提高廢棄線路板兩步生物浸出金回收率的優(yōu)化

1、提高廢棄線路板兩步生物浸出金回收率的優(yōu)化提高廢棄線路板兩步生物浸出金回收率的優(yōu)化吳李川，陳茂，謝鴻觀（成都理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院，成都610059）摘要：摘要：采用兩步生物浸出法浸提廢棄線路板中的金屬。第一步利用氧化亞鐵硫桿菌浸提廢棄線路板中的銅并探討了其影響因素，第二步選用紫色色桿菌浸提第一步處理后殘留物中的金，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以金的浸出率為響應(yīng)值，采用BoxBehnken(BB)設(shè)計，利用DesignExpert軟件對響應(yīng)值進(jìn)行4因素

2、3水平的多元二次回歸擬合分析，從而提高浸金率。結(jié)果顯示，氧化亞鐵硫桿菌在pH=2.0、Fe2濃度44.3gL，粒徑75~147μm，粉末添加量0.5g的條件下，4d能提取99%的銅；在第二步中，使用響應(yīng)面確定最佳浸出條件為：pH=10.5、甘氨酸4.02gL、硫酸鎂5.67mgL、溫度31.0℃，金浸出率可達(dá)72.58%。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：氧化亞鐵硫桿菌；紫色色桿菌；生物浸出；響應(yīng)面法；廢棄線路板中圖分類號：中圖分類號：TF831文獻(xiàn)標(biāo)志碼

3、：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：文章編號：10077545（2018）11000000OptimizationtoImproveGoldRecoveryduringTwoStepBioleachingofWasteCircuitBoardsWULichuanCHENMaoXIEHongguan(CollegeofEnvironmentEcologyChengduUniversityofTechnologyChengdu610059China)

4、Abstract：Twostepbioleachingprocesswasappliedtoextractmetalfromwasteprintedcircuitboard(PCB).InthefirststepcopperinwastePCBwasextractedbyAcidithiobacillusferrooxidansitsinfluencingfactswerediscussed.Inthesecondstepgoldwas

5、extractedfromresidueoffirststepwithChromobacteriumviolaceumbysinglefactexperiment.TakinggoldleachingrateasresponsevalueBoxBehnken(BB)designwasadoptedtoimprovegoldleachingrateresponsevaluewasanalyzedbymultiplequadraticreg

6、ressionanalysisof4facts3levelswithDesignExpertsoftware.Theresultsshowthat99%ofcoppercanbeextractedbyAcidithiobacillusferrooxidansatpHvalueof2.0Fe2concentrationof44.3gLparticlesizeof75~147μmpulpdensityof0.5gf4days.Goldlea

7、chingrateis72.58%undertheoptimumconditionsincludingpHvalueof10.5glycineconcentrationof4.02gLMgSO4concentrationof5.67mgLtemperatureof31.0℃.Keywds：AcidithiobacillusferrooxidansChromobacteriumviolaceumbioleachingResponseSur

8、faceMethodologywastecircuitboard隨著人們生活水平和消費(fèi)水平不斷提高，對電子產(chǎn)品的需求不斷增長，使用的生命周期縮短[1]，導(dǎo)致廢棄線路板的積累，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題[2]。在過去的二三十年間，全球電子廢物增長巨大[3]，而廢棄線路板是電子產(chǎn)品的重要組成部分，包含了大量的貴金屬，具有回收價值[4]。廢棄線路板回收主要有機(jī)械處理技術(shù)、濕法冶金技術(shù)和火法冶金技術(shù)以及生物技術(shù)[5]。機(jī)械處理技術(shù)造成分選不充分，大量

9、金屬損失，濕法和火法冶金技術(shù)都存在產(chǎn)品的回收率比較低、過程復(fù)雜和能耗高等不足之處，而生物技術(shù)能源消耗低，投資少，不產(chǎn)生惡臭氣體，成本相對較低，生態(tài)友好[6]。近年來，綠色、高效的微生物技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注。目前，有關(guān)微生物單步直接處理廢棄線路板中銅和金的研究很多，微生物法單步直接處理金屬，不僅會在浸出過程中損失大量的金，而且金的浸出率低。廢棄線路板的微生物浸出過程是一個多變量系統(tǒng)，生物浸出性能取決于許多生物和物理化學(xué)參數(shù)及其相互作用。本

