微生物冶金技术精选(九篇)

第1篇：微生物冶金技术范文

关键词：接触过滤；冶金化工；污水处理；应用

0.前言

随着一系列水污染事件的发生，严重影响了人们的生产生活，威胁着人们的身体健康，引起了国家的高度重视。在水污染事件中，污染源主要来自冶金化工行业，因此，国家环保部十分重视冶金化工行业的污水处理，出台一系列措施防止冶金化工行业污水未经处理直接排放，相关行业积极改进企业污水处理，使企业排放废水符合国家标准。

1.工厂简介

建滔化工集团现时为全球最大覆铜面板生产商之一。集团自一九八八年成立第一间生产覆铜面板的工厂以来，一直积极进行垂直和横向双线扩展。发展至今，分厂超过六十间，经营范围已由覆铜面板发展至印刷线路板、化工产品、包括甲醇、甲醛、双氧水、苯酚/丙酮、双酚A、烧碱、PVC、焦煤及焦炭；铜箔、玻璃纤维布、玻璃纱、漂白木浆纸、液晶体显示屏及磁电产品等多个领域。其旗下的建滔（连州）铜箔有限公司最主要业务是生产电解铜箔。

2.冶金化工行业污水特点及处理简介

冶金化工行业污水是指化工企业或者冶金企业在生产过程中产生的废水、废液等。其中有许多随水流失的工业生产用料、中间体、产品以及生产过程中产生的污染物。随着我国冶金化工行业的高速发展，相关企业产生的污水数量急速增加，污水中所含有毒有害物质种类逐渐增多，对水体的污染也日趋广泛，对人类的身体健康和生命安全带来了严重的威胁。

2.1冶金化工行业污水特点

冶金化工行业污水的主要特点是被污染水水量大、污水中有毒有害物质种类多、污水水质不稳定，复杂多变。按污水来源和特点对污水进行分类：主要有冷却水、酸洗废水、洗涤废水（除尘、煤气）或烟气下冲渣废水、炼焦废水以及由生产中凝结、分离或溢出的污水等化工冶金污水。

2.2污水处理方法分类

污水处理方法按照其作用分为物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法四大类。其中，接触过滤技术作为一种物理化学处理方法，在冶金化工行业污水处理中应用效果较好，工艺简单，处理费用低廉。

3.接触过滤技术、过滤系统组成及特点

3.1接触过滤技术

接触过滤技术也叫微絮凝―接触过滤技术。微絮凝是指在含有悬浮颗粒、重金属的污水中，加入适宜量的絮凝剂，在短时间内形成微小的聚集体，使悬浮颗粒或重金属离子絮凝的过程。微絮凝与过滤技术结合，就形成新的单元处理过程――微絮凝过滤。接触过滤是指在原水中加入絮凝剂后，原水立即进入过滤池，使絮凝反应的全过程在过滤池中进行。

3.2微絮凝接触过滤系统组成

微絮凝―接触过滤技术将混凝过程与过滤过程在过滤池内同步完成，省去了沉淀过程，是一种新型的接触絮凝过滤技术。这种过滤技术将污水处理流程进行简化，降低了污染设施投资费用，减少了运行费用，还能够将过滤周期延长，提高污水处理量，提升出水水质。微絮凝接触过滤系统主要由全自动取水设备、管道混合器、微絮凝接触过滤器、加药设备及消毒装置等组成，处理工艺流程为：全自动取水设备一管道混合器一微絮凝接触过滤器一出水。

3.3微絮凝过滤系统特点

（1）管道混合器设备简单，不需要外加动力设备，也无需建设土建物，而且缓和效果好，水头损失小，在设计的额定流量范围内能达到较好的混合效果。

（2）微絮凝接触过滤技术的过滤精度高，不仅能将水中95%以上悬浮物去除，而且还能去除病毒、细菌、胶体、重金属离子和大分子有机物质等。该技术纳污量大，速度快，反冲洗耗水量极低。

（3）絮凝剂自动加药系统采用游动电位原理，可以在线测量污水中加入絮凝剂后的静电荷强度，可以依据相关数据分析系统自动改变絮凝剂的投加量，以达到最佳的絮凝效果，节省药剂。

4.接触过滤技术在建滔铜箔（连州）有限公司污水处理中应用分析

为了进一步加强污水处理，节约水资源，该公司于2006年进行污水处理工艺改造，将接触过滤技术应用于二级浓密箱出水口，取得了较好的处理效果。接触过滤技术在该厂的污水处理中具体应用分析如下：在该厂污水处理系统中，对原有的一、二级浓密箱填料进行变更，在原二次浓密箱出口增设絮凝混合装置，通过絮凝剂混凝沉淀水中的重金属离子和悬浮物等。絮凝装置之后再增设接触过滤器2台，使得污水在经过增设的絮凝装置进行处理后，进行深度过滤，保证废水能够达到国家相关排放标准，保证对环境危害降低。

该公司在采用接粗过滤技术，对原有污水处理系统进行改造之后，通过相关监测数据分析，污水中固体悬浮物SS被有效除去，污水中重金属离子含量在相应国家水质二类标准以上，出水水质达标，其他污染物的排放量也达到相应的行业排放限值以下。

实践表明，絮凝接触过滤技术在该厂污水处理系统中的应用，实现了企业污水排放的深度净化，污水回用率由10%提高到70%左右，外排废水中总锌含量、总镉含量分别小于1. 50mg/L和0. 05mg/L，污水排放合格率100%。

5.总结

冶金化工行业作为我国污水来源的主要行业，加强相关企业的污水处理系统建设，积极改善污水排放质量，对保护环境，保护水体不受污染意义重大。絮凝接触过滤技术作为一种化学物理处理技术，在污水处理中不仅处理效果好，而且投资使用费用较低等特点，应在冶金化工行业的污水处理中广泛应用。

参考文献

[1]颜敏. 接触过滤技术在冶金化工污水处理中的应用[J]. 稀有金属与硬质合金，2007，02：28-30+39.

[2]张伟. 膜技术在化工污水处理中的应用[J]. 科技致富向导，2013，17：313.

[3]洪常春，陈福霞，郭志红. 流砂过滤技术在腈纶污水处理中的应用[J]. 油气田环境保护，2011，04：39-41+71.

[4]杜维君. 过滤与分离技术在油田含油污水处理中的应用现状与发展趋势[J]. 河南科技，2013，12：185-188.

第2篇：微生物冶金技术范文

（重庆城市管理职业学院工程管理学院，中国 重庆 401331）

【摘要】微生物技术在矿物加工中已经得到大量的应用，表现出了良好的经济、环境和社会效益。本文总结了微生物技术在成矿、选矿、矿物冶炼、尾矿处理等方面的研究和应用情况。指出微生物技术在矿物加工中还有很大的应用潜力。

关键词 微生物；矿物加工；成矿；选矿

The Application of Microbial Techniques in Mineral Process

LI Qiang　SUN Guo-yin

(School of engineering management of Chongqing City Management College, Chongqing 401331，China)

【Abstract】Microbial techniques have been used in mineral process industry. It has brought an good economical, environmental and social benefit. The study and applied condition on microbial techniques used in mineral creating, mineral selection, mineral metallurgy and gangue disposal has been summarized in this paper. The application of microbial techniques in mineral process industry will obtain greater development in the future.

【Key words】Microbe；Mineral process；Mineral creating；Mineral selection

矿物加工技术是利用矿物的物理或物理化学性质的差异，借助于各种选矿设备和方法将矿石中的有用矿物和脉石矿物分离开来的工艺技术[1]。这项工艺技术包括矿物的预处理技术如手选、焙烧、破碎、筛分、磨矿，处理技术如重选、磁选、电选、浮选、化学选矿和后处理技术如沉淀、浓缩、过滤、干燥等，并广泛应用于黑色金属、有色金属、贵金属、非金属等矿物原料的加工中。矿物加工技术的历史十分悠久，可以追溯到远古时代人们用硬石块敲碎矿石，但其规模化发展则是在工业革命以后[2]。19世纪中期，浮选技术的发明为矿物加工技术的大力发展提供了前提，因为在此之前，选矿技术十分落后，需要耗费大量的手工劳动。

到了近代，随着研究手段的不断的进步，人们越来越深入地认识到了微生物在矿物的形成、矿物加工以及废矿的处理等方面所起到的重要作用[3]。我国是一个矿产资源储量大国，同时也是消费大国。经过半个多世纪的生产消耗，易采易选冶矿已为数不多。现有的常规物理、化学选冶方法由于回收率低、资源损耗大、生产成本高和对环境污染严重等问题已不适应社会经济可持续发展要求。在此情况下，微生物在矿物分离方面的作用逐渐引起人们的重视，它既可用于矿物的就地浸出，也可用于工厂矿物处理、废水废渣处理。并且微生物浸矿具有生产成本低、投资少、工艺流程短、设备简单、环境友好、能处理复杂多金属矿物等优点，因此细菌浸矿的广泛应用，将引起传统矿物加工产业的重大变革，为人类、资源与环境的可持续发展开辟广阔的前景。

1　微生物成矿

微生物是地球表层最活跃、最强大的地质营力之一，对大气圈、水圈和岩石圈有非常重要的影响，也对矿产资源的形成有显著的作用。微生物对生命元素如碳、氮、硫、氧和金属离子的代谢作用能显著的改变微生物周边的外部环境和其内部环境，对许多元素的分异、聚集和迁移有重要的影响，微生物可以从周围介质中吸收某些元素，通过其代谢活动，积蓄在体内，使得某些元素的分异或富集成矿。在一系列的生物地球化学过程中，微生物参与了矿产的沉积(生物成矿)或参与了矿石和岩石的溶解(生物风化)。

