金屬離子脅迫對鈷酸鋰生物浸出過程影響研究

劉 浩, 劉德洪, 程國慶, 張 旭, 顧停月, 朱明龍, 譚文松, 吳星瑩

（1. 華東理工大學 生物反應器工程國家重點實驗室, 上海 200237; 2. 美國俄亥俄大學 化學與生物分子工程系, Athens OH 45701)

1 前 言

隨著鋰電池產業的迅速發展，廢舊鋰電池的回收處理問題日益受到關注。生物浸出技術可實現廢舊鋰電池中鈷、鋰等金屬的回收，并且有安全綠色、反應條件溫和等優點，因此備受關注。研究發現，冶金微生物構成的生物被膜結構在生物浸出過程中起到關鍵作用[1-2]。生物被膜是指細菌黏附于接觸表面，分泌多糖基質、纖維蛋白等胞外聚合物(extracellular polymeric substances，EPS)，將其自身包裹而形成的三維聚合物網絡[3]。EPS 介導的細菌對礦物的黏附和生物被膜的形成啟動并強化了生物浸出過程[4-6]，前人研究表明，生物浸出效率與生物被膜中的黏附菌密切相關[7]。YANG 等[8]發現黏附菌對銅提取率的貢獻高達50.5%。FENG 等[9]證明通過直接增強Acidithiobacillus ferrooxidans 的黏附行為能改善黃銅礦的生物浸出。

生物浸出過程中，金屬離子的不斷溶出會形成金屬離子脅迫環境，這會對生物被膜結構和功能產生不利影響，最終影響金屬離子的浸出效率。TANG 等[10-11]發現高濃度的Mg2+會通過減少IV 型菌毛的形成降低A. ferrooxidans 黏附能力，抑制生物被膜的形成，導致浸出率降低，而添加感應信號分子酰化高絲氨酸內酯(acyl-homoserine lactones，AHL)能通過促進生物被膜的形成，提高A. ferrooxidans 對Mg2+脅迫的抗性。目前，生物浸出廢舊鋰電池電極材料過程存在“料漿濃度限制”等問題[12]，WU 等[13]的研究指出，在Li+、Co2+脅迫條件下，冶金微生物胞內ROS 含量的迅速升高使細菌生長活性下降，這可能是導致料漿濃度限制的重要原因之一。……