刘晓璐等：微生物技术在稀土资源利用中的研究进展 61 KEY WORDS rare earth ore;rare earth distribution;microbial mining:bioleaching:bioaccumulation;mineral-bioleaching microorganisms;rare earth recovery 稀土元素(rare earth elements,.REEs)是大多数 稀土资源分布概况，根据相关研究进展对微生物 现代技术的重要组成部分，被视为“关键金属”山， 利用稀土矿的机理进行概述，提出稀土矿微生物 包括l5种镧系元素(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu, 提取技术存在的问题并对未来进行展望 Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb和Lu),以及钪(Sc)和 1我国的稀土资源概况 钇(Y),被广泛应用于光学，永磁，电子，超导技术， 储氢，医药，核技术，二次电池技术和催化领域.石 1.1我国稀土矿资源的特征 油资源的紧缺促使了风能和电动汽车的发展巴，而 我国稀土资源较为丰富，年产量在世界年产 该领域的发展广泛依赖于稀土元素中的镝和钕] 量中的占比一直很高（图1(a),但存在着可采 我国稀土资源较为丰富，全球97%的稀土金属 储量增长缓慢、开发过度和环境污染等问题.目 (rare earth metals,REMs)由中国生产，稀土资源 前，稀土元素的工业提取需要复杂的加工过程，并 储量约占全球总储量的36.7%. 且常规的稀土元素生产依赖于利用浓氢氧化钠的 主要稀土矿物有独居石、白云石和磷钇矿等， 碱性方法或利用浓硫酸和高温的酸性方法，会产 目前经营的矿山主要有中国的白云鄂博(Bayan 生含有大量钍、铀、氟化氢及多种有毒物质的废水7， Obo),美国的Mountain Pass,.澳大利亚的Mount 造成矿区的严重环境问题，且与其他金属相比，通 weld等间但全球范围内的稀土矿资源普遍存在 过化学浸出生产稀土元素对环境的影响更大)，我 着过度开发、资源利用率低及环境污染严重等问 国稀土矿的分布广泛却又相对集中，全国2/3的省 题，需要低成本、污染少的开发及回收方式稀 份均发现有稀土资源，其中内蒙包头、江西赣南、广 土元素由于其电子轨道的分布，表现出相似的物 东粤北、四川凉山为稀土资源集中分布区（图1(b)网， 理和化学性质可，能够形成非常稳定的氧化态(+)， 占全国稀土资源总量的98%.我国的稀土资源分 离子半径随原子序数增加（从La到Lu)而有规律 布具有以下特征： 地减少，称为“镧系收缩”图稀土元素因其独特性 (1)储量大.我国稀土矿的工业储量和远景储 质能够广泛参与多种微生物中化合物的代谢，因 量居世界第一位，总储量约占全球的36.7%例其 此有助于分离具有稀土采矿能力的菌株0.而生 中，位于内蒙古自治区包头市的白云鄂博矿，储量 物湿法冶金的相关研究为稀土矿的开采提供了更 居世界第一，是我国也是目前世界上最大的稀土 加绿色、高效的新方法山.磷酸盐溶解微生物、酵 矿山 母菌及霉菌等能够促进稀土矿石中稀土元素的浸出 (2)类型多、矿种全.我国的稀土矿包括花岗 和富集，并且能够从废弃物中提取稀土资源，一定程 岩型稀土矿床、沉积型稀土矿床、风化壳淋积型 度上促进了稀土矿的高效利用和可持续发展2-) 稀土矿床等多种类型，其中风化壳淋积型稀土矿 本文介绍了稀土资源的微生物开采情况及我国的 床为我国特有.主要稀土矿物有氟碳铈矿、独居 (a) (b) 100 96.897.097.7 4.690. 86.485.4 3% 3%3% 0.883.3 8% 四内蒙古 盟山东 50 四川 南方各省 面 其他 0 83% 年份 图1中国稀土矿产量及资源分布示意图.()中国稀土年产量在世界年产量的占比：(b)中国稀土资源分布图 Fig.I Schematic diagram of China's rare earth mine production and resources distribution:(a)percentage of China's rare earth annual production in the world;(b)distribution of rare earth resources in ChinaKEY  WORDS    rare earth ore； rare earth distribution； microbial mining； bioleaching； bioaccumulation； mineral-bioleaching microorganisms；rare earth recovery 稀土元素（rare earth elements，REEs）是大多数 现代技术的重要组成部分，被视为“关键金属” [1] ， 包括 15 种镧系元素（ La，Ce， Pr， Nd， Pm， Sm， Eu， Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb 和 Lu），以及钪（Sc）和 钇（Y），被广泛应用于光学，永磁，电子，超导技术， 储氢，医药，核技术，二次电池技术和催化领域. 