紫金山銅礦位于福建省上杭縣，為上金下銅大型斑巖成礦系列-次火山高硫中低溫熱液礦床。金礦體主要賦存于潛水面以上氧化帶中，銅礦體賦存于潛水面以下原生帶中，西北礦段已控制銅礦達大型。礦石主要有價元素為銅，其他有益金屬元素含量甚微。該礦是我國大型銅礦床之一，主要目的礦物為輝銅礦、銅藍和硫砷銅礦，有黃鐵礦伴生，適宜采用生物技術工藝處理。
自 2005 年底萬噸級生物提銅工藝在紫金山銅礦投產以來，運行穩定，浸出率高，取得了良好的經濟社會效益，積累了豐富的經驗。但隨著開采的進行，礦床銅品位不斷降低、硫銅比不斷升高、酸鐵過剩，再加上南方天氣多雨水，給工業化生產帶來了嚴峻的挑戰。如何進一步提高堆浸提銅效率，高硫/銅比硫化銅礦石生物堆浸提銅過程水、酸和鐵平衡、廢石排土場環保、浸礦微生物安全性、酸性水處理、生態修復等技術難題依然存在。本文對礦石性質及生產過程中礦石物質組成變化進行了詳細分析，考察了生物堆浸過程中 pH 值、電位、氣體濃度、溫度等主要參數對銅浸出效率的影響，揭示了微生物浸礦過程作用原理，分析了浸出過程中的關鍵影響因素，優化了浸出過程。
1、 試驗材料及試驗方法
1． 1 試驗材料
\\(1\\) 菌種。試驗所用細菌來自福建上杭紫金山銅礦酸性礦坑水中分離篩選的氧化亞鐵硫桿菌\\(Thiobacillus ferrooxidans\\) 菌株。
\\(2\\) 礦樣。試驗用礦石經露天采礦、兩段閉路圓錐破碎后，產品粒度為 －40 mm。
采用 MLA 工藝礦物學參數自動定量分析測試系統對礦樣進行化學性質分析，測定原礦礦物組成，結果見表 1 和表 2。
該礦石有價金屬元素為銅，此外，礦石中硫含量較高，硅酸鹽類礦物達 78% 以上。銅礦物主要以藍輝銅礦、銅藍和硫砷銅礦形式存在，80． 81% 的銅賦存在藍輝銅礦及銅藍中，18． 11%的銅賦存在硫砷銅礦中。其次有少量的硫錫鐵銅礦、等軸硫砷銅礦、斑銅礦等; 黃鐵礦含量較高，脈石礦物主要為硅酸鹽類礦石; 硫除形成銅的硫化物和明礬石外，主要以獨立礦物黃鐵礦的形式存在。該礦石屬于典型的低品位次生硫化銅礦，而且礦石中有價金屬元素比較單一，適宜采用生物冶金工藝處理。
\\(3\\) 培養基。采用 9 K 培養基，其成分為:\\(NH4\\)2SO4，3． 0 g/L; K2HPO4·3H2O，0． 5 g / L; KCl，0． 1 g / L; MgSO4·7H2O，0． 5 g / L; Ca\\(NO3\\)2·2H2O，0． 01 g / L; 蒸餾水 1 000 mL。培養基初始 Fe2 +濃度為9． 0 g / L，初始 pH 為 1． 8 ～ 2． 0，接種量 5% ，溫度30 ℃ ，搖床轉速 150 r / min，培養時間 2 ～ 3 d。
1． 2 試驗方法
\\(1\\) 筑堆及數據檢測。采用汽車前進式筑堆方式，堆高 8 m，用推土機將被汽車碾壓的礦石表面疏松。礦堆底部不充氣，自然通風狀態，礦堆中安裝測定溫度和氣體濃度的設備。在進礦筑堆的過程中在試驗區指定點垂直埋下用于放置溫度探頭和氣體導管的不銹鋼管，不銹鋼管直徑 65 mm，每個指定點安裝 3 根不銹鋼管，埋入深度分別為 1，4，7 m。溫度探頭使用型號為 WZP-187 的鉑熱電阻，將探頭放置于各個點不同深度的不銹鋼管中，用導線將溫度探頭與溫度記錄儀相連，獲得實時溫度數據。用 PP管插入不同深度的不銹鋼管內，測定堆內氣體濃度并密封不銹鋼管口和 PP 管，測定堆內氧氣和二氧化碳濃度時將 PP 管與儀器對接。
