虽然采矿是古代文明重要技术的见证之一，但它具古老学科农业和医学的不注重创新的特征，实际上，今天开采的许多矿物是许多世纪以前形成的：天然矿石采掘自地球，经碾碎后，采用常规高热或有毒化学物质提炼。有些古矿石，由于不利的环境而采用不同提炼方法。

过去几年，采矿工业的提炼方法迅速朝一种温和的方法转化：经微生物采用某些简单的常规方法便可将矿物滤出。很久以来，生物采铜就成为重要的采矿法之一，现正开始应用于两种其它的采矿业：金矿和磷酸盐矿。生物采矿“将使我们摆脱具破坏性的物理采矿法”。波卡特洛的爱达荷州立大学环境微生物学家玛丽贝思 · 沃特伍德（Maribeth Watwood）说。

但是，如果生物采矿不利于促进保护环境这一基本思想，则不会赢得采矿部门的好感。事实上，生物工艺可以提高采矿速率、减少资本和操作成本。更重要的是，该法可以从低品位矿石中经济地提炼矿物，不致使高品位矿物资源迅速耗尽。“生物技术将是提高采矿效率的一条重要途径”。蛋白质化学家比尔 · 科尔（Bill Kohr）说。他于3年前离开吉内特兹去帮助在加利福尼亚哈沃德建立地球生命有限公司，该公司是专门开发微生物发酵提炼矿石。

虽然生物采矿刚刚进入广泛应用阶段，但其源远流长。世界上首先采用细菌采矿的可能是2000年前的罗马人，地点是西班牙里约蒂托铜矿。他们发现，流出的矿石尾砂呈蓝色，这意味着其中弇有溶解的铜盐。尽管罗马矿工们不知道怎样获得金属溶液，但他们却能使用这些知识得到铜。大约到40年前才明白，实际上铜是在氧化亚铁硫杆菌作用下从尾砂中获取的。

这种细菌存在于自然界中某些含硫矿石中，它们通过氧化无机物获得能量，如硫化铜矿、新陈代谢的结果释放酸和一种含铁离子的氧化液，能从天然矿石中洗出金属。采矿工业却无法使用这个发明，因为氧化细菌滤取工艺法已由肯内科特炼铜有限公司于1958年获得专利。

为什么生物采矿法在炼铜工业如此迅速被开拓，是因为这种金属铜尤其在硫矿的低品位矿石中，采用传统的熔炼方法成本高。另外，因为高品位矿石资源耗尽，意味着需要更多的矿石才能熔炼相同数量的铜，而世界许多国家普遍缺乏熔炼能力。但是，氧化细菌则可以节省昂贵的熔炼设备。一种新的采矿技术简单而巧妙，其熔炉只需10美元。盐湖市的采矿顾问科拉尔 · 布里利（Corale Brierley）说。

劣质矿简单地置于铜矿外，只需用硫酸处理便可促进脱氮硫杆菌的生长。微生物以矿物为食，铜便释放，最后流入滤器收集起来。从溶液中提炼出金属之后，还可回收硫酸再利用。

当前，生物采铜至少占全世界总采铜量的25%，相当于每年10多亿美元。这种技术独特，纽约波茨坦的克拉克松大学的微生物学家戴维 · 霍尔姆斯（David Holmes）说：“今天，生物技术在世界任何领域已列为最重要的技术之一。”（生物采矿也用于从天然矿中提取铀，但时间不长。）

当前，生物炼铜可能是广泛采用的领域，现在一种更重要的生物应用出现在地平线上：生物采金。“从生物采铜到生物采金是必然发展的一步。”盐湖市纽蒙特矿微生物学家詹姆斯 · 布里利（James Brierley）说。这种必然结果的作用务必伴随着某种强大的经济刺激。

直到最近，采金工业主要依赖近地表的高品位矿石，而到80年代早期，由于高质矿将采尽，迫使人们开采矿床较深的低品位矿石，但低品位矿石的开采工艺十分困难，詹姆斯 · 布里利说，“近矿床表面的高品位金矿，已被细菌，阳光和水自然氧化”。但低品位矿石中的金存在于硫化物中，这些矿石在采用氰化物提取之前，需采用焙烧和压力氧化进行昂贵的前处理，烧脱硫化物。

生物采矿大可跃过这些代价昂贵的步骤，而促进细菌如氧化亚铁硫杆菌对金矿进行预处理。吉科有限公司于1986年建起了第一个试验工厂，位于南部非洲费尔维，试验了生物采矿的效果。结果发现，微生物不仅能对矿石进行预处理，而且比常规工艺更佳，增强了能量技术，使采金率从70%提高到95%。由此实验工厂在90年代初期改进了商业经营。现在，吉科正帮助建造了4座生物采矿厂，2个在澳大利亚，巴西和加纳各1座。

吉科的操作工艺阐明了其他生物采矿研究的观点。研究工作多在美国以外进行。“就像冬季奥林匹克运动会，我们列为第四或第五”，芝加哥伊利诺斯大学分子生物学家西蒙 · 西尔弗（Simon Silver）说，“其他国家如南非和澳大利亚走在我们的前面

