[0001] 本发明涉及环保型生物稀土回收技术领域，特别涉及一种巨大普里斯蒂亚氏菌及其浸出废料中稀土元素的方法。

[0002] 稀土元素，包括十五种镧系元素和钪、钇两种金属元素，因其关键应用于高科技领域和尖端研究而被誉为“工业黄金”。由于这些元素的储备有限且地理分布不均，从二次资源中提取稀土元素变得越来越重要，尤其是在永磁材料和工业催化剂等领域的需求增长下。

[0003] 目前，从城市矿产中提取稀土元素的常规方法主要依赖于使用强酸和有机溶剂的物理化学浸出技术。这些传统方法不仅复杂、耗能高，还可能引起严重的环境污染。因此，开发一种环保且效率高的新型浸矿技术迫在眉睫，以实现高浸出率的同时尽可能减少环境影响。

[0004] 生物浸出法，一种利用微生物来提取稀土的方法，提供了一个环保的替代方案。该方法主要通过异养细菌或真菌产生的有机酸，如柠檬酸和乳酸，来将稀土元素从固体基质中释放出来。但是，现有的商用微生物如酵母和氧化葡萄糖酸杆菌在从废弃的FCC催化剂和钕铁硼磁体中提取稀土的效率低且过程缓慢，主要是因为这些微生物对高浓度稀土离子的耐受性较差。因此，筛选和培养来自稀土矿场和稀土废料的强效微生物菌群对提高稀土生物浸出效率至关重要。不过，关于这些特殊微生物的应用报道仍然较少。因此，提供一株可从废料中高效中浸出稀土离子的新巨大普里斯蒂亚氏菌菌株，能够为生物冶金提供新的选择和途径，具有重要的现实意义。

[0046] 本发明公开了一种利用巨大普里斯蒂亚氏菌及其浸出废料中稀土元素的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

[0047] 本发明采用如下技术方案：

[0048] (1)浸矿菌株的筛选：利用解硅培养基固体平板对菌株进行筛选。选取可在解硅培养基固体培养平板上产生明显溶硅透明环的巨大普里斯蒂亚氏菌(Priestia megaterium)MeR‑2(CGMCC No.30398)进行后续研究。

[0049] (2)微生物的培养：将巨大普里斯蒂亚氏菌MeR‑2，通过添加了60g/L葡萄糖的Luria‑Bertani(LB)液体培养基或添加了60g/L葡萄糖的乏营养Luria‑Bertani(LB)液体培养基(LB培养基原始组分含量为0.05‑50％)于30℃，200rpm条件下培养2‑4天。

[0050] (3)共培养浸出废FCC催化剂(主体框架为硅铝酸盐，含有镧、铈等稀土元素以及镍、钒等过渡元素，含量为0.01％‑10％)中的稀土元素：将巨大普里斯蒂亚氏菌MeR‑2，通过添加了60g/L葡萄糖的Luria‑Bertani(LB)液体培养基或添加了60g/L葡萄糖的乏营养Luria‑Bertani(LB)液体培养基(LB培养基原始组分含量为0.05‑50％)，与废FCC催化剂以固液比1:2‑1:500进行共孵育，于30℃，200rpm条件下培养2‑4天。

[0051] (4)共培养浸出废钕铁硼油泥(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)磁体，含1％‑30％的润滑油)中的稀土元素：将巨大普里斯蒂亚氏菌MeR‑2，通过添加了60g/L葡萄糖的Luria‑Bertani(LB)液体培养基或添加了60g/L葡萄糖的乏营养Luria‑Bertani(LB)液体培养基(LB培养基原始组分含量为0.05‑50％)，与废钕铁硼油泥以固液比1:4‑1:500进行共孵育，于30℃，200rpm条件下培养2‑8天。

[0052] (5)共培养浸出废钕铁硼粉末(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)，产生于工业生产钕铁硼磁体的各个环节，如切削、压模、烧结过程等)中的稀土元素：将巨大普里斯蒂亚氏菌MeR‑2，通过添加了60g/L葡萄糖的Luria‑Bertani(LB)液体培养基或添加了60g/L葡萄糖的乏营养Luria‑Bertani(LB)液体培养基(LB培养基原始组分含量为0.05‑50％)，与废钕铁硼油泥以液固比1:4‑1:500进行共孵育，于30℃，200rpm条件下培养2‑8天。

