64 工程科学学报，第42卷，第1期 和细胞外积累Eu,傅里叶变换红外(FT-IR)分析结 3应用于稀土元素提取的微生物 果证实羰基和羧基参与Eu的生物吸附，并且 Eu可被生物矿化为Eu2(CO3)2 3.1稀土元素微生物的分离与培养 2.3无细胞培养基的非生物提取 采矿微生物通常从稀土元素浓缩物或含稀土 元素的矿石等环境中获取[9，常在中性培养基中 除活菌细胞的直接生物提取外，细胞代谢产 培养，并添加抗生素、不溶性磷酸三钙等生长限制 物也有促进稀土元素溶出的作用，但其浸出率相 对较低，可能是由于在浸出过程中没有磷酸盐消 因子B0).Zhang等s网将稀土矿石及周围土壤压 碎并筛分，无菌缓冲液稀释后加入到含抗生素培 耗，二次磷酸盐矿物的沉淀和形成增加，导致总 养基中培养，分离得到可浸出较高量稀土元素的 REE溶解减少，由于使用过的培养基中不存在微 放线菌菌落、另外，从赣南重钇稀土矿区分离到了 生物，故不会连续产生有机酸，导致无活细胞的培 一株对重钇稀土离子吸附能力强的菌株，对重钇 养基中稀土元素浸出率较低3) 稀土离子吸附量达到了每克223mg千重，初步鉴 埃及独居石在合成有机酸(74 mmol-L柠檬 定为黏质沙雷氏菌sQu和Lian从红泥样本中 酸和14 mmol-L-1草酸)中稀土元素的非生物浸出 分离菌株，并研究其对红泥中稀土元素的提取能 率较低，为58.8%.而生物浸出率为75.4%7并发 力，使用连续稀释的方法将样品直接涂布在质量 现三种真菌菌株能够从独居石中浸出稀土元素， 浓度为20gL红泥的培养基上，分离得到16株 利用独居石作为磷酸盐源并将稀土阳离子释放到 菌株 溶液中，而有机酸和无细胞培养基中独居石溶解 3.2采矿微生物的种类 的稀土元素浓度明显低于细胞培养物（土曲霉菌 作用于稀土矿的各类微生物以其不同特性发 株ML3-1和拟青霉菌株WE3-F)溶解的稀土元素 挥浸出、吸附和积累稀土元素的作用（表1），目前 浓度，即菌株所分泌的未知代谢物在溶解磷酸盐 研究发现大多数的稀土浸出微生物均为磷酸盐溶 和独居石中的稀土元素时比已鉴定的有机酸更加 解微生物，该类微生物可将不溶性磷酸盐转化为 有效四.在一定程度上合成的有机酸可以替代稀土 更可溶形式.迄今为止，关于稀土元素生物浸出的 矿物浸出中的常规浸出剂，但在细胞和生物有机 大多数研究都是通过磷酸盐溶解微生物进行的， 酸的存在下，稀土元素的总浸出效率有所提高s4 该类微生物可通过有机酸和磷酸酶的释放促进磷 从而证实了在独居石稀土元素的生物浸出中接触 元素和稀土元素的溶解以训已经发现，放线菌和 浸出的重要性 革兰氏阳性菌要比革兰氏阴性菌、真菌和酵母具 利用生物方法对稀土矿进行开采、回收和再 有更高吸附积累稀土离子的能力.其细胞壁表面 循环是对目前物理化学采矿技术的替代和补充 的磷壁酸产生强烈负电荷，与金属离子形成螯合 目前利用生物方法浸出固体基质中的稀土元素， 物5阿磷酸盐溶解微生物通过增加细胞-矿物界面 应用不同种类微生物及技术方法，对待处理固 中的磷酸盐可用性和溶解度直接和/或间接地促进 体和目标元素已经能够实现80%~90%的浸出 微生物的代谢.磷酸盐岩中含有较高浓度的镧、 效率2四 铈、钇等稀土元素，平均质量分数为0.4%，与独居 表1应用于稀土元素提取的微生物种类 Table 1 Microbial species applied to rare earth element extraction 微生物菌种 参考文献 反应类型 嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans),产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes) [65] Ce,La,Nd,Pr,和Y的生物浸出 放线菌(Micrococcus sp.,小单胞菌(Micromonospora sp.),链霉菌(Streptomyces sp.） [52] Ce,La或Y的生物浸出 假单胞菌(Pseudomonas sp.) [58 La的生物吸附 土壤杆菌HNI(Agrobacterium sp.HN1) [59] La和Ce的生物吸附 单针藻(Monoraphidium sp.),青霉菌(Penicillium sp.) [601 Nd的生物吸附 地衣芽孢杆菌(Bacillus lichenifomis),枯草芽孢杆菌(B.subtilis), 短杆菌(Brevibacterium helovolum).红色球菌(Rhodococcus elythmpolis) [42] Sm的积累 Penidiella sp.T9 [25] Dy的积累 烟草节杆菌(Arthrobacter nicotianae) [【55] Sm的积累和细胞外积累 Eu，傅里叶变换红外（FT-IR）分析结 果证实羰基和羧基参 与 Eu 的生物吸附 ，并 且 Eu 可被生物矿化为 Eu2 (CO3 )3 [46] . 