电流对电积法回收微生物浸出wPCB中铜的影响

闫 争，曹 侃

（常州纺织服装职业技术学院，江苏 常州 213000）

电子废弃物含有大量的贵金属，其中金、钼、铬、银、铜、铁、镍等金属资源的含量甚至超过某些矿藏［1］。废弃线路板（wPCB）是电子废弃物的重要组成部分。其中的铜是所占比例较大的金属，因此科学处理并回收wPCB中的铜具有很大价值及意义。目前wPCB回收处理技术主要有火法冶金技术、湿法冶金技术、机械处理法、微生物法以及几种技术结合进行综合处理［2］。火法冶金由于废弃印刷线路板中含有卤素阻燃剂，处理过程易产生二恶英等有毒气体，造成二次污染，且贵金属也易以氯化物的形式挥发，造成金属的损失，降低金属回收率。湿法冶金技术将废弃印刷线路板用强酸或强氧化剂进行处理，其浸出液及残渣具有腐蚀性和毒性，若处理不当，易引起更为严重的二次污染。机械法通过物理方式将各组分分离，在拆解破碎过程中易产生粉尘。而利用微生物回收电子废弃物中金属是一种成本低、对环境影响小的方法。

目前研究比较多的回收电子废弃物中铜的细菌为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（acidithiobacillus ferrooxidans a.f.）［3］。氧化亚铁硫杆菌是一种革兰氏阴性菌，能将Fe2+氧化成Fe3+，具有化能自养、好氧、嗜酸、适于中温环境等特性的一类特殊细菌，广泛存在于酸性矿山水、活性污泥及含铁或硫的酸性环境中，是一种重要的浸矿微生物。

其浸出电子废弃物中铜的原理如下：9K培养基中的Fe2+在氧化亚铁硫杆菌的作用下被氧化成Fe3+如式（1）所示，Fe3+与电子废弃物中的铜发生氧化还原反应，将电子废弃物中的单质铜氧化为Cu2+进入溶液中如式 （2）所示［4］。

溶解出的Cu2+再通过化学萃取及电解等方式提取出来。萃取液一般再经过精炼加工得到纯铜。

因此，笔者尝试通过电解方式回收用氧化亚铁硫杆菌从wPCB中浸出的铜。

1 实验材料与主要设备

培养氧化亚铁硫杆菌（acidithiobacillus ferrooxidans a.f.）所用的9K培养基配方［5］如表1所示。

表1 培养基配方

本实验所用的主要仪器如表2所示。

将整个细菌浸出系统置于恒温水浴中，保持温度30℃。在浸出系统两端分别插入2块石墨电极板（两极距离5.2 cm），与直流电源的正负极相连，调节电流。反应器的底部有搅拌装置，确保反应液混合均匀。整个反应体系均采用玻璃材质，导线与电极相连处用防水绝缘涂料覆盖。

表2 实验主要仪器

将氧化亚铁硫杆菌以10%（体积分数）的接种量，初始pH 2.13，摇床转速160 r/min，温度30℃。培养到对数生长期，按6 g/L投加量加入75目筛下wPCB粉末（含铜89.76%）。施加10、20、30、50 mA不同电流的直流电场。每隔一段时间取样。测定溶液中Cu2+含量。电极上的铜用稀硝酸溶解后测定。

2 实验结果及分析

在阴极电积的铜通过定量稀硝酸溶解后，经滴定分析，得到稀硝酸中铜的浓度。最后计算得到电积在阴极上铜的质量。72 h中，在不同电流作用下，阴极累计电积的铜的质量如图1所示。

从图1明显看出，在20 mA电流作用下，阴极72 h累计电积的铜最多，达到1.27 g。50 mA电流作用下电积的铜最少。

而溶液中Cu2+浓度的变化如图2所示，在20 mA与不加电场情况下，溶液中Cu2+的浓度在最初迅速上升，在10 h之后缓慢上升，72 h达到3.97 g/L。而在10 mA情况下Cu2+的浓度在达到一定水平后几乎不再上升。而在30 mA情况下，Cu2+的浓度最初上升，到24 h开始下降。50 mA电流下，溶液中Cu2+的浓度始终保持在低水平。

经过72 h，不同电流作用下wPCB中铜的回收率如图3所示。20 mA电流作用下72 h铜回收率达97.29%，50 mA电流作用下24 h铜回收率达5.84%后几乎没有变化72 h只达7.03%。

在50 mA电流作用下，阴极铜在24 h后逐渐发红，并且有黑色的物质脱落下来，将脱落的物质收集清洗后烘干。进行X射线衍射分析，所得结果如图4所示。

从图4看出，黑色脱落物质大部分是铜单质，其中还含有部分Cu2O和CuO。这因为在电解过程中OH-在阴极有如下反应：

在过高的电场作用下电解产生的活泼性高的O2将电积在阴极板上的Cu氧化为Cu2O和CuO。

3 结束语

在电解法回收氧化亚铁硫杆菌浸出的wPCB中的铜电流需要有所控制，并非越大电积的铜越多。在适当的电流下，通过电刺激微生物，使其代谢速率加快，浸出效果越好［7］。电流过高非但容易杀灭微生物，对电积铜也会产生不利的影响。

［1］刘维桥，尚通明，雷卫宁.废弃印刷线路板资源化与无害化处理研究进展［J］.环境科学与技术，2011，34（4）：48-54.

［2］尧应强，徐晓萍，刘勇.废弃印刷电路板综合回收技术评述［J］.材料研究与应用，2011（1）：17-20.

［3］周培国，郑正，彭晓成.氧化亚铁硫杆菌浸出线路板中铜及过程中铁的变化研究［J］.环境污染与防治，2007，29（2）：119-122.

［4］曹侃，李登新，杨蕴敏.电场作用下微生物代谢产物回收线路板中铜的研究［J］.北方环境，2012（3）：49-53.

［5］周顺桂，王世梅，余素萍.污泥中氧化亚铁硫杆菌的分离及其应用效果［J］.环境科学，2003，24（3）：56-60.

［6］佘鹏，宋波，邢新会.细菌Enterobacter dissolvens的直流电解刺激过程［J］.过程学报，2006（1）：55-60.

［7］佟倜，张羽，刘晓冬.静电场和芒刺静电场对野生型大肠杆菌生长的实验研究［J］.中国医学物理学杂志，2005，22（4）：580-582.