酸性氧化硫杆菌强化生物浸出废旧锂离子电池正极粉体：基于Fe2+与S0能量源调控的选择性金属回收

本研究针对废旧锂离子电池(LIBs)正极活性材料(CAM)中Li、Co、Mn、Ni等关键金属回收难题，通过优化酸性氧化硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)生物浸出体系中Fe2+(1-7 g/L)与S0(0.5-5 g/L)能量源配比，实现Li/Co/Mn/Ni近完全溶出(>99.8%)，结合溶剂萃取-化学沉淀获得95%纯度金属产品，技术经济分析显示处理每公斤CAM可获0.12美元净收益。

　　

随着全球锂离子电池(LIBs)需求从2022年700GWh激增至2030年预计4700GWh，废旧电池中关键金属回收成为资源安全与环境保护的双重挑战。特别是正极活性材料(CAM)富含5-20%的钴(Co)、5-7%的锂(Li)等高价值金属，但传统火法/湿法冶金存在能耗高、污染重等缺陷。来自Patna的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表的研究，开创性地利用纯培养酸性氧化硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans) NCIM 5370菌株，通过调控Fe²⁺与元素硫(S⁰)能量源配比，实现了废旧LIBs中金属的高效生物浸出。

研究采用手机废旧LIBs为原料，经放电、拆解获得混合CAM粉末（含33.4% Co、13.8% Mn）。通过ICP-MS、XRD等技术表征材料组成后，在9K培养基中系统考察了S⁰(0.5-5 g/L)和Fe²⁺(1-7 g/L)对生物浸出的影响，同步监测细菌生长与Fe³⁺浓度变化。浸出液经溶剂萃取与化学沉淀实现金属分离，最后通过技术经济评估验证工艺可行性。

Spent LIBs mixed CAM powder characterization
ICP-MS分析显示原始CAM粉末中Co、Mn、Ni、Li分别占33.4%、13.8%、6%、4.3%，XRD证实其主要物相为LiCoO₂与LiNiMnCoO₂。FESEM显示生物浸出后材料表面出现明显腐蚀孔洞，EDX证实金属元素含量显著降低。

Conclusions
研究证实3.5 g/L S⁰与5 g/L Fe²⁺协同作用可使Li/Co浸出率达100%，Mn/Ni>99.8%。机理分析表明Fe²⁺还原与生物酸溶解的协同效应是关键，下游处理获得96% Li、98% Co、89% Mn、82.4% Ni的高纯度产品。技术经济评估显示每公斤CAM处理净收益0.12美元，投资回收期2.6年。

该研究首次系统阐明纯菌株A. ferrooxidans在S⁰-Fe²⁺双能量源体系下的生物浸出机制，为废旧LIBs绿色回收提供了兼具环境效益与经济可行性的解决方案。作者Sneha Roy与Anusha Vishwakarma强调，该集成技术可有效缓解关键金属供应链压力，尤其适用于政治敏感地区钴资源的替代获取。