美国公司仍旧没有退出竞争。例如，今年2月，纽蒙特矿宣告获得了一项新工艺专利，首次对北半球进行了金的生物滤取研究。纽蒙特矿开始在内华达州采用一种新的简单提取工艺，经济有效地从很低品位硫化金矿石中提取出了金，而这种工艺一度认为是无价值的。吉科工艺是在一个巨大的有搅拌的反应器里用细菌发酵代替原来的混合调制法。这种新的简单方案经细菌的培养和繁殖利用后便沉淀下来。

对难熔的矿石而论，“生物氧化提供了一种新型的低成本替代物，与传统法相比明显节约成本。”霍尔姆斯说。例如在一次操作中，生物氧化的成本为18.47美元/吨，而在内华达的一次炼矿中，常规压力氧化的成本为20.31美元/吨，由于每个矿每天要处理好几百吨矿石并不为奇，因而其节约潜力巨大。

金和铜是具有内在价值的矿产，从而驱使人们在这些领域产生生物采矿的兴趣。另一方面，磷酸盐虽然不像金属一样具内在价值，但也如“大型采矿”那样也具成熟条件。杰拉尔德 · 米德（Gerald Mead）说。磷酸盐作为肥料是世界第二大农业化学物（仅次于氮），仅美国每年便生产约550万吨，另外110万吨高质磷酸盐用于软饮料和制造清洁剂、橡胶和工业化学剂。

从矿石中提取磷酸盐的常规方法是，高温燃烧产生固体磷酸盐，或采用硫酸处理产生磷酸和大量无价值的、低品位的石青。去年，加利福尼亚州立大学阿伦 · 戈德斯特恩（Alan Goldstein）、爱达华国家工程实验室的罗伯特 · 罗杰斯（Robert Rogers）和西麦普洛特公司的米德（Mead）开发了一种生物工艺技术，可在和缓条件下进行。

新技术选用2种细菌菌株：假单胞菌E-37和欧文氏菌，它们是从几百个细菌型中筛选的。之所以挑选这些细菌，是因为它们具有一种非凡的本领：能直接将葡萄糖氧化为葡糖酸和2-酮-葡糖酸，在分解自矿石的磷酸盐中取代硫酸，而且在室温下进行，“这是一种在环境周围直接加工的良好工艺。”罗杰斯说。米德希望他的公司在2年内有一个实验工厂运转，在2000年之前建造一个大规模的工厂。

人们对生物采矿的热情持续高涨，现在最大的挑战是提高效率。“目前用于生物熔炼工艺的微生物，仅是存在于自然界中的垃圾堆和矿床流出液中的天然微生物。"霍尔姆斯说。为此他认为，这个过程很早就已存在：“在某种意义上，这就相当于农场使用野生小麦种或生产青霉素使用没经选育的青霉素菌株”。

目前该领域中的许多研究都看准如何发现微生物新菌株，这些菌株应在大规模工业生产中表现更为稳定。例如，问题之一是生物氧化释放大量热，发酵温度升高会导致细菌繁殖速度缓慢下降甚至会被杀死。为防止这个问题的发生，英国考文垂的沃威克大学的保罗 · 诺里斯（Paul Norris）同澳大利亚采矿商行CRA促进技术部合作，正在分离菌株Archaebacteria进行生物采矿实验评价，过去这些原始喜温细菌极少研究，典型的发现于深海口和温泉，例如美国黄石公园、冰岛和新西兰。它们在高达100℃或更高温度下繁衍兴盛，能抑制普通细菌的生长。不久，这些喜温菌将用于工业试验，今年后澳大利亚公司的金矿将在该国西部的尤安米矿应用喜温菌提炼金。

工程师们还将这些发现用于其它目的，新菌株能抗重金属如汞、镉、砷，它们毒害微生物并缓慢进行生物降解。伊利诺斯大学的西尔弗已朝发现抗这些毒物的菌株迈出了一步，他们发现某些微生物含有多种酶，使其免遭重金属之害并可保护其基本活力，或帮助细菌将金属物泵出。他还在鉴别基因，以便有助于微生物对付重金属，因为这种基因可能用于遗传工程选育抗性菌株。

从遗传上看，选育工程菌抗重金属毒物，无论如何不是一件容易的事。微生物学家知道，大肠杆菌是实验室最有希望的细菌，已经用于最重要的细菌基因转移系统，更何况硫细菌和其它用于生物采矿的细菌。的确，地球生命有限公司的科尔估计，5年或更长将会使微生物遗传工程用于生物采矿工艺。

在科学技术迅速发展的今天，5年似乎长了，实际上这是相对于目前生物采矿的发展速度而论，令人不解的是，生物采铜这种奇妙现象从被罗马矿工在里约蒂托注意到直至成为一种主要的改进措施竟花了2000年时间。但第二大改进来得如此之快。CRA推进技术开发部的布鲁斯 · 凯利（Bruce Kelley）说：“生物采矿已经向商品化高地奋斗，现已到达顶点。”

[Science，1994年5月6日］