单位文秘网 2021-08-13 09:07:34 点击: 次
随着生物冶金技术及其应用水平的日益发展,相关的生物冶金实验室也日益增多,但是大多缺乏系统而科学的科研管理条例。为了进一步规范实验室管理,本文初步分析了生物冶金的科研特点,从而有针对性地探讨一些可行的科研管理方针和条例,以期对我国的生物冶金学科发展提供帮助。
1 生物冶金实验室科研特点
人们首先接触到的是生物冶金的应用,而非理论。直到20世纪50年代,科学家们从胆水中发现了多种浸矿菌种,才开始从理论水平上认识生物冶金[3]。正是由于这种历史渊源,使得生物冶金研究更注重于应用。但是理论研究也是生物冶金领域的必要环节,它较大程度上推进了工业应用发展。只是如何把握理论研究的度,避免跟其他专业实验室的研究重复,是个值得考虑的问题。
1.1 基础理论研究
由于生物冶金是一个交叉学科,基础理论研究涉及到生物学、矿物学和生物-矿物作用三个方面,但是其研究深度又不及其他基础学科。如生物学方面的研究,无需过深地涉入到生命科学,能量代谢、电子传递规律等方面,应做到“点到为止”,从“面”上了解并认识生物冶金。
简单而言,生物冶金三个方面的研究主要包括如下内容:(1)生物学方面:着重于筛选、富集并驯化高效浸矿微生物,研究微生物在浸矿过程中的生态学规律,探明微生物协同作用机制,揭示环境因素、浸出参数等对微生物功能及活性在细胞及基因层面上的影响。(2)矿物学方面:着重于阐明生物浸出过程中的矿物溶解机制。电化学方法是研究矿物氧化过程的有效手段,另外,synchrotron XRD,XPS等方法的引进对研究矿物溶解过程中晶格结构的变化、中间产物的生成等提供了有力帮助。(3)生物-矿物作用机制是生物冶金的重点和难点,包括生物浸出机理、界面钝化机制、微生物吸附机制等研究内容,从而阐明生物对矿物的作用全过程,揭示不同菌种对矿物的作用类型、作用方式及作用时段,建立矿物生物作用模型,为半工业试验中操作参数的调整提供指导。
1.2 应用研究
生物冶金应用研究是指有针对性地应用基础理论研究成果或针对实际生产中遇到的问题或难点进行分析、研究,并提出解决方案。尽管生物冶金的应用已有一段历史,但是其推广应用受到了一定的限制,主要原因体现在实验室理论研究成果与工业应用的差距较大,具体如下:(1)缺乏高效且适合工业应用的优良浸矿微生物;(2)针对不同菌种、不同矿石类型和不同浸出工艺的生物冶金工程化设计有一定难度;(3)矿石类型复杂多样(原生硫化矿、次生硫化矿、氧化矿和多金属伴生、共生等)、有毒离子较多、环境因素多变等严重影响微生物的生长及活性;(4)生物冶金浸出速率慢、周期长(堆浸、地浸等)或能耗高、成本高(搅拌浸出)等。
针对上述难点,生物冶金领域已经开展了将近60年的研究,主要包括:(1)建立生物冶金菌种资源库,并有针对性地从中筛选和驯化具有耐寒、耐高温、耐高盐、抗毒性离子等能力的高效浸矿微生物;(2)建立灵活多变的生物冶金工程化设计体系,从而适应于多雨、干旱、高寒、高热等环境因素以及缺酸、交通不发达等地区;(3)开发并发展相关生物冶金关键技术,如黄铜矿的生物浸出,高铁、高电位体系的萃取电积技术和粉矿造球堆浸等。只有真正解决生物冶金工业应用的难点,才能进一步推广生物冶金技术,使之真正成为继火法冶金、传统湿法冶金之后的新型实用技术。
2 生物冶金实验室科研管理制度
2.1 开展多学科交叉研究,兼顾生物学和矿物学两方面的学习
生物冶金是一门新兴学科,研究人员需具备矿物学和生物学知识。如要培养或塑造生物冶金专业人才,在教学上,需要较为全面而科学的设计相关课程,如给生物学背景研究人员增设矿物学、电化学、矿物加工学等课程;而给矿物学背景研究人员增设微生物学、生态学、生物工程等课程。另外,在科学研究上,需教授相关研究人员生物学和矿物学方面的实验手段和技巧,并添置仪器设备。
2.2 理论研究上,采取“点到为止”的研究策略,不宜过深探讨生物水平上的微观机制
生物冶金基础理论研究的重点是“微生物及其在矿物浸出中的作用”,但是在研究上很容易走向一个误区,那就是“微生物生长及代谢机制”。在专业生物实验室,生物生长及代谢机制是研究重点及热点,是代表理论研究水平并容易出“大成果”的区域,但是在生物冶金实验室,不宜过深探讨“微生物的生长及代谢”,而宜将重点放在“微生物-矿物相互作用”研究上,这样才能代表交叉学科的特色。
2.3 应用研究上增加半工业、工业水平试验研究,从而扩大与企业的合作
实验室理论研究成果应用到工业生产必须经过一系列的扩大试验,也称之为半工业或工业试验。扩大试验的目的是尽可能缩小理论与实践的差距。目前生物冶金工艺常见的有两种:生物堆浸和生物搅拌浸出。生物堆浸由于矿石用量较大,在工业应用之前一般需要经过小、中、大型柱浸和小、中堆浸半工业试验。
2.4 实验室内部加强讨论,促进交流,鼓励创新,共享资源,并与国内外著名高校及科研院所开展合作交流
实验室内部加强讨论,促进交流,是为了让科研人员增加更多生物冶金知识,了解他人研究方向,避免重复研究,另外还可以学习他人的先进性成果,尤其是一些前沿手段及技术,更重要的是可以获得从他人角度提出的一些见解独到的建议,往往这些建议为关键问题的解决或方向的创新性提供很大的帮助。
2.5 创新和完善运行管理机制,加强实验室的管理服务和技术支撑功能
实验室的科研人员需要的不是简单的管理而是完善的服务,实验室应努力构建优质的服务体系和支撑平台,让科研人员能够最大限度地把他们的精力、好奇心、创新力用到科研工作中。为此,实验室每个研究部门需配备秘书,将科研人员的大多数事务性工作承担下来,并配备科学仪器购置的商务谈判专家负责询价、谈判和采购等繁琐的程序,而指标和性能由科学人员决定。
参考文献
[1]Rawlings,D.E.Heavy metal mining using microbes[J].Annual review of microbiology,2002,56:65~91.
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