10、研究采用兩步生物浸出法浸提廢棄線路板中的金屬，第一步研究了不同礦漿濃度、初始Fe2濃度、粒徑、pH對氧化亞鐵硫桿菌浸提銅的影響，第二步，利用紫色色桿菌，采用響應(yīng)面法對浸出金的條件進(jìn)行了優(yōu)化，從而使金屬浸出率有所提高。1試驗(yàn)材料與方法試驗(yàn)材料與方法1.1廢棄線路板的預(yù)處理廢棄線路板的預(yù)處理收稿日期收稿日期：20180810基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目：四川省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2017GZ0387）；四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（18ZA0046）作者簡介作者簡介

11、：吳李川（1992），男，四川宜賓人，碩士研究生；通信作者通信作者：謝鴻觀（1978），男，安徽巢湖人，博士，副教授.doi：10.3969j.issn.10077545.2018.11.007012345020406080100銅浸出率%時間d粉末添加量（gL）0.20.50.81.0(a)012345020406080100銅浸出率%時間d初始pH1.62.02.4(b)012345020406080100銅浸出率%時間d初始Fe2

12、濃度（gL）022.1544.366.45(c)012345678020406080100銅浸出率%時間d粒徑（mm）0.4200.2500.2500.1470.1470.0750.075(d)圖1在不同金屬濃度在不同金屬濃度(a)、初始、初始pH(b)、初始、初始Fe2(c)和粒徑和粒徑(d)下銅的浸出率下銅的浸出率Fig.1Copperleachingrateatdifferentmetalconcentrations(a)init

13、ialpHvalue(b)initialFe2concentration(c)particlesize(d)基于以上試驗(yàn)，選擇以下生物浸出條件：初始pH2.0，初始Fe2濃度44.3gL，金屬濃縮劑用量5gL，粒徑0.075~0.147mm，浸提試驗(yàn)在32℃，130rmin的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行。浸出4d后，銅的去除率可達(dá)99％，此結(jié)果與以往報道相符合(ChongYangetal2017，MArshadietal2015)，并在相同時間內(nèi)銅

14、的浸出效率有所提高。2.3單因素試驗(yàn)優(yōu)化單因素試驗(yàn)優(yōu)化C.v菌浸金條件菌浸金條件不同初始pH、甘氨酸濃度、溫度、MgSO4濃度和K2HPO4濃度對C.v菌浸提廢棄線路板中金的影響如圖2所示。從圖2a和2b可見，金浸出率隨初始pH與甘氨酸濃度的增加而增加，在產(chǎn)出的HCN總量一定的情況下，浸出液pH越高，以CN狀態(tài)存在的比例越高[12]，浸出效果越好，而甘氨酸的加入可以增加氰化物的生成，實(shí)現(xiàn)金浸出[13]。溫度直接影響細(xì)菌的生長，從圖2c可

15、見，浸出溫度維持在25~35℃即可確保細(xì)菌對金的浸出，浸出4d后，金浸出率~54%。從圖2d和圖2e可見，隨著金屬鹽（MgSO4和K2HPO4）濃度的增加，金的浸出率也在增加，因?yàn)榧尤虢饘冫}可以促進(jìn)酶促過程的催化作用，但過多會抑制細(xì)菌的生長[14]。01234010203040506070金浸出率%時間d初始pH791011(a)01234020406080金浸出率%時間d甘氨酸濃度（gL）2.545.57(b)012340102030

16、405060金浸出率%時間d溫度（℃）20253035(c)01234010203040506070金浸出率%時間d硫酸鎂濃度（gL）0.2410.3610.4820.6020.722(d)01234010203040506070金浸出率%時間d磷酸氫二鉀濃度（gL）0.0870.1310.1740.2180.262(e)圖2在不同初始在不同初始pH(a)、甘氨酸濃度、甘氨酸濃度(b)、溫度、溫度(c)、MgSO4濃度濃度(d)和K2H