本發(fā)明涉及一種從生物浸出液中回收金屬的方法，屬于污水及廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著礦產(chǎn)資源的大量開采，高品位、易選礦產(chǎn)資源日趨減少，人們不得不開始考慮開發(fā)利用低品位的礦產(chǎn)資源以及回收利用廢棄材料或尾礦中的有價金屬。按微生物在冶金過程中的作用原理，微生物濕法冶金又可分為微生物浸出、微生物氧化、微生物吸附與微生物積累。目前，以微生物浸出為主，是利用微生物在生命活動中自身的氧化和還原特性，使資源中的有用成分氧化或還原，以水溶液中離子態(tài)的形式與原物質(zhì)分離，從而將金屬離子轉(zhuǎn)移到溶液中，稱為浸出液，該技術(shù)適合處理金屬貧礦、含金屬的廢棄材料或尾礦礦渣。
采用微生物浸出技術(shù)可獲得富含各種金屬資源的生物浸出液，對生物浸出液中的金屬進(jìn)行回收將會實(shí)現(xiàn)廢棄資源再利用，有助于緩解當(dāng)今資源的危機(jī)，特別是在礦產(chǎn)資源日益減少的大環(huán)境下，科學(xué)合理回收高品質(zhì)的資源具有很大的意義。目前，浸出液中金屬回收的方法有化學(xué)沉淀法、物理處理法、生物法和電沉積法(也稱為電解)。然而，上述方法大多存在成本高、金屬回收率低、產(chǎn)品純度低和二次污染等問題。
微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，簡稱MFC)技術(shù)因可回收污水或固體廢棄物中的化學(xué)能，并將其轉(zhuǎn)化為電能，已成為當(dāng)前環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在雙室MFC裝置中，交換膜將MFC分為陽極室和陰極室，在陽極室和陰極室之間傳遞物質(zhì)，同時產(chǎn)生電能。有關(guān)MFC技術(shù)的研究日新月異，其應(yīng)用領(lǐng)域正在快速拓展，MFC已成為具有極大潛在應(yīng)用價值的污染治理及生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對傳統(tǒng)浸出液重金屬回收方法存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種不僅能從生物浸出液中有效回收金屬、而且能回收電能，環(huán)保且有利于減緩對設(shè)備酸腐蝕的金屬回收方法。
本發(fā)明提供的一種從生物浸出液中回收金屬的方法，包括以下步驟：
a、向單室空氣陰極微生物燃料電池中放入生物浸出液；
b、向單室空氣陰極微生物燃料電池內(nèi)充氮?dú)猓_保其處于厭氧狀態(tài)；
c、運(yùn)行單室空氣陰極MFC，陽極發(fā)生金屬離子失電子生成沉淀的反應(yīng)，使金屬離子從浸出液中析出。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟a所述生物浸出液中金屬離子濃度為0.1～10.0g/L。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟a所述生物浸出液的pH調(diào)為2.5～6.5。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟c所述運(yùn)行單室空氣陰極MFC的陽極為碳?xì)?、碳布或與所回收金屬離子相同的金屬電極。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，運(yùn)行單室空氣陰極MFC，回收鐵離子，陽極發(fā)生半反應(yīng)Fe2++3H2O→Fe(OH)3↓+3H++e-，陰極發(fā)生半反應(yīng)：1/4O2+H++e-→1/2H2O，鐵離子在陽極從生物浸出液中沉淀，便于回收。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明資源化的方法，采用Fe2++2.5O2+0.25H2O→Fe(OH)3↓+2H+(1)的反應(yīng)模式回收生物浸出液中的金屬，特別是將反應(yīng)拆分為氧化半反應(yīng)Fe2++3H2O→Fe(OH)3↓+3H++e-(2)和還原半反應(yīng)1/4O2+H++e-→1/2H2O(3)，將反應(yīng)式(2)和(3)分別放在單室空氣陰極MFC的陽極和陰極進(jìn)行，在回收金屬的同時，氧化半反應(yīng)釋放的電子也可被MFC的外電路以電能的形式回收，降低運(yùn)行成本。此外，由于氧化半反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)子傳遞到陰極參與還原反應(yīng)產(chǎn)生水，不斷被消耗，不僅可顯著提高金屬回收率，同時，產(chǎn)生的水環(huán)保、無二次污染，還能減緩產(chǎn)酸對設(shè)備的腐蝕。
