電子廢棄物中金的生物浸出

張 梅

（青島海灣精細(xì)化工有限公司，山東 青島 266600）

電子廢棄物(Waste Electrical and Electronic Equipment，WEEE)指廢棄的或根據(jù)國(guó)家法律被要求丟棄的電子電器設(shè)備及其所有成分、部件及一些工業(yè)電器、電力設(shè)備變壓器以及電線(xiàn)電纜等。

廢棄印刷線(xiàn)路板中存在大量有毒有害物質(zhì)，例如鉛、汞、鉻、鎘、溴化阻燃劑等，在一般焚燒或填埋處理過(guò)程中，會(huì)對(duì)人體和自然生物產(chǎn)生毒害作用[1]。另外，電子廢棄物中存在著非常豐富的資源，其中80%～90%的物質(zhì)是可以回收再利用的。線(xiàn)路板Au-Ni-Cu聯(lián)接元件中含有豐富的金，該聯(lián)接元件中金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55%，金的品位甚至高于天然金礦的品位[2]。

因此，對(duì)電子廢棄物進(jìn)行合理的處置并加以利用，既可以節(jié)約大量能源和資源，又可以減少污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。

1 生物浸金技術(shù)的發(fā)展

微生物不能降解金屬，但是微生物可以吸附和轉(zhuǎn)化金屬。近年來(lái)，以?xún)艋卸窘饘傥廴净蚧厥沼薪?jīng)濟(jì)價(jià)值重金屬為目的的生物處理技術(shù)日益成熟。生物浸出又稱(chēng)微生物浸出或細(xì)菌浸出，它是借助某些微生物的作用將有價(jià)金屬以離子形式溶解到浸出液中加以回收，或?qū)⒌V物中有害元素溶解并除去的方法。

自1958年美國(guó)用細(xì)菌浸出銅和1966年加拿大用細(xì)菌浸出鈾的研究和工業(yè)應(yīng)用成功之后，先后有20多個(gè)國(guó)家開(kāi)展了用微生物提取礦石中有價(jià)金屬和減少?gòu)U水中有害金屬的研究。

2 微生物浸出電子廢棄物中的金

將微生物應(yīng)用于回收線(xiàn)路板中的金屬研究卻是從20世紀(jì)80年代才開(kāi)始。吳思芬利用黑曲霉新陳代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸（LAN）浸取廢棄印刷線(xiàn)路板粉末中的銅，當(dāng)粒徑＜0.2mm的廢棄印刷線(xiàn)路板粉末與LAN以50g/L的濃度混合后，當(dāng)加入量為100mL時(shí)，在30℃、150rpm/min的空氣搖床中浸取12周，銅的浸取率達(dá)到90%。

2.1 硫桿菌屬

硫桿菌屬主要包括氧化亞鐵硫桿菌，氧化亞鐵鉤端螺旋菌和氧化硫硫桿菌等。

浸提電子廢棄物中金屬的機(jī)制：硫桿菌屬主要通過(guò)Fe3+氧化、H2SO4酸溶等作用使Cu、Zn、Ni等較活潑的金屬浸出。硫桿菌屬浸提電子廢棄物中金屬的作用方式分為間接作用和直接作用。

2.2 氰細(xì)菌

氰細(xì)菌主要有細(xì)菌：紫色色桿菌、熒光假單胞桿菌和綠膿桿菌；真菌：仙環(huán)硬柄小皮傘和杏鮑菇平菇等。

氰細(xì)菌是通過(guò)代謝產(chǎn)生的CN-的螯合作用使與其形成配合物的金屬浸出。如Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag、Au等，都可以直接與CN-反應(yīng)而被浸提到溶液中，金的回收：

4Au+8CN-→4Au(CN)2-+4e(3)

O2+2H2O+4e→4OH-(4)

4Au+8CN-+O2+2H2O→4Au(CN)2-+4OH-(5)

