微生物作用下金的生物地球化學(xué)循環(huán)及其應(yīng)用1

黃 振，李雪珍，許心雅，孟丹杰，程揚(yáng)健*

（福州大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，福建 福州 350108）

微生物作用下金的生物地球化學(xué)循環(huán)及其應(yīng)用1

黃 振，李雪珍，許心雅，孟丹杰，程揚(yáng)健*

（福州大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，福建 福州 350108）

微生物對(duì)金的轉(zhuǎn)化和循環(huán)有著重要作用，推動(dòng)了金的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程。自然界中微生物先把礦石中的金溶解瀝濾出來(lái)，再通過(guò)微生物的吸附，累積，最后被礦化成二次金，使金在環(huán)境中不斷循環(huán)。文章從能夠富集金的微生物種類(lèi)，及其作用機(jī)理和過(guò)程進(jìn)行概述，闡述了微生物在金的生物地球化學(xué)循環(huán)中所起的作用，有助于理解和推動(dòng)利用微生物回收金尾礦和含金廢棄物中的金元素研究的不斷發(fā)展進(jìn)步。

微生物；金；生物地球化學(xué)循環(huán)；二次成礦

微生物在地球表面分布廣泛，種類(lèi)繁多，在自然界C、N、S、P、O、H、Fe、Mn等多種生命元素的轉(zhuǎn)化和循環(huán)中發(fā)揮著不可忽略的作用，維持了自然界的生態(tài)平衡，推動(dòng)了地球生物化學(xué)循環(huán)[1-2]。大部分金屬在自然界中的循環(huán)依賴(lài)于微生物，一些金屬如Fe、Mn是微生物的必要營(yíng)養(yǎng)成分，另一些金屬離子特別是重金屬離子Ag+、Hg2+、Zn2+、Pb2+、CrO42-、Cu2+等被微生物氧化或還原以獲取新陳代謝能量[3]。

金在自然界主要以Au0、Au+和Au3+三種價(jià)態(tài)存在，在空氣中非常穩(wěn)定，不會(huì)與氧形成氧化物，在高溫熔融狀態(tài)下也不與氧反應(yīng)[4-5]。金是種惰性貴重金屬，在地表水中不會(huì)形成游離的金離子，但是金的配合物很穩(wěn)定。在原生礦床中，自然金通常與銀，銅，鋁，鐵，鉛，鋅等金屬以合金的形式同時(shí)存在，金的含量通常在50%～80%（wt）[6]。在富含金屬的水熱流體中，金與硫復(fù)合形成硫化物和二硫化物從而具有化學(xué)流動(dòng)性。在這些溶液中形成的沉積物形成了含金硫化物，并產(chǎn)生了黃鐵礦和砷黃鐵礦。在表生礦床，金的化學(xué)流動(dòng)性與這些硫化礦物的風(fēng)化作用，氧化作用及絡(luò)合作用均有關(guān)聯(lián)[7]。在地表環(huán)境下，金在水溶液中以膠體金，一價(jià)金和三價(jià)金復(fù)合物存在。由于Au(Ⅰ)（1.68 V）和Au(Ⅲ)（1.50 V）的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位都超過(guò)了水（1.23 V），這使水中游離的金離子在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，基于熱力學(xué)推算和自然界中豐富配體的存在，水中Au(Ⅰ/Ⅲ)與硫代硫酸鹽和氯形成的復(fù)合物成為水中極少含有機(jī)質(zhì)的金的重要復(fù)合物[8]。硫代硫酸鹽可溶解金，形成一價(jià)金與硫代硫酸鹽的復(fù)合物[Au(S2O3)23-]，并能在適度氧化和還原環(huán)境中保持穩(wěn)定。在干旱和半干旱地區(qū)，含有高濃度氯的氧化性地表水也能溶解金，使Au(Ⅰ/Ⅲ)的氯化物（[AuCl2-]，[AuCl4-]）形成，而與Au(Ⅲ)-氯化物不同的是，Au(Ⅰ)-氯化物在低溫（＜100℃）氧化條件下不穩(wěn)定[9]。金也可與有機(jī)配體形成復(fù)合物，Vlassopoulose等[10]認(rèn)為在還原條件下，金優(yōu)先與有機(jī)硫結(jié)合，而在氧化條件下，則主要與有機(jī)氮和碳結(jié)合。有機(jī)金復(fù)合物在水溶液中主要以Au(Ⅰ)-氰化物存在，Au(Ⅰ)與氰形成穩(wěn)定的復(fù)合物[Au(CN，可在不同pH條件下保持穩(wěn)定[5,11]。在原生礦床附近，金復(fù)合物和膠體金被吸附至有機(jī)物，黏土，鐵礦和錳礦，同時(shí)生物累積和生物礦化作用可使二次金顆粒產(chǎn)生[12]。

