生物化未来的元素

文件20180124 72597 1twk9y1.png?ixlib = rb 1.1 Joey Kyber / Pixels, 创用CC BY-SA

Biomining是科幻小说所承诺的一种技术:一个巨大的罐子里装满了从矿石,旧手机和硬盘中浸出金属的微生物。

这听起来很未来,但它目前用于生产世界黄金和黄金的5% 20%的世界铜。 它也用于较小程度地提取镍,锌,钴和稀土元素。 但也许最激动人心的是提取稀土元素,这在从手机到可再生能源技术的各个方面都至关重要。

Mary Kathleen矿是昆士兰西北部一座耗尽的铀矿,含有估计价值16亿澳元的稀土元素。 Biomining提供了一种经济实惠且环保的选择。

Biomining是如此多才多艺,可以用于其他行星体。 生物浸出研究 在国际空间站上已经证明,地球上极端环境中的微生物在暴露于空间的冷,热,辐射和真空时会从岩石中浸出大量重要的矿物和金属。

一些科学家甚至相信 没有生物矿化技术的帮助,我们不能殖民其他星球。

我们如何做?

气候 罐中的微生物从任何来源材料中浸出矿物质。 由太平洋西北国家实验室提供。

生物矿化在大型封闭的搅拌釜反应器(生物反应器)中进行。 这些装置通常含有水,微生物(细菌,古细菌或真菌),矿石材料和微生物的能量来源。

所需的能源取决于工作所需的特定微生物。 例如,使用可以通过硫和铁的氧化从无机源获得能量的微生物从硫化矿石中生物学地“浸出”金和铜。

然而,使用需要有机碳源的微生物从非硫化物矿石中生物浸出稀土元素,因为这些矿石不含有可用的能源。 在这种情况下,添加糖以允许微生物生长。

所有生物体都需要金属来进行碱性酶反应。 人类从食物中的痕量浓度中获取金属。 然而,微生物通过将金属溶解在其环境中的矿物质中来获得金属。 他们通过生产有机酸和金属结合化合物来实现这一目标。 科学家通过将溶液中的微生物与矿石混合并在漂浮到顶部时收集金属来利用这些特性。

温度,糖,搅拌罐的速度,酸度,二氧化碳和氧气水平都需要进行监控和微调,以提供最佳的工作条件

生物矿化的好处

传统的采矿方法需要使用刺激性化学品,大量能源并产生许多污染物。 相比之下,生物矿化使用很少的能量,并产生很少的微生物副产物,如有机酸和气体。

因为它便宜而且简单,所以生物矿化可以有效地利用低品位的金属来源(例如矿山尾矿),否则使用传统方法是不经济的。

各国越来越多地转向芬兰,智利和乌干达等生物矿。 智利已经耗尽了大部分富含铜的矿石,现在利用了生物矿石,而乌干达已经从铜矿尾矿中提取钴十多年了。

为什么我们需要稀土元素?

稀土元素包括元素周期表底部附近的15镧系元素,以及钪和钇。 它们被广泛用于几乎所有电子产品中,并且越来越受到电动汽车和可再生能源工业的追捧。

这些元素独特的原子特性使它们可用作磁铁和荧光粉。 它们被用作电动汽车,风力涡轮机,硬盘驱动器,医疗设备中的强力轻质磁铁,以及用作节能照明和移动电话,电视和笔记本电脑LED的荧光粉。

尽管它们的名字,稀土元素并不罕见,有些实际上比地壳中的铜,镍和铅更丰富。 然而,与形成矿石的这些主要金属(可以容易地提取有用物质的天然存在的矿物或岩石)不同,稀土元素广泛分散。 因此,为了在经济上可行,它们通常作为二次产物与铁和铜等主要金属一起开采。

超过90%的世界稀土元素来自中国,其中生产垄断,贸易限制和非法采矿导致价格上涨 波动很大 这些年来。

气候 大多数可再生能源技术依赖于稀土金属。 Pixabay

来自报告 美国能源部, 欧洲,并 美国情报委员会 基于它们对清洁能源,高供应风险和缺乏替代品的重要性,将几种稀土元素标记为关键材料。

这些报告鼓励研究和开发替代采矿方法,如生物矿化作为潜在的缓解策略。

听从这些电话,实验室 科廷伯克利 大学使用微生物来溶解常见的含稀土元素的矿物。 这些中试规模研究显示出有希望的结果,提取率越来越接近传统采矿方法。

由于大多数电子设备的使用寿命短且可回收性差,因此实验室正在试验“城市”生物矿化。 例如,生物浸出研究已经取得了成功 从荧光粉中提取稀土元素 衬里荧光球,以及利用微生物从电子废物中回收稀土元素 硬盘磁铁.

稀土元素对我们技术的未来至关重要。 Biomining提供了一种以环境可持续和经济可行的方式获得这些宝贵资源的方法。

关于作者

Marcos Voutsinos,博士候选人,地质微生物学, 墨尔本大学

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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