66 工程科学学报，第42卷，第1期 质量浓度达40mgL,高于任一菌株的单独培养 在未来的研究中，提高浸出效率及发展原位生物 的浸出效率，可能是由于通过生物有机酸间的协 浸出或将成为需要解决的重点问题. 同相互作用6阿.可通过在琼脂培养基上形成的晕 区来确定菌株从独居石矿石中开发稀土元素的生 参考文献 物浸出能力，以选择进行浸出实验的菌株6 [1]Deady E A,Mouchos E,Goodenough K,et al.A review of the 4.2二级废弃物中的稀土元素的回收 potential for rare-earth element resources from European red 为解决稀土元素供应紧缺的问题，提出了从 muds:examples from Seydisehir,Turkey and Parnassus-Giona, 二级资源和废物流中提取稀土元素的方法6例.然 Greece.Mineralogical Mag,2016,80(1):43 [2]Alonso E,Sherman A M,Wallington T J,et al.Evaluating rare 而，截至2011年仅有不到1%的稀土元素被回收 earth element availability:a case with revolutionary demand from 稀土元素的低品位矿石、红泥（铝土矿残渣）、废 clean technologies.Environ Sci Technol,2012,46(6):3406 电子电气设备(WEEE)等均为回收稀土元素的重 [3]Goodenough K M,Wall F,Merriman D.The rare earth elements: 要来源-)现已研究表明多种菌株可从二级废 demand,global resources,and challenges for resourcing future 弃物中对稀土元素进行生物提取，红泥是铝采矿 generations.Nat Resour Res,2018,27(2):201 作业中铝土矿加工的废料，是一种含有钪、铀和钍 [4]Massari S,Ruberti M.Rare earth elements as critical raw 氧化物的多金属原料两，可用三色青霉进行处理 materials:focus on international markets and future strategies. 可采用不同的生物浸出方法：一步生物浸出（在灭 Resour Policy,2013,38(1):36 菌红泥存在下的真菌生长)和两步生物浸出（微生 [5]Haque N.Hughes A,Lim S,et al.Rare earth elements:overview of mining,mineralogy,uses,sustainability and environmental 物预培养和生物量生产，然后添加灭菌红泥).利 impact.Resources,2014,3(4):614 用两步生物浸出方法研究红泥中稀土元素的真菌 [6]Li HR,Feng YL,Shi H,et al.Bio-leaehing valuable metals from 浸出效率，随着红泥浓度的增加，柠檬酸和草酸的 multimetallic nodules in the deep sea bed.J Univ Sci Technol 产量增加，表明这两种酸在红泥中稀土元素的生 Beijing,2000,22(6):489 物浸出中起主要作用，浸出效率从36%到78%不 (李浩然，冯雅丽，石红，等.微生物浸出深海多金属结核中有价 等网.利用生物浸出工艺从废弃电气和电子设备 金属.北京科技大学学报，2000,22(6)：489) (WEEE)粉碎产生的粉尘中回收金属，嗜酸性氧化 [7]Zepf V.Rare Earth Elements:A New Approach to the Nexus of 亚铁硫杆菌和恶臭假单胞菌可在8d内将浸出液 Supply.Demand and Use:Exemplified along the Use of Neodymium in Permanent Magnets.Berlin:Springer Science 的pH从3.5降低到1.0，此期间Ce和Eu的产率超 Business Media,2013 过99%，La和Y的产率超过80%四 [8]Aide M T,Aide C.Rare earth elements:their importance in 5挑战与展望 understanding soil genesis.ISRN Soil Sci,2012,2012:783876 [9] Chistoserdova L.Lanthanides:New life metals?World J Microbiol 当今的稀土金属需求量日益增加，开发新的 Biotechnol,2016,32(8)：大138 可持续技术，用于初级和次级稀土元素开采十分 [10]Shiller A M,Chan E W,Joung D J,et al.Light rare earth element 必要，原位生物浸出技术已然成为未来矿业发展 depletion during Deepwater Horizon blowout methanotrophy.Sci 的重要方向之一阿).