코발트 정광으로부터 코발트와 구리의 회수를 위한 기초 연구로 Aspergillus균주를 사용하여 당밀 배지에서 Co, Cu, Fe, Mg, Al 등의 미생물 침출 거동을 조사하였다. 실험의 주요 변수로는 균주 종류 및 당밀의 당도, 고액농도(pulp density), 반응시간 등의 영향에 대해 고찰하였다. 실험결과 당밀의 농도가 증가할수록 코발트 및 구리의 침출율이 증가하는 경향을 보였으며 적정 당도는 4%이었다. 한편, Aspergillus niger KCTC 6985의 경우 당도 4%, 고액농도가 10 g/L인 조건에서 21일 경과 후 코발트는 최대 90 %, 구리의 경우는 최대 70%의 침출율을 나타내었고, Aspergillus niger KCTC 6144의 경우는 당도 4%, 고액농도가 5 g/L에서 코발트 및 구리가 각각 90%의 최대 침출율을 나타내었다.
코발트 정광으로부터 코발트와 구리의 회수를 위한 기초 연구로 Aspergillus균주를 사용하여 당밀 배지에서 Co, Cu, Fe, Mg, Al 등의 미생물 침출 거동을 조사하였다. 실험의 주요 변수로는 균주 종류 및 당밀의 당도, 고액농도(pulp density), 반응시간 등의 영향에 대해 고찰하였다. 실험결과 당밀의 농도가 증가할수록 코발트 및 구리의 침출율이 증가하는 경향을 보였으며 적정 당도는 4%이었다. 한편, Aspergillus niger KCTC 6985의 경우 당도 4%, 고액농도가 10 g/L인 조건에서 21일 경과 후 코발트는 최대 90 %, 구리의 경우는 최대 70%의 침출율을 나타내었고, Aspergillus niger KCTC 6144의 경우는 당도 4%, 고액농도가 5 g/L에서 코발트 및 구리가 각각 90%의 최대 침출율을 나타내었다.
For the recovery of Co and Cu, bioleaching behavior of Co, Cu, Fe, Mg, Al by Aspergillus niger culture from the molasses growth medium was investigated. Series of leaching tests have been conducted by varying Aspergillus niger's type, molasses concentration in the growth medium, pulp density and rea...
For the recovery of Co and Cu, bioleaching behavior of Co, Cu, Fe, Mg, Al by Aspergillus niger culture from the molasses growth medium was investigated. Series of leaching tests have been conducted by varying Aspergillus niger's type, molasses concentration in the growth medium, pulp density and reaction time. The results showed that increase of the molasses concentration in the growth medium from 1% to 4% increased the leaching percentage of Co and Cu and the optimal molesses concentration was found to be 4% in the growth medium. Maxinum 90% of Co and 70% of Cu were dissolved from the leaching test at the 10 g/L pulp density, 4 % of molasses concentration in the growth medium after 21 days by Aspergillus niger KCTC 6985. But in case of using Aspergillus niger KCTC 6144, the maxium leaching percentage of Co and Cu was reached 90% respectively at a pulp density 5 g/L and 4% of molasses concentration.
For the recovery of Co and Cu, bioleaching behavior of Co, Cu, Fe, Mg, Al by Aspergillus niger culture from the molasses growth medium was investigated. Series of leaching tests have been conducted by varying Aspergillus niger's type, molasses concentration in the growth medium, pulp density and reaction time. The results showed that increase of the molasses concentration in the growth medium from 1% to 4% increased the leaching percentage of Co and Cu and the optimal molesses concentration was found to be 4% in the growth medium. Maxinum 90% of Co and 70% of Cu were dissolved from the leaching test at the 10 g/L pulp density, 4 % of molasses concentration in the growth medium after 21 days by Aspergillus niger KCTC 6985. But in case of using Aspergillus niger KCTC 6144, the maxium leaching percentage of Co and Cu was reached 90% respectively at a pulp density 5 g/L and 4% of molasses concentration.
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문제 정의
10-12) 본 연구에서는 미생물로 곰팡이의 일종인 Aspergillus niger(이하 A. niger) 균주를 사용하고 성장배지로는 당밀을 사용하여 코발트 및 구리의 침출거동에 미치는 인자 즉, 균주 종류, 당밀 농도, 고액농도 및 반응시간 등의 영향을 고찰하여 미생물 침출 공정 개발의 기초 data를 얻고자 하였다.
