生物浸出联合草酸预处理协同回收金矿尾矿中Pr、Eu和Ce的创新策略

本研究针对金矿尾矿(GMT)中稀土元素(REEs)回收效率低的问题，提出草酸预处理联合Acidithiobacillus thiooxidans两步生物浸出的创新方法。通过优化条件(2 M草酸、90°C、6 h)选择性去除铁(Fe)后，Pr、Ce、Eu回收率分别提升24.4%、14.4%和9.1%。该研究为矿业废弃物资源化提供了环保高效的解决方案。

　　

随着现代科技对稀土元素(REEs)需求的激增，传统采矿导致的尾矿堆积与资源浪费问题日益严峻。金矿尾矿(GMT)中富含Pr、Ce、Eu等战略金属，但铁(Fe)的存在严重阻碍其回收效率。当前火法/湿法冶金存在高污染、高成本缺陷，而单纯生物浸出面临金属浸出率低的瓶颈。如何通过绿色方法实现尾矿资源化，成为环境与材料科学交叉领域的重要挑战。

针对这一难题，Tarbiat Modares University生物技术组的研究团队在《Scientific Reports》发表突破性研究，提出草酸预处理耦合生物浸出的协同策略。通过2 M草酸在90°C下6小时预处理GMT，成功去除20%的Fe；随后利用嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)在对数生长期(第12天)启动两步生物浸出，使Pr、Ce、Eu回收率最高达76%、46%和14%。该研究不仅证实化学-生物协同作用的有效性，更通过XRD、FTIR、SEM-EDX等多维表征揭示了矿物相变机制，为矿业废弃物资源回收树立了新范式。

研究团队采用三大关键技术：首先通过ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱)分析GMT成分；其次设计60 mL/g液固比的草酸预处理体系；最后采用两步生物浸出法，实时监测pH、Eh(氧化还原电位)及硫酸盐浓度。样本来自伊朗Mouteh金矿尾矿坝(粒径<75 μm)。

预处理与铁去除

草酸预处理通过形成Fe(C₂O₄)₃^3-络合物选择性溶解铁，但硅酸盐包裹导致最高仅20%去除率。XRD显示预处理后绿泥石相消失，为REEs释放创造孔隙结构。

生物浸出动力学

细菌生长曲线显示，添加GMT后细胞数从4×10⁸ cells/mL骤降，但硫酸盐产量稳定在7000 mg/L。修正的动力学模型证实化学反应为限速步骤(R²_Pr=0.9747)，且考虑硫酸盐浓度变化可提升预测精度。

结构演变分析

SEM显示预处理后颗粒表面从致密变为多孔(图5)。EDX证实Fe含量从15.65%降至1.71%，FTIR在1701 cm^-1处新现羧基峰，表明细菌代谢产物参与浸出。

回收率提升机制

控制实验证实细菌不可替代——无接种组REEs回收率接近零。草酸预处理通过破坏Fe-O键(467 cm^-1峰减弱)使REEs暴露，硫酸与REEs形成REE(HSO₄)₂⁺可溶复合物(Eq.12)，最终实现Pr 76%的最高回收率。

该研究开创性地证明：草酸预处理能有效破除铁矿物对REEs的包裹，而生物浸出在酸性维持与金属络合方面具有不可替代性。通过化学-生物协同，不仅将传统冶金工艺的污染风险降低90%，更使低品位尾矿(Pr仅100 mg/kg)具备经济开采价值。研究提出的修正动力学模型(Eq.15-16)为复杂体系浸出工艺优化提供理论工具，而多尺度表征方法则为固废资源化研究建立新标准。随着全球对REEs需求预计2030年增长41%，这项由Hoda Fereydouni和Tannaz Naseri主导的工作，为循环经济背景下矿业废弃物的增值利用提供了关键技术支撑。