·152· 工程科学学报，第41卷，第2期 年来，作为浸出体系的基本单元，单颗粒矿石及其浸 却一分级一静电分离一湿法冶炼”五级联合处置 出机制是至关重要的，主要探究了不同浸出时间下 技术)；此外，我国科研人员率先提出了“拆解一 矿石颗粒周边的溶浸液浓度分布、颗粒粒径演化特 破碎一生物浸出一后续处置”湿法联合处置技术， 征、颗粒内部的铜离子浓度等 具有效率高、污染小、成本低等优势.废旧电路板 3.6电子废弃物中的铜金属回收 中回收铜资源的一般工业流程，如图9所示.此 自2005年起，我国已经成为世界第一大电子线 外，我国率先开展了Acidithiobacillus ferrooxidans 路板生产国，占全球市场份额的40%以上[].伴 (A.f)与Acidithiobacillus thiooxidans(A.t)等多菌种 随着电子工业的蓬勃发展，大量的废弃电子线路板 联合培养和废弃电子线路板(WPCBs)浸出规律研 (waste printed circuit broads,WPCBs)严重污染了土 究[2]，探讨了利用中温微生物，中等嗜热微生物 壤与水源，对人类健康形成巨大威胁).因此，如 和极端嗜热微生物处置废弃电路板的可行性，其 何有效回收处置电子废弃物成为摆在科研人员面前 中，A.f菌，A.t菌和Leptospirillum被认为是当前最 的重大课题 常用、最高效的浸矿菌].近年来，为强化废弃 相较火法冶炼、机械处置与化工处置等污染 电子电路板浸出过程，新型催化材料比如生物炭、 大、耗费高的废弃电路板处置方法，德国Daimler-- 氨摻杂碳纳米管(NCNTs)等被研发应用并取得良 Benz Uim研究中心率先提出了“预处理一液氨冷 好浸出效果[14)] = 上游工艺 整合 下游工艺 金属部分 未筛分 静电分离 金属混合物 渗加真菌 或细菌 微生添加 物理拆解 粗碎 细碎 生物 物 反应釜 金属 物理和机械回收本着环境和健康破坏最小的原则 过滤 生物处置后 成品金属 排放废渣 图9从废旧电路板中回收铜金属的工业流程5] Fig.9 Industrial processing of copper recovery from WPCBs(us] 矿石中有价元素难以完全浸出.为提高矿石浸出效 4挑战与展望 率与细菌活性，需要深入基因层面，进一步探究细菌 微生物浸出技术对高效回收低品位矿、废石及 特性及浸矿机理等2】，主要包括以下几，点： 电子垃圾中的铜金属起到了至关重要的作 (1)高效浸矿菌种获取.利用基因工程等诱变 用6-].随着开采深度的增加，采矿成本与安全 手段获取高效浸矿细菌，特别是研究获取适用于高 风险骤增，原位生物浸出技术已然成为未来矿业发 寒、高温、高渗透压、低氧含量等极端浸出环境下的 展的重要方向之一[8-].然而，当前生物浸铜技 浸矿细菌[2]； 术也存在一定的环境保护、生物多样性扰动、矿堆稳 (2)外场能强化浸出.利用强制通风、机械翻 定性等方面的隐患[120).针对我国技术进展与应用 堆、地热能、地压等外场能手段，强化生物浸出过程； 现状，本文提出了未来生物浸铜面临的主要挑战与 (3)矿石预处理技术.利用矿石多级破碎、制粒 发展趋势 等技术矿石活化与预处理技术，使矿物内部目标金 4.1浸出效率提高与保障 属矿物充分暴露，提高目标金属元素回收率： 由于矿堆内部结构的异质性，浸出体系中流体 (4)浸出过程控制与防钝化.利用防垢剂、铜铁 流动、细菌增殖、温度与气体传输过程不均衡，造成 元素协同作用、疏催化作用等实现浸出过程控制，减工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 年来,作为浸出体系的基本单元,单颗粒矿石及其浸 出机制是至关重要的,主要探究了不同浸出时间下 矿石颗粒周边的溶浸液浓度分布、颗粒粒径演化特 征、颗粒内部的铜离子浓度等. 3郾 6 电子废弃物中的铜金属回收 自 2005 年起,我国已经成为世界第一大电子线 路板生产国,占全球市场份额的 40% 以上[109] . 伴 随着电子工业的蓬勃发展,大量的废弃电子线路板 (waste printed circuit broads, WPCBs)严重污染了土 壤与水源,对人类健康形成巨大威胁[110] . 因此,如 何有效回收处置电子废弃物成为摆在科研人员面前 的重大课题. 相较火法冶炼、机械处置与化工处置等污染 大、耗费高的废弃电路板处置方法,德国 Daimler鄄鄄 Benz Uim 研究中心率先提出了“ 预处理—液氮冷 却—分级—静电分离—湿法冶炼冶 五级联合处置 技术[111] ;此外,我国科研人员率先提出了“拆解— 破碎—生物浸出—后续处置冶湿法联合处置技术, 具有效率高、污染小、成本低等优势. 废旧电路板 中回收铜资源的一般工业流程,如图 9 所示. 此 外,我 国 率 先 开 展 了 Acidithiobacillus ferrooxidans (A郾 f)与 Acidithiobacillus thiooxidans(A郾 t)等多菌种 联合培养和废弃电子线路板(WPCBs)浸出规律研 究[112] ,探讨了利用中温微生物,中等嗜热微生物 和极端嗜热微生物处置废弃电路板的可行性,其 中,A郾 f 菌,A郾 t 菌和 Leptospirillum 被认为是当前最 常用、最高效的浸矿菌[113] . 近年来,为强化废弃 电子电路板浸出过程,新型催化材料比如生物炭、 氮掺杂碳纳米管(NCNTs)等被研发应用并取得良 好浸出效果[114] . 图 9 从废旧电路板中回收铜金属的工业流程[115] Fig. 9 Industrial processing of copper recovery from WPCBs [115] 4 挑战与展望 微生物浸出技术对高效回收低品位矿、废石及 电子 垃 圾 中 的 铜 金 属 起 到 了 至 关 重 要 的 作 用[116鄄鄄117] . 随着开采深度的增加,采矿成本与安全 风险骤增,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[118鄄鄄119] . 然而,当前生物浸铜技 术也存在一定的环境保护、生物多样性扰动、矿堆稳 定性等方面的隐患[120] . 针对我国技术进展与应用 现状,本文提出了未来生物浸铜面临的主要挑战与 发展趋势. 4郾 1 浸出效率提高与保障 由于矿堆内部结构的异质性,浸出体系中流体 流动、细菌增殖、温度与气体传输过程不均衡,造成 矿石中有价元素难以完全浸出. 为提高矿石浸出效 率与细菌活性,需要深入基因层面,进一步探究细菌 特性及浸矿机理等[121] ,主要包括以下几点: (1)高效浸矿菌种获取. 利用基因工程等诱变 手段获取高效浸矿细菌,特别是研究获取适用于高 寒、高温、高渗透压、低氧含量等极端浸出环境下的 浸矿细菌[122] ; (2)外场能强化浸出. 利用强制通风、机械翻 堆、地热能、地压等外场能手段,强化生物浸出过程; (3)矿石预处理技术. 利用矿石多级破碎、制粒 等技术矿石活化与预处理技术,使矿物内部目标金 属矿物充分暴露,提高目标金属元素回收率; (4)浸出过程控制与防钝化. 利用防垢剂、铜铁 元素协同作用、硫催化作用等实现浸出过程控制,减 ·152·