氰化物被廣泛應(yīng)用于金、銀的濕法冶煉，也用于黃金開(kāi)采。氰細(xì)菌作為一種天然的產(chǎn)氰細(xì)菌，過(guò)去一直備受人們的關(guān)注。金在氰化物溶液中由紫色色桿菌產(chǎn)生的穩(wěn)定電位從-400增加到-200mv，然而在無(wú)菌氰化物溶液中，當(dāng)氰化物濃度從0～1.5mmol/l增加時(shí)，電位值不變，當(dāng)溶解氧濃度0～2.5mmol/l增加時(shí)，電位值增大。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)不僅能說(shuō)明紫色色桿菌能浸取出金，同時(shí)也說(shuō)明，溶氧濃度是影響金浸出的主要因素。Yen-Peng Ting等人用紫色色桿菌和熒光假單胞桿菌研究了電子廢棄物中金的生物浸出，結(jié)果表明，這兩種細(xì)菌都能夠浸出金，這兩種細(xì)菌對(duì)于金的回收率分別為26%和29%。

同時(shí)第一次證實(shí)了熒光假單胞桿菌也能夠用于浸出電子廢棄物中的金。Chi等用紫色色桿菌浸取含金0.025%和銅34.5%的電子廢棄物，將線(xiàn)路板粉碎成1mm×1mm的小塊，加入到浸取液中的密度為10g/L時(shí)，金和銅的提取率分別為13%和37%。可以看出，人類(lèi)對(duì)氰細(xì)菌的研究正處于發(fā)展階段，研究合適的細(xì)菌及浸金條件具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

氰細(xì)菌產(chǎn)生的CN-與電子廢棄物中的金反應(yīng)，生成Au(CN)2-絡(luò)離子。然后從浸金溶液中回收金絡(luò)合物，主要方法有：活性炭吸附法、生物吸附法、離子交換樹(shù)脂吸附法、溶劑萃取法、置換法等等。

目前離子交換樹(shù)脂法因吸附速度快，載金量高，解析和再生，可在常溫下進(jìn)行，可抗有機(jī)物中毒等優(yōu)點(diǎn)而大量使用。

硫桿菌屬與氰細(xì)菌浸金情況分析：

（1）在經(jīng)濟(jì)成本方面，因?yàn)榍罢卟慌c金反應(yīng)，因此，還要用到硫脲、氰化物等化學(xué)物再將金浸取出來(lái)，試劑成本明顯高于后者。

（2）在環(huán)境污染方面，前者因?yàn)橐玫酱罅康幕瘜W(xué)試劑浸金，所以比氰化浸金嚴(yán)重污染環(huán)境。

（3）在腐蝕性方面，硫桿菌屬生存條件為強(qiáng)酸性，pH一般要求在3以下，這能?chē)?yán)重腐蝕金屬儀器，而氰細(xì)菌在堿性條件下生存，腐蝕性大大減小。

（4）在提金率方面，前者較后者高。

綜上所述，雖然使用氰細(xì)菌在多方面優(yōu)于硫桿菌屬，但是從目前的研究來(lái)看，因?yàn)榻鲞^(guò)程受多種因素限制，大多數(shù)金的浸取率仍較低，因此，探究更高提取率的實(shí)驗(yàn)條件更為重要。

3 結(jié)論及展望

目前全球廢棄的線(xiàn)路板數(shù)量越來(lái)越大，廢棄線(xiàn)路板作為二次資源應(yīng)當(dāng)加以回收利用。貴金屬金、銀、鈀、鉑等因?yàn)榫哂袃?yōu)良的導(dǎo)電特性、柔韌性和高強(qiáng)度性，是電子元器件、金屬化電極、集成線(xiàn)路上的主要材料。因此，研究如何使廢棄線(xiàn)路板得到資源化和無(wú)害化處理，對(duì)促進(jìn)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展和保證人類(lèi)所需生產(chǎn)和生活資源的永續(xù)利用具有十分重要的意義。

因此，進(jìn)一步研究電子廢棄物的合理化利用，微量貴金屬的高效富集和提取，為二次資源的高效循環(huán)利用和無(wú)害化回收提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持；微生物浸提電子廢棄物中金作用的機(jī)制與規(guī)律；培養(yǎng)馴化更加高效且適應(yīng)電子廢棄物中的金的微生物，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有深刻而長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。