閆 爭，曹 侃

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213000）

電子廢棄物含有大量的貴金屬，其中金、鉬、鉻、銀、銅、鐵、鎳等金屬資源的含量甚至超過某些礦藏［1］。廢棄線路板（wPCB）是電子廢棄物的重要組成部分。其中的銅是所占比例較大的金屬，因此科學(xué)處理并回收wPCB中的銅具有很大價值及意義。目前wPCB回收處理技術(shù)主要有火法冶金技術(shù)、濕法冶金技術(shù)、機械處理法、微生物法以及幾種技術(shù)結(jié)合進行綜合處理［2］?；鸱ㄒ苯鹩捎趶U棄印刷線路板中含有鹵素阻燃劑，處理過程易產(chǎn)生二惡英等有毒氣體，造成二次污染，且貴金屬也易以氯化物的形式揮發(fā)，造成金屬的損失，降低金屬回收率。濕法冶金技術(shù)將廢棄印刷線路板用強酸或強氧化劑進行處理，其浸出液及殘渣具有腐蝕性和毒性，若處理不當(dāng)，易引起更為嚴(yán)重的二次污染。機械法通過物理方式將各組分分離，在拆解破碎過程中易產(chǎn)生粉塵。而利用微生物回收電子廢棄物中金屬是一種成本低、對環(huán)境影響小的方法。

目前研究比較多的回收電子廢棄物中銅的細菌為嗜酸氧化亞鐵硫桿菌（acidithiobacillus ferrooxidans a.f.）［3］。氧化亞鐵硫桿菌是一種革蘭氏陰性菌，能將Fe2+氧化成Fe3+，具有化能自養(yǎng)、好氧、嗜酸、適于中溫環(huán)境等特性的一類特殊細菌，廣泛存在于酸性礦山水、活性污泥及含鐵或硫的酸性環(huán)境中，是一種重要的浸礦微生物。

其浸出電子廢棄物中銅的原理如下：9K培養(yǎng)基中的Fe2+在氧化亞鐵硫桿菌的作用下被氧化成Fe3+如式（1）所示，F(xiàn)e3+與電子廢棄物中的銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將電子廢棄物中的單質(zhì)銅氧化為Cu2+進入溶液中如式 （2）所示［4］。

溶解出的Cu2+再通過化學(xué)萃取及電解等方式提取出來。萃取液一般再經(jīng)過精煉加工得到純銅。

因此，筆者嘗試通過電解方式回收用氧化亞鐵硫桿菌從wPCB中浸出的銅。

1 實驗材料與主要設(shè)備

培養(yǎng)氧化亞鐵硫桿菌（acidithiobacillus ferrooxidans a.f.）所用的9K培養(yǎng)基配方［5］如表1所示。

表1 培養(yǎng)基配方

本實驗所用的主要儀器如表2所示。

將整個細菌浸出系統(tǒng)置于恒溫水浴中，保持溫度30℃。在浸出系統(tǒng)兩端分別插入2塊石墨電極板（兩極距離5.2 cm），與直流電源的正負極相連，調(diào)節(jié)電流。反應(yīng)器的底部有攪拌裝置，確保反應(yīng)液混合均勻。整個反應(yīng)體系均采用玻璃材質(zhì)，導(dǎo)線與電極相連處用防水絕緣涂料覆蓋。

表2 實驗主要儀器

將氧化亞鐵硫桿菌以10%（體積分?jǐn)?shù)）的接種量，初始pH 2.13，搖床轉(zhuǎn)速160 r/min，溫度30℃。培養(yǎng)到對數(shù)生長期，按6 g/L投加量加入75目篩下wPCB粉末（含銅89.76%）。施加10、20、30、50 mA不同電流的直流電場。每隔一段時間取樣。測定溶液中Cu2+含量。電極上的銅用稀硝酸溶解后測定。

2 實驗結(jié)果及分析

在陰極電積的銅通過定量稀硝酸溶解后，經(jīng)滴定分析，得到稀硝酸中銅的濃度。最后計算得到電積在陰極上銅的質(zhì)量。72 h中，在不同電流作用下，陰極累計電積的銅的質(zhì)量如圖1所示。

從圖1明顯看出，在20 mA電流作用下，陰極72 h累計電積的銅最多，達到1.27 g。50 mA電流作用下電積的銅最少。

而溶液中Cu2+濃度的變化如圖2所示，在20 mA與不加電場情況下，溶液中Cu2+的濃度在最初迅速上升，在10 h之后緩慢上升，72 h達到3.97 g/L。而在10 mA情況下Cu2+的濃度在達到一定水平后幾乎不再上升。而在30 mA情況下，Cu2+的濃度最初上升，到24 h開始下降。50 mA電流下，溶液中Cu2+的濃度始終保持在低水平。

經(jīng)過72 h，不同電流作用下wPCB中銅的回收率如圖3所示。20 mA電流作用下72 h銅回收率達97.29%，50 mA電流作用下24 h銅回收率達5.84%后幾乎沒有變化72 h只達7.03%。

在50 mA電流作用下，陰極銅在24 h后逐漸發(fā)紅，并且有黑色的物質(zhì)脫落下來，將脫落的物質(zhì)收集清洗后烘干。進行X射線衍射分析，所得結(jié)果如圖4所示。

從圖4看出，黑色脫落物質(zhì)大部分是銅單質(zhì)，其中還含有部分Cu2O和CuO。這因為在電解過程中OH-在陰極有如下反應(yīng)：

在過高的電場作用下電解產(chǎn)生的活潑性高的O2將電積在陰極板上的Cu氧化為Cu2O和CuO。

3 結(jié)束語

在電解法回收氧化亞鐵硫桿菌浸出的wPCB中的銅電流需要有所控制，并非越大電積的銅越多。在適當(dāng)?shù)碾娏飨?，通過電刺激微生物，使其代謝速率加快，浸出效果越好［7］。電流過高非但容易殺滅微生物，對電積銅也會產(chǎn)生不利的影響。

［1］劉維橋，尚通明，雷衛(wèi)寧.廢棄印刷線路板資源化與無害化處理研究進展［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（4）：48-54.

［2］堯應(yīng)強，徐曉萍，劉勇.廢棄印刷電路板綜合回收技術(shù)評述［J］.材料研究與應(yīng)用，2011（1）：17-20.

［3］周培國，鄭正，彭曉成.氧化亞鐵硫桿菌浸出線路板中銅及過程中鐵的變化研究［J］.環(huán)境污染與防治，2007，29（2）：119-122.

［4］曹侃，李登新，楊蘊敏.電場作用下微生物代謝產(chǎn)物回收線路板中銅的研究［J］.北方環(huán)境，2012（3）：49-53.

［5］周順桂，王世梅，余素萍.污泥中氧化亞鐵硫桿菌的分離及其應(yīng)用效果［J］.環(huán)境科學(xué)，2003，24（3）：56-60.

［6］佘鵬，宋波，邢新會.細菌Enterobacter dissolvens的直流電解刺激過程［J］.過程學(xué)報，2006（1）：55-60.

［7］佟倜，張羽，劉曉冬.靜電場和芒刺靜電場對野生型大腸桿菌生長的實驗研究［J］.中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2005，22（4）：580-582.