生物成矿作用有两个途径：一个叫生物诱导成矿，通过这个过程，微生物分泌出代谢产物导致了之后的矿物颗粒的沉积；另一个叫生物控制成矿，在这个过程中，微生物在控制矿物成核和生长上起到了显著作用[4]。微生物成因的矿物总体来说颗粒都很小和/或有着独特的同位素特征。最普遍的生物成因矿物有碳酸盐、硫化物和铁的氧化物。细胞表面和其分泌的胞外聚合物的结构可以为离子的浓缩、聚合和矿化提供模板，并起到重要作用。地球材料的仿生合成帮助我们了解了在人工条件下的生物成矿机制。此外，在地质环境中生物成因的矿物还可以作为一种生物信号，用来重建地球和其他行星的起源和演化。

在海洋环境和地下水的物质转移过程中，微生物的代谢作用是其地球化学作用的动力之一[5]。微生物可以直接参与元素的氧化还原过程，这些过程往往发生在水－岩－微生物的生态系统中，该系统受化学因素、物理因素及生物因素的变化所控制，其中微生物常常是最为没敏感的因素。其他有些微生物对一些物质氧化还原反应具有催化作用，可以加速某些元素的氧化沉淀或还原溶解。

微生物成岩成矿是生物成矿中的一个重要课题。研究表明：微生物可以在许多成矿阶段参与作用，但在不同的成矿阶段，微生物成矿作用的重要性和表现形式则完全不同。具体到某个特定的矿床的某个成矿阶段，可能是某种生物作用占主导。微生物参与成矿的方式主要有如下四种[4]：微生物直接聚集成矿元素，微生物改变环境物化条件，微生物通过产生有机质而参与成矿，微生物通过新陈代谢作用把元素从一种状态转变为另一种状态。目前，在微生物直接聚集成矿元素方面的研究比较充分，一方面发现了微生物富集金属的能力越来越大，另一方面初步解决了微生物富集某些金属的机制。研究得较多的金属有Fe、Mn、Au、Ag、Cu、Pb等。

2　微生物选矿

微生物选矿，亦称“细菌选矿”。主要利用铁氧化细菌、硫氧化细菌及硅酸盐细菌等微生物从矿物中脱除铁、硫及硅等的选矿方法。铁氧化细菌能氧化铁，硫氧化细菌能氧化硫，硅酸盐细菌利用分解作用能从铝土矿物中脱除硅。除用于脱硫、脱铁和脱硅外，还可用于回收铜、铀、钴、锰和金等。微生物选矿方面的研究主要集中在微生物选矿特性及微生物种类筛选、铁矿、铝土矿以及煤脱硫等方面。

研究表明，不同的微生物，其表面的电性和润湿性都是不同的，有的甚至相差很大[6]。如草分支杆菌和棒状杆菌特种菌株125 表面不但具有较高的负电性，也具有较高的疏水性；假单孢菌属特种菌株52、硫杆菌类Versutus及荧光假单孢菌则负电性较高，疏水性较差；而大肠杆菌NCTC9002 则是一种亲水性 较强，负电性较低的微生物。按照电性原则，如果无特性吸附存在，只要微生物表面的电性和矿物表面的电性有助于微生物在矿物表面吸附，微生物必定能吸附于矿物表面，并以它本身的性质调整和改变矿物表面的润湿性。如果微生物能在矿物表面吸附，不但可减少矿物表面净电荷，还可通过矿物表面净电荷的减少，调节矿物的抑制、活化、分散和絮凝等状态，这种微生物就可充当矿物调整剂使用[7]。如果吸附于矿物表面的微生物，本身具有疏水性，则在中和或改变矿物表面电性的同时，还可改变矿物表面疏水性，这种微生物就可作为矿物捕收剂使用。疏水微生物在微细粒矿物表面吸附还可导致微细粒矿物形成疏水聚团而浮选。因此可以推断，草分支杆菌和棒状杆菌特种菌株125 可作为捕收剂或微细粒矿物疏水絮凝剂使用；假单孢菌属特种菌株52、硫杆菌类Versutus 及荧光假单孢菌则可作为矿物调整剂或絮凝剂使用；大肠杆菌NCTC9002 则可作为分散剂使用。有人估计，目前人类所了解的微生物种类，至多不超过生活在自然界中微生物总数的10%，在已发现的微生物总数中，人类至多只开发利用了1% [8]，可见微生物资源是极其丰富的，可用作为选矿药剂使用的微生物也远不止上面提到的那些，自然界还有许许多多可作为选矿药剂使用的微生物等待着人类去发现和进行应用研究。

铝土矿的微生物选矿得到了大量的研究。世界上铝的生产是以著名的拜尔法为基础的。然而，只有高质量的铝土矿才能用这种方法处理。其它矿物含硅超过5%的铝土矿不适合用拜尔法直接生产，原因是为了防止硅对铝生产的污染，要用成本高的蒸煮法除硅[9]。所谓的“硅酸盐”菌能够从硅酸盐和铝硅酸盐矿物中浸出硅。这些细菌与环状芽胞杆菌和粘液芽胞杆菌有关，是典型的异养微生物，即需要有机物质作其碳和能量的来源。细菌对硅酸盐和铝硅酸盐的作用，与形成由外多糖类构成的粘英膜以及产生象有机酸这样的各种代谢物有关。矿石中硅是主要杂质，它与铝结合形成铝硅酸盐。在连续浸出条件下，五天内从不同矿石中浸出了到的硅。浸出后的固体浸渣，具有更高的铝含量和硅模数（即Al2O3/SiO2的比值）。

3　微生物矿物冶炼

3.1　微生物冶金技术的机理

利用微生物进行矿物冶炼，俗称“生物冶金”。生物冶金是指在相关微生物存在时，由于微生物的催化氧化作用，将矿物中有价金属以离子形式溶解到浸出液中加以回收，或将矿物中有害元素溶解并除去的方法。许多微生物可以通过多种途径对矿物作用，将矿物中的有价元素转化为溶液中的离子。利用微生物的这种性质，结合湿法冶金等相关工艺，形成了生物冶金技术。按微生物在矿物加工中的作用可将微生物冶金技术分为：生物浸出、生物氧化、生物分解[10-12]。

生物浸出：已报道用于浸矿的细菌有20 多种，但主要有：氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、硫化芽苞杆菌属、氧化铁杆菌、高温嗜酸古细菌、微螺球菌属[13-15]。用于采矿的细菌大多为宽约0. 5μm、长约1～2μm 的杆菌，它们生长在普通微生物难以生存的强酸性坑内水中，摄取空气中的二氧化碳、氧和水中的其它微量元素合成细胞组织，对矿石中硫、铁等成分的氧化有促进，并能获得新陈代谢的能量，自养自生。在无细菌存在的情况下，绝大部分金属矿物的自然溶解速率很慢，必须采用化学溶剂浸出它们(例如酸浸、氨浸出铜、氰化物浸出金等) 。在微生物的作用下，矿物的溶解速率急增，可达到自然溶解的105~106 倍[16]。

生物氧化：难处理金矿中的金常以固-液体或次显微形态被包裹于砷黄铁矿(FeAsS)、黄铁矿(FeS2)等载体硫化矿物中，用传统的方法很难提取。应用微生物技术可预氧化载体矿物，使载金矿体发生某种变化，包裹在其中的金解离出来，创造下一步氰化浸出条件，使金的提取变得较容易。

生物分解：生物分解是利用微生物的分解作用提取矿物中的有用元素。铝土矿中的许多细菌能够分解碳酸盐和磷酸盐矿物[17]。对碳酸盐来说，其机理为：微生物代谢产生的酸使碳酸盐分解，呼吸产生的CO2溶解生成H2CO3也加速碳酸盐分解。

3.2　微生物浸矿工艺

浸矿微生物主要有氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、硫化芽孢杆菌、氧化铁杆菌、高温嗜酸古细菌、微螺球菌属等。在有关生物冶金的报道氧化亚铁硫杆菌为浸矿菌种的论文占绝大多数，但从研究者对浸矿细菌的分离及培养方法来看，应该是多个菌种的富集混合菌。它们有些生长在常温环境，有些则能在50～70 ℃或更高温度下生长。硫化矿氧化过程中会产生亚铁离子和元素硫及其相关化合物，浸矿微生物一般为化能自养菌，它们以氧化亚铁或元素硫及其相关化合物获得能量，吸收空气中的氧及二氧化碳，并吸收溶液中的金属离子及其它所需物质，完成开尔文循环生长。

硫化矿生物浸出过程包括微生物的直接作用和间接作用，同时还具有原电池效应及其它化学作用。直接作用是指浸出过程中，微生物吸附于矿物表面通过蛋白分泌物或其他代谢产物直接将硫化矿氧化分解。间接作用则指微生物将硫化矿物氧化过程产生的及其它存在于浸出体系的亚铁离子，氧化成三价铁离子，产生的高铁离子具有强氧化作用，其对硫化矿进一步氧化，硫化矿物氧化析出有价金属及铁离子，铁离子被催化氧化，如此反复。根据矿石的配置状态，生物冶金工业化生产主要有3种[11]。