中國(guó)金礦資源豐富，黃金開(kāi)采歷史悠久，是世界上最早認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)利用黃金的國(guó)家之一。改革開(kāi)放以來(lái)，金礦勘查與黃金生產(chǎn)取得了飛速發(fā)展。目前，中國(guó)黃金行業(yè)供需已穩(wěn)居世界前列，在需求方面已成為僅次于印度的第二大黃金需求市場(chǎng)；黃金產(chǎn)量也逐年提高，2007年黃金產(chǎn)量為2701491 t，僅次于南非[13]。近年來(lái)，由于大面積的開(kāi)采浪費(fèi)，金礦石的等級(jí)不斷呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而對(duì)于黃金的需求卻從未減少，對(duì)于礦區(qū)廢水和工業(yè)廢水中的低濃度金離子的回收利用就擁有很大潛力。與傳統(tǒng)物理，化學(xué)方法相比，微生物對(duì)低濃度的金離子回收更為經(jīng)濟(jì)有效，對(duì)低品級(jí)金礦石可以達(dá)到提純效果[14]。微生物作用下金的生物地球化學(xué)循環(huán)的研究成果可優(yōu)化微生物對(duì)金的回收條件，提高金的回收效率。文章綜述了能夠富集金的微生物種類(lèi)，過(guò)程及其機(jī)理，闡明了微生物在金的生物地球化學(xué)循環(huán)中所起的作用，旨在推動(dòng)微生物作用下金的生物地球化學(xué)循環(huán)研究的不斷發(fā)展進(jìn)步。

1 微生物種類(lèi)

金的生物地球化學(xué)循環(huán)與微生物息息相關(guān)，不只有細(xì)菌對(duì)金在自然金中的循環(huán)轉(zhuǎn)化發(fā)揮作用，真菌和藻類(lèi)的作用也不可忽視。

1.1 細(xì)菌

氧化亞鐵硫桿菌分布在金礦酸水中，可將黃鐵礦和砷黃鐵礦中的金溶解瀝濾出來(lái)。芽孢桿菌屬是細(xì)菌中能富集金的主要類(lèi)型，包括蠟狀芽孢桿菌，枯草芽孢桿菌，巨大芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌，其中主要以蠟狀芽孢桿菌為主。蠟狀芽孢桿菌的化學(xué)沉積能引起塊金的形成，說(shuō)明該菌有一定的富集金并能將其礦化的能力[15]。從毛單胞菌中，戴爾福特食酸菌能在細(xì)胞外將金離子與自身分泌的金屬蛋白結(jié)合而積累金，使可溶金礦化沉淀下來(lái)[16]。硫酸鹽還原菌可利用Au(Ⅰ)-硫代硫酸鹽中的硫代硫酸鹽，該菌在還原硫代硫酸鹽的同時(shí)也使金析出[17]。

1.2 真菌

霉菌中青霉和曲霉吸附金離子較為明顯，黃淑惠（1991）[18]的研究表明，金離子在真菌細(xì)胞壁上被礦化沉淀為金單質(zhì)，隨后沉積在細(xì)胞壁和菌絲上。鏈霉菌大量存在于各種金礦中，是一種金礦中的優(yōu)勢(shì)菌群，具有一定的富集礦化金能力[19]。米根霉菌在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞壁上均可吸附金離子，并通過(guò)釋放金屬蛋白將其礦化，形成金單質(zhì)[20]。

1.3 藻類(lèi)