따라서 이러한 유독성인 무기산류를 대체하여 유기산(Organic acid)을 침출제로 사용할 경우 환경 친화적이면서, 선택적으로 금속을 침출할 수가 있다는 장점이 있다. 그러나 유기산의 높은 가격에 의한 경제성 문제로 비교적 저가로 유기산을 생성할 수 있는 미생물을 이용하고자 하였다. 이 경우 미생물로 곰팡이(Fungi)를 이용하면 곰팡이균의 신진대사 작용에 의해 구연산 (citric acid), 옥살산(oxalic acid), 말릭산(malic acid)등의 유기산이 생성된다.
따라서 본 연구에서는 경제성 문제를 고려하여 저가 배지를 사용한 금속의 침출공정을 개발하고자 하였으며, 이에 대한 기초 연구로 전 연구 단계에서 성장배지로 당밀을 사용한 유기산 생성을 확인한 바 있다.10-12) 본 연구에서는 미생물로 곰팡이의 일종인 Aspergillus niger(이하 A.
제안 방법
균주의 성장 배지로 당밀을 사용하여 농도를 2.0%, 3.0%, 4.0%로 조절한 배양액에 두 종류의 균주를 각각접종 한 후, 코발트 정광을 사용하여 고액농도 10 g/L 로 조절하여 균주별로 코발트와 구리 등 금속성분의 침출 거동을 조사하였다. Fig.
niger 균주를 먼저 고체배지를 이용하여 1차 배양한 후 액체 배지액(malt extract broth 15 g/L)에서 72시간 동안 2차 배양을 실시하였다. 이후 당밀 배지액을 이용하여 3차 계대 배양을 실시한후 침출 실험을 진행하였다.
일정시간 반응 시킨 후 샘플을 채취하여 여과를 한 후에 침출액의 pH를 측정하고, Micro syringe filter(cellulose acetate, 0.45 µm)를 이용하여 2차 여과 후 침출액 중의 금속이온의 농도를 ICP-OES(Perkin Elmer/ Optima 2000DV)를 이용하여 분석한 후 각 금속의 침출율을 구하였다.
침출실험으로는 500 ml 삼각플라스크에 당밀 배지액을 300 ml 첨가하여 초기 pH를 3.5로 조절 한 다음, 24oC에서 180 rpm으로 3일간 배양시킨 배지액에 일정량의 코발트 정광을 투입하여 침출실험을 실시하였다. 침출실험은 Shaking incubator에서 24oC, 180 rpm으로 같은 조건으로 하였다.
대상 데이터
niger KCTC 6144 등 2종류를 구입하여 사용하였다. 균의 배양을 위해 사용한 배지로는 malt extract broth(Difco사)를 사용하였다.
본 실험에서 사용한 곰팡이 균으로는 A. niger KCTC 6985, A. niger KCTC 6144 등 2종류를 구입하여 사용하였다. 균의 배양을 위해 사용한 배지로는 malt extract broth(Difco사)를 사용하였다.
성능/효과
1) 당밀 농도가 높을수록 금속의 침출율이 증가하는 경향을 보였다. 그러나 당밀 4% 이상에서는 용액의 점도 증가문제로 고액분리에 어려움이 많아 최적 당밀 농도는 4%이었다.
2) A. niger KCTC 6144 및 A. niger KCTC 6985의 경우 마그네슘, 철, 알루미늄의 경우 침출율이 낮아 코발트 와 구리의 선택적 침출이 가능하다는 것을 알수 있었다.
3) 코발트 정광을 이용한 침출 실험에서 고액농도가 증가함에 따라 코발트 및 구리의 침출율은 감소하는 경향을 보이고 있고, A. niger KCTC 6144의 경우 당밀 농도 4%, 고액농도 5 g/L에서 21일 경과 후 코발트 및 구리의 침출율이 각각 90% 이상을 나타내었다. 그러나 A.