2、由于氧化和還原半反應(yīng)被分開完成，與已有電沉積技術(shù)相比，有利于反應(yīng)條件的控制，同時，氧化半反應(yīng)的產(chǎn)物氫離子和電子不斷從陽極被移除，反應(yīng)速度大大加快進(jìn)而提高有用金屬的回收率，與傳統(tǒng)電沉積相比，有用金屬的回收率提高了5.1～32.8％，另外產(chǎn)生了126.5～350.0mV的輸出電壓。
3、設(shè)置生物浸出液金屬離子濃度為0.1～10.0g/L，可以得到較好的產(chǎn)電效果，并且金屬回收率較高。
4、設(shè)定反應(yīng)器中2.5＜pH＜6.5，可進(jìn)一步提高本發(fā)明金屬回收反應(yīng)的效率和所得金屬的質(zhì)量。
5、MFC中無質(zhì)子交換膜，使得陽極產(chǎn)生的質(zhì)子能夠直接擴(kuò)散到陰極，與陰極的氧氣反應(yīng)產(chǎn)生水，這樣就能將過量的質(zhì)子傳遞到陰極，保證陽極室反應(yīng)的正向進(jìn)行。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例便于更好地理解本發(fā)明，但并未涵蓋和窮盡了發(fā)明人所做的所有實(shí)驗(yàn)，目的僅僅在于用那些數(shù)據(jù)來闡述本發(fā)明界定方法的直觀性和準(zhǔn)確性。
實(shí)施例1
一種從生物浸出液中回收金屬的方法，包括步驟：
單室空氣陰極MFC的有效容積為28mL，陽極采用碳?xì)?，陰極為碳布空氣陰極，加入生物浸出液28mL，鐵離子的濃度為2.8g/L，用5％的稀硫酸和5％的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，調(diào)節(jié)至pH為2.5，并充氮?dú)?0min后密封，使反應(yīng)器處于厭氧狀態(tài)。工作時將單室空氣陰極MFC裝置連接到電壓采集器，30℃恒溫運(yùn)行4d。
陽極發(fā)生半反應(yīng)：Fe2++3H2O→Fe(OH)3↓+3H++e-，陰極發(fā)生半反應(yīng)：1/4O2+H++e-→1/2H2O。
反應(yīng)中，伴隨著陽極二價鐵離子的氧化，生物浸出液中的有用金屬轉(zhuǎn)移以沉淀的形式被回收，產(chǎn)生的氫離子傳質(zhì)擴(kuò)散到陰極，產(chǎn)生的電子經(jīng)外電路即用電裝置傳遞到陰極，與傳質(zhì)到陰極的氫離子、透過碳布陰極擴(kuò)散的氧氣結(jié)合生成水。運(yùn)行結(jié)束后，與傳統(tǒng)電沉積相比，鐵的回收率提高了5.1％，產(chǎn)生的最高電壓為270.0mV。
實(shí)施例2
一種從生物浸出液中回收金屬的方法，與實(shí)施例1的區(qū)別在于：生物浸出液中鐵離子的濃度為10.0g/L，MFC裝置運(yùn)行結(jié)束后，與傳統(tǒng)電沉積相比，鐵的回收率提高了12.8％，產(chǎn)生的最高電壓為326.3mV。
實(shí)施例3
一種從生物浸出液中回收金屬的方法，與實(shí)施例1的區(qū)別在于：生物浸出液中鐵離子的濃度為0.5g/L，MFC裝置運(yùn)行結(jié)束后，與傳統(tǒng)電沉積相比，鐵的回收率提高了7.8％，產(chǎn)生的最高電壓為126.5mV。
實(shí)施例4
一種從生物浸出液中回收金屬的方法，與實(shí)施例1的區(qū)別在于：生物浸出液中鐵離子的濃度為2.8g/L，pH為4.5，MFC裝置運(yùn)行結(jié)束后，與傳統(tǒng)電沉積相比，鐵的回收率提高了32.8％，產(chǎn)生的最高電壓為350.0mV。
實(shí)施例5
一種從生物浸出液中回收金屬的方法，與實(shí)施例1的區(qū)別在于：生物浸出液中鐵離子的濃度為2.8g/L，pH為6.5，MFC裝置運(yùn)行結(jié)束后，與傳統(tǒng)電沉積相比，鐵的回收率提高了12.3％，產(chǎn)生的最高電壓為280.0mV。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。