生物化未來的元素

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

Biomining是科幻小說所承諾的一種技術:一個巨大的罐子裡裝滿了從礦石,舊手機和硬盤中浸出金屬的微生物。

這聽起來很未來,但它目前用於生產世界黃金和黃金的5% 20%的世界銅。 它也用於較小程度地提取鎳,鋅,鈷和稀土元素。 但也許最激動人心的是提取稀土元素,這在從手機到可再生能源技術的各個方面都至關重要。

Mary Kathleen礦是昆士蘭西北部一座耗盡的鈾礦,含有估計價值16億澳元的稀土元素。 Biomining提供了一種經濟實惠且環保的選擇。

Biomining是如此多才多藝,可以用於其他行星體。 生物浸出研究 在國際空間站上已經證明,地球上極端環境中的微生物在暴露於空間的冷,熱,輻射和真空時會從岩石中浸出大量重要的礦物和金屬。

一些科學家甚至相信 沒有生物礦化技術的幫助,我們不能殖民其他星球。

它如何運作?

氣候 罐中的微生物從任何來源材料中浸出礦物質。 由太平洋西北國家實驗室提供。

生物礦化在大型封閉的攪拌釜反應器(生物反應器)中進行。 這些裝置通常含有水,微生物(細菌,古細菌或真菌),礦石材料和微生物的能量來源。

所需的能源取決於工作所需的特定微生物。 例如,使用可以通過硫和鐵的氧化從無機源獲得能量的微生物從硫化礦石中生物學地“浸出”金和銅。

然而,使用需要有機碳源的微生物從非硫化物礦石中生物浸出稀土元素,因為這些礦石不含有可用的能源。 在這種情況下,添加糖以允許微生物生長。

所有生物體都需要金屬來進行鹼性酶反應。 人類從食物中的痕量濃度中獲取金屬。 然而,微生物通過將金屬溶解在其環境中的礦物質中來獲得金屬。 他們通過生產有機酸和金屬結合化合物來實現這一目標。 科學家通過將溶液中的微生物與礦石混合併在漂浮到頂部時收集金屬來利用這些特性。

溫度,糖,攪拌罐的速度,酸度,二氧化碳和氧氣水平都需要進行監控和微調,以提供最佳的工作條件

生物礦化的好處

傳統的採礦方法需要使用刺激性化學品,大量能源並產生許多污染物。 相比之下,生物礦化使用很少的能量,並產生很少的微生物副產物,如有機酸和氣體。

因為它便宜而且簡單,所以生物礦化可以有效地利用低品位的金屬來源(例如礦山尾礦),否則使用傳統方法是不經濟的。

各國越來越多地轉向芬蘭,智利和烏干達等生物礦。 智利已經耗盡了大部分富含銅的礦石,現在利用了生物礦石,而烏干達已經從銅礦尾礦中提取鈷十多年了。

為什麼我們需要稀土元素?

稀土元素包括元素週期表底部附近的15鑭系元素,以及鈧和釔。 它們被廣泛用於幾乎所有電子產品中,並且越來越受到電動汽車和可再生能源工業的追捧。

這些元素獨特的原子特性使它們可用作磁鐵和熒光粉。 它們被用作電動汽車,風力渦輪機,硬盤驅動器,醫療設備中的強力輕質磁鐵,以及用作節能照明和移動電話,電視和筆記本電腦LED的熒光粉。

儘管它們的名字,稀土元素並不罕見,有些實際上比地殼中的銅,鎳和鉛更豐富。 然而,與形成礦石的這些主要金屬(可以容易地提取有用物質的天然存在的礦物或岩石)不同,稀土元素廣泛分散。 因此,為了在經濟上可行,它們通常作為二次產物與鐵和銅等主要金屬一起開採。

超過90%的世界稀土元素來自中國,其中生產壟斷,貿易限制和非法採礦導致價格上漲 波動很大 這些年來。

氣候 大多數可再生能源技術依賴於稀土金屬。 Pixabay

從報告 美國能源部, 歐洲聯盟美國情報委員會 基於它們對清潔能源,高供應風險和缺乏替代品的重要性,將幾種稀土元素標記為關鍵材料。

這些報告鼓勵研究和開發替代採礦方法,如生物礦化作為潛在的緩解策略。

聽從這些電話,實驗室 科廷伯克利 大學使用微生物來溶解常見的含稀土元素的礦物。 這些中試規模研究顯示出有希望的結果,提取率越來越接近傳統採礦方法。

由於大多數電子設備的使用壽命短且可回收性差,因此實驗室正在試驗“城市”生物礦化。 例如,生物浸出研究已經取得了成功 從熒光粉中提取稀土元素 襯裡熒光球,以及利用微生物從電子廢物中回收稀土元素 硬盤磁鐵.

稀土元素對我們技術的未來至關重要。 Biomining提供了一種以環境可持續和經濟可行的方式獲得這些寶貴資源的方法。

關於作者

Marcos Voutsinos,博士候選人,地質微生物學, 墨爾本大學

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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