可持续镍回收：生物浸出技术在可再生能源与循环经济中二次资源利用的进展

为解决传统镍提取方法高能耗、高污染及一次矿石枯竭问题，研究人员系统综述了利用嗜酸菌（如Acidithiobacillus ferrooxidans）和异养微生物（如Aspergillus niger）从电子废物、废催化剂等二次资源中生物浸出镍的技术。研究表明优化条件下镍回收率可达100%，结合机器学习与生命周期评估（LCA）验证了其环境经济优势，为绿色冶金提供了关键技术支撑。

　　

镍作为现代工业的核心金属，在电动汽车电池、可再生能源系统和耐腐蚀涂层中扮演着不可替代的角色。然而，随着全球脱碳进程加速，镍需求激增与一次矿石资源枯竭的矛盾日益尖锐。传统火法冶金（pyrometallurgy）和湿法冶金（hydrometallurgy）不仅消耗大量能源，还会产生酸性矿山排水和有毒废渣，严重威胁生态环境。面对这一困境，如何实现镍资源的可持续回收成为学术界与产业界共同关注的焦点。

在此背景下，研究人员聚焦生物浸出（bioleaching）技术，系统评估了从电子废物（e-waste）、废催化剂和电镀污泥等二次资源中回收镍的可行性。这项发表在《Sustainable Chemistry and Pharmacy》的研究，首次整合了微生物学、过程工程与环境科学的跨学科视角，为绿色冶金提供了创新解决方案。

研究团队采用多技术联用策略：通过宏基因组学（metagenomics）解析嗜酸菌群（如Acidithiobacillus ferrooxidans）与异养真菌（如Aspergillus niger）的代谢网络；结合机器学习优化浸出参数（pH、氧化还原电位等）；利用生命周期评估（LCA）量化环境效益。关键样本来源于工业废催化剂（如NiO–Al₂O₃）和电子废物处理厂的复杂基体。

废催化剂回收
研究发现含镍12 wt%的工业催化剂经微生物适应性驯化后，在堆浸（heap leaching）系统中镍溶出效率提升40%。混合菌群（含Leptospirillum sp.和Sulfobacillus sp.）的协同作用显著克服了高矿浆浓度（pulp density）抑制问题。

微生物机制解析
通过比较嗜酸菌（产硫酸）与真菌（产柠檬酸）的代谢途径，证实pH<2.5时镍羟基化合物[Ni(OH)₂]溶解动力学最优。机器学习模型进一步预测出温度30-35℃、Fe³⁺/Fe²⁺比3:1为最佳操作窗口。

工业化挑战
尽管实验室规模回收率可达100%，但连续反应器系统（continuous reactor）的稳定性、菌种培养基成本仍是产业化瓶颈。研究建议采用基因工程菌株与低成本有机底物（如农业废弃物）联用以突破限制。

示范工程
智利和加拿大的中试工厂数据显示，生物浸出-湿法冶金（hydrometallurgy）联用可使碳排放降低62%，而镍纯度达到电池级硫酸镍（NiSO₄）标准。

这项研究确立了生物浸出作为可持续镍回收的关键技术地位：通过微生物代谢的精准调控，实现了二次资源中镍的高效回收；机器学习与LCA工具的引入，为工艺优化提供了量化依据；混合菌群策略和反应器设计革新，则为工业化铺平了道路。该成果不仅推动了循环经济（circular economy）实践，更为全球绿色能源转型中的关键金属供应提供了创新范式。未来研究应聚焦于微生物组工程（microbiome engineering）与生物炭（biochar）辅助修复技术的融合，以进一步强化系统的经济性与环境兼容性。