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토착박테리아의 중금속 적응효과와 직접산화작용에 의한 폐광석으로부터 유용금속 용출
The Leaching of Valuable Metal from Mine Waste Rock by the Adaptation Effect and the Direct Oxidation with Indigenous Bacteria 원문보기

韓國鑛物學會誌 = Journal of the Mineralogical Society of Korea, v.28 no.3, 2015년, pp.209 - 220  

김봉주 (조선대학교 에너지.자원공학과) ,  조강희 (조선대학교 에너지.자원공학과) ,  최낙철 (서울대학교 지역시스템공학과) ,  박천영 (조선대학교 에너지.자원공학과)

초록
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폐광산에 방치되어 있는 폐광석으로부터 유용금속이온을 그 지역 토착박테리아를 이용하여 효과적으로 용출시키고자 하였다. 토착호산성박테리아를 중금속 이온에 내성이 형성될 수 있도록 중금속 이온에 주기적으로 반복 적응시켰다. 그 결과 적응실험이 진행될수록 성장-배양액의 pH가 더 안정적으로 감소하였다. $CuSO_4{\cdot}5H_2O$에 9주와 12주 동안 적응시킨 박테리아를 이용하여 42일 동안 미생물용출을 수행한 결과, 용출-배양액의 pH는 적응 횟수에 비례하여 더 빠르게 감소하였다. 황동석과 Cu 함량이 고성 폐광석에 비하여 상대적으로 적게 포함된 연화 폐광석에서 더 많은 박테리아들이 부착하였고, 또한 Cu와 Fe 함량은 고성 박테리아 시료(각각의 용출률 = 66.77%와 21.83%)에 비하여 연화 박테리아 시료(각각의 용출률 = 92.79%와 55.88%)에서 더 많이 용출되었다. 따라서 중금속으로 오염된 광산에 오랫동안 서식한 토착호산성 박테리아를 이용한다면 또한 이 박테리아들을 목적중금속 이온이 포함된 성장-배양액에 계속하여 주기적으로 적응시킨다면, 폐광석으로부터 유용금속이온을 더 효과적으로 용출시킬 수 있을 것으로 확신한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The aim of this study was leaching valuable metal ions from mine waste rocks which were abandoned mine site using indigenous aerobic bacteria. In order to tolerate the the indigenous aerobic bacteria to the heavy metal ions they were repeatedly adapted in $CuSO_4{\cdot}5H_2O$ environment....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구의 목적은 광산 현장에서 서식하는 토착호산성박테리아를 배양, 목적원소에 내성이 형성되도록 중금속 이온에 반복-적응시켰다. 중금속 이온에 내성이 형성된 박테리아를 이용하여 광산 폐광석으로부터 유용금속 이온을 효과적으로 용출시키고자 하였다.
  • 따라서 박테리아를 Zn2+이나 Pb2+ 이온에 적응시킨다면 또한 Zn2+과 Pb2+ 이온을 혼합하여 적응시키면 폐광석에 포함되어 있는 섬아연석이나 방연석과 같은 황화광물로부터 더 많은 유용금속 이온을 효과적으로 용출시킬 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 향후 현장적용 가능한 bio heap leaching 및 dump leaching 실험 시 본 실험 내용을 설계인자로 반영하고자 한다.
  • 본 연구의 목적은 광산 현장에서 서식하는 토착호산성박테리아를 배양, 목적원소에 내성이 형성되도록 중금속 이온에 반복-적응시켰다. 중금속 이온에 내성이 형성된 박테리아를 이용하여 광산 폐광석으로부터 유용금속 이온을 효과적으로 용출시키고자 하였다.
  • 폐광산에 방치되어 있는 폐광석으로부터 유용금속이온을 그 지역에 서식하는 토착박테리아를 이용하여 효과적으로 용출시키고자 하였다. 광산 환경에 적응된 토착호산성박테리아를 배양하였고, 또한 중금속 이온에 내성이 형성될 수 있도록 중금속 이온에 주기적으로 적응시켰다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
외국에서 호산성박테리아를 대규모로 활용하고 있는 이유는? 이들 박테리아를 이용하면 황동석, 섬아연석, 방연석 등으로부터 Cu, Zn, Pb 등의 유용금속이온을 용출시킬 뿐만 아니라 황철석 혹은 유비철석에 포함된 금과 은을 회수하는데도 활용되고 있다. 박테리아를 이용하여 황화광물로부터 유용금속이온을 회수하는 미생물용출 방법은 공정이 단순하고 경비가 저렴하기 때문에 그리고 환경 문제가 거의 발생하지 않기 때문에 외국에서는 heap 혹은 dump leaching과 같이 대규모로 활용되고 있다. 그러나 박테리아를 이용하는 경우, 용출 효율이 뛰어나지 못하고 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.
박테리아가 독성원소에 적응하는 방법은? 따라서, 박테리아의 성장 환경을 중금속 이온 농도가 높은 환경으로 바꾸어서, 박테리아를 반복적으로 계대배양하면 중금속 이온에 내성이 형성된다. 박테리아가 중금속 원소에 적응되는 mechanism은 아직 정확히 이해되지 않고 있지만(Das et al., 1997, 1998), 박테리아가 독성 중금속 이온을 체외로 배출(efflux), 독성원소를 비독성원소로 효소적 변환(enzymic conversion), 독성원소를 체내 및 체외로 격리(seqestration) 혹은 투과성 장벽 형성(permeability barrier) 등의 기작을 통하여 독성원소에 적응하는 것으로 알려져 있다(Dopson et al., 2003).
박테리아의 적응력을 향상시키기 위해서 사용하는 방법 중 가장 일반적인 적응방법은? 무엇보다도, 박테리아를 독성이온에 노출시키는 적응 기간이 적응 효율에 중요한 변수가 되었다. 가장 일반적인 적응방법은 박테리아의 지수성장기에 맞추어 적응-계대배양을 반복하는 것이다. Mason and Rice(2002)에 의하면 일반적인 호산성 화학무기자가영양체는 약 3일간의 적응기(lag phase)를 거쳐서 지수성장기(exponential phase)에 도달하고 지수성장기가 끝나는 약 16일 후에는 정체기(stationary phase)에 도달하는 것으로 해석하였다.
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