一株常温嗜酸浸矿菌及其用于浸出废旧线路板中金属的两步浸出方法

摘要

本发明提供一株常温嗜酸浸矿菌及其浸出线路板中金属的两步浸出方法，常温嗜酸菌种名称为Thiobacillus ferrooxidans Retech-XI，保藏登记号为CCTCC No：M207159，保藏日2007年10月16日，保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内。一种废旧线路板中金属的两步浸出方法为常温嗜酸菌(Thiobacillus ferrooxidansRetech-XI)的复壮驯化和放大培养，驯化菌的培养以得到富集细菌和Fe3+的富集液，浸出前在得到的富集液中加入FeS2精矿，以平衡浸出过程中pH值上升和补充铁源，将废旧线路板粉末加入到富集液中进行浸出并固液分离和回收金属。本发明优点除了有利于环保外，还可以用来回收废旧线路板种的贵重金属资源，平衡了废旧线路板粉末加入到培养液中出现的pH值的上升，提高了细菌浸出废旧线路板的处理量，同时也提高了浸出效率，并且使由于浸出过程中出现沉淀现象导致损失的Fe得到了补充。

说明书

技术领域

本发明涉及到一株常温嗜酸浸矿菌及其用于浸出废旧线路板中金属的浸出方法，利用该菌种通过将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后Fe³⁺来氧化废旧线路板中金属，使金属单质溶解为金属离子，为提高浸出过程的效率，本专利发明了两步浸出废旧线路板中金属的方法。

背景技术

废弃线路板中仅铜的含量即高达20％，另外还含有铝、铁等金属及微量的金、银、铂等稀贵金属。因而电废弃物具有比普通城市垃圾高得多的价值。采用生物技术提取废旧印刷线路板中的金等贵金属，具有工艺简单、费用低、操作方便的优点。但是在研究中发现，浸出过程中，细菌在加入线路板的培养液中生长缓慢，且出现pH值上升3～4之间的现象，这不利于细菌的生长，且使得线路板中金属的浸出速率降低。因此，有必要提供一种方法来解决这种问题，以提高浸出速率。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一株常温嗜酸浸矿菌；

本发明的第二个目的提供一种方法，这种方法不同于将细菌浸出剂加入到线路板粉末中，它是将线路板粉末加入到培养成熟的菌液中，该方法的特点是细菌培养和细菌浸出两个过程分开进行，避免了细菌在线路板环境中生长不利的劣势，提高浸出线路板中金属的速率。

本发明的第三个目的是提供一种在浸出过程中加入的矿石(FeS₂精矿)，该矿石(FeS₂精矿)保证浸出过程中需要的铁源，同时该矿石在细菌作用下产生的酸会对浸出过程中pH值的变化产生平衡作用。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案，它包括以下步骤：

(1)适于浸出废旧线路板中金属的菌种的获得

本发明所用菌种为嗜酸氧化亚铁硫杆菌，名称为Thiobacillus ferrooxidansRetech-XI，保藏登记号为CCTCC No：M207159，保藏日2007年10月16日，在取得该菌种之后，在pH值为1.5～2.5的含有重金属离子(Cu²⁺、Zn²⁺、Sn²⁺、Al³⁺、pb²⁺、Ni²⁺、Ag⁺)的9K培养液中进行细菌适应性驯化培养2～5次。线路板中含以上各种重金属的量分别为：Cu：15～25％、Zn：1.5～3％、Sn：3～5％、Al：1～3％、Pb：1.5～3％、Ni：1～3％、Ag：0.005～0.05％。根据浸出时加入线路板的浓度为30～50g/L，9K培养液中重金属的浓度分别设为Cu²⁺：5～20g/L、Zn²⁺：0.5～3g/L、Sn²⁺：1～3g/L、Al³⁺：0.5～3g/L、pb²⁺：0.5～3g/L、Ni²⁺：0.5～3g/L、Ag⁺：0.002～0.05g/L。根据加入线路板的浓度进行然后逐级放大培养2～5次。其中细菌接种量为培养物总体积的10～30％，获得菌浓度为10⁷～10⁹个/ml的适应性驯化浸矿菌，其生长温度在30～35℃，pH在1.5～2.5之间，该菌对抗重金属性强，随后用于进行废旧线路板的生物浸出。(驯化重金属离子的种类可根据线路板中所含重金属进行选择，驯化浓度量按以上量进行)，实际浸出时，根据线路板中所含有的重金属种类，选择对细菌进行重金属驯化，对含有的重金属驯化的浓度仍按以上浓度进行设定。

(2)对废旧线路板的处理

首先手工破碎成小于70mm小块，然后依次送入通用切割研磨机和可变速高速旋转粉碎机进行两级粉碎，最终得到粒度为-0.5mm的粉碎产物。

(3)对浸出过程进行第一步，氧化亚铁硫杆菌的培养

将常温嗜酸菌(Thiobacillus ferrooxidans Retech-XI)接种到在9K培养液，接种量其中细菌接种量为培养物总体积的10～20％，在培养箱中培养3～4天，温度为30～35℃，转速为150～160rpm，pH设定为1.7～2.0。当培养液中的氧化还原电位500～600mv(Vs.SCE，是指所测量的氧化还原电位值是相对于标准甘汞电极的测量值)时，培养液中菌数在10⁷个/ml以上，Fe³⁺浓度在6～7g/L，此时，浸出过程第一步结束。