石 油资源的紧缺促使了风能和电动汽车的发展[2] ，而 该领域的发展广泛依赖于稀土元素中的镝和钕[3] . 我国稀土资源较为丰富，全球 97% 的稀土金属 （rare earth metals，REMs）由中国生产[4] ，稀土资源 储量约占全球总储量的 36.7%. 主要稀土矿物有独居石、白云石和磷钇矿等， 目前经营的矿山主要有中国的白云鄂博（Bayan Obo） ，美国 的 Mountain Pass，澳大利亚 的 Mount Weld 等[5] . 但全球范围内的稀土矿资源普遍存在 着过度开发、资源利用率低及环境污染严重等问 题，需要低成本、污染少的开发及回收方式[6] . 稀 土元素由于其电子轨道的分布，表现出相似的物 理和化学性质[7] ，能够形成非常稳定的氧化态（3+）， 离子半径随原子序数增加（从 La 到 Lu）而有规律 地减少，称为“镧系收缩” [8] . 稀土元素因其独特性 质能够广泛参与多种微生物中化合物的代谢，因 此有助于分离具有稀土采矿能力的菌株[9−10] . 而生 物湿法冶金的相关研究为稀土矿的开采提供了更 加绿色、高效的新方法[11] . 磷酸盐溶解微生物、酵 母菌及霉菌等能够促进稀土矿石中稀土元素的浸出 和富集，并且能够从废弃物中提取稀土资源，一定程 度上促进了稀土矿的高效利用和可持续发展[12−15] . 本文介绍了稀土资源的微生物开采情况及我国的 稀土资源分布概况，根据相关研究进展对微生物 利用稀土矿的机理进行概述，提出稀土矿微生物 提取技术存在的问题并对未来进行展望. 1    我国的稀土资源概况 1.1    我国稀土矿资源的特征 我国稀土资源较为丰富，年产量在世界年产 量中的占比一直很高（图 1（a）） [16] ，但存在着可采 储量增长缓慢、开发过度和环境污染等问题. 目 前，稀土元素的工业提取需要复杂的加工过程，并 且常规的稀土元素生产依赖于利用浓氢氧化钠的 碱性方法或利用浓硫酸和高温的酸性方法，会产 生含有大量钍、铀、氟化氢及多种有毒物质的废水[17] ， 造成矿区的严重环境问题，且与其他金属相比，通 过化学浸出生产稀土元素对环境的影响更大[5] . 我 国稀土矿的分布广泛却又相对集中，全国 2/3 的省 份均发现有稀土资源，其中内蒙包头、江西赣南、广 东粤北、四川凉山为稀土资源集中分布区（图 1（b）） [18] ， 占全国稀土资源总量的 98%. 我国的稀土资源分 布具有以下特征： （1）储量大. 我国稀土矿的工业储量和远景储 量居世界第一位，总储量约占全球的 36.7% [19] . 其 中，位于内蒙古自治区包头市的白云鄂博矿，储量 居世界第一，是我国也是目前世界上最大的稀土 矿山. （2）类型多、矿种全. 我国的稀土矿包括花岗 岩型稀土矿床、沉积型稀土矿床、风化壳淋积型 稀土矿床等多种类型，其中风化壳淋积型稀土矿 床为我国特有. 主要稀土矿物有氟碳铈矿、独居 (a) (b) 96.897.0 97.7 94.6 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 100 50 0 86.4 90.9 85.4 83.3 80.8 3% 3% 3% 8% 内蒙古 山东 四川 年份 南方各省 其他 中国在世界年产量的占比/% 83% 图 1 中国稀土矿产量及资源分布示意图.（a）中国稀土年产量在世界年产量的占比;（b）中国稀土资源分布图 Fig.1 Schematic diagram of China’s rare earth mine production and resources distribution: (a) percentage of China’s rare earth annual production in the world; (b) distribution of rare earth resources in China 刘晓璐等： 微生物技术在稀土资源利用中的研究进展 · 61 ·