[0053] (6)微生物培养代谢产物的制备：将步骤(2)中的微生物培养液在8000rpm离心5min收集上清液。

[0054] (7)微生物培养代谢产物浸出废FCC催化剂(主体框架为硅铝酸盐，含有镧、铈等稀土元素以及镍、钒等过渡元素，含量为0.01％‑10％)中的稀土元素：将步骤(5)中的浸出液上清液用超纯水稀释(最低上清液含量2％)后，将原液或稀释液与废FCC催化剂按照固液比1:2‑1:500比例进行混合，置于30℃，200rpm条件下进行浸出，2‑4天后得到浸出液。

[0055] (8)微生物培养代谢产物浸出废钕铁硼油泥(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)磁体，含1％‑30％的润滑油)中的稀土元素：将步骤(5)中的浸出液上清液用超纯水稀释(最低上清液含量2％)后，将原液或稀释液与废钕铁硼油泥按照固液比1:50比例进行混合，置于30℃，200rpm条件下进行浸出，2天后得到浸出液。

[0056] (9)微生物培养代谢产物浸出废钕铁硼粉末(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)，产生于工业生产钕铁硼磁体的各个环节，如切削、压模、烧结过程等)中的稀土元素：将步骤(5)中的浸出液上清液用超纯水稀释(最低上清液含量2％)后，将原液或稀释液与废钕铁硼烧结或压模粉末按照固液比1:50比例进行混合，置于30℃，200rpm条件下进行浸出，2天后得到浸出液。

[0057] (10)通过ICP‑OES与ICP‑MS检测步骤(3)(4)(5)(7)(8)(9)中的稀土元素含量及种类，对MeR‑2的浸出能力进行鉴定。

[0058] 本发明所提供的菌株培养成本低、生长速度快、浸出条件简单，且对多种废料中的稀土离子均有浸出能力，其在稀土废料微生物回收与再利用等方面具有较好的应用前景。

[0059] 本发明提供的巨大普里斯蒂亚氏菌及其浸出废料中稀土元素的方法中，所用原料及试剂均可由市场购得。

[0060] 下面结合实施例，进一步阐述本发明：

[0061] 实施例1浸出稀土菌株的筛选及溶解难溶硅酸盐能力测定

[0062] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的巨大普里斯蒂亚氏菌(Priestia megaterium)MeR‑2单菌落至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养，取2μL菌液滴加到解硅培养基固体培养平板上，培养十天后，观察并记录结果，有透明环出现记为阳性，表明该菌株具有溶解难溶硅酸盐的能力，进行生物保藏，保藏编号为CGMCC No.30398。

[0063] 实施例2MeR‑2微生物共培养浸出废FCC催化剂中的稀土元素

[0064] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的MeR‑2(保藏编号为CGMCC No.30398)单菌落至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养至OD值0.8‑1.2作为种子液。取体积比为1％的种子液(最终OD值0.008‑0.012)接种至含葡萄糖
60g/L的LB液体培养基中，该培养基中含有固液比1:2‑1:500的废FCC催化剂(主体框架为硅铝酸盐，含有镧、铈等稀土元素以及镍、钒等过渡元素，含量为0.01％‑10％)。于30℃,
200rpm恒温震荡摇床中培养2‑4天。8000rpm离心5min收集上清液。

[0065] 待溶液澄清透明后稀释定容，至目标元素含量为1ppb‑10ppm，使ICP‑OES与ICP‑MS其中的稀土元素进行定量分析(参照国标GB/T18115‑2021稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法进行测定)。

[0066] 表1

[0067] 固液比 浸出率(％)1:2 32.57917555
1:5 41.99451777
1:10 53.43641953
1:50 58.01421873
1:100 70.7524405
1:500 98.57917555

[0068] 实施例3MeR‑2微生物共培养浸出废FCC催化剂中的稀土元素

[0069] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的MeR‑2单菌落(保藏编号为CGMCC No.30398)至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养至OD值0.8‑1.2作为种子液。取体积比为1％的种子液(最终OD值0.008‑0.012)接种至添加了60g/L葡萄糖的乏营养Luria‑Bertani(LB)液体培养基(LB培养基原始组分含量为0.05‑50％)中，该培养基中含有液固比1:2‑1:500的废FCC催化剂(主体框架为硅铝酸盐，含有镧、铈等稀土元素以及镍、钒等过渡元素，含量为0.01％‑10％)。于30℃,200rpm恒温震荡摇床中培养2‑4天。8000rpm离心5min收集上清液。