2.3    无细胞培养基的非生物提取 除活菌细胞的直接生物提取外，细胞代谢产 物也有促进稀土元素溶出的作用，但其浸出率相 对较低，可能是由于在浸出过程中没有磷酸盐消 耗，二次磷酸盐矿物的沉淀和形成增加，导致总 REE 溶解减少. 由于使用过的培养基中不存在微 生物，故不会连续产生有机酸，导致无活细胞的培 养基中稀土元素浸出率较低[35] . 埃及独居石在合成有机酸（74 mmol·L−1 柠檬 酸和 14 mmol·L−1 草酸）中稀土元素的非生物浸出 率较低，为 58.8%，而生物浸出率为 75.4% [47] . 并发 现三种真菌菌株能够从独居石中浸出稀土元素， 利用独居石作为磷酸盐源并将稀土阳离子释放到 溶液中，而有机酸和无细胞培养基中独居石溶解 的稀土元素浓度明显低于细胞培养物（土曲霉菌 株 ML3-1 和拟青霉菌株 WE3-F）溶解的稀土元素 浓度，即菌株所分泌的未知代谢物在溶解磷酸盐 和独居石中的稀土元素时比已鉴定的有机酸更加 有效[29] . 在一定程度上合成的有机酸可以替代稀土 矿物浸出中的常规浸出剂，但在细胞和生物有机 酸的存在下，稀土元素的总浸出效率有所提高[35, 48] ， 从而证实了在独居石稀土元素的生物浸出中接触 浸出的重要性. 利用生物方法对稀土矿进行开采、回收和再 循环是对目前物理化学采矿技术的替代和补充. 目前利用生物方法浸出固体基质中的稀土元素， 应用不同种类微生物及技术方法，对待处理固 体和目标元素已经能够实现 80%～90% 的浸出 效率[22] . 3    应用于稀土元素提取的微生物 3.1    稀土元素微生物的分离与培养 采矿微生物通常从稀土元素浓缩物或含稀土 元素的矿石等环境中获取[49] ，常在中性培养基中 培养，并添加抗生素、不溶性磷酸三钙等生长限制 因子[50−51] . Zhang 等[52] 将稀土矿石及周围土壤压 碎并筛分，无菌缓冲液稀释后加入到含抗生素培 养基中培养，分离得到可浸出较高量稀土元素的 放线菌菌落. 另外，从赣南重钇稀土矿区分离到了 一株对重钇稀土离子吸附能力强的菌株，对重钇 稀土离子吸附量达到了每克 223 mg 干重，初步鉴 定为黏质沙雷氏菌[53] . Qu 和 Lian[54] 从红泥样本中 分离菌株，并研究其对红泥中稀土元素的提取能 力，使用连续稀释的方法将样品直接涂布在质量 浓度为 20 g·L−1 红泥的培养基上，分离得到 16 株 菌株. 3.2    采矿微生物的种类 作用于稀土矿的各类微生物以其不同特性发 挥浸出、吸附和积累稀土元素的作用（表 1），目前 研究发现大多数的稀土浸出微生物均为磷酸盐溶 解微生物，该类微生物可将不溶性磷酸盐转化为 更可溶形式. 迄今为止，关于稀土元素生物浸出的 大多数研究都是通过磷酸盐溶解微生物进行的， 该类微生物可通过有机酸和磷酸酶的释放促进磷 元素和稀土元素的溶解[12, 33] . 已经发现，放线菌和 革兰氏阳性菌要比革兰氏阴性菌、真菌和酵母具 有更高吸附积累稀土离子的能力. 其细胞壁表面 的磷壁酸产生强烈负电荷，与金属离子形成螯合 物[55] . 磷酸盐溶解微生物通过增加细胞-矿物界面 中的磷酸盐可用性和溶解度直接和/或间接地促进 微生物的代谢. 磷酸盐岩中含有较高浓度的镧、 铈、钇等稀土元素，平均质量分数为 0.4%，与独居 表 1 应用于稀土元素提取的微生物种类 Table 1 Microbial species applied to rare earth element extraction 微生物菌种 参考文献 反应类型 嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans），产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes) [65] Ce, La, Nd, Pr,和Y的生物浸出 放线菌（Micrococcus sp.），小单胞菌（Micromonospora sp.），链霉菌（Streptomyces sp.） [52] Ce，La或Y的生物浸出 假单胞菌（Pseudomonas sp.） [58] La的生物吸附 土壤杆菌HN1（Agrobacterium sp. HN1） [59] La和Ce的生物吸附 单针藻（Monoraphidium sp.），青霉菌（Penicillium sp.） [60] Nd的生物吸附 地衣芽孢杆菌（Bacillus lichenifomis），枯草芽孢杆菌（B. subtilis）， 短杆菌（Brevibacterium helovolum），红色球菌（Rhodococcus elythmpolis） [42] Sm的积累 Penidiella sp. T9 [25] Dy的积累 烟草节杆菌（Arthrobacter nicotianae） [55] Sm的积累 · 64 · 工程科学学报，第 42 卷，第 1 期