4) 고액농도가 감소할수록 침출율은 증가하나 너무 낮을 경우에는 효율성에 문제가 있어 침출반응과 효율성을 고려하여 선정할 필요가 있으며, 코발트 추출의 경우에는 A. niger KCTC 6985를 사용하는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
0%로 조절한 배양액에 두 종류의 균주를 각각접종 한 후, 코발트 정광을 사용하여 고액농도 10 g/L 로 조절하여 균주별로 코발트와 구리 등 금속성분의 침출 거동을 조사하였다. Fig. 1은 A. niger KCTC 6144 균주를 사용한 경우로 당밀 농도 증가에 따라 코발트 및 구리의 침출율이 증가하며 당밀농도 4%에서, 코발트의 경우 24일 경과 후 90%의 침출율을 보였고, 구리는 60%의 침출율을 보였다. 한편, 마그네슘, 철, 알루미늄의 경우는 당밀의 농도 증가에 따라 약간 증가하는 경향을 보이나 전체적으로 5%이하의 낮은 침출율을 나타내었다.
Fig. 2는 A. niger KCTC 6985 균주를 사용한 결과로, 당밀 농도 증가에 따라 침출율이 증가하였으며, 당밀 농도 4%인 경우 고액농도 10 g/L에서 코발트는 최대 90%, 구리는 최대 70%의 침출율을 나타냈고, 당밀 3%의 경우에는 6일 경과 시점에서 코발트 60%, 구리 40%의 최대 침출율을 보인 후 급격한 감소를 보였다. 한편, 이 경우에도 마그네슘, 철, 알루미늄의 경우는 당밀의 농도 증가에 따라 약간 증가하는 경향을 보이나 전체적으로 5%이하의 낮은 침출율을 나타내고 있어 코발트와 구리의 선택적 침출이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
고액농도비가 증가할수록 두 금속의 침출율이 낮아지는 경향을 보이고 있고, 당밀농도 4%, 고액 농도 5 g/L에서 21일 경과 후 코발트 및 구리의 침출율이 각각 90% 이상을 나타내었다. Fig. 4는 A. niger KCTC 6985 사용한 경우의 실험 결과를 나타낸 결과로, 고액농도비가 증가할수록 두 금속의 침출율이 낮아지는 경향을 보이고 있고, 당밀 농도 4%인 경우 고액농도 10 g/L에서 21일 경과 후 코발트는 최대 90%의 침출율을 나타내었다. 그러나 이 경우 구리의 침출율은 70% 로 다소 낮은 값을 나타내었다.
niger KCTC 6144 사용하여 고액농도 변화에 따른 코발트 및 구리의 침출율을 조사한 결과를나타내었다. 고액농도비가 증가할수록 두 금속의 침출율이 낮아지는 경향을 보이고 있고, 당밀농도 4%, 고액 농도 5 g/L에서 21일 경과 후 코발트 및 구리의 침출율이 각각 90% 이상을 나타내었다. Fig.
한편, 마그네슘, 철, 알루미늄의 경우는 당밀의 농도 증가에 따라 약간 증가하는 경향을 보이나 전체적으로 5%이하의 낮은 침출율을 나타내었다. 따라서 상기 균주를 사용할 경우 코발트와 구리를 선택적으로 침출시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 한편, 침출액의 pH를 측정한 결과를 Fig.
한편, pH 측정 결과, 반응초기에 일시적으로 증가하다 이후 지속적으로 감소하는 경향을 보였으며 당밀 3%에서 특히 pH가 감소하는 경향이 크게 나타났다.따라서 상기 두 균주를 비교할 경우 코발트 및 구리를 침출할 경우에는 A. niger KCTC 6985를 사용하는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
한편, 이 경우에도 마그네슘, 철, 알루미늄의 경우는 당밀의 농도 증가에 따라 약간 증가하는 경향을 보이나 전체적으로 5%이하의 낮은 침출율을 나타내고 있어 코발트와 구리의 선택적 침출이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 한편, pH 측정 결과, 반응초기에 일시적으로 증가하다 이후 지속적으로 감소하는 경향을 보였으며 당밀 3%에서 특히 pH가 감소하는 경향이 크게 나타났다.따라서 상기 두 균주를 비교할 경우 코발트 및 구리를 침출할 경우에는 A.