[0070] 实施例4MeR‑2共培养浸出废钕铁硼油泥中的稀土元素

[0071] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的MeR‑2单菌落(保藏编号为CGMCC No.30398)至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养至OD值0.8‑1.2作为种子液。取体积比为1％的种子液(最终OD值0.008‑0.012)接种至含葡萄糖
60g/L的LB液体培养基中，该培养基中含有液固比1:4‑1:500的废钕铁硼油泥(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)磁体，含1％‑30％的润滑油)。于30℃,200rpm恒温震荡摇床中培养2‑8天。
8000rpm离心5min收集上清液。

[0072] 实施例5MeR‑2共培养浸出废钕铁硼油泥中的稀土元素

[0073] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的MeR‑2单菌落(保藏编号为CGMCC No.30398)至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养至OD值0.8‑1.2作为种子液。取体积比为1％的种子液(最终OD值0.008‑0.012)接种至添加了60g/L葡萄糖的乏营养Luria‑Bertani(LB)液体培养基(LB培养基原始组分含量为0.05‑50％)中，该培养基中含有液固比1:4‑1:500的废钕铁硼油泥(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)磁体，含
1％‑30％的润滑油)。于30℃,200rpm恒温震荡摇床中培养2‑8天。8000rpm离心5min收集上清液。

[0074] 实施例6MeR‑2共培养浸出废钕铁硼粉末中的稀土元素

[0075] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的MeR‑2单菌落(保藏编号为CGMCC No.30398)至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养至OD值0.8‑1.2作为种子液。取体积比为1％的种子液(最终OD值0.008‑0.012)接种至含葡萄糖
60g/L的LB液体培养基中，该培养基中含有液固比1:4‑1:500的废钕铁硼粉末(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)，产生于工业生产钕铁硼磁体的各个环节，如切削、压模、烧结过程等)。于
30℃,200rpm恒温震荡摇床中培养2‑8天。8000rpm离心5min收集上清液。

[0076] 实施例7MeR‑2共培养浸出废钕铁硼粉末中的稀土元素

[0077] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的MeR‑2单菌落(保藏编号为CGMCC No.30398)至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养至OD值0.8‑1.2作为种子液。取体积比为1％的种子液(最终OD值0.008‑0.012)接种至添加了60g/L葡萄糖的乏营养Luria‑Bertani(LB)液体培养基(LB培养基原始组分含量为0.05‑50％)中，该培养基中含有液固比1:4‑1:500的废钕铁硼粉末(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)，产生于工业生产钕铁硼磁体的各个环节，如切削、压模、烧结过程等)。于30℃,200rpm恒温震荡摇床中培养2‑8天。8000rpm离心5min收集上清液。

[0078] 实施例8MeR‑2微生物浸出液的制备

[0079] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的MeR‑2(保藏编号为CGMCC No.30398)单菌落至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养至OD值0.8‑1.2作为种子液。取体积比为1％的种子液(最终OD值0.008‑0.012)接种至添加了60g/L葡萄糖的Luria‑Bertani(LB)液体培养基中，于30℃,200rpm恒温震荡摇床中培养至对数期。8000rpm离心5min收集上清液。

[0080] 实施例9MeR‑2微生物浸出液的制备

[0081] 从含1.5‑3％琼脂的LB固体培养基上挑取纯化后的MeR‑2(保藏编号为CGMCC No.30398)单菌落至4mL LB液体培养基中，于30℃，200rpm恒温震荡摇床中过夜培养至OD值0.8‑1.2作为种子液。取体积比为1％的种子液(最终OD值0.008‑0.012)接种至乏营养Luria‑Bertani(LB)液体培养基(LB培养基原始组分含量为0.05‑50％)中，于30℃,200rpm恒温震荡摇床中培养至对数期。8000rpm离心5min收集上清液。

[0082] 实施例10MeR‑2微生物培养上清液浸出FCC中的稀土元素

[0083] 将实施例8中的微生物培养上清液原液或稀释液(用超纯水稀释，最低上清液含量2％)加入废FCC催化剂(主体框架为硅铝酸盐，含有镧、铈等稀土元素以及镍、钒等过渡元素，含量为0.01％‑10％)中，按照液固比1:2‑1:500比例进行混合，置于30℃，200rpm恒温震荡摇床中，2天后得到浸出液。