（1）堆浸法。这种方法常占用大面积地面，所需劳动力较多，但可处理较大数量的矿石，一次可处理几千至几十万吨。

（2）池浸法。在耐酸池中，堆集几十至几百吨矿石粉，池中充满含菌浸提液，再加以机械搅拌以加快冶炼速度。这种方法虽然只能处理少量的矿石，但却易于控制。

（3）地下浸提法。这是一种直接在矿床内浸提金属的方法。其方法是在开采完毕的场所和部分露出的矿体上浇淋细菌溶浸液，或者在矿区钻孔至矿层，将细菌溶浸液由钻孔注入，通气，待溶浸一段时间后，抽出溶浸液进行回收金属处理。这种方法的优点是，矿石不需要开采选矿，可节约大量人力和物力，减轻环境污染。

应用微生物浸矿，其优势在于：反应温和，环境友好，能耗低，流程短，特别适于贫矿、废矿、表外矿及难采、难选、难冶矿的堆浸和就地浸出，在矿石日益贫杂及环境问题日益突出的今天，微生物浸矿技术将是有效的金属元素提取、环境保护及废物利用的手段。近年来，国外该技术的研究已成为矿冶领域热点，细菌浸出已发展成了一种重要的矿物加工手段，利用此法可以来浸出铜、铅、锌、金、银、锰、镍、铬、钼、钴、铋、钒、硒、砷、镉、镓、铀等几十种贵重和稀有金属。

4　微生物矿山固废处理

矿山开采中产生的尾矿是矿物加工中的一大环境难题，同时，废矿中也含有大量的可利用的元素，若将他们分离出来可变废为宝，而任其排放到环境中则常常造成污染事故。

金属矿山产生的尾矿是工业废渣的最大来源。近年来，我国的金属矿山每年排出尾矿约1×108吨，加上历年堆存的尾矿有几十亿吨之巨。 但由于金属矿中伴生金属大多数在二种、三种或更多种，而选别时常常只回收某种目的金属，导致尾矿仍含大量伴生金属，加上当初选矿技术水平不够而滞留于尾矿中的目的金属，这些都将成为新的宝贵资源。 如贵州有一处铅锌矿其尾矿不少，其中锌的含量大于9%；云锡公司已积存的选锡老尾矿，含锡量平均达0.15 %；河南是全国产金大省，由于选金技术水平比较低，尾矿中含金达0.8～1.2 g/t ，这样的含金品位，在一些发达国家可以当成矿石使用。可以看出，金属矿山尾矿的潜在价值非常惊人，随着矿物加工技术的进步，亟待合理开发处理利用[18]。

煤矸石是煤矿开采过程中产生的废渣，是工业废渣的另一来源。一般每采1 吨原煤会产生0.2 吨煤矸石，它主要由高岭土、石英、蒙脱石、长石、石灰石、硫化铁、氧化铝和氧化物组成。若煤矸石中含碳量较高可作为燃料；含碳量低的可生产砖瓦、水泥和轻骨料，其典型的工艺流程为配料—粉碎—成型—干燥—焙烧。

以上矿山开采中产生的固体废弃物，特别是金属矿山的尾矿，由于其含有相当数量的有用元素，但其品位相当低，现有的矿物加工技术无法处理，往往当成废品而堆积成山，或是当作建筑材料。这不但存在大量的浪费，对环境来说也是一大威胁。我们可以利用微生物对有用元素的富集作用，提高矿物的品位，从而能够被现有的矿物加工技术处理，这样不但回收了尾矿中的有用元素，而且避免了其中的元素在雨水、日光等的浸蚀作用下浸出而发生环境污染事故，真正达到变废为宝。

5　结论与展望

微生物技术用于矿物加工是一门新兴科学，它是生物科学与传统的矿物加工技术的结合，虽然其大规模的应用的历史还很短，但它已经表现出了良好的经济、环境和社会效益。微生物技术在矿物加工中的应用还有很多需要解决的问题，如微生物的种类繁多，而已经被我们认识和加以利用的还仅仅是很少的一部分；能够利用微生物技术进行加工矿物种类还不是很多，有待于继续开发；另外，有些微生物富集某些元素的机理仍然不是很清楚，还需进一步研究。

参考文献

［1］吴彩斌.矿物加工技术在固废领域中的应用[J].华东交通大学学报，2003,20(4):20-23.

［2］F. 法巴什.矿物加工简史[J].国外金属矿选矿，2007(4):7-11.

［3］程义，李宗春，咸会杰，范兴建.浸矿微生物及其浸矿机理的研究进展[J].化学工程与装备，2011(3):148-150.

［4］殷鸿福,谢树成，周修高.微生物成矿作用研究的新进展和新动向[J].地学前缘，1994,1(3-4):148-157.

［5］罗兴,王蔚,文应财.微生物成矿原理及其在矿物加工过程中的利用[J].贵州化工，2007,32(3):28-34.

［6］万然.铁浓度对某铀矿浸铀菌群的影响[J].广东化工，2014(07):46-47.

［7］S. L. Daniels. Mechanisms Involved in Sorption of Solid Surfaces, Adsorption of Microorganisms to Surfaces, eds. Britton, G. and M arshall K C, John Wiley and Sons, 1980：7－58.

［8］周德庆，编.微生物学教程[M].北京:高等教育出版社,1996：4．

［9］张贤珍，林海，孙德四.直接/间接接触模式下一株硅酸盐细菌铝土矿脱硅研究[J].功能材料，2013(17):2460-2464.

［10］赵智平,方伟成,文小强.微生物技术在矿物加工和冶金中的应用[J].广州化工，2007,35(5):14-16.

［11］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.

［12］裘荣庆.微生物冶金的研究和应用现状[J].微生物学通报,1995,22(3):180-183.

［13］孙德四，王化军，张强.胶质芽孢杆菌HJ07的UV与NTG诱变育种及其对铝土矿浸矿效果[J].北京科技大学学报，2013(10)：1268-1278.

［14］陆洪省，刘月月，赵晓舒，等.矿山酸性水中浸矿细菌的筛选及除铁效果[J]. 金属矿山，2014(2):69-72.

［15］王堂彪.浅谈细菌在溶浸采矿中的作用[J].科技创业家，2013(21)：212-212.

［16］梁方圆，吴冉冉，曹昌丽，等.氧化亚铁硫杆菌的胞外电子传递研究[J].高等学校化学学报，2014(2):372-376.

［17］H. L. Ehrlieh. Manganese oxide reduction as a form of anaerobic respiration [J]. Geomicrobiology Journal，1987,5(4):423-431.

第3篇：微生物冶金技术范文

关键词：炼钢工艺 炉外精炼 技术

把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼,即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢,一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。

1、国内外炉外精炼技术的发展历程和现状

炉外精炼:将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼:炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼:将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫,去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是:可提高钢的质量,缩短冶炼时间,简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多,大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同,又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。

铁中脱磷问题的认识和解决,在钢铁生产发展史上具有特殊的重要意义。钢的大规模工业生产开始于1856年贝塞麦(H.Bessemer)发明的酸性转炉炼钢法。但酸性转炉炼钢不能脱磷;而含磷低的铁矿石又很少,严重地阻碍了钢生产的发展。1879年托马斯(S.Thomas)发明了能处理高磷铁水的碱性转炉炼钢法,碱性炉渣的脱磷原理接着被推广到平炉炼钢中去,使大量含磷铁矿石得以用于生产钢铁,对现代钢铁工业的发展作出了重大的贡献。

我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)精炼连铸,成了现代化典型的工艺短流程。

2、炉外精炼技术的特点与功能

炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下:

(1)可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。

(2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。

(3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。

(4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。

3、发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向

炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。

(1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。

(2)钢包精炼:钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟）,具有多种精炼功能,有补偿钢水温度降低的加热装置,适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等,均属此类;与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）。

(3)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。

4、结语

炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。

参考文献

[1]王雅贞等.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备.北京:冶金工业出版社,2001.

第4篇：微生物冶金技术范文

关键词 金相检验;发展;重要性

中图分类号TF1 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)24-0166-01

1 金相检验在材料研究中的重要性

物理冶金学的任务在于研究金属和合金的成分、组织和性能之间的关系,而这些研究的深度与广度主要依赖于人们对金属内在组织的结构的识别,即金相检验。

在材料的研究过程中:一方面,材料的确切组成、结构和性能结果的获得是通过大量的理化检验研究和测试工作所完成的;另一方面,其材料的组成、结构和性能之间相互关系及变化规律的研究和确定也是大量的理化试验研究和测试工作的参与而得以实现的。在这两个方面中,金相检验占有重要的地位,只有通过金相检验才能完整的解释组成、结构和性能之间的相互关系。许多制备具有优异性能材料的重大进展常常可追溯到对于它们显微组织结构的确定和控制。所有工艺的目的都是为了得到可控的微观组织结构,从而得到所需要的性能。金相学的进步与发展对冶金、机械制造、动力、能源、建筑、国防和其它许多部门无论现在还是将来都会产生巨大的影响。由此可见,在材料的研究与发展中,金相检验是必不可少的,是材料研究的重要组成部分,这是金属材料发展史上人们最深刻的体会。同时也促进了金相检验技术和检测设备的发展。

2 金相检验在现代材料研究中的作用

新一代钢铁重大基础研究项目以3类典型钢材作为代表开展研究。第一类为热轧普碳钢材,通过工艺优化来优化显微组织结构,生产廉价的金属材料;第二类为低合金钢高强度热轧钢材;第三类为合金结构钢。在这3类钢材研究开发的整个过程,始终贯穿一条主线,就是显微结构组织的确定和优化控制。金相检验在现代材料研究中的作用主要体现在如下几个方面。