\\(2\\) 浸渣化學性質分析。試驗結束后，打鉆取礦堆不同高度的浸渣樣品，水洗后烘干，經震動磨磨細后進行分析。
2、 試驗結果與討論
2． 1 浸出過程 pH 值變化情況
pH 值是影響細菌活性的關鍵因素，pH 值過高或過低都嚴重影響細菌的活性，不利于浸出，浸出過程中 pH 值變化見圖 1。
浸出液 pH 值受噴淋液 pH 影響較大，兩者變化規律與后者相同。由于礦石堿性脈石少，前期洗礦并沒有使 pH 值大幅度上升，不需要額外補充酸，在整個浸出過程中，浸出液 pH 值和噴淋液 pH 值相差不大，但浸出液 pH 值略低于硐坑水 pH 值，而且浸出液pH 值略有降低，說明礦堆中硫氧化菌發揮了作用，部分硫被氧化為硫酸，但黃鐵礦并沒有被大量氧化溶解。浸出液 pH 值保持在1．8 ～2． 0，有利于細菌的快速繁殖，并為后續的萃取工藝創造了較好的條件。
2． 2 浸出過程中 Eh 變化情況
氧化還原電位是影響黃鐵礦溶解的關鍵因素，提高氧化還原電位有利于黃鐵礦的溶解，而次生硫化銅的溶解與氧化還原電位相關性較小，在高電位和低電位下都能保持較高的浸出速率。浸出過程氧化還原電位變化見圖 2。
在浸出過程中，硐坑水中的亞鐵離子被細菌氧化形成高價鐵離子，而高價鐵離子具有強氧化性，可以氧化硫化礦物使銅離子溶出。由圖 2 可知，自開始噴淋以后，浸出液氧化還原電位逐步升高，說明堆內鐵氧化菌發揮了作用。但浸出液中氧化還原電位基本保持在 620 mV 以下，有效抑制了黃鐵礦的快速溶出。
2． 3 銅浸出率變化情況
取代表性浸出液，測定溶液中銅離子濃度，分別計算銅浸出率，浸出率變化曲線見圖 3。
由圖3 可知，在噴淋開始后的前50 d，銅浸出速率快，能夠達到 30%，而在之后的 50 d 內銅浸出率保持一個平穩的增長速率。浸出 180 d 后，銅浸出率達到 80%以上，浸出效果較好。
2． 4 優勢菌群分析
浸出 3 個月后，取具有代表性浸出渣樣品，通過構建基因克隆文庫分析礦堆中微生物群落組成，結果見表 3。由表 3 可知，微生物主要以紫金牛葉瘤桿菌、嗜鐵鉤端螺旋菌、嗜酸氧化亞鐵螺旋菌為主，所占比例分別為 26． 14%、25． 18%和 12． 63%。此外，也存在鐵氧化菌嗜鐵氮鉤端螺旋菌和硫氧化菌熱嗜酸硫桿菌，從微生物的功能來看，包含了異養菌、鐵氧化菌和硫氧化菌這 3 類在生物堆浸環境中必要的功能菌群，這有利于銅的高效浸出，為進一步提高銅浸出效率奠定了基礎。
3、 結 論
\\(1\\) 紫金山銅礦是我國大型銅礦床，屬于低品位次生硫化銅礦，礦石中有價金屬元素比較單一，適宜于采用生物冶金工藝處理。
\\(2\\) 生物浸出過程中 pH 值保持在1． 8 ～2． 0，適宜于細菌的快速繁殖，有效促進了銅的高效溶出。同時，體系中氧化還原電位保持在 620 mV 以下，可有效抑制黃鐵礦的溶解。
\\(3\\) 對礦石表面菌群結構進行分析，礦石表面初始階段微生物種群主要以鐵氧化菌為主，浸出中后期演變為鐵氧化菌和硫氧化菌共存且硫氧化菌比例較高的群落，有利于實現銅的選擇性浸出。
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