Lengke等（2006）[17]通過(guò)絲狀藍(lán)藻與Au(Ⅰ)-硫代硫酸鹽及Au(Ⅲ)-氯化物相互作用形成了金顆粒。藍(lán)藻可在海水中富集金，死亡后與沉積物下沉，其中藍(lán)藻的部分有機(jī)體被微生物分解，其中富集的金被釋放出來(lái)與有機(jī)酸和腐殖酸形成配合物和螯合物，進(jìn)而進(jìn)入沉積物中，經(jīng)過(guò)成巖和后生作用形成含金礦層[21]。

2 微生物作用下金的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程及機(jī)理

2.1 金的生物氧化與溶解瀝濾

天然淋濾含金硫化礦石的酸性廢水中存在著硫桿菌，這類(lèi)微生物以含金硫化物為能源進(jìn)行新陳代謝，通過(guò)氧化作用使金從硫化礦石中瀝濾分離出來(lái)[19]。某些放線菌，氧化亞鐵硫桿菌可產(chǎn)生硫代硫酸鹽，硫代硫酸鹽在一些配體（如氨）以及氧化物（銅離子）的存在下可瀝濾出金[22]。很多土壤細(xì)菌（如熒光假單胞菌，銅綠假單胞菌），以及一些真菌能產(chǎn)生和分泌氰化物，在氧氣存在的條件下，金與氰化物絡(luò)合成金的氰化物，使金溶解于土壤溶液中[23]。

2.2 金的生物吸附和生物積累

很多細(xì)菌（嗜麥芽單胞菌，枯草芽孢桿菌，大腸桿菌），還有放線菌（白色鏈霉菌，弗氏鏈霉菌，糖多孢紅霉菌），以及一些藻類(lèi)（球形褐藻，Chl.vulgaris，馬尾藻），酵母菌（產(chǎn)元假絲酵母，釀酒酵母）和真菌（黑曲霉菌，芽枝霉菌，尖孢鐮刀菌，無(wú)根根霉菌）都能引起溶液中金離子的被動(dòng)吸附[23-24]。有一部分細(xì)菌擁有不尋常的收集金離子的能力，并能將其生物濃縮到非常高的濃度。其中一株菌是生絲單胞菌MHS-3（Hyphomonas a dhaerens MHS-3），它能在胞外多糖形成的囊中積累金離子。金能被形成囊結(jié)構(gòu)的菌體捕集而未形成囊結(jié)構(gòu)的突變菌體則無(wú)法富集金[25]。與自由的浮游細(xì)胞相比，在含有0.1mM AuCl4-的溶液中銅綠假單胞菌形成了一層生物膜并引起金在囊結(jié)構(gòu)中的富集，同時(shí)該菌的生存能力也有提高[26]。Kenny等（2012）[27]使用無(wú)代謝活性的枯草芽孢桿菌和惡臭假單胞菌在pH＜5，初始濃度為5 ppm條件下，在2 h之內(nèi)從溶液中吸附了85%的金離子。

在早期研究中，Beveridge（1976）[28]發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌能選擇性地將金從AuCl4-溶液中吸附到細(xì)胞壁，在含有AuCl4-、Cu2+、Fe2+、Zn2+的溶液中，金被枯草芽孢桿菌選擇性地吸附富集。Ulberg等（1992）[29]的研究表明，一株蠟狀芽孢桿菌依靠其生物膜，相關(guān)蛋白質(zhì)和糖類(lèi)的特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)在細(xì)胞表面吸附金離子。另外，他們還發(fā)現(xiàn)這種生物富集金顆粒過(guò)程直接依賴(lài)于細(xì)胞的新陳代謝活動(dòng)尤其是細(xì)胞質(zhì)膜的代謝反應(yīng)，特別是ATP酶引起的ATP水解過(guò)程[28]。蠟狀芽孢桿菌通過(guò)物理化學(xué)作用將金吸附到細(xì)胞表面，隨后將金轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，通過(guò)絡(luò)合作用和螯合作用將金離子富集下來(lái)[30]。