(4)浸出过程第二步

为保证在浸出过程中由于加入废旧线路板粉末导致浸出液pH上升得到平衡和浸出过程中产生溶液铁的损失，在第一步中培养好的成熟菌液中加入3～10g/L的FeS₂精矿。FeS₂精矿在细菌的作用下发生以下反应，

产生的Fe³⁺可以补充铁源，H⁺可以平衡pH值的上升。

然后，将破碎好的废旧线路板粉末加入到以上培养液中，加入浓度为30～50g/L。在摇床里进行浸出反应，浸出时间为3～10天。

浸出过程中的反应式如下，

2Fe³⁺+Cu⁰→2Fe²⁺+Cu²⁺

浸出反应结束后，超过90％的Al、Cu、Ni、Zn被浸出。

本发明的效果是：除了有利于环保外，还可以用来回收废旧线路板中的贵重金属资源，平衡了废旧线路板粉末加入到培养液中出现的pH值的上升，提高了细菌浸出废旧线路板的处理量，同时也提高了浸出效率，并且使由于浸出过程中出现沉淀现象导致损失的Fe得到了补充。

附图说明

图1为本发明一种实施例的工艺流程框图。

如图1所示，1为实验所用的常温嗜酸菌(Thiobacillus ferrooxidansRetech-XI，保藏登记号为CCTCC No：M207159，保藏日2007年10月16日，)，将其进行复壮、重金属的驯化工序2，然后进行放大培养3，得到成熟菌液4，流程到这里为第一步培养细菌，以后为第二步浸出过程，选取废旧线路板5，对废旧线路板进行破碎6，7为黄铁矿精矿，工序8在成熟菌液中加入废旧线路板粉末和黄铁矿，进入线路板浸出工序9，将浸出后的液体进行固液分离工序10，分离得到的浸出渣11，分离得到的浸出液体12进行回收金属工序13，获得金属产品14，剩下含Fe²⁺和细菌的尾液15进行细菌再生工序16，细菌再生后返回工序8循环浸出。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行进一步说明

实施例1

该方法应用于以线路板生产过程中产生的边角料为浸出处理原料，该种废弃线路板中铜的含量最高，为25.06％，其中含有其它金属Fe：0.66％，Pb：0.80％。

(1)常温嗜酸菌的复壮及驯化培养

对常温嗜酸菌(Thiobacillus ferrooxidans Retech-XI，保藏登记号为CCTCCNo：M207159，保藏日2007年10月16日)在pH值为1.7～2.0的9K培养液中进行细菌适应性驯化转接培养4次。该种线路板中铜含量最高25.06％，对细菌进行重金属驯化时，加入的Cu²⁺浓度为5～20g/L，线路板中其它金属的含量很低，不需进行驯化，驯化时每次细菌接种量为培养物总体积的20％，培养温度30～35℃。最终获得复壮菌浓度大于10⁷个/ml的适应性驯化低温浸矿菌，抗Cu²⁺能力大于20g/L，菌液电位达到600(mv，Vs.SCE)。该菌液即可接入培养液中进行培养然后进行线路板的浸出。

(2)对废旧线路板破碎和进行细菌的放大培养

将废旧线路板通用切割研磨机和可变速高速旋转粉碎机进行两级粉碎，最终得到粒度为-0.5mm的粉碎产物。将常温嗜酸菌(Thiobacillus ferrooxidansRetech-XI)接种到在9K培养液放大培养1次，接种量为培养物总体积的10～20％，在培养箱中培养3～4天，温度为30～35℃，转速为150～160rpm，pH设定为1.7～2.0。当培养液中的氧化还原电位500～600mv(Vs.SCE，是指所测量的氧化还原电位值是相对于标准甘汞电极的测量值)时，培养液中菌数在10⁷个/ml以上，Fe³⁺浓度在6～7g/L，此时，浸出过程第一步结束。

(3)进行浸出第二步

在第一步中培养好的浸出液中加入3～10g/L的FeS₂精矿。然后将破碎好的废旧线路板粉末加入到以上成熟菌液中，加入浓度为30g/L。在摇床里进行浸出反应，浸出条件为温度为30～35℃，转速为150～160rpm，pH设定为1.7～2.0。在浸出过程中，浸出液中的电位会发生下降，下降到300～400mv。当浸出液中电位上升到500mv后，第二步基本结束。对浸出液中Cu²⁺进行分析计算发现，有超过90％的Cu被浸出。将浸出液进行固液分离，固体返回再次浸出，提高浸出率，液体进行金属的回收和细菌再生。

本发明的效果是：除了有利于环保外，还可以用来回收废旧线路板中的贵重金属资源，平衡了废旧线路板粉末加入到培养液中出现的pH值的上升，提高了细菌浸出废旧线路板的处理量，同时也提高了浸出效率，并且使由于浸出过程中出现沉淀现象导致损失的Fe得到了补充。