论文标题：Highlighting the Role of Archaea in Urban Mine Waste Exploitation and Valorisation

论文链接：https://www.mdpi.com/2313-4321/8/1/20

期刊名：Recycling

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/recycling

废弃的电子电气设备（电子废物）富含金属，其中许多是关键原材料（CRMs），可视为待开发的“城市矿山”。传统冶金能耗高且依赖化石燃料。生物冶金利用微生物浸出含金属固体，是一种很有前景的电子垃圾价值评估替代方案，由于微生物的生理特性，这不仅是一种环境可持续的过程，而且在经济上也是可行的。与细菌和真菌一样，古菌（Archaea）也具有金属浸出能力，但其潜力被低估。其中，极端环境古菌研究较多，而嗜温菌种虽较少见但也具高价值。来自意大利技术研究院（Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia）的Annalisa Abdel Azim博士及其团队在Recycling发表了一项综述，回顾了生物冶金工业应用现状及古菌（特别是产甲烷古菌）在电子废物金属回收中的最新进展。

综述过程

生物浸出路径与古菌的核心作用

生物浸出的核心路径包括自养（直接/间接，依赖CO₂、Fe/S氧化）和异养（间接，依赖有机酸/螯合剂）机制。自养浸出利用CO₂为碳源，Fe(II)或S(0)为主要能源；异养浸出则依赖有机酸、螯合剂等代谢产物。该技术已成功应用于LED、光伏电池、PCB等多种电子废物的金属（如Ni, Si, Cu, Ga）回收。

古菌依赖金属维持生理功能（酶结构、辅因子、电子传递），构成独特的“古菌金属组”。基因组学研究表明，古菌基因组中铁结合域比例高于细菌和真核生物，且能利用/耐受多种关键金属（Co, Ni, Mo）及有毒元素。这奠定了古菌应用于金属生物回收与解毒的理论基础。其生物技术应用（如产甲烷）本身也需稳定金属供应。

生物浸出：机理与策略。(A) 异养和自养生物浸出发生在天然矿物沉积物和电子垃圾回收过程中，产生游离金属离子和金属氧化物；(B) 直接（一步法和两步法）和间接生物浸出方法。在直接生物浸出中，在微生物的初始生长阶段（一步法）或指数生长阶段（两步法）加入电子垃圾。在间接生物浸出中，只有微生物代谢物与电子垃圾发生相互作用

古菌生物浸出的实证研究如下：

极端环境古菌： 嗜热嗜酸古菌（如Acidianus, Ferroplasma, Metallosphaera, Sulfolobus）常见于矿物生物浸出操作。某些菌株能氧化/还原铁、硫，并能修复砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)等重金属（如Sulfolobus acidocaldarius氧化砷，Halobacterium吸附镉）。超嗜热古菌Pyrococcus abyssi能在硅饱和环境中结合二氧化硅。

产甲烷古菌： 除了在甲烷循环中起重要作用外，也能从报废产品、采矿残渣和废物流中回收多种关键金属、铂族金属（PGM）和非关键金属。

-混合培养（颗粒污泥）： 厌氧颗粒污泥被证明能有效还原回收钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、碲(Te)等形成纳米颗粒。

-纯培养： 如Methanobacterium bryantii能螯合铜；Methanosarcina mazei和Methanothermobacter thermautotrophicus能还原钒(V)；后者还能还原钴(Co)和铬(Cr)；Methanosarcina在铀(U)还原中起作用；Methanocaldococcus jannaschii能结合硅。

产甲烷菌与关键金属的不利相互作用： 包括抑制与毒性（如Cd、亚硒酸盐、亚碲酸盐、Pd、Pt对产甲烷的IC50值）以及金属还原与产甲烷之间的电子竞争（需添加外部电子供体如乙醇）。

厌氧甲烷氧化古菌（ANME）： ANME能通过反硝化型甲烷厌氧氧化（N-DAMO）或与金属（如Mn(IV), Fe(III), As(V), Cr(VI), Se(VI), Sb(V), V(V)）还原耦合进行厌氧甲烷氧化（AOM）。研究表明ANME-2d (Methanoperedenaceae) 能耦合Mn(IV)还原氧化CH?；混合培养可利用CH?作为电子供体还原钒酸盐V(V)和锑酸盐Sb(V)。

技术验证与应用转化

近二十年，欧盟资助了多个旨在应用生物浸出技术回收矿山废物（MW）和电子废物中金属的项目。目前已知共有12个项目：

针对CRM提取： BIORECOVER（选择性提取CRM、REE、Mg、PGM，目标TRL 5）、RAWMINA（整合生物浸出和纳米材料，连续中试回收Sb, Co, Ge, W，目标TRL 7）、RUBICON（开发新型生物技术工艺处理红土矿等，回收Co, Sc, Ni等）、BIOCriticalMetals（从尾矿中提取W, In, Ga, Te, Mo）。

专注于电子废物回收： BiotaWEE（创新两步生物浸出技术回收PCB非金属部分中的Cu, Ag, Au）。该项目证明了两步法（厌氧+好氧）处理PCB机械处理粉尘的可行性，金属回收率高（如Cu 182kg/吨PCB），并可避免焚烧、减少废物和CO?排放、降低运营成本。

欧洲公司应用： N2s（英国，从电子废物PCB中回收金属）、BiotaTec（爱沙尼亚，开发新型生物浸出/生物采矿技术）、Ekolive（斯洛伐克，提供欧盟认证的生态创新生物浸出方法InnoBioTech®）。

研究总结

本综述全面概述了电子废物回收的主要方面，强调了可持续回收系统的经济、环境和社会意义。回收对于满足新兴和可再生能源技术（光伏电池、涡轮机、电池、催化剂、氢技术）对原材料快速增长的需求至关重要。将产甲烷古菌应用于生物浸出工艺的潜在优势在于，它既能减少二氧化碳排放，又能从报废设备或其生产残留物中浸出金属。这将使两种不同的技术——气转化和冶金——结合，最终产物主要有两种：甲烷和溶解金属。尽管关于产甲烷古菌对金属需求和响应的研究有限，评估该方法的可行性、明确瓶颈和克服策略是优先事项。鉴于甲烷生产技术成熟度（TRL ≥ 5）和多功能性（如集成生物工艺），将其与电子废物处理结合具有战略意义，不仅可回收金属本身，也可用于升级现有工艺（如厌氧消化中的沼气升级和厌氧污泥作为生物浸出微生物源的利用）。未来研究还应考虑从微生物生物质中高效分离金属的策略。

期刊介绍

期刊发表资源回收、再利用、废弃物管理与循环经济等相关领域的原始性、首创性成果，主题涵盖工业资源回收的创新工艺、工具与方法学，废弃物处理技术，循环经济，零废弃项目实践，回收利用相关政策，回收经济学，回收过程的环境与社会影响，以及产品(生态)设计与回收等方向。目前已被ESCI (Web of Science)、Scopus、FSTA、DOAJ等数据库收录。