从 Bastnaesite 中利用分离功能菌进行稀土元素生物浸出:一种环保替代策略

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:Bioresource Technology 9.7

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  针对传统 Bastnaesite 稀土元素(REEs)提取污染大等问题,研究人员开展生物浸出研究。筛选出乳酸为最佳模拟浸提剂,分离出与鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)相似度 99.97% 的功能菌,用农业废弃物作碳源,0.20 mol/L 生物浸提剂浸出效率达 53%,接近 1.0 mol/L 纯浸提剂,具环保及废物利用意义。

  
稀土元素(REEs)作为兼具战略与经济价值的重要资源,广泛应用于新能源、电子、军事等领域,其供应安全至关重要。作为全球稀土主要来源的 Bastnaesite(氟碳铈矿),传统提取工艺如烧碱焙烧 - 酸浸、硫酸焙烧 - 水浸等依赖强酸强碱,不仅能耗高,还会造成土壤、水体污染,与绿色可持续发展理念相悖。在此背景下,开发环境友好、低成本的新型提取技术成为学界和工业界的迫切需求。

为突破传统工艺瓶颈,国内研究团队聚焦生物浸出这一绿色技术,开展了从 Bastnaesite 中利用功能菌进行稀土生物浸出的研究。该研究成果发表于《Bioresource Technology》,为稀土提取与农业废弃物资源化利用提供了新路径。

研究采用的关键技术方法包括:一是模拟浸提剂筛选,通过系统评估多种有机酸和氨基酸对 REEs 的浸出性能,确定乳酸为最佳化学浸提剂;二是功能菌分离与鉴定,从废弃酸奶中分离出与鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)相似度达 99.97% 的菌株;三是农业废弃物资源化利用,将玉米秸秆水解液经水洗脱毒、CaCO? 中和处理后,作为微生物生长的碳源;四是生物浸提剂制备与浸出实验,通过功能菌发酵制备乳酸基生物浸提剂,并优化浸出条件。

材料与试剂及矿物特性分析


研究使用的 Bastnaesite 精矿取自四川牦牛坪稀土矿区,经干燥混合后测定其稀土氧化物(REO)含量达 69.92%,主要成分为 Ce(38.99%)、La(31.17%)等轻稀土,同时含有 F、PbO、SO? 等杂质。XRF 和 XRD 分析明确了矿物的化学组成与物相结构,为后续浸出实验提供了基础数据。

模拟浸提剂筛选与生物浸提性能


通过对比多种模拟浸提剂,发现乳酸对 REEs 的浸出效率最佳。当生物浸提剂浓度约为 0.20 mol/L 时,REEs 浸出效率达 53%,接近 1.0 mol/L 纯乳酸浸提剂的 57%,显著体现了低浓度生物浸提剂的高效性。这表明功能菌可将廉价的木质纤维素生物质转化为高效浸提剂,大幅降低化学试剂消耗与成本。

功能菌鉴定与农业废弃物利用


分离出的功能菌经鉴定与鼠李糖乳杆菌高度相似,其利用经预处理的玉米秸秆水解液作为碳源,可产生 28.55 g/L 的高浓度乳酸。该过程不仅实现了农业废弃物的资源化,还为微生物发酵提供了低成本底物,构建了 “废弃物利用 - 生物浸提剂生产 - 稀土提取” 的绿色循环体系。

研究表明,利用鼠李糖乳杆菌 - like 功能菌,以农业废弃物为碳源制备生物浸提剂,可高效实现 Bastnaesite 中稀土元素的绿色提取。该方法突破了传统工艺的环境与成本瓶颈,同时为农业废弃物的高值化利用开辟了新方向,兼具环境效益与经济效益。其核心价值在于将微生物代谢、废弃物资源化与稀土提取技术深度融合,为稀土行业的可持续发展提供了创新性解决方案,有望推动生物冶金技术在稀有金属提取领域的广泛应用。

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