2.1 化学成分与金相组织

合金设计的根本任务是满足工程构建或用户提出的各项性能要求。而这些性能受控于成分、内部显微组织、杂质和缺陷、表面组织及应力状态等,其中主要是成分和组织。成分和组织在很大程度上控制着所有组织敏感性能。合金设计中首先要做组织设计,选择满足性能要求的组织结构。控制组织结构的第一个因素就是化学成分。化学成分通过相变等方式控制组织中的相、体积分数和形态,如马氏体形态、贝氏体形态等首先受控于碳的含量。低碳钢淬火后得到板条状马氏体,而高碳钢淬火后得到针状马氏体。所以,金相检验是验证和解释所设计成分是否合理的强有力的手段。

2.2 组织演变规律与工艺制度

化学成分确定之后,控制组织结构的主要因素就是制造的装备和制造工艺,包括冶炼、铸造、锻轧、热处理等。从冶炼到成品各环节中,每一个生产环节,对最终产品的组织结构都起到至关重要的作用。金相检验就是各种检验、检测仪器设备和一定的方法,显示、判定、测量材料显微组织随工艺变化的规律,从而制定合理的工艺制度。现代冶金工艺之一连铸连轧一个重要组织因素就是铸造树枝晶的破碎和混晶。原始铸造粗大的树枝晶奥氏体再结晶不完整或再结晶组织不均匀是导致最终铁素体组织混晶的主要原因。

2.3 金相学与材料科学

显微镜的发展给合金设计带来了革命性的变化。众所周知,人类冶炼金属通过各种途径了解合金工艺过程、特性以及使用性能的漫长历史,直到有了金相显微镜后才形成了当今的冶金科学。显微组织与宏观力学关系的认识,为成分―组织―性能半定量或定量的研究和建立关系式创造了条件,为材料的发展奠定了理论基础。其中,最典型的就是Hall―Petch关系式(σs=σo+kd-1/2)。该关系式是细晶强化的理论依据,是20世纪下半叶与钢的组织细化相关的5个重大成就之一。所以,必须依靠实际的金相研究和金相检验工作,来证实材料设计的科学性,制定工艺的合理性。

金相检验分析,不仅有组织识别还有评定,即有定性还有定量、半定量的检测。金相检验的内容归纳起来有一下几项:1)材料基体相的组织结构及其缺陷;2)显微组织的取向和状态的非均匀性,如带状、分布不均、晶粒度等;3)第二相的类型、结构、组成、数量、形态、尺寸和分布;4)研究原子按键力分布的晶体结构和电子按能量分布的原子、离子结构。就显微组织检验来说,显微组织检验是通过一个二维截面视图来建立一个三维结构图形的,这样在显微组织检验中就分为4个级次。A正确识别是什么显微组织;B定性的显微组织状态;C定量的显微组织状态;D显微组织与性能之间的关系。

3 金相检验的主要应用技术

第5篇：微生物冶金技术范文

关键词：炉外炼钢；技术；研究探讨

【分类号】：TF71

炉外精炼技术是一项提高产品质量，降低生产成本的先进技术，是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节。随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程。笔者结合自身工作实践，在本文中分析了炉外炼钢技术的主要特点，探讨了当前炉外炼钢技术在生产中的应用方法，提出了下一步炉外精炼技术的发展方向。

一、炉外炼钢技术的主要特点

炉外炼钢是指在钢包中进行冶炼的过程，是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来，出钢前尽量除去氧化渣，在钢包内重新造还原渣，保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量，以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物，降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。

1、可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体，精炼可以在真空条件下进行，有利于反应的正向进行，通常工作压力≥50Pa，适于对钢液脱气。

2、可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢，精炼过程采用多种搅拌形式使系统内的熔体产生流动，加速熔体内传热、传质的过程，达到混合均匀的目的。

3、可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置，搅拌过程中可以使钢渣乳化，合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应，通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2，当渣量为原来的6%时，钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴，反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。

4、可以在电炉和连铸之间起到缓冲作用，精炼炉具有灵活性，使作业时间、温度控制较为协调，与连铸形成更加通畅的生产流程。

二、当前炉外炼钢技术在生产中的应用方法

1、钢包精炼炉法

这种方法是1971年由日本大同钢公司发明的，用电弧加热，包底吹氩搅拌。它的工艺有以下优点：

一是电弧加热热效率高，升温幅度大。二是具备搅拌和合金化的功能，吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制，提高产品的稳定性。三是设备投资少，精炼成本低，适合生产超低硫钢、超低氧钢。

钢包精炼炉法的生产工艺主要有以下要点：

一是加热与控温LF采用电弧加热，热效率高，钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8kW・h，LF升温速度决定于供电比功率，而供电的比功率又决定于钢包耐火材料的熔损指数。因采用埋弧泡沫渣技术，可减少电弧的热辐射损失，提高热效率10%～15%。

二是合金微调与窄成份范围控制。使用合金芯线技术可提高金属回收率，齿轮钢中钛的回收率平均达到90%，硼的回收率达65%，钢包喂碳线回收率高达90%，，高的回收率可实现窄成份控制。

钢包精炼炉法在生产实践中有以下应用：

我国现有家重轨生产厂主要有攀钢、包钢、鞍钢和武钢，生产典型工艺路线如下：LDLFVDWFCC，钢包吊到LF处理线的钢包车上后，由人工接通钢包底吹氩的快速接头，根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量重轨钢含碳量较高，因而增碳显得很重要。

2、真空循环脱气法

这种方法是1958年西德发明的，其基本原理是利用气泡将钢水不断的提升到真空室内进行脱气、脱碳，然后回流到钢包中。

真空循环脱气法的优点主要包括：

一是反应速度快。真空脱气周期短，一般10分钟可以完成脱气操作，5分种能完成合金化及温度均匀化，可与转炉配合使用。

二是反应效率高。钢水直接在真空室内反应，钢中可达到超纯净钢。

三是可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿，减少精炼过程的温降。

真空循环脱气法在生产实践中有以下应用

日本山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢形成EF-LF-RH-CC轴承钢生产线，钢中总氧量达到5.8×10-6。LF-RH法首先利用LF炉将钢水升温，利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼，是钢水脱硫和预脱氧，然后将钢水送入RH中进行脱氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的清洁度，同时钢水的温度达到连铸需要的温度。

宝钢炉外精炼设备有RH-OB、钢包喷粉装置、CAS精炼装置，RH-OB的冶炼效果较理想，脱氢率为50%～70%，脱氮率为20%～40%，去除钢中非金属夹杂物一般能达到70%，在RH中合金处理可以提高合金的收得率和控制的精确度，取得较好的炉外精炼效果。

3、真空罐内钢包吹氧除气法

这种方法是1965年西德首先开发应用的，它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳，同时从钢包底部向上吹氩搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢，达到保铬去碳的目的，可与转炉配合使用。他的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。

真空罐内钢包吹氧除气法在生产实践中有以下应用：

采用电炉初炼钢水经VODC炉外精炼的工艺方法，精炼超低碳不锈钢、中低合金钢和碳钢，取得很好的冶金效果，钢中非金属夹杂物减少，氢含量小于3×10-6氧含量小于6.5×10-6，不锈钢中铬回收率达98%～99%，精炼后的钢具有十分优越的性能。VODC精炼工艺成熟，控制容易，适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要，对发展铸钢行业的精炼生产会起到很大积极作用，具有广阔的发展前景。

三、下一步炉外炼钢技术的发展方向

至今，炉外精炼技术已经应用40多年，对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用，使冶炼成本大幅降低，同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题，有待于解决，使这项技术更加完美。

一是实现炉外精炼工艺的智能化控制，根据来料钢水的各种技术参数，利用信息技术，制定最佳的精炼工艺方案，并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备，实现数据网络化，减少热停等待时间。

二是炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来，实现精炼，以满足超纯净钢生产的社会需求。

三是开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料，以适应不同精炼炉的需要，注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应，最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料，研究开发保温和修补技术，提高炉衬的使用寿命。

四是减少精炼过程的污染排放，精炼过程会产生大量废气，其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等，在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等，这些污染物须经企业内部的相关处理，把污染程度降低到符合排放标准后再排放，加强环境保护意识。

参考文献：

[1]徐国华；高效预熔精炼渣的冶金效果试验[J]；《炼钢》；2002年01期.