2.3 金的生物還原和生物礦化

從Au(Ⅰ)-硫代硫酸鹽溶液中還原金已在硫代硫酸鹽氧化細(xì)菌中被發(fā)現(xiàn)[31]。由嗜酸氧化硫硫桿菌（Acidithiobacillus thiooxidans）引起的金的沉淀以微粒膠體（粒徑5～10 nm）的形式存在于細(xì)菌體內(nèi)，或以微米級(jí)結(jié)晶的形式存在于溶液中。已有報(bào)道稱(chēng)硫酸鹽還原菌可從Au(Ⅰ)-硫代硫酸鹽復(fù)合物中還原硫代硫酸鹽，在還原硫代硫酸鹽的同時(shí)沉淀金[17]，Lengke and Southam（2007）[32]利用土柱實(shí)驗(yàn)研究了硫酸鹽還原菌在金的沉淀中所起的作用。

在Au(Ⅰ)-硫代硫酸鹽復(fù)合物中，由細(xì)菌引起的金的沉淀效率（98.2%～99.6%）明顯比對(duì)照的無(wú)生物條件下的金沉淀效率（0～74.3%）更高[17]。硫酸鹽還原菌把硫代硫酸鹽和其他硫化物還原成硫化氫，產(chǎn)生的硫化氫能沉淀諸如Fe2+之類(lèi)的金屬離子，促使金屬硫化物的產(chǎn)生。因此，硫酸鹽還原菌可能是通過(guò)產(chǎn)生硫化氫，使Au+轉(zhuǎn)化為Au0，從而間接對(duì)金的沉淀起作用[12,33]，這些不穩(wěn)定的金單質(zhì)可能重新形成新的硫化礦物。與硫代硫酸鹽配體的利用相似，微生物還能利用金-羧酸的（如氨基酸）絡(luò)合物或氰化物，它們可以使金復(fù)合物變得不穩(wěn)定并使其沉淀。一些細(xì)菌和古菌可以通過(guò)將Au3+還原為Au0從而使金沉淀[34]。有些物種包括冰島熱棒菌（Pyrobaculum isl andicum），強(qiáng)烈熾熱球菌（Pyrococcus f uriosus），海藻希瓦氏菌（Shewanella algae）和D. Vulgaris在細(xì)胞外沉淀金，其他如Geobacter ferrireducens在細(xì)胞周質(zhì)間隙內(nèi)形成Au0。

根據(jù)Kashefi等（2001）[35]的報(bào)道，異養(yǎng)Fe3+還原微生物是在把金離子吸附到細(xì)胞表面之前還原金，或者是在吸附的同時(shí)將金礦化沉淀。這種機(jī)制與好氧微生物的還原機(jī)制有明顯區(qū)別，好養(yǎng)微生物首先將金離子吸附到細(xì)胞表面，隨后再將被吸附的金離子生物礦化為顆粒金[35-36]。耐金屬貪銅菌（Cupriavidus metallidurans）能將金離子還原為納米金顆粒，F(xiàn)airbrother等（2013）[36]曾利用石英砂填料塔來(lái)測(cè)定耐金屬貪銅菌的生物礦化效果。當(dāng)不接種細(xì)菌時(shí)，只有30%（wt）的金轉(zhuǎn)變?yōu)锳u(Ⅰ)-硫代硫酸鹽，接種了耐金屬貪銅菌后，超過(guò)99%（wt）的金被移除。

