利用氧化硫硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans）产生的生物源硫代硫酸盐从废弃印刷电路板中可持续浸出金

《Bioresource Technology》：Sustainable gold leaching from waste printed circuit boards using biogenic thiosulfate produced by Acidithiobacillus thiooxidans

　　

本研究探讨了生物源硫代硫酸盐作为一种环境友好型氰化物替代品，用于从废弃印刷电路板（Waste Printed Circuit Boards, PCBs）中浸出金。生物源硫代硫酸盐是氧化硫硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans）氧化硫过程中产生的易失稳中间体，研究人员通过调节pH值及使用抑制剂（Inhibitors）对其进行了稳定化处理，并评估了氟化钠（Sodium Fluoride）和二乙基二硫代氨基甲酸钠（Sodium Diethyldithiocarbamate）的效果。尽管高达10?2M浓度的抑制剂对硫代硫酸盐氧化的抑制效果并不显著，这归因于细菌生长过程中代谢途径的差异，但在pH 6且无抑制剂条件下实现了219 mg/L的最高硫代硫酸盐浓度。在30 °C、120 mg/L生物源硫代硫酸盐、0.02 M Cu2+、1 M氨水及1%矿浆密度（Pulp Density）的条件下，金的最大浸出率在3天后达到10%。氨水和铜分别作为稳定剂和催化剂被加入体系。动力学和热力学分析支持了这些发现，并指导了生物源硫代硫酸盐的生产路线，使其成为从电子废弃物中浸出金的可持续药剂。总体而言，该研究表明，由氧化硫硫杆菌产生的生物源硫代硫酸盐是化学硫代硫酸盐的一种极具前景的替代品，为实现高效且绿色的微生物法金回收提供了可行路径。

该研究聚焦于利用氧化硫硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans）产生的生物源硫代硫酸盐（Biogenic Thiosulfate）作为环境友好的非氰药剂，从废弃印刷电路板（PCBs）中实现金（Au）的可持续浸出。研究人员首先指出，随着电子设备更新换代加速，全球电子废弃物（E-waste）产量激增，其中PCBs富含金、银等贵金属，是重要的二次资源。然而，传统的火法冶金能耗高且产生污染，湿法冶金中的氰化浸出虽成熟但环境风险大。虽然硫代硫酸盐（Thiosulfate）被视为理想的氰化物替代品，但化学合成成本高且副产物多。因此，开发基于微生物代谢的生物源硫代硫酸盐生产技术，以在温和条件（室温、常压）下实现绿色浸出，成为本研究的核心动机。该研究由Zahra Ilkhani、Craig Smith、Ken Parker和Farid Aiouache共同完成，相关成果发表在《Bioresource Technology》期刊上。

为实现上述目标，研究人员采用了几项关键技术方法。首先是废弃PCBs的预处理，包括手动拆解、碱煮去除涂层、粉碎及过筛以获得平均粒径约78 μm的粉末。其次是生物源硫代硫酸盐的生产，利用氧化硫硫杆菌氧化元素硫，并通过调控pH值和添加抑制剂（如NaF和DDC）来积累和稳定硫代硫酸盐。最后是金的浸出实验，考察了生物源硫代硫酸盐浓度、Cu²⁺催化剂量、氨水浓度、温度及矿浆密度等因素对金浸出率的影响，并结合热力学与动力学分析揭示了其作用机理。

研究结果部分详细阐述了以下内容：

在“Production of biogenic sulphate”（生物源硫酸盐的产生）方面，研究人员解析了氧化硫硫杆菌的硫氧化机制。该菌通过一系列酶促反应将元素硫最终氧化为硫酸盐（SO₄^2?），在此过程中会产生不稳定的硫代硫酸盐中间体。研究发现，在pH 6的条件下，无需抑制剂即可获得最高浓度的219 mg/L硫代硫酸盐，而抑制剂NaF和DDC由于作用于不同的代谢途径，未能有效阻止其进一步氧化。

在“Pre-processing of printed circuit boards”（印刷电路板的预处理）方面，通过物理和化学手段将废弃电脑主板转化为适合微生物浸出的细小颗粒，并在前期研究中利用生物源三价铁（Fe³⁺）去除了铜，以消除其对后续金浸出的干扰。

在金浸出实验部分，研究人员确定了最佳工艺参数。在30 °C、120 mg/L生物源硫代硫酸盐、0.02 M Cu²⁺离子、1 M氨水及1%矿浆密度的条件下，经过3天反应，金的最大浸出率达到10%。热力学分析表明该反应在常温下是自发的（ΔG° = -97.9 kJ/mol）。

结论部分总结道，本研究成功验证了一种利用细菌生产生物源硫代硫酸盐作为替代浸出剂从残留印刷电路板中回收金的方法。研究人员讨论了有限的硫代硫酸盐积累量、快速的微生物及化学降解以及氧化还原电位（Eh）对形成稳定金-硫代硫酸盐络合物的影响。尽管目前的金浸出速率（10%）尚无法与化学硫代硫酸盐浸出相媲美，但这主要归因于生物源硫代硫酸盐的产量受限及降解过快。该研究证明了利用氧化硫硫杆菌生产生物源硫代硫酸盐是一种极具潜力的可持续金回收技术，为实现电子废弃物的高效绿色微生物处理提供了理论基础和技术路线。