第6篇：微生物冶金技术范文

1冶金自动化为新一代钢铁工艺流程提供了新的技术平台

我国已经是一个钢铁大国，但还不是一个钢铁强国，我国钢铁工业目前面临的是资源短缺、环境污染、产品供大于求，品种质量无法满足日益发展的市场需要。因此，研发和推动更适应国家发展需要的新一代钢铁工艺流程，较好的解决资源、能源、环境和品种质量等方面的束缚，实现钢铁工业的可持续发展，是冶金自动化目前的关注重点。

1.1新一代钢铁工艺流程的主要内容

新一代钢铁工艺流程主要具有三项功能，即钢铁产品制造功能（构建高效、低成本和洁净钢生产体系）、能源转换功能（能量流网络体系构建、能源效率的提高和充分利用）、大宗废弃物消纳处理和再利用（争取实现零排放），其主要内容包括原料动态优化配置、钢铁液态过程的连续与高效，特别是炼铁、炼钢界面技术，以及连铸－热轧界面技术和形变、相变相结合的控轧控冷技术。新一代钢铁工艺流程构建的是高效率、低成本洁净钢生产体系，在能源方面，构建的是能量流网络体系。从绿色工厂角度出发，构建废弃物综合处理和再生资源利用体系，而这三首钢总公司强伟个体系的建设，都离不开自动化技术的支持与保证。

1.2新一代钢铁工艺流程的特征

新一代钢铁工艺流程和传统的钢铁工艺有着本质的不同，只有理解并掌握了这些特点，才能更好地实现冶金自动化与新一代钢铁工艺流程的深度融合。

（1）新一代钢铁工艺流程源于动态－精细准确的设计理论研究和方法创新，特别是物质流、能量流、信息流的三流合一，都需要数学模型等方面的自动化技术手段，才能在工艺中实现，进而达到生产出高效率、低成本的洁净钢。

（2）新一代钢铁工艺流程的研发、运行要落实到高效率、低成本洁净钢生产和制造体系的构建、运行，能源调构中心的构建和优化运行，并建立起全流程的数据信息控制中心，通过数据挖掘与分析技术，把新一代钢铁流程建设成数字化新一代钢铁流程。

（3）新一代钢铁工艺流程不仅适用于高端钢铁产品生产的需要，同时也能满足长才、特殊钢的生产需要，不仅要实现定制生产，同时也能满足不同用户的个性化需要。

（4）新一代钢铁工艺流程将推动冶金企业向着资源节约、环境友好的方向发展，并通过物质流、能源流、信息流和资金流的延伸，推动冶金企业发展循环经济，实现低碳、绿色的生产。这些特征恰恰反映了自动化技术在新一代钢铁流程中的作用与地位。

1.3冶金自动化在新一代钢铁工艺流程中的作用与地位

新一代钢铁工艺流程的发展离不开冶金自动化的支撑和保证，许多新的工艺只有通过自动化才能实现，自动化已经成为新一代钢铁工艺流程的重要组成部分。其次，新一代钢铁工艺流程要实现精细化管理，都要靠数据来实现。而数据的采集、存储、分析、挖掘以及优化等都离不开自动化平台技术的保证。还要说明一点的是，新一代钢铁工艺流程要实现“运筹帷幄之中，决胜千里之外”，没有自动化技术的支持与保证，是根本无法实现的。进入新世纪以来，衡量我国钢铁工业水平的标准已经发生了很大的变化，不仅要看其机械化水平，更要看其自动化水平。冶金自动化开始参与并主导着钢铁工业转型发展的方向，使钢铁工业朝着高附加值、绿色产业的方向发展。

2在新一代钢铁工艺流程中，要重新认识自动化与信息化

在传统钢铁工业生产中，自动化与信息化的概念是有所区别的，这个时期的自动化水平处于基本自动化阶段，只是钢铁工业向着工业化方向发展的一个中间手段，即采用计算机技术及其它信息技术，代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动。而新一代钢铁流程中的自动化技术，是一个动态的不断发展的过程，有着更加广泛和深刻的内涵。目前其功能已经形成了一个有机体系，在钢铁过程中，自动化不仅涉及到具体的生产工艺节点，而且覆盖到钢铁生产的全流程。信息化亦是如此，其基本内容是指培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之创造价值的过程。而在新一代钢铁流程中，对信息化的要求是运用IT技术改造传统钢铁工业或构建新的钢铁生产工艺流程，实现钢铁生产全流程范围内实现信息资源的高度共享，推动包括人力资源、设备资源、智力资源在内的所有资源潜力的发挥，使钢铁工业向着绿色、环保、低成本和优质高效的方向发展。在新一代钢铁工艺流程中，无论是自动化还是信息化，都是从工业经济向信息经济融合的动态过程。工业化的发展直接导致信息化的发展，而信息化的发展又以工业化发展为手段，二者相辅相成。自动化与信息化的融合最直接的体现是数据融合，共用一个数据源、一个数据库，对数据优化与挖掘的理念也是相同的。二者之间你中有我，我中有你，泾渭分明的时期已经一去不复返。自动化与信息化实现了深度融合，共同构筑起新一代钢铁工艺流程的技术平台，这也是钢铁工业走新型工业化道路的需要。而信息化是在实施自动化之后，企业迫切需要引进先进的管理理论与手段，企业信息化建设势在必行，因此，信息化在本质上就是更先进的自动化。冶金工业走新型工业化之路，开发新一代钢铁工艺流程，是冶金工业实现可持续发展的必然选择，而新一代钢铁工艺流程的建设的实质就是自动化信息化与工业化有机结合，实施后发挥优势战略，实现生产力的跨越式发展。这种方式充分突出了科学技术的先导作用，其次突出了经济增长模式的优化，有效克服了先工业化再自动化和信息化、粗放型经济增长方式等问题，真正意义上实现了自动化、信息化带动工业化，工业化的发展又促进了自动化、信息化的发展，实现可持续发展。首钢通过搬迁调整，以新一代钢铁工艺流程为基础的一座现代化先进水平的钢厂－首钢京唐公司已经建成并投入使用。在整个建设过程中，自动化、信息化建设与钢厂建设同步进行，同步投入使用，这在全国冶金行业新厂建设中尚属首次。京唐钢铁公司的许多设备都是在全国第一次使用，如5500立方米特大型高炉等等，这样对自动化、信息化技术的要求不仅高而且许多都是从零开始。如铁水包“一罐到底”自动化控制系统，特大型高炉专家系统以及大型转炉高品质钢低成本冶炼新技术等等都是在全国首次研制并成功投入使用。在IT业内还在对物联网技术进行讨论时，首钢京唐公司已经将该项技术成功应用于实际，并取得了重大的科技突破与经济效益。通过这一成功的案例说明，深化自动化、信息化建设与应用是走新型工业化道路的必然选择，是加大首钢转型升级力度、提升首钢核心竞争力的重要组成部分，是实现首钢精细化管理，提高效益的重要载体和抓手。今后，还要继续深化自动化、信息化的建设与应用，不断适应首钢创新驱动、转型发展的强烈需要。

3我国冶金自动化未来发展的重点

我国冶金自动化几年来的发展已经取得了长足进步，但由于受到各个方面的影响与局限，全国冶金自动化发展的水平是有差别的。由于起点不同，每个单位对未来的发展思路也不尽相同，但有一点是相同的，那就是“年年岁岁花相似，岁岁年年人不同”，都要创新发展，每年都要争取有较大的进步与提高。

3.1提高自主集成大型数字化控制系统的能力和水平

许多冶金行业内部的自动化单位、部门或技术队伍，都曾经做过不少自动化集成项目，但我们所讲的自主集成大型数字化控制系统是和一般的集成项目有所区别。

（1）自主集成必须是以“我”为主自主集成大型数字化控制系统，必须以“我”为主，在这方面，首钢曾经有过深刻的教训。以我为主，并不是孤芳自赏，拒绝合作，而是集百家之长，持开放、平等、合作的态度去工作。对首钢而言，这个“我”，就是首钢的自动化、信息化专业队伍，它是一座“桥”，一头连着钢铁生产工艺，一头连着IT技术厂家，无论是对钢铁生产还是IT技术厂家，他都有发言权；其次，这支队伍还将承担自动化信息化技术应用后的维护工作及后续开发工作等等。所以我们说没有桥怎么能过河？又怎能过了河就拆桥呢？以我为主其意味着核心技术是自己的，而不是别人的，这样才能在实施自动化、信息化工作中争取主动，而不会陷于被动。这个问题现在提出来，可能觉得为时过早，其实不然。这个过程可能要经历挫折，甚至失败，时间可能要很长，所以早动手，早主动，用毛泽同志的一句诗词来说明这个问题最恰当不过：“天将晓，莫道君行早，踏遍青山人为老，风景这边独好”。新一代钢铁工艺流程的建设，为自动化的发展提供了广阔的空间，但是要求也相应的越来越高。采用先进的数学模型技术，实现智能化控制，数字化炼钢就是首钢坚持以“我”为主原则，开发的一项自主集成的大型数字化控制系统。数字化炼钢自动化平台结合新一代钢铁工艺流程中炼钢部分的“全三脱”、精炼、连铸工艺，在关注生产过程的同时，注重对生产过程进行调优。不仅可以实现控制系统的优化，而且还可以实现生产工艺的优化。而控制系统的优化，又可以分别进行静态优化与动态优化两种。该系统还具有强大的仿真功能，在工艺模型及其参数基本稳定的情况下，调整模拟历史生产操作过程，根据调整后的操作进行仿真计算，模拟形成调整操作后的预期效果。利用该系统，同时还可以进行新钢种冶炼离线仿真操作，完善模型、调整参数，待达到设计目标后，再上线实际操作。在这个系统中，转炉部分、精炼炉部分等都不再独立存在，而是作为一个整体统一考虑，所以“一罐到底”，炼钢模型、精炼模型等技术都作为一个个子系统存在，数字在整个系统中起到了关键作用，实现了真正意义上的数字化炼钢。

（2）整套系统要实现实时控制自主集成的大型数字化控制系统，要具有很强大的实时性，不仅仅是实时的数据采集，更重要的是数据的实时分析与处理以及实时控制，否则无法满足新一代钢铁工艺流程生产的需要。钢铁生产过程中，如果最终产品是低端产品时，对实时性要求就不高，但是通过转型要生产高端钢铁产品时，对实时性的要求就越来越高，快速判断、快速诊断、快速处理都已经成为基本要求。

