電流對電積法回收微生物浸出wPCB中銅的影響

2014-10-16 09:17:28閆爭，曹侃

環境衛生工程 2014年3期

閆爭，曹侃

（常州紡織服裝職業技術學院，江蘇常州 213000）

電子廢棄物含有大量的貴金屬，其中金、鉬、鉻、銀、銅、鐵、鎳等金屬資源的含量甚至超過某些礦藏［1］。廢棄線路板（wPCB）是電子廢棄物的重要組成部分。其中的銅是所占比例較大的金屬，因此科學處理并回收wPCB中的銅具有很大價值及意義。目前wPCB回收處理技術主要有火法冶金技術、濕法冶金技術、機械處理法、微生物法以及幾種技術結合進行綜合處理［2］。火法冶金由于廢棄印刷線路板中含有鹵素阻燃劑，處理過程易產生二惡英等有毒氣體，造成二次污染，且貴金屬也易以氯化物的形式揮發，造成金屬的損失，降低金屬回收率。濕法冶金技術將廢棄印刷線路板用強酸或強氧化劑進行處理，其浸出液及殘渣具有腐蝕性和毒性，若處理不當，易引起更為嚴重的二次污染。機械法通過物理方式將各組分分離，在拆解破碎過程中易產生粉塵。而利用微生物回收電子廢棄物中金屬是一種成本低、對環境影響小的方法。

目前研究比較多的回收電子廢棄物中銅的細菌為嗜酸氧化亞鐵硫桿菌（acidithiobacillus ferrooxidans a.f.）［3］。氧化亞鐵硫桿菌是一種革蘭氏陰性菌，能將Fe2+氧化成Fe3+，具有化能自養、好氧、嗜酸、適于中溫環境等特性的一類特殊細菌，廣泛存在于酸性礦山水、活性污泥及含鐵或硫的酸性環境中，是一種重要的浸礦微生物。

其浸出電子廢棄物中銅的原理如下：9K培養基中的Fe2+在氧化亞鐵硫桿菌的作用下被氧化成Fe3+如式（1）所示，Fe3+與電子廢棄物中的銅發生氧化還原反應，將電子廢棄物中的單質銅氧化為Cu2+進入溶液中如式（2）所示［4］。

溶解出的Cu2+再通過化學萃取及電解等方式提取出來。萃取液一般再經過精煉加工得到純銅。

因此，筆者嘗試通過電解方式回收用氧化亞鐵硫桿菌從wPCB中浸出的銅。

1 實驗材料與主要設備

培養氧化亞鐵硫桿菌（acidithiobacillus ferrooxidans a.f.）所用的9K培養基配方［5］如表1所示。

表1 培養基配方

本實驗所用的主要儀器如表2所示。

將整個細菌浸出系統置于恒溫水浴中，保持溫度30℃。在浸出系統兩端分別插入2塊石墨電極板（兩極距離5.2 cm），與直流電源的正負極相連，調節電流。反應器的底部有攪拌裝置，確保反應液混合均勻。整個反應體系均采用玻璃材質，導線與電極相連處用防水絕緣涂料覆蓋。

表2 實驗主要儀器

將氧化亞鐵硫桿菌以10%（體積分數）的接種量，初始pH 2.13，搖床轉速160 r/min，溫度30℃。培養到對數生長期，按6 g/L投加量加入75目篩下wPCB粉末（含銅89.76%）。施加10、20、30、50 mA不同電流的直流電場。每隔一段時間取樣。測定溶液中Cu2+含量。電極上的銅用稀硝酸溶解后測定。

2 實驗結果及分析

在陰極電積的銅通過定量稀硝酸溶解后，經滴定分析，得到稀硝酸中銅的濃度。最后計算得到電積在陰極上銅的質量。72 h中，在不同電流作用下，陰極累計電積的銅的質量如圖1所示。

從圖1明顯看出，在20 mA電流作用下，陰極72 h累計電積的銅最多，達到1.27 g。50 mA電流作用下電積的銅最少。

而溶液中Cu2+濃度的變化如圖2所示，在20 mA與不加電場情況下，溶液中Cu2+的濃度在最初迅速上升，在10 h之后緩慢上升，72 h達到3.97 g/L。而在10 mA情況下Cu2+的濃度在達到一定水平后幾乎不再上升。而在30 mA情況下，Cu2+的濃度最初上升，到24 h開始下降。50 mA電流下，溶液中Cu2+的濃度始終保持在低水平。