[0084] 实施例11MeR‑2微生物培养上清液浸出废钕铁硼油泥中的稀土元素

[0085] 将实施例8中的微生物培养上清液原液或稀释液(用超纯水稀释，最低上清液含量2％)加入废钕铁硼油泥(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)磁体，含1％‑30％的润滑油)中，按照液固比1:2‑1:500比例进行混合，置于30℃，200rpm恒温震荡摇床中，2天后得到浸出液。

[0086] 实施例12MeR‑2微生物培养上清液浸出废钕铁硼粉末中的稀土元素

[0087] 将实施例8中的微生物培养上清液原液或稀释液(用超纯水稀释，最低上清液含量2％)加入废钕铁硼粉末(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)，产生于工业生产钕铁硼磁体的各个环节，如切削、压模、烧结过程等)中，按照液固比1:2‑1:500比例进行混合，置于30℃，
200rpm恒温震荡摇床中，2天后得到浸出液。

[0088] 实施例13MeR‑2微生物培养上清液浸出FCC中的稀土元素

[0089] 将实施例9中的微生物培养上清液原液或稀释液(用超纯水稀释，最低上清液含量2％)加入废FCC催化剂(主体框架为硅铝酸盐，含有镧、铈等稀土元素以及镍、钒等过渡元素，含量为0.01％‑10％)中，按照液固比1:2‑1:500比例进行混合，置于30℃，200rpm恒温震荡摇床中，2天后得到浸出液。

[0090] 实施例14MeR‑2微生物培养上清液浸出废钕铁硼油泥中的稀土元素

[0091] 将实施例9中的微生物培养上清液原液或稀释液(用超纯水稀释，最低上清液含量2％)加入废钕铁硼油泥(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)磁体，含1％‑30％的润滑油)中，按照液固比1:2‑1:500比例进行混合，置于30℃，200rpm恒温震荡摇床中，2天后得到浸出液。

[0092] 实施例15MeR‑2微生物培养上清液浸出废钕铁硼粉末中的稀土元素

[0093] 将实施例9中的微生物培养上清液原液或稀释液(用超纯水稀释，最低上清液含量2％)加入废钕铁硼粉末(主体成分为钕铁硼(Nd2Fe14B)，产生于工业生产钕铁硼磁体的各个环节，如切削、压模、烧结过程等)中，按照液固比1:2‑1:500比例进行混合，置于30℃，
200rpm恒温震荡摇床中，2天后得到浸出液。

[0094] 实施例16通过ICP‑MS检测MeR‑2的浸出能力

[0095] 将实施例2～7，10～15中的浸出液用0.22μm的针式滤膜进行过滤，收集滤液。使用硝酸‑高氯酸(10：1)混合酸体系在210度加热板上进行消解。待溶液澄清透明后稀释定容，至目标元素含量为1ppb‑10ppm，使ICP‑OES与ICP‑MS其中的稀土元素进行定量分析(参照国标GB/T 18115‑2021稀土金属及其氧化物中稀土杂质化学分析方法进行测定)，实验结果见表2～4。

[0096] 表2MeR‑2菌株对废FCC催化剂中稀土元素的浸出量

[0097]

[0098] 实施例2，3，10，13间，对La与Ce的浸出率均具有显著差异，其中实施例13具有最好的浸出效果，对La浸出率为95.78％，对Ce浸出率为96.66％。

[0099] 表3MeR‑2菌株对废钕铁硼油泥中稀土元素的浸出量

[0100]

[0101]

[0102] 实施例4，5，11，14间，对Pr，Nd，Gd，Tb与Dy的浸出率，4(A)，11(B)与5(C)，14(C)具有显著差异，但5(C)，14(C)之间不具有显著差异。其中实施例4具有最好的浸出效果，浸出率为Pr(97.73％)，Nd(98.09％)，Gd(97.86％)，Tb(98.00％)与Dy(97.93％)。

[0103] 表4MeR‑2菌株对废钕铁硼粉末中稀土元素的浸出量

[0104]

[0105] 实施例6，12，15，7间，对Pr，Nd，Gd，Tb与Dy的浸出率，7(A)，6(B)与12(C)，15(C)具有显著差异，但12(C)，15(C)之间不具有显著差异。其中实施例7具有最好的浸出效果，浸出率为Pr(97.92％)，Nd(97.85％)，Gd(97.87％)，Tb(97.84％)与Dy(98.01％)。

[0106] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。