（3）数据挖掘与应用为了提高企业的市场竞争力，满足市场对高端钢铁产品的不断需求，通过提高自动化控制系统水平来提高钢铁产品的质量，已经成为一项现实而又迫切的工作，在钢铁自动化控制系统中，对实际的生产工艺数据进行必要的采集、统计和分析，科学地管理大量的长期的生产工艺数据，通过建立与生产实际相结合的数学模型，并在此基础上提出了对数学模型的优化方向，达到对生产过程的精细化管理和生产的智能化控制。目前在冶金自动化技术的应用过程中，数采手段越来越完善，数据量越来越庞大，数据质量也越来越高，现场应用对数据的要求也越来越严格，特别是各种数学模型、控制算法已经普遍成为自动化控制系统的主要内容。所以数据挖掘与应用愈加受到重视。例如，冷连轧板形控制是一个多变量、时变、强耦合和非线性的复杂过程。轧制过程中各种板形影响因素，如轧制力、轧制速度、弯辊、窜辊、冷却水流量、温度、压力以及张应力等都会随着时间进程与空间位置而变化，并且相互影响、耦合。通过将这些许多互不相关的元素（数据信息）联系到一起，工艺和模型的交互性操作就成为新的应用方式并为程序规程提供了专业的技术支持。

3.2提供优质的自动化服务

在冶金行业内的自动化技术的研发与应用，我们称之为冶金自动化，这种说法的本身没有问题，但长期以来，给大家的感觉就是冶金自动化是依附于冶金行业的，这其实是一个本质性的误解，对于“冶金自动化”我的理解是“为冶金行业提供关键性、建设的自动化专业”。正如公交司机是开公交车的司机一样，这个司机如果开校车，那就是校车司机，但是他的身份是司机。现在我们应该对这种服务引起足够的重视。冶金行业有其自身的特点，一年365天从不间断生产，各个生产工艺之间衔接紧凑，生产节奏快，环境恶劣等等。自动化不仅能解决上述问题，更重要的是提供关键性和建设性的服务。

（1）提倡“零故障”服务这是一个不断追求的目标，也是一个不断强化工作的过程，所谓零故障，就是除正常的设备检修外，不会因为自动化专业的问题而影响钢铁生产。不发生问题的服务是最优质的服务，而社会上还仍然存在一些误解，没故障他们就是没事儿干。其实只有做了大量的艰苦的幕后的默默无闻的工作，才能实现不发生事故。我们的服务就是做这些有针对性的、大量的、艰苦的、幕后的、默默无闻的工作。

（2）有对应突发事件的能力和手段钢铁生产过程中，出现一些突发事件是不可避免的。我们要提供关键性的、建设性的服务，就要具有应对突发事件的能力和水平，这种能力和水平是服务的硬实力。一般性的服务要有，应对突发事件的服务我们也能做得很好，这才是优质的自动化服务。

（3）标准化服务提供标准化的自动化专业服务，是精细化管理的需要，也是提供优质自动化专业服务的必要条件，如果没有标准化要求，服务的内容、服务的水平就会不同，更无法谈到提高、优化，也无法做到传承。

3.3发展机电仪一体化测量技术

物联网技术的应用正在兴起，特别是“物物相连”的理论正在冶金行业逐步得到认同，通过这种技术的应用，使得新一代钢铁工艺流程的建设更加科学。但是在应用过程中，出现的问题往往不是大家关注的焦点，而是未能引起大家特别关注的部分，特别是检测环节问题较多。目前许多正在使用的测量功能仅为简单的测量，有些内容尚未达到专业的测量指标，并且不能做深一步的分析、判断；同时设备状态信息也不能做到实时的传输，不能及时满足自动控制的需要，对信息的处理时间大大滞后，以致无法满足智能专家系统的需要，更无法实时为MES、ERP系统提供完善的决策、支持数据。冶金机电仪一体化测量技术，是在冶金自动化发展过程中，机械工程、计算机与仪表技术的协同与集成。其未来的发展方向主要朝着智能化、微型化与网络化方向发展。

智能化：机电仪一体化测量技术中，一般都有专家系统对检测出的数据进行判断分析，实现对冶金大型设备主动维护，它能够在设备运行过程中进行不断监测（定时、实时），如有异常，及时报警并保存原始数据进行事后分析。

微型化：微型化是现代测量技术的一种新的发展趋势，他是集微型传感器、微型执行器以及信号处理、通信接口等于一体的微型测量系统，甚至可以进入一般仪表测量设备无法进入的空间，完成测量工作，如智能化钓鱼式点检仪。

网络化：机电一体化测量设备都可直接进入企业内部局域网，实现钢铁生产过程的数据集成，还可以对大型冶金设备进行远程监测，为数据的实时处理提供了保证。网络化数据传输，一般分解为若干层次，使系统功能实现集中管理、分散控制，使其性能最优、功能最强。

钢铁生产有其特殊性，环境恶劣，需要检测的温度、压力、表面光洁度等数据量多，而且一些常规的点检测设备无法满足现场需要，许多专业检测设备生产厂家因为对工艺不了解，以及从生产成本、售后服务等方面考虑，这些专用定制生产的检测设备不是他们关注的重点。而冶金自动化企业完全可以利用自己熟悉工艺的特点，根据自己的自动化水平与能力，生产这些小批量、多品种的点检验设备，满足钢铁生产的需要。其中如智能化钓鱼式点检仪、连铸多功能辊缝测量仪等等，这些小批量、多品种的设备，正因为有一定的市场，自己又能很好的解决售后服务等问题，所以专用特殊检测设备的研制与生产也是可以有所作为的。

第7篇：微生物冶金技术范文

关键词：翻转课堂；冶金检测与分析；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0017-02

冶金检测技术是冶金工程专业学生的选修课课程，在大三的春季学期进行。此门课程主要了解各类波谱测试仪器的仪器装置、基本原理、特点和应用特性；综合利用不同的测试手段进行诸如物质的化学组成、微观结构、相变等物性及其变化的分析，了解仪器发展新动向；培养能独立分析测试报告的能力。因为这门课程涉及到的各种大型贵重仪器的原理、构造复杂，学校现有设备的数量较少，导致以前教学课程的讲授的部分占90%，只有10%的实验用于实验课，实验课时间严重不足。翻转课堂将传统教学中的知识传授提前到课前，它倡导学生在课外通过提前观看教学微视频自学课程内容，师生在课间参加教学活动和交流互动，实现知识的外化和拓展，而通过课堂交流和教师指导完成知识内化和吸收。翻转课堂这种新兴的教学模式被称为对传统教学模式的“破坏式创新”，真正实现了以学生为中心的教学理念[1]。调查显示，与传统课堂相比，翻转课堂教学效果显著改善，因此在国外赢得了不少一线教师的追捧[2]。目前，在我国对“翻转课堂”的探索应用主要集中在中学和小学，大学在这方面的探索应用较少。本文尝试把这种新颖的教学模式引入到冶金检测技术的教学过程中，减少课堂面授知识的时间，增加学生动手实验操作的机会，通过借鉴已有的翻转课堂教学实践经验，对冶金检测技术翻转课堂的教学模式进行探究。

一、教师在翻转课堂模式下的转变

1.写好详细的课程实施大纲。课程实施大纲（syllabus）主要是面向学生，以学习为中心，目的是“为了保证课程的每一个方面都能为学生的学习提供最有效的支持”。课程实施大纲主要有四种基本功能：师生的教学合同；学生的学习工具；师生沟通的桥梁；教学评估的工具[3]。越详细的课程实施大纲越能帮助学生完成学习目标。课程实施大纲中提供的信息包括：学生获取视频的网址、博客、微信群号、QQ群号等师生交流的平台；课程考核方法、希望学生完成课程所需的时间、如何出色完成作业、如何取得优异成绩；有时还会提到学生在课程学习中常犯的错误，并为学生提供一些特别的建议，例如学习策略以及笔记策略等。

2.课前做好教学微视频。教学微视频是翻转课堂模式下学生课前学习教学内容的重要载体，微视频制作质量关系着学生课前学习的效果，进而影响翻转课堂的成效。因此，课前教学微视频的制作非常关键。微视频其核心理念是要求教师把教学内容与教学目标紧密地联系起来，以产生一种“更加聚焦的学习体验”[4]。微视频不是教学现场的再现而是要选取教学环节中的某一个知识点、专题或实验活动，进行充分论述，适当加入趣味性更利于微课程教学效果的提高。考虑到学生的注意力集中时间和便于无线网络传播的要求，一般微视频录制时间不超过15分钟为宜。例如，原子发射光谱这一章，可拆分成八个教学微视频。根据每个微视频传授知识的特点不同选取不同的素材，如图片、模拟动画、真人操作的短视频等，采用不同的策略制作。也可以从世界名校网络公开课、国内名校网络公开课、TED到MOOCs等教育资源获取视频后进行剪辑、加工和整合，为翻转课堂服务。在微视频可以添加测试或者引导性的问题，引导学生思考。