圖1 微生物礦化金產(chǎn)物XRD譜圖

2.4 幾種細(xì)菌礦化金的機(jī)理對(duì)比

在各種環(huán)境中，金的生物礦化的形成普遍認(rèn)為是由金的酶促反應(yīng)引起的[36]。Johnston等（2013）[16]對(duì)戴爾福特食酸菌（Delftia acidovorans）的研究發(fā)現(xiàn)，與耐金屬貪銅菌在細(xì)胞內(nèi)部富集還原金離子不同，該菌在環(huán)境中含有較高濃度金離子情況下會(huì)產(chǎn)生一種二次代謝產(chǎn)物——戴爾福肌動(dòng)蛋白（delftibactin），并將其排出細(xì)胞外，通過(guò)該二次代謝物對(duì)環(huán)境中的金離子吸附、還原，并形成膠體金和正八面體金納米顆粒，從而降低環(huán)境中金離子濃度，防止了金離子對(duì)菌體的傷害。盡管戴爾伏肌動(dòng)蛋白（delftibactin）在生長(zhǎng)中并不必要，但和其他次生代謝物一樣，它在保護(hù)金顆粒的產(chǎn)生者不被有毒可溶金毒害過(guò)程中起重要作用。戴爾夫肌動(dòng)蛋白（Delftibactin）可能是我們所知的第一例可以在有毒可溶金中保護(hù)其產(chǎn)生者并提供一種細(xì)菌生物礦化金機(jī)制的金屬結(jié)合蛋白[16]。

Reith等（2009）[37]發(fā)現(xiàn)，耐金屬貪銅菌（Cupriavidus metallidurans）與次生金礦的產(chǎn)生有關(guān)，耐金屬貪銅菌能沉淀金，表明它可能是通過(guò)對(duì)流動(dòng)的金的復(fù)合物的主動(dòng)沉淀形成自然界中的次生金礦。戴爾福特食酸菌和耐金屬貪銅菌都能引起金的生物礦化，但兩者機(jī)理不同，耐金屬貪銅菌通過(guò)在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)生物積累惰性納米金顆粒，從而使它能在含可溶金環(huán)境中存活。而戴爾福特食酸菌則是在細(xì)胞外分泌出戴爾夫肌動(dòng)蛋白，通過(guò)戴爾夫肌動(dòng)蛋白與金的絡(luò)合作用將溶液中的金離子礦化沉淀下來(lái)[16]。

耐金屬貪銅菌和其他細(xì)菌對(duì)Au(Ⅰ/Ⅲ)復(fù)合物的主動(dòng)沉淀，可能是由于這些復(fù)合物對(duì)于微生物的毒性作用。即使在低濃度Au(Ⅰ/Ⅲ)復(fù)合物溶液中，Au(Ⅰ/Ⅲ)復(fù)合物仍能斷開(kāi)肽和蛋白質(zhì)中的雙硫鍵，破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜而引起細(xì)胞死亡。因此，耐金屬貪銅菌還原有毒的金復(fù)合物并富集金單質(zhì)，形成一種避免金的毒性使細(xì)菌在其生存環(huán)境中解毒的機(jī)制[3]。

與其他已知微生物相比，耐金屬貪銅菌更能耐受高濃度重金屬，如Cu、Cd、Pb、Zn、Cd、Ag以及Au[22]。耐金屬貪銅菌是革蘭氏陰性菌，是自養(yǎng)兼性β-變形桿菌，最初在1976年被鑒定，分離自被各種高濃度重金屬污染的工業(yè)堆積物，土壤和垃圾中。耐金屬貪銅菌對(duì)重金屬的極度耐受性和在其表面富集這些金屬的能力來(lái)源于它的多重外排泵。在它的蛋白質(zhì)組中已被認(rèn)定有932種屬于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（13%）[22]。在已知的全序列微生物中，能轉(zhuǎn)運(yùn)金屬離子和有機(jī)分子通過(guò)細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)的比例，耐金屬貪銅菌是最高的。這使耐金屬貪銅菌成為一種了解微生物對(duì)金的抗性和富集過(guò)程的理想模型，同時(shí)它也是金的生物處理工藝中一種潛在生物試劑[22]。耐金屬貪銅菌在含金溶液中會(huì)形成生物膜，從溶液中迅速富集Au(Ⅲ)復(fù)合物，隨后被轉(zhuǎn)移至細(xì)胞內(nèi)并被轉(zhuǎn)化為Au(Ⅰ)-S復(fù)合物，使金的毒性增加，該菌通過(guò)產(chǎn)生氧化壓力和金屬抗性基因簇來(lái)提高細(xì)胞抵抗力。所以這個(gè)解毒過(guò)程是泵出作用，還原作用以及金復(fù)合物的甲基化作用的綜合，最終導(dǎo)致了Au(Ⅰ)-C復(fù)合物和納米金的形成[3]。