niger KCTC 6985 균주를 사용한 결과로, 당밀 농도 증가에 따라 침출율이 증가하였으며, 당밀 농도 4%인 경우 고액농도 10 g/L에서 코발트는 최대 90%, 구리는 최대 70%의 침출율을 나타냈고, 당밀 3%의 경우에는 6일 경과 시점에서 코발트 60%, 구리 40%의 최대 침출율을 보인 후 급격한 감소를 보였다. 한편, 이 경우에도 마그네슘, 철, 알루미늄의 경우는 당밀의 농도 증가에 따라 약간 증가하는 경향을 보이나 전체적으로 5%이하의 낮은 침출율을 나타내고 있어 코발트와 구리의 선택적 침출이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 한편, pH 측정 결과, 반응초기에 일시적으로 증가하다 이후 지속적으로 감소하는 경향을 보였으며 당밀 3%에서 특히 pH가 감소하는 경향이 크게 나타났다.
후속연구
그러나 상기 유기산 생성 미생물을 사용한 침출 공정시 미생물의 성장배지의 가격이 고가라는 것이 실용화를 하는데 다소 부담이 되고 있다. 따라서 치즈제조폐액(whey permeate) 등의 유기성폐기물(organic wastes) 이나 당밀(molasses) 등을 곰팡이균의 성장배지로 사용하여 저렴하게 유기산을 생성하는 기술을 개발할 경우에 더욱 응용이 확대될 것으로 기대되고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유기산 생성 미생물을 사용한 침출 공정의 단점은?
그러나 상기 유기산 생성 미생물을 사용한 침출 공정시 미생물의 성장배지의 가격이 고가라는 것이 실용화를 하는데 다소 부담이 되고 있다. 따라서 치즈제조폐액(whey permeate) 등의 유기성폐기물(organic wastes) 이나 당밀(molasses) 등을 곰팡이균의 성장배지로 사용하여 저렴하게 유기산을 생성하는 기술을 개발할 경우에 더욱 응용이 확대될 것으로 기대되고 있다.
유기산을 침출제로 사용할 경우 장점은?
기존의 습식제련기술의 경우 광석이나 폐기물에서 금속을 회수하기 위한 공정으로 먼저 1차적으로 금속을 침출하기 위하여 대부분 무기산 (H2SO4, HCl, HNO3) 을 사용하여 침출하고 있는데 이 경우 Cl2, SOX 그리고 NOx gas 등이 발생되어 환경 문제를 야기시키고 있다. 따라서 이러한 유독성인 무기산류를 대체하여 유기산(Organic acid)을 침출제로 사용할 경우 환경 친화적이면서, 선택적으로 금속을 침출할 수가 있다는 장점이 있다. 그러나 유기산의 높은 가격에 의한 경제성 문제로 비교적 저가로 유기산을 생성할 수 있는 미생물을 이용하고자 하였다.
저가배지로 당밀을 사용하여 코발트 및 구리의 미생물 침출 실험 결과 얻을 수 있는 결론은?
1) 당밀 농도가 높을수록 금속의 침출율이 증가하는 경향을 보였다. 그러나 당밀 4% 이상에서는 용액의 점도 증가문제로 고액분리에 어려움이 많아 최적 당밀 농도는 4%이었다.
2) A. niger KCTC 6144 및 A. niger KCTC 6985의 경우 마그네슘, 철, 알루미늄의 경우 침출율이 낮아 코발트 와 구리의 선택적 침출이 가능하다는 것을 알수 있었다.
3) 코발트 정광을 이용한 침출 실험에서 고액농도가 증가함에 따라 코발트 및 구리의 침출율은 감소하는 경향을 보이고 있고, A. niger KCTC 6144의 경우 당밀 농도 4%, 고액농도 5 g/L에서 21일 경과 후 코발트 및 구리의 침출율이 각각 90% 이상을 나타내었다. 그러나 A. niger KCTC 6985의 경우는 당밀 농도 4%, 고액농도 10 g/L에서 21일 경과 후 코발트는 최대 90%의 침출율을 보였으나, 구리의 침출율이 70%로 다소 낮았다.
4) 고액농도가 감소할수록 침출율은 증가하나 너무 낮을 경우에는 효율성에 문제가 있어 침출반응과 효율성을 고려하여 선정 할 필요가 있으며, 코발트 추출의 경우에는 A. niger KCTC 6985를 사용하는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
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