3.课堂上跟学生充分互动。在课堂上，对学生课前通过微信群或者QQ群提出的问题或假设，进行收集整理集中讨论或者回答，有的问题也可以让学生回答。这就要求教师既要有扎实的本学科知识和广博的跨学科知识储备，又要有敏锐的思维能力，同时还要具备较强的课堂讨论组织技巧和引导能力，从而有效地引领课堂讨论活动。解决学生在观看微视频等学习中遇到的问题，促使学生对知识进行内化达到掌握应用的程度。还通过课堂测试检验学生学习情况，再进行一对一的辅导或者采用小组学习的方式。如果小组协作依然不能解决问题，则由教师进行剖析讲解。另外，根据不同的授课内容采用不同的方法。如果实验条件允许可以把课堂安排到实验室进行，或者有报废的仪器让学生拆装，近距离接触仪器，讲解实验原理和实验操作。借助开放实验平台，允许学生实验操作提高学生的动手操作能力。

4.实施多元考核和评价。因为翻转课堂是包含自主、协作和会话的学习，仅凭传统的纸质考试方式不能将学习者的协作能力、个人的自我管理能力、与人交流能力体现出来，而这些能力是新时期学习者应必备的，也是教育目标内容，翻转课堂教学是要彻底将教学评价方式变单一评价为多元评价。由于冶金检测技术这门课程既有理论传授的部分，也有实验的部分，所以采用多种形式相结合的方式。考核内容通常包括考勤（25%）、课堂表现（25%）、实验成绩（25%），理论测试（25%）。考勤包括课前自学情况的考查，课堂表现包括是否积极参与讨论和回答问题情况，实验成绩包括每次实验的综合表现，理论测试就是期末卷面考试成绩。

二、学生在翻转课堂模式下的转变

1.学生课前自主学习。课前学生在规定的时间段观看教学微视频、多媒体课件、教学教案等相关的内容，完成课前学习。除了观看教师提供的教学微视频之外还可以利用网络资源，获取自己所需的知识。学生可以自定学习进度，可以控制对学习时间、学习地点的选择，也可以控制学习内容、学习量。学生并非完全独立地进行学习，学生需要根据学习内容反复地与同学、教师进行交互，不懂的问题通过微信群跟同学和教师一起交流，以扩展和创造深度的知识。学生从知识的被动接受者转变为知识建构的主动参与者。要求学生能积极主动地学习，自我约束按时完成课前的学习。

2.学生课堂学习的转变。翻转课堂中既要求学生在课前进行自主学习、了解知识、发现问题，又需要他们在课堂中通过提出问题、讨论问题从而解决问题，进而实现提高学生学习能力和优化知识内化的目标。在学习过程中，学生从一个知识接受者变成了一个学习研究者，需要以更积极的态度参与其中。这不仅对学生的知识学习起到更好的促进作用，还能在学习过程中提高学生的思辨意识、探索意识和合作意识。学生学习理念的转变不仅需要任课教师的引导，也需要校方的积极宣传。在实验课堂上学生每两人组成一个实验小组，随机抽取两个小组简介实验目的、原理和步骤，讲解实验注意事项操作关键。生生、师生以提问、质疑等方式互动交流，进一步明确实验方案。实验过程中，教师跟踪指导，并引导生生之间、师生之间就错误操作、实验现象进行交流互动，思考、讨论实验过程中遇到的问题。学生完成实验操作，教师检查学生实验结果。课后，教师汇总实验过程中的错误操作及问题，通过微信发给学生，引导每名学生进行实验反思和讨论，通过讨论解答实验相关思考题，并在下一个实验项目开始前提交格式规范的实验报告。

三、翻转课堂实施过程遇到的问题

翻转课堂的实施要以一定的信息技术、设备和网络资源为基础，由于冶金检测技术是比较专业的课程，网络上没有现成匹配的微视频供利用和借鉴。教师对视频截取技术、教学录像制作技术等以网络为基础的现代教育技术不熟练，制作的微课程过程中耗时过多，在视频的使用效果和知识针对性方面存在不足，微视频缺乏吸引力，影响教学效果。其次，有的学生在自主学习中存在自律性差、自主学习目标不明确等问题，从而导致动力不足、态度不积极。另外，教学条件的制约主要体现在学校配套设施，如无线网络平台、教学视频录制设备等硬件条件不足；大型实验设备不足，学生个人电脑数量不足等。如果有虚拟实验仿真系统可以弥补实验设备的不足[5]。翻转课堂毕竟是全新的教学模式，教学改革的实施，既要教师做出努力，也要学校和教学管理部门提供支持与认可。对于学校教学管理部门来说，敢于尝试先进的教学模式，为教学部门的工作开展提供相应的政策支持、设备支持、技术支持，并制订相应的教师进修和学习计划等，为翻转教学改革打好铺垫。

冶金检测技术作为一门高级专业实验技术课程，对冶金工程专业学生的求职、就业和深造等方面具有十分重要的意义。本文探究了将翻转课堂教学模式应用到冶金检测技术教学，从课程实施大纲的书写、微视频制作、课堂的组织讨论阐述了翻转课堂形式下教师的教学行为。同时，学生在课前自主完成知识传授过程并独立解决学习材料中提出的引导性问题，以实现知识的外化；在课堂中，学生在教师的引导和帮助以及同学的协助下自主完成教学目标任务，以实现知识内化。实践证明，教改后的冶金检测技术课程，减少了课堂讲授时间，增加学生动手实验操作的机会，有效地提高了教学质量。初步达到培养应用型人才和具有科研能力人才的教育目的。

参考文献：

[1]张金磊.“翻转课堂”教学模式的关键因素探析[J].中国远程教育，2013，（10）：59-64.

[2]陈怡，赵呈领.基于翻转课堂模式的教学设计及应用研究[J].现代教育技术，2014，（2）：49-54.

[3]高耀明，叶颖.课程实施大纲与高校教学规范化建设[J].高等教育研究，2014，（4）：103-108.

第8篇：微生物冶金技术范文

关键词：生物技术；无机非金属材料；应用前景

在本世纪70年代， 逐步发展形成的现代生物技术（ 亦称生物工程技术）， 从广义上说， 它包括人类对动物、植物以及微生物有目的利用、控制和改造。随后80年代， 美国和口本便分别召开了 “用生物方法合成材料”和“使用生物技术创制新材料”等专题学术研公寸会。由此可见， 现代生物技术在材料学与上程中的应用前景颇为看好。例如现代生物技术在金属材料行业中的系统应用已经成功地形成生物冶金分支学科。所谓生物冶金或称细菌冶金， 即细菌萃取金属或生物浸出金属， 是一种利用细菌的氧化作用把不溶性金属化合物转变成可溶性化合物， 再用湿法冶金从溶液中回收金属的方法。又如开发研究生物降解高分子材料， 及时防止和解决当今世界上极为严重的“白色污染”的决定性措施， 亦是现代生物技术在有机高分子材料行业中的应用热点。至于现代生物技术在尤机非金属材料行业的应用前景， 是又可望又可即的。

1 生物提纯硅酸盐矿物原料

生物提纯是指现代生物技术利用生物浸出法在非金属矿选矿过程中的应用。这种技术的应用原理主要就是利用微生物能够让金属矿物进行液化的功能， 使得生物技术在矿物融滤过程中得到广泛的应用。由于这些铁杂质一般都以黄铁矿的形态存在于硅酸矿物质中， 人们可以利用氧化铁硫杆菌和其他菌类对黄铁矿变成可溶性化合物， 在形成这一反应时。根据调查显示， 这种真菌可以对高岭土壤中铁的含量至少降低4 %左右， 并且让高岭土的白亮度有很大的提高， 这成为陶瓷和造纸行业产品的质量关键的因素。根据上述分析， 现代生物技术将会为硅酸盐矿物原料。

2生物矿化过程

生物矿化过程是在一定的细菌分泌和特殊机质的作用下的成矿过程， 也是在特定的机质下长成晶体结构。以珍珠贝的珍珠层为例， 珍珠层的结构是由霞石的碳酸钙晶体组成， 并在这种情况下形成了大小不一的螺旋形， 由于这种基质的网络结构中存在不规则的钙物质， 能够使碳酸钙在一定的距离成核并且按照自身的生长规律形成霞石螺旋。碳酸钙的生物矿化过程既是一个化学过程， 也是一个生物过程，这是两者共同作用过程的结果。日本研究人员还培育出一种海藻和一种单胞藻， 它们都可以联系生产处石灰石颗粒， 每天这些形状的石灰石最佳生产率为15毫克每升和90 毫克每升， 并可以对回收后的细胞进行再生产。根据上述材料表明， 人类可以在人工手段下实现细胞固定化技术， 并利用生物的成矿能录生产石灰石质纳木材料和生物装饰材料， 也可能利用生物的成矿功能进行复合材料的生产。

3 用稻壳制备高纯度高性能碳化硅

从仿生学的角度来看， 人们可以利用稻壳制造出高浓度、高性能的碳化硅。主要的步骤为： 首先， 将稻壳进行碳化， 使稻壳中的纤维素进行分解， 形成不定性碳化物； 其次， 在还原性和惰性的条件下， 对稻壳进行高文炼烧下形成碳化硅。在稻壳中所存在的二氧化硅凝胶会与多糖基质进行紧密的结合， 多糖的谈话会在二氧化硅的表层发生， 并且二氧化硅一直处于高化学活性的多孔和微粒状态下， 因此， 在对它进行炼烧时，可以最快速度与二氧化硅产生反应。德国的一位建筑师利用自己设计的一种水下装置放到海中， 在经过两到三个月的时间用过海藻作用可以产生2 5尺长、五尺宽、2寸厚的生物大理石材料板。近期， 日本的工业技术研究所成功利用稻壳制备出碳化硅的新工艺， 这种技术与原来的硅石和煤气还原法相比， 同时达到了降低成本和实现了对稻壳的最大利用。在稻壳中存在碳、二氧化硅等有效化学成分， 这就具备了形成碳化硅的先决条件， 但是一旦在发生反应时磷成分过多时， 就无法形成碳化硅， 那么就必须研究减少磷产生的方法。这种工艺的原理是以弱酸性缓冲剂进行爆破性处理， 在多种酶的作用下可以溶出碳， 然后再对其进行氧化处理， 在无氧加热条件下形成高浓度、高性能的碳化硅。