不只是原核生物有富集和礦化金作用，Sujoy K. Das等（2012）[20]的研究表明，米根霉菌（Rhizopous oryzae）通過(guò)吸附從溶液中富集Au(Ⅲ)，首先將其還原為Au(Ⅰ)，再形成Au(Ⅰ)的絡(luò)合物并最終被還原為金單質(zhì)，該過(guò)程在細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)均有發(fā)現(xiàn)。Au(Ⅲ)最初附著于細(xì)菌表面，然后被還原成中間產(chǎn)物Au(Ⅰ)-蛋白復(fù)合物并最終形成AuNPs（Au0）。Au(Ⅲ)的大部分則被轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，在那里被細(xì)胞質(zhì)蛋白還原為AuNPs，該蛋白很可能是金屬還原酶[20]。米根霉菌在Au(Ⅲ)的亞毒性濃度（130 μM）下生長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)生了壓力應(yīng)激蛋白。在更高的Au(Ⅲ)濃度（250 μM）下，金毒性對(duì)細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了損害，同時(shí)AuNPs的生物合成大幅度減少。在亞毒性濃度（130 μM）下的提取物的蛋白分析顯示兩種細(xì)胞質(zhì)蛋白，分子量分別約為45和42 kDa，很有可能就是促使AuNPs的生物合成的原因。蛋白的產(chǎn)生與抑制與Au(Ⅲ)的亞毒性濃度對(duì)應(yīng)，并對(duì)應(yīng)AuNPs生物合成的增加。從AuNPs的生物合成物中分離出一種蛋白表明，該80 kDa蛋白充當(dāng)一種AuNPs封端劑，是通過(guò)靜電排斥使生物合成物穩(wěn)定，阻止AuNPs聚合的。這種特定的金合成基因的表達(dá)的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)促使廉價(jià)的AuNPs生物合成工藝的發(fā)展[20]。

圖2 米根霉菌生物礦化還原金機(jī)理（Das S K et al.,2012）

3 工業(yè)應(yīng)用

3.1 金的生物瀝濾和氧化浸出

由于金在自然界中分布不均和過(guò)度開(kāi)采等原因，造成了很多貧礦，廢礦，表生礦等濃度較低的礦石難以處理，微生物氧化浸出技術(shù)因其投資成本低，回收率高，無(wú)環(huán)境污染受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注[14]。南非最早利用細(xì)菌氧化難浸出金礦，對(duì)金礦進(jìn)行預(yù)處理后再使用氰化浸出，加拿大東部的黃鐵礦一砷黃鐵礦混合精礦經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室和中試以及工業(yè)規(guī)模連續(xù)細(xì)菌槽浸試驗(yàn)研究，效果顯著，并于1989年投產(chǎn)建成了日均處理100t精礦的微生物浸出廠[38]。我國(guó)利用微生物氧化浸出技術(shù)起步較晚，中科院曾對(duì)廣西平南縣六嶺金礦進(jìn)行金的浸出研究，發(fā)現(xiàn)金的浸出率可達(dá)87%，但只是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，而國(guó)內(nèi)還有許多低品位礦石，難溶金礦石等待開(kāi)發(fā)，尾礦和礦山廢棄物需要處理，因此對(duì)于微生物氧化浸出和生物瀝濾技術(shù)的改進(jìn)和利用顯得迫在眉睫[39]。

3.2 電子垃圾中金的回收

隨著電子產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，貴金屬的消耗也隨之不斷增加[40]，電子產(chǎn)品的生命周期卻在不斷縮短，廢舊電子電器設(shè)備淘汰日趨頻繁。研究從電子垃圾回收貴金屬的方法具有重大意義，不僅可以節(jié)約資源能源，還能達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。電子垃圾種類(lèi)繁多，成分復(fù)雜，處理難度大，利用傳統(tǒng)的機(jī)械處理法、火法冶金、濕法冶金等技術(shù)難以充分回收其中的貴金屬；利用生物處理、微波熱解法和螫合樹(shù)脂吸附等新興技術(shù)，可使電子垃圾中的貴金屬得到高效的資源化利用。用于回收電子垃圾中貴金屬的生物吸附技術(shù)具有成本低、回收率高和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)今經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的時(shí)代要求，具有巨大的潛力和廣闊的前景[40]。

