细菌与冶金（选自《大自然》1986年第一期）

（作者：北京自然博物馆 李丽嘉）

细菌是微小到肉眼看不见的生物；冶金是重工业生产中的金属冶炼，通常要在几百度甚至上千度的高温下进行。这两者有什么联系呢？有个术语叫“细菌冶金”，顾名思义，就是用细菌来“冶炼”金属。这是一门既古老，而又极有生命力的工艺，至今，全世界已有十多个国家用细菌“冶炼”出了几十万吨铜。

细菌炼铜，我国早在北宋时期的《梦溪笔谈》中就有记载了，那时候叫“胆碱（胆矾）炼铜”。方法是把铁放入“胆水”（胆矾溶液）中而获得金属铜。用这种方法，每年生产的铜可达上百万斤。我国是世界上最早进行胆矾炼铜的国家，比西班牙早了七百年，只不过当时还没人能认识到这里面的科学原理是什么。

1947年，美国报道了在矿山流出的酸性矿水中发现了微生物，这些微生物能浸出矿石中的金属；从这些微生物中，又分离出了氧化亚铁硫杆菌。从此，细菌冶金的研究日渐深入地发展起来了。

自然界中有一类细菌，统称化学能自养菌，它们的能源来自无机物氧化所产生的化学能，并利用无机的碳、氮源合成全部细胞的有机物。氧化亚铁硫杆菌就是一种化学能自养菌，它们大量生活在无机硫化矿床的数学课和酸性土壤中。这种细菌的菌体呈短杆形，0.5~0.7×1～1.5毫微米，单个或少数成对；菌体一端有鞭毛，能运动。氧化亚铁硫杆菌有一种特殊的本领，就是能将无机的硫化物（如硫化氢）、其他还原态硫化物、自然硫等，氧化成硫酸；它们还能将吸收到细胞里的亚铁氧化为高价铁，并利用这些氧化作用所释放出来的化学能，来同化空气中的二氧化碳，以合成菌体及生长所需的有机物。氧化亚铁硫杆菌具有直接氧化某些矿物中的硫、铁和其他金属，以及破坏矿物、溶解金属的能力；而所生成的硫酸、硫酸铁又是许多矿物的有效溶剂。我们从氧化亚铁硫杆菌身上，可以窥见细菌冶金所依据的一些基本原理。

堆积浸出法是细菌冶金的方法之一。其步骤是：先把几十万吨矿石堆积成高达一百来米的矿石堆，然后用泵把细菌浸出剂、硫酸铁、硫酸喷淋到矿石表面，并使之逐渐渗透。于是就发生了化学反应，生成蓝色的胆矾溶液（也就是古书上所说的“胆水”）。待其流入低位池后，再放入铁屑，置换出铜。在酸性环境的硫化物矿床中，化学能自养菌普遍存在，就不需要再专门接种细菌。用细菌冶金的方法，对于那些难于开采的矿床具有重要意义，人们可以直接利用微生物的作用来“冶炼”矿石，得到金属。

细菌冶金同用普通方法冶炼金属相比，有着非常明显的优点。普通方法冶炼金属要采矿、选矿、高温冶炼，而细菌冶金可以在常温常压下，将采矿、选矿与冶炼合一，因此设备简单、投资少、成本低、操作简便、节约能源。所以，细菌冶金技术的发展前景十分广阔。目前，细菌浸出技术的应用范围还在不断地扩大，例如从废弃物、废矿石、低品位原料中收取铜、铀，从浸铀副产品中回收某些稀土元素等等。铀是众所周知的一种重要的元素，一公斤铀裂变能产生三百万公斤煤炭所产生的热能。然而，地球陆地上铀的储量极少，要获得它是很不容易的，我国科学工作者已经把细菌浸出技术成功地应用于铀的提炼生产中。

参与细菌冶金的微生物种类不少，细菌冶金的技术也在不断发展。可以预见，人类在利用自然、改造自然的进程中，必将大有可为。

（作者授权代发）