4 生物混凝土

在很早以前， 我国就应经学会利用存在于粘土中的细菌对粘土进行发酵来增强它的可塑性。目前， 我国很多学者都预言几千年后老鼠建造洞穴的材料将用比混凝土还牢固的白蚁排泄物。这种材料是天然的高分子非金属材料的符合混凝土， 也是细菌作用下形成的生物混凝土。与此同时， 在日本也有相关报道曾预言提出这种单材质发酵技术的应用。新型生物混凝土具有多层结构：第一层是防水层，能够防止雨水渗入，避免对建筑结构造成破坏；第二层是生物层，能够收集雨水以供植物生长，例如它可以为微型藻类、菌类、地衣和苔藓等提供天然生物屏障；第三层是覆盖层，能够让雨水通过这一层渗入生物层，并可防止水分流失。与传统混凝土相比，这种新产品的最大优势是既能吸收二氧化碳，改善城市环境空气质量；又可美化墙体，改变城市色彩单一的外观面貌；还能提升建筑物的保温性，降低能源消耗。

5 生物铁氧体功能陶瓷材料

在常温条件下， 可以利用海洋水中想磁性细菌合成比较均匀的磁性微粒， 磁性微粒通常情况下也被称为生物铁氧体功能陶瓷材料， 它与人工制成的磁微粒材料相比， 它的表面积比较大， 而且表面部位被坚硬的有机薄膜覆盖， 在这种情况下很难将铁浸。

6 结语

将现代生物技术应用到非金属材料领域中比较重要的工程， 这也将大大推动生物非金属材料工业的发展和进步。我们必须积极探索现代生物技术的作用， 抓住现代生物技术的特点， 现代生物技术作为一种低能耗、高效益的新兴技术， 必将在非金属材料领域大面积的应用， 以推动我国经济和科技的发展。

参考文献：

[1]朱跃钊，卢定强，万红贵，韦萍，周华，欧阳平凯. 工业生物技术的研究现状与发展趋势[J]. 化工学报，2004（12）.

[2]王大博，孙艳艳.浅谈我国无机非金属材料的应用与发展[J]. 黑龙江科技信息，2011（13）.

第9篇：微生物冶金技术范文

关键词:汞 污酸处理 硫化 中和 生物制剂

1汞的性质与危害

汞在常温下是银白色液体,且流动性好,密度是所有液体中最重的,称为水银。常温下汞具有较低的蒸汽压易挥发为有毒的汞蒸汽,对环境及人类极具危害,是世界各国环境部门重点监控对象。汞的化学性质较稳定,不容易受到氧化和腐蚀。汞(Hg+)的标准电位为+0.86,电化当量为7.483 g /(A・h)。汞及其化合物的用途很广,在化工、电器、仪表、医药、冶金、军工和新技术领域都有重要用途。

2含汞污酸处理技术

含汞废水来源十分广泛,主要为有色金属铅锌冶炼烟气洗涤后产生的高酸度含汞污酸、硫酸工业产生的含汞废水、汞冶炼产生的废水等。含汞废酸的处理与汞的回收通常是同时考虑的,其传统的处理方法主要有化学沉淀法、电解法、离子交换法、吸附法、还原法、微生物法等。

（1）化学沉淀法是应用较普遍的一种汞处理方法,能处理不同浓度、不同种类的汞盐,当汞离子在水溶液中浓度较高时,应首先考虑化学沉淀法。化学沉淀法易于快速去除大量的金属离子,但由于受沉淀剂和环境条件的影响,出水浓度往往达不到排放要求,因此产生的沉淀物必须很好地处理和处置否则会造成二次污染。

（2）电解法是利用金属的电化学性质,在直流电作用下,汞化合物在阳极离解成汞离子,在阴极还原成金属汞,而除去废水中的汞。如电解法处理雷汞废水通过二次电解,出水含汞质量浓度＜0.005 mg/L,该方法是处理含有高浓度无机汞废水的有效方法,处理效率高。

（3）离子交换法在离子交换器中进行,用大孔巯基(－SH)离子交换树脂吸附汞离子达到去除废水中汞离子的目的。这个过程是可逆的,离子交换树脂可以再生,一般用于二级处理。废水的pH值一般调到中性至偏酸性,用强碱性离子交换树脂和螯合型树脂较好,一次的交换容量可达0.4～0.6 g/L。树脂的洗脱用40倍树脂体积的浓盐酸,洗脱率90%。但该法受废水中杂质的影响以及交换剂品种、产量和成本的限制。

（4）吸附法除汞主要有活性炭吸附法、甲壳素吸附法、沸石分子筛吸附法、改性膨润土吸附法、粉煤灰吸附法、玉米芯粉吸附法和谷壳灰吸附法。改性后的稻米壳、甘蔗渣、大豆壳、锯末、椰子壳、花生壳、苹果核以及飞灰能用来作为吸附剂处理汞。

（5）还原法是根据电极电位理论,利用铜、锌、铝、镁、锰等毒性小而电极电位又低的金属(屑或粉)将溶液中电极电位高的汞离子置换出来,其中以铁、锌效果较好。例如铁屑还原法中,pH在7~8时处理效果较好,大约40 kg工业铁粉可去除1 kg汞。

（6）微生物法与传统的物理化学方法相比,它具有以下优点：运行费用低,需处理的化学或生物污泥量少,去除极低浓度重金属离子的废液效率高,操作pH及温度范围宽(pH3~9,温度4~90℃),高吸附率,高选择性。并且,微生物法处理汞质量浓度为1~100 mg/L的废水特别有效。

3硫化―中和法处理含汞污酸工艺

(1)工艺原理。弱碱性条件下Na2S,MgS中的S2-与Hg2+/Hg2+之间有较强的亲和力,生成溶度积极小的硫化汞沉淀而从溶液中除去。硫化反应槽中,电离生成HS-和S2-：

两级中和槽中,其反应式及溶度积如下：

Hg++S2-=Hg2S

K=1.8×10-45

Hg2++S2-=HgS

K=1.8×10-54

(2)工艺流程。硫化物沉淀法是将污酸中加入适量的硫化物(Na2S、MgS),在一定的pH条件下,污酸中的Hg+(Hg2+)生成溶度积极小的硫化汞沉淀,加入絮凝剂将其从溶液中除去。采用硫化法处理污酸中的汞,其处理的工艺流程如图1所示。

硫酸净化系统产生的污酸用泵送入硫化反应槽的同时加入适当比例的Na2S溶液(加入的Na2S的量由污酸中汞浓度和污酸流量确定,并保持过量),搅拌混合均匀,此时,溶液中存在的S2-与Hg2+/Hg+反应生成溶度积很小的HgS/Hg2S进入固相。上清液经一级和二级中和槽进行中和处理,调节中和槽出水的pH值为7～9后进入总废水处理厂进一步处理。由于硫化工艺会产生少量H2S气体,为避免污染环境,将其引入除害塔与NaOH中和除去。

4含汞污酸处理新技术―生物制剂法

以中南大学柴立元教授为首的项目组经过技术攻关,针对酸度高、汞的形态复杂、重金属离子浓度高且波动大等特点,研发了高效的生物制剂,并优选了一种脱汞剂,生物制剂和脱汞剂协同作用,实现多形态汞的高效净化,为污酸高效脱汞及重金属深度净化开辟了新途径,处理后出水中汞、锌、镉、砷、铅、铜及氟化物、氯化物等均达到《污水综合排放标准》(GB-8978-1996),并接近《生活饮用水水源水质量标准》（CJ-3020-93）。处理后分离出的配合渣含汞高达22.06%,可作为汞冶炼的原料,分离出的水解渣中金属含量低,便于安全处理与处置。这项技术所开发的生物制剂和污酸处理工艺为国内外首创,新工艺在铅、锌冶炼企业含汞污酸处理的应用技术居国际领先水平。该成果与其它含汞废水处理方法相比,所开发的生物制剂成本低廉、工艺清洁高效、能脱除多形态汞、抗冲击负荷强、无二次污染,投资省、操作简便、运行稳定。新技术具有显著的环境效益、社会效益和一定的经济效益,应用前景十分广阔。

5结 论

处理含汞污酸,硫化沉淀法的工艺流程长、设备多,操作较复杂,建设费用高,还需投加大量Na2S,运行费用高。而生物制剂直接脱汞法其工艺流程简单、操作简便、运行费用较低、易控制,处理过程中没有H2S和其他有毒有害气体产生,沉淀中生成的汞与生物制剂化学键结合稳定,解毒彻底,且能回收污酸中的汞。因此从工艺角度分析,生物制剂直接脱汞法明显优于硫化沉淀法。

参考文献：

[1]张希衡.水污染控制工程[M].北京:冶金工业出版社.

[2]吴秀英,胡国飞.硫化钠处理含汞废水[J].中国环境科学,1995,15(2):128-130.

[3]唐宁,柴立元等,含汞废水处理技术的研究进展[J].工业水处理[J] 2004,24(8):5-8.