3.3 電鍍廢水中金的回收

電鍍廢水水質(zhì)較復(fù)雜，電鍍廢水中含有鉻、鋅、銅、鎳、鎘等重金屬離子以及酸、堿、氰化物等具有很大毒性的雜物。電鍍廢水成分復(fù)雜，污染物可分為無(wú)機(jī)污染物和有機(jī)污染物兩大類(lèi)，水質(zhì)變化幅度大，且電鍍廢水毒性大，含有大量的重金屬離子，若不經(jīng)處理直接排放會(huì)對(duì)周邊水體造成極大的污染[41]。國(guó)內(nèi)外對(duì)高濃度電鍍廢水處理方法研究甚多，工藝各異，主要有沉淀法、離子樹(shù)脂交換法、電解法、活性炭吸附法、反滲透法、電滲析法等[42-44]。但傳統(tǒng)方法處理電鍍廢水存在成本過(guò)高，資源浪費(fèi)，環(huán)境污染等問(wèn)題，生物技術(shù)是具有較大發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，具有成本低、效益高、不造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。隨著基因工程、分子生物學(xué)等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，具有高效、耐毒性的菌種不斷培育成功，為生物技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了有利條件[41,45]。

4 結(jié)論與展望

在微生物作用下，金在自然界中由不溶金經(jīng)過(guò)氧化浸出作用溶解于瀝濾液，再經(jīng)過(guò)微生物的吸附和積累，從瀝濾液中富集最后被礦化為金顆粒，形成金的生物地球化學(xué)循環(huán)。根據(jù)金的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程和機(jī)理，可利用微生物對(duì)尾礦中的低品級(jí)礦石進(jìn)行溶解瀝濾，再通過(guò)其吸附和富集作用對(duì)金進(jìn)行提純。

電鍍廢水和電子垃圾中金含量較低，同時(shí)還含有銅、鋅、鉛、鉻、鎳等多種金屬離子，戴爾福特食酸菌能在細(xì)胞外選擇性地吸附金離子并將其礦化沉淀為金顆粒。該菌受其他金屬離子對(duì)該菌礦化沉淀金的干擾很小，其中鉻對(duì)細(xì)胞有一定損傷，使金離子的礦化速度稍有減慢，食酸菌也能礦化一部分鉛，但對(duì)金的礦化作用影響很小，其他如銅，鋅，鉑對(duì)金食酸菌礦化金幾乎沒(méi)有影響，因此戴爾福特食酸菌可有效回收電鍍廢水和電子垃圾中的金。但同時(shí)電鍍廢水和電子垃圾成分復(fù)雜，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，所以需要簡(jiǎn)化對(duì)廢水和電子垃圾的前處理過(guò)程。

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Biogeochemical Cycle of Gold by Microorganisms

HUANG Zhen, LI Xue-zhen, XU Xin-ya, MENG Dan-jie, CHENG Yang-jian*
（College of Environment & Resources, Fujian Chuanzheng Communications College, Fuzhou 350108, China）

Microorganisms are responsible for the transformation and circulation of gold, and they promote the biogeochemical cycle process of gold. Gold is cycled through dissolution and leaching in gold ores, biosorption, bioaccumulation, and finally soluble gold is minerlized into second gold. To better understand and promote the gold recovery in gold tailings and garbage with microorganisms, this review summrized the role of microorganism in biogeochemical cycle of gold, with focuses on species , mechanism of microorganism in the processes of gold concentration.

microorganism; gold; biogeochemical cycle; second mineralization

X142

A

1009-220X(2016)06-0062-08

10.16560/j.cnki.gzhx.20160615

2016-09-19

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助（973）項(xiàng)目（2014CB846003）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41372346）。

黃 振（1991～），男，碩士研究生；主要從事土壤修復(fù)技術(shù)的研究。

* 通訊作者：程揚(yáng)健（1975～），男，副教授；主要從事環(huán)境生物地球化學(xué)的研究。yjcheng@fzu.edu.cn