生物浸出技术具有低毒害、反 Rep,2017,7:10389 [11]Watling H.Microbiological advances in biohydrometallurgy. 应条件温和等特点，可从低品位矿石或废弃物中 Minerals,2016,6(2:49 提取稀土元素.但与常规稀土元素提取相比，生物 [12]Goldstein A H,Krishnaraj P U.Phosphate solubilizing 浸出的主要缺点是较低的浸出率，以及对微生物 microorganisms vs.phosphate mobilizing microorganisms:what 特别是在异养微生物生长的底物需求.目前对 separates a phenotype from a trait?First International Meeting 微生物浸出稀土元素的代谢机理和实际应用研究 on Microbial Phosphate Solubilization.Salamanca,2007:203 较少，由于矿石成分复杂，浸出环境及矿石毒性对 [13]Omar N B,Merroun M L,Penalver J M A,et al.Comparative 微生物的影响还需要进一步的研究m,另有 heavy metal biosorption study of brewery yeast and Myxococcus xanthus biomass.Chemosphere,1997,35(10):2277 REE与磷酸盐基团结合的矿矿物中REE相的转变和 [14]Karavaiko G I,Kareva A S,Avakian Z A,et al.Biosorption of 提取问题网.稀土的生物采矿技术仍存在诸多不 scandium and yttrium from solutions.Biotechnol Lett,1996, 足和不可控性，对于采矿微生物的代谢机理研究 18(11):1291 有限，且缺乏采矿微生物在稀土矿开采中实际应 [15]Ilyas S,Kim M S,Lee J C,et al.Bio-reclamation of strategic and 用的研究，包括生物浸出过程的技术可行性等网] energy critical metals from secondary resources.Metals,2017,质量浓度达 40 mg·L−1，高于任一菌株的单独培养 的浸出效率，可能是由于通过生物有机酸间的协 同相互作用[65] . 可通过在琼脂培养基上形成的晕 区来确定菌株从独居石矿石中开发稀土元素的生 物浸出能力，以选择进行浸出实验的菌株[68] . 4.2    二级废弃物中的稀土元素的回收 为解决稀土元素供应紧缺的问题，提出了从 二级资源和废物流中提取稀土元素的方法[69] . 然 而，截至 2011 年仅有不到 1% 的稀土元素被回收[70] . 稀土元素的低品位矿石、红泥（铝土矿残渣）、废 电子电气设备（WEEE）等均为回收稀土元素的重 要来源[71−73] . 现已研究表明多种菌株可从二级废 弃物中对稀土元素进行生物提取，红泥是铝采矿 作业中铝土矿加工的废料，是一种含有钪、铀和钍 氧化物的多金属原料[74] ，可用三色青霉进行处理. 可采用不同的生物浸出方法：一步生物浸出（在灭 菌红泥存在下的真菌生长）和两步生物浸出（微生 物预培养和生物量生产，然后添加灭菌红泥）. 利 用两步生物浸出方法研究红泥中稀土元素的真菌 浸出效率，随着红泥浓度的增加，柠檬酸和草酸的 产量增加，表明这两种酸在红泥中稀土元素的生 物浸出中起主要作用，浸出效率从 36% 到 78% 不 等[54] . 利用生物浸出工艺从废弃电气和电子设备 （WEEE）粉碎产生的粉尘中回收金属，嗜酸性氧化 亚铁硫杆菌和恶臭假单胞菌可在 8 d 内将浸出液 的 pH 从 3.5 降低到 1.0，此期间 Ce 和 Eu 的产率超 过 99%，La 和 Y 的产率超过 80% [72] . 5    挑战与展望 当今的稀土金属需求量日益增加，开发新的 可持续技术，用于初级和次级稀土元素开采十分 必要，原位生物浸出技术已然成为未来矿业发展 的重要方向之一[75] . 生物浸出技术具有低毒害、反 应条件温和等特点，可从低品位矿石或废弃物中 提取稀土元素. 但与常规稀土元素提取相比，生物 浸出的主要缺点是较低的浸出率，以及对微生物 特别是在异养微生物生长的底物需求[76] . 目前对 微生物浸出稀土元素的代谢机理和实际应用研究 较少，由于矿石成分复杂，浸出环境及矿石毒性对 微 生 物 的 影 响 还 需 要 进 一 步 的 研 究 [77] ， 另 有 REE 与磷酸盐基团结合的矿物中 REE 相的转变和 提取问题[78] . 稀土的生物采矿技术仍存在诸多不 足和不可控性，对于采矿微生物的代谢机理研究 有限，且缺乏采矿微生物在稀土矿开采中实际应 用的研究，包括生物浸出过程的技术可行性等[79] . 在未来的研究中，提高浸出效率及发展原位生物 浸出或将成为需要解决的重点问题. 