神秘的微生物冶金:吃的是矿石 吐的是黄金(组图)

　　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。

　　浸矿的细菌不能利用有机物质，只能利用空气中二氧化碳为碳源，以无机氮为氮源，通过氧化Fe2+为Fe3+或氧化元素硫为硫酸获取生长所需的能量。在自然界中，它们生活在pH1.5-4.5的酸性矿水中，有的菌株能在pH值小于1的硫酸水中生长，是目前所知最耐酸的微生物。

　　这些嗜酸细菌和其他靠“吃矿石”为生的细菌是如何“冶金”的呢？有人发现，细菌能把金属从矿石中溶浸出来，是其生命活动中生成的代谢物的间接作用，也就是说，通过细菌作用产生硫酸和硫酸铁，然后通过硫酸或硫酸铁作为溶剂浸提出矿石中的有用金属。在这个过程中，细菌得到了所需要的能量，而硫酸铁可将矿石氧化使其中的铜、镍或铀等转变为可溶性化合物而从矿石中溶解出来，而被包裹在矿石中的金、银也可以在矿石溶解后浸出。有的研究者认为生物冶金的原理是细菌对矿石具有直接浸提作用，也就是说细菌对矿石存在着直接氧化的能力，细菌与矿石之间通过物理化学接触把金属溶解出来。有的研究者还发现，某些靠有机物生活的细菌，可以产生一种有机物，与矿石中的金属成分嵌合，从而使金属从矿石中溶解出来。电子显微镜照片也证实：氧化硫酸硫杆菌在硫结晶的表面集结后，对矿石浸蚀有痕迹。此外，微生物菌体在矿石表面能产生各种酶，也支持了细菌直接作用浸矿的学说。

　　微生物小试身手

　　目前，生物治金已成功地用于铜矿、金矿及重要元素铀的冶炼。采用传统方法冶炼，成本高、污染大、效率低。而目前我国正进入快速工业化阶段，矿产资源储量增长速度远远赶不上产量，对国外矿产资源的依赖程度越来越高，其中铜精矿80%依赖进口。生物冶金新工艺不仅可高效利用贫矿、表外矿、尾矿，而且将大幅度减少电、煤、油等消耗和废气、废水排放。就铜而言，因为显著提高了原生硫化矿的浸出率，新工艺使可利用资源量大幅扩大，使我国铜储量的保证年限从10年延长至50年。

　　但是，生物冶金法仍处于发展之中，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，超出一定温度范围细菌难以成活，经不起搅拌，对矿石中有毒金属离子耐受性差等等。为此，一些科学家正在从遗传工程方面开展工作，试图通过基因工程得到性能优良的菌种。

　　这些“吃矿石”的小小微生物拥有惊人的大能量，相信在不远的将来，生物冶金一定会得到更加广泛的应用。（作者：陈栋炜 姜成英 刘双江；单位：中国科学院微生物研究所）