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随着科技的不断进步和人民生活水平的提高,电子电器产品不断推陈出新。因电子产品的老化和淘汰,电子废弃物的问题正逐渐暴露出来。电子废弃物具有种类多、数量大、成分复杂等特点,所以电子废弃物的处理应有别于一般的固体废弃物处理。对电子废弃物处理的研究,基本上以机械处理为主,还有化学处理法和火法,以及多种方法的结合。微生物湿法冶金是一门年轻而又古老的技术,在冶金领域有着重要的应用。本论文将微生物湿法冶金技术应用于电子废弃物的资源化利用,通过筛选氧化亚铁硫杆菌,研究了溶液初始Fe2+和初始pH对细菌生长的影响,细菌对线路板粉末中Cu的浸出,介质条件对Cu浸出的影响,不同的添加物对Cu浸出的影响,借助实验初步确定了氧化亚铁硫杆菌浸出Cu的机理。
将所采的酸性矿坑水经富集培养后,用稀释法和涂布法分离得到了所需的氧化亚铁硫杆菌,并通过菌落形态、显微观察、染色处理、培养特性以及16S rDNA序列分析对菌种进行了鉴定。在实验的浓度范围内,初始的Fe2+浓度为2.0g/L~9.0g/L和初始pH为1.5~2.5,初始Fe2+浓度和初始pH越大,Fe2+的氧化率越大,细菌的活性也越好。且初始Fe2+浓度对Fe2+氧化速率的影响程度要大于初始pH对其的影响。
在线路板粉末添加量为10g/L和20g/L的条件下,Cu在8天左右即达到了完全的浸出;而添加量为50g/L和100g/L的条件下,Cu则在15天左右即达到了完全的浸出。浸出后固体残渣均为黄铵铁矾沉淀,在低的添加量条件下,沉淀的晶型较完整,且沉淀结构较紧密。添加玻璃纤维和环氧树脂对铜的浸出没有影响,铜的浸出速率与添加的铜总量直接相关,与铜的含量没有关系。
在初始pH=1.5的条件下,能获得较快的浸出速率,较初始pH=2.0和pH=2.5的条件下快,而后两者的浸出速率基本相同。在初始Fe2+浓度为2.0g/L~9.0g/L的条件下,初始Fe2+浓度越高,Cu 的浸出速率越大。初始Fe2+浓度为5.5g/L和9.0g/L的条件下,Cu的浸出速率基本相同。而在初始Fe2+浓度为2.0g/L的条件下,因pH变化,导致Fe全部沉淀,因此只能浸出相当于约2.25倍总Fe量的Cu。实验所得到的氧化亚铁硫杆菌菌株对Cu2+有良好的抗性,并可以很容易被驯化至Cu2+浓度为8.0g/L的培养基良好生长,而不产生抑制。驯化后的氧化亚铁硫杆菌对Cu的浸出影响并不大,但是驯化后的细菌对Cu2+的抗性更好,在浸出过程中表现了良好的活性。
实验所用活性炭在大的添加量20g/L的条件下,可以促进Cu的浸出。而在小的添加量4.5g/L的条件下,对Cu的浸出影响并不明显,且浸出过程中电化学反应也并不明显。Ag+的添加,在浸出初期可以加快Cu的浸出,该法可以应用于含有贵金属的线路板粉末中Cu的浸出。吐温-20的添加会一定程度减少Cu的浸出速率,但是可以在浸出初期增加菌液对线路板粉末的润湿性,提高浸出效果,添加浓度为1.0%(按菌液量计)。L—半胱氨酸添加浓度在10-2mol/和10-3mol/L条件下,对Cu的浸出速率影响并不是很大,但其可以增加浸出过程中Fe浓度,便于浸出液的循环使用,故可以按照浓度为10-2mol/L的水平添加。
由铜片的表面腐蚀形貌分析可得,在浸出初期腐蚀基本上为Fe3+与Cu的反应所为,但随着浸出的进行,铜表面出现了与氧化亚铁硫杆菌形状大小相似的腐蚀坑,表明细菌参与了与Cu表面接触的直接浸出。透析袋实验表明,细菌被隔离后Cu的浸出速率大大降低,这进一步证明细菌参与了与Cu接触的直接浸出作用。在铜的浸出过程中,固体表面吸附的细菌占了总细菌量的90%以上,起主要的作用。