参    考    文    献 Deady E A, Mouchos E, Goodenough K, et al. A review of the potential for rare-earth element resources from European red muds: examples from Seydisehir, Turkey and Parnassus-Giona, Greece. Mineralogical Mag, 2016, 80（1）: 43 [1] Alonso E, Sherman A M, Wallington T J, et al. Evaluating rare earth element availability: a case with revolutionary demand from clean technologies. Environ Sci Technol, 2012, 46（6）: 3406 [2] Goodenough K M, Wall F, Merriman D. The rare earth elements: demand, global resources, and challenges for resourcing future generations. Nat Resour Res, 2018, 27（2）: 201 [3] Massari S, Ruberti M. Rare earth elements as critical raw materials: focus on international markets and future strategies. Resour Policy, 2013, 38（1）: 36 [4] Haque N, Hughes A, Lim S, et al. Rare earth elements: overview of mining, mineralogy, uses, sustainability and environmental impact. Resources, 2014, 3（4）: 614 [5] Li H R, Feng Y L, Shi H, et al. Bio-leaehing valuable metals from multimetallic nodules in the deep sea bed. J Univ Sci Technol Beijing, 2000, 22（6）: 489 （李浩然, 冯雅丽, 石红, 等. 微生物浸出深海多金属结核中有价 金属. 北京科技大学学报, 2000, 22（6）：489 ） [6] Zepf V. Rare Earth Elements: A New Approach to the Nexus of Supply, Demand and Use: Exemplified along the Use of Neodymium in Permanent Magnets. Berlin: Springer Science & Business Media, 2013 [7] Aide M T, Aide C. Rare earth elements: their importance in understanding soil genesis. ISRN Soil Sci, 2012, 2012: 783876 [8] Chistoserdova L. Lanthanides: New life metals? World J Microbiol Biotechnol, 2016, 32（8）: 138 [9] Shiller A M, Chan E W, Joung D J, et al. Light rare earth element depletion during Deepwater Horizon blowout methanotrophy. Sci Rep, 2017, 7: 10389 [10] Watling H. Microbiological advances in biohydrometallurgy. Minerals, 2016, 6（2）: 49 [11] Goldstein A H, Krishnaraj P U. Phosphate solubilizing microorganisms vs. phosphate mobilizing microorganisms: what separates a phenotype from a trait? // First International Meeting on Microbial Phosphate Solubilization. Salamanca, 2007: 203 [12] Omar N B, Merroun M L, Peñalver J M A, et al. Comparative heavy metal biosorption study of brewery yeast and Myxococcus xanthus biomass. Chemosphere, 1997, 35（10）: 2277 [13] Karavaiko G I, Kareva A S, Avakian Z A, et al. Biosorption of scandium and yttrium from solutions. Biotechnol Lett, 1996, 18（11）: 1291 [14] Ilyas S, Kim M S, Lee J C, et al. Bio-reclamation of strategic and energy critical metals from secondary resources. Metals, 2017, [15] · 66 · 工程科学学报，第 42 卷，第 1 期