：①铜的生物提取;②难处理金矿的生物提取[5]。据报道，目前用生物法提取的铜约占全世界总的铜产量的25％，特别在美国、加拿大、澳大利亚、智利等20多个国家都相继实现了生物提铜的产业化。而在我国，也有3座铜的生物氧化提取工厂相继投入生产，它们分别是江西德兴铜矿、福建紫金山铜矿、云南官房铜矿。生物浸铜是指用天然物质水、空气和微生物将有价金属从铜矿石或精矿中浸出，以离子形式存在于浸出液中并加以回收的方法，微生物的作用是催化铜硫化物的氧化[6]。
主要参考文献：
[1]杨显万，沈庆峰，郭玉霞．微生物湿法冶金(M)．北京：冶金工业出版社，2003．
[2] Brierley L，Bacterial Succeion in Bioheap Leaching，2001．
[3]Yang Songrong，Xie Jiyuan，Qiu Guanzhou，Hu Yuehua．Research and application of bioleaching and biooxidation technologies in China.MineralsEngineering，2002，15：361-363
[4]Ruan Renman，Wen Jiankang．Bacterial Heap—Leaching：Practice In Zijinshan Copper Mine．In Harrison S．T．L，Rawlings D．E．and Petersen J．(editors)，Proceedings of 16th IBS，2005：137-144．
[5] 陈顺方，钟文远，难浸硫化金矿的微生物氧化预处理及应用现状，2000(02)．
[6] 李宏煦，王淀佐，生物冶金中的微生物及其作用．有色金属，2003，55(2)：60～63．
2项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键科学问题
A研究内容: 浸矿微生物群落基因组学与种群优化调控研究。
由于微生物铁、硫代谢是群落浸矿作用最主要的过程，因此，首先必须在浸矿体系微生物多样性研究的基础上，对生物冶金浸矿体系铁、硫代谢系统和抗逆性的基因多样性及其对浸矿作用的影响开展研究；进一步将不同功能纯种与各种纯矿物构建共培养浸矿体系，分析这些体系中微生物的生长情况以及在基因组水平上基因表达的差异；此外，浸矿体系有时会出现高温、过酸和多种有毒金属离子等极端条件下，在这些条件下，共培养物会表现出协作的基因组水平的应答以获得体系全部功能的稳定性，为此，进一步将研究不同逆境条件下微生物群落的协同应答反应；同时，为了使生物冶金应用于更多不同类型的矿产资源，还将继续从不同矿区分离培养浸矿菌株，扩大菌种资源库。通过这些研究，阐明基因组水平上微生物种群相互作用的分子机理，建立浸矿微生物合理复配理论，优化浸矿微生物种群组合，强化生物浸出过程中微生物的作用。
B.研究目标: 本项目针对我国复杂低品位铜镍钴、铜钼和铜锌硫化矿资源生物冶金的共性问题，通过对硫氧化体系中浸矿行为与微生物群落和功能变化规律的基础理论研究，在冶金微生物种群协同作用及其硫氧化代谢系统的调控、微生物-矿物多相界面的生物学-化学-工程学机制、生物浸出过程的多样性方面取得突破，最终形成我国低品位原生硫化矿的生物冶金技术原型。实现铜镍金等有色金属矿产资源的高效利用，以扩大我国紧缺战略有色金属矿产资源的经济储量，为国民经济可持续发展与国家安全提供资源保障。
1）针对我国铜镍金等有色金属难处理矿产资源生物冶金的共性问题，揭示硫氧化体系中浸矿行为与微生物群落和功能变化规律，阐明高效菌种硫氧化代谢调控机理，实现对浸矿体系微生物种群的优化调控，进一步扩大生物冶金菌种资源，建立微生物冶金过程中细菌与矿物的化学-生物学相互作用理论。
2）创立高效低成本处理复杂低品位铜镍钴、铜钼、铜锌硫化矿和高砷难处理金矿矿产资源的生物冶金新体系和新方法，实现紧缺战略有色金属矿产资源的高效利用。通过研究，低品位铜矿铜浸出率达到80%，金矿预氧化率达到90%。使铜金属可利用储量扩大1000-2400万吨、镍金属300-500万吨、钼金属160-330万吨、金1200-2000吨，为我国国民经济可持续发展与国家安全提供资源保证。
C.拟解决的关键科学问题：冶金微生物种群协同作用机理及其硫氧化代谢系统的调控。
已有的研究表明，微生物浸矿作用是由多个不同种群共同组合在一起而完成的，由于矿物种类和浸矿环境条件的差异，浸矿体系中微生物的种群明显不同，前期的研究已初步查明了我国浸矿微生物种群类型。从功能上看，这些微生物有的能氧化亚铁、有的能氧化硫、有的既能氧化亚铁又能氧化硫、有的能还原三价铁、有的既能氧化亚铁又能还原三价铁。即使是行使同一功能的同种微生物也存在性质不同的多个菌株。这些微生物在浸矿体系中的共同存在，有的有利于浸矿效果的提高，但也有一些微生物的存在不利用矿物的浸出。在生产实际的生物浸矿过
程中，矿石表面通常会含有多种微生物，而为了提高浸矿效果所接种的外来微生物，必须与本土微生物共栖形成微生物群落才能行使浸矿功能。前期研究通过基因功能的破解，建立了浸矿菌株及其活性检查的基因芯片方法，实现了微生物浸矿行为由表现型向基因型转变，并筛选了一些高效菌种和菌株，如何使这些菌种和菌株有效的融入到浸矿微生物群落中发挥作用是必须进一步解决的问题。因此，对浸矿体系微生物种群是如何相互作用这一问题的认识，既可更深入地阐明生物冶金过程的微生物学机理，也可以为生物冶金浸出速度和浸出率的提高提供指导。作为有重要前途的高温浸矿微生物，要从各种生态环境进一步了解其生物多样性，建立高温浸矿微生物分离纯化、鉴定、保藏等技术平台；揭示这些微生物在浸矿体系中的功能，以及在浸矿微生物群落中相互作用机制。此外，耐寒、嗜冷等极端浸矿微生物的应用将有利于我国西北地区硫化矿的加工处理，其分离筛选和驯化研究工作也非常重要。
3.本项目的特色与创新之处：
（1）针对原生硫化矿生物冶金过程中菌种多、选育难、相互作用复杂，研究和揭示硫氧化体系中浸矿行为与微生物群落和功能变化规律，进一步扩大生物冶金菌种资源，在基因组水平和种群相互作用层面上揭示微生物群落浸矿功能的机理。
（2）针对氧化过程中硫的价态变化大的特点，开展浸矿微生物高效菌株硫代谢功能基因及其调控的研究，发现和鉴定出一批具有良好应用前景和自主知识产权的铁硫代谢功能基因，在蛋白质组学和功能基因组学水平上阐明高效菌种硫氧化行为与环境因素影响的生物化学基础，揭示高效菌种硫氧化分子机制及硫氧化活性调控途径，阐明高效菌种硫氧化代谢系统的调控机理。
（3）针对我国复杂低品位铜镍钴、铜钼和铜锌硫化矿资源，研究生物冶金复杂系统多样性规律与生物冶金新体系设计原理，解决生物冶金工程条件、物理化学因素调控和微生物群落结构与功能分析相结合的难题，形成原生硫化矿浸出与溶液分离提取技术原型。系统化地集成或优化生物氧化及提金技术，实现大规模的生物堆浸氧化生产，清洁、高效地利用低品位高砷难处理金矿资源，使工业生产中处理金精矿的砷含量提高到10%。
班级：生工A1101姓名：吕远
学号：2011018099
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