초록 ▼

황동광 정광 및 폐자원(폐 Li이온 밧데리, 탈황 폐촉매)으로부터 유가금속을 환경친화적으로 회수하는 생물학적 금속 침출기술 개발에 관한 연구를 호주측과 공동으로 수행하였음.
$\bullet$ 순수한 Thiobacillus ferrooxidans(ATCC, 19859), 국내 폐광산에서 채취한 혼합박테리아, AJ Parker CRC의 혼합 박테리아를 이용하여 대상 시료로부터 금속의 침출 특성을 조사하였음.
$\bullet$ 시료의 전처리 공정 확립, 물리 화학적 특성조사, 균주의 선정

황동광 정광 및 폐자원(폐 Li이온 밧데리, 탈황 폐촉매)으로부터 유가금속을 환경친화적으로 회수하는 생물학적 금속 침출기술 개발에 관한 연구를 호주측과 공동으로 수행하였음.
$\bullet$ 순수한 Thiobacillus ferrooxidans(ATCC, 19859), 국내 폐광산에서 채취한 혼합박테리아, AJ Parker CRC의 혼합 박테리아를 이용하여 대상 시료로부터 금속의 침출 특성을 조사하였음.
$\bullet$ 시료의 전처리 공정 확립, 물리 화학적 특성조사, 균주의 선정 및 배양조건도출, 반응인자 변화실험 및 최적 침출 조건 확립, 침출반응기구 규명, 침출잔사의 물성조사, 촉매제의 첨가효과 규명, 침출공정 단계 제어, 규모확대 실험, 공정별 정량적인 분석법 확립 등에 관한 연구를 수행함.
$\bullet$ 호주 AJ Parker CRC와의 공동연구 수행 