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金属的神奇来源探秘绿色冶金 [复制链接]

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在相当长的时间里,人们只着眼于金属产量的增加,忽视了环保,一些工业发展较快的国家,环境污染事件频繁发生。我国重点控制的12种危害严重的污染物中,重金属占6种。如大量的含铜、镍、锌、铬、铁等多组分重金属危险废弃物,由于重金属废弃物处理技术难度大,国内外尚无有效的深度回收治理方法。研究“绿色冶金”技术是实现重有色冶金可持续发展的有效途径。目前发展迅猛的“绿色冶金”技术主要有植物冶金和细菌冶金。植物在千百万年漫长的进化演变过程中,已经练就了一身非凡绝招,许多植物有累积某些金属元素的能力。如香薷含铜比较丰富、紫云英含硒、苜蓿含钽、石松含锰格外丰富。有些植物能累积稀有金属,如铬、镧、钇、铌、钍等,被称为“绿色稀有金属库”。它们对稀有金属的聚集能力要比一般植物高出几十倍、成百倍,甚至上千倍。比如铬,在一般植物中用光谱检测也很难发现,而凤眼兰却能在根上累积铬,其含量可达到0.13%。俄罗斯生物学家梅格列特在研究一种叫蓼的一年生草本植物时,意外发现蓼的叶子中含有异常高的锌、铅、镉等金属。这是否表明蓼有从土壤中吸收这些金属的“嗜好”呢?于是他带着这个疑问,在一些被锌、铅、镉之类金属污染过的土地上种了大量蓼。这些蓼长得非常茂盛,叶子又大又厚。苜蓿花其实,自然界可以聚集矿物的植物何止这些植物呢。海洋中的海带,吸收了海水中的碘,只要我们把海带烧成灰,便可以从它的灰分中提炼出大量的碘来;有一种名叫紫甘信的牧草,它具有吸收金属钽的特殊本领,将40公顷的紫甘信烧成灰,就可以提炼到克的钽;向日葵吸收的钾、车前草吸收的锌、黄藤草吸收的锡、烟草中吸收的锂等,其灰分中金属的含量等达到了工业品位。这一系列的发现引起了科学家们的极大兴趣,被人们称为“绿色冶金”技术。人类将有可能通过种植植物来获得所需的金属,同时还可以改善遭受人类破坏的环境。一提到细菌,人们往往会想到哪些危害人类健康的细菌,如霍乱菌、结核菌等,然而并不是所有的细菌都是坏东西,有不少细菌还是人类的好朋友呢!如酵母菌能为我们酿出美味的葡萄酒,有的细菌能将石油变为蛋白质,将空气变为氮肥。科学家在显微镜下从铁末中找到了一种微小的细菌,这种细菌能分解铁的化合物,并把分解出来的铁质“吃下去”。这些“贪吃”的细菌因“暴食”而死,铁末沉积在管内。该类菌在富含铁的水中尤为普遍。铁细菌能把水中溶解的亚铁氧化成高价铁形式,沉积于菌体内或菌体周围,并从中取得能量进行自养生活,铁细菌常在水管内壁附着生长,形成结瘤,所以它们不仅能造成机械堵塞,而且还能形成氧差电池腐蚀管道,并出现“红水”,恶化水质。由于细菌具有这种特殊的功能,它已成为人类用来战胜疾病、征服自然的工具,人们还利用细菌“吃”金属的本领,开创了从矿石中提取金属的新技术。体积小到肉眼看不见的细菌,竟能大规模地从矿石中采集出各种有用金属,这不能不令人惊叹不已。能“吃”铁的细菌最早发现于年,德国的德里斯顿的大量自来水管被阻塞了,拆修时发现管内沉积了大量铁发现有一种能“吃”硫的细菌。它们生活在矿井的水中,专靠“吃”金属化合物中的硫而生存。蓼草能“吃”铁的细菌和能“吃”硫的细菌的发现,引起了各国冶金学家的极大兴趣。他们设想在矿山大量繁殖能“吃”金属的细菌,通过细菌直接来提炼各种金属,这样就比从矿石中冶炼金属方便多了。于是一门新兴的技术——细菌冶金便产生了。细菌冶金又称微生物浸矿,是近代冶金工业上的一种新工艺。它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等,以回收某些贵重有色金属和稀有金属,达到防止矿产资源流失,最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。有关细菌冶金的原理,至今仍在探讨之中,这里仅举一例说明其反应过程:硫酸和硫酸铁溶液是一般硫化物矿和其他矿物化学浸提法中普遍使用的有效容积。氧化硫硫杆菌和聚硫杆菌能把矿石中的硫氧化成硫酸,氧化亚铁硫杆菌能把硫酸亚铁氧化成硫酸铁。通过反应细菌得到所需能量,而硫酸铁可将矿石中的铁或铜等转变为可溶性化合物而从矿石中溶解出来。有关的金属硫化物经细菌溶浸后,收集含酸溶液,通过置换、萃取、电解或离子交换等方法将各种金属加以浓缩和沉淀。在自然界,微生物在多种元素的循环当中起着重要作用,地球上许多矿物的迁移和矿床的形成都和微生物的活动有关。它不产生二氧化硫等有害气体,投资少,能耗低,试剂消耗少,能经济地处理低品位、难处理的矿石。目前,这种方法仍处于发展之中,它还必须克服自身的一些局限性,如反应速度慢、细菌对环境的适应性差,超出了一定的温度范围细菌难以成活,经不起搅拌等。为此,一些科学家建议应从遗传工程方面开展工作,通过基因工程得到性能优良的菌种。相信在不远的将来,生物细菌冶金一定会得到更加广泛的应用。除细菌浸铜、细菌浸铁以外,细菌浸铀、细菌浸锌、细菌浸金、细菌浸锰等,近年来也在一些国家日益发展起来,并已取得了一定成果。我国在采矿工业中应用先进的细菌冶金技术,也已取得了显著的成绩。如四川南汇铜矿用自然培养铜细菌循环浸出工艺,首次浸铜成功,浸出率高达46%,1吨海绵铜成本仅为普通炼钢法的1/3。由于植物采矿和细菌冶金可以充分利用资源和废物,能耗少、环境污染轻,是事半功倍、高效的采矿冶金方法。因此,人们称它们为“绿色冶金”。随着人类文明向前推进,任何一个环境污染严重的冶金工艺总要被淘汰,取而代之的是一个较为清洁的新工艺。因此,有远见的科学家,应该将自己的研究重点移到无污染的“绿色冶金”工艺上去,让我们的地球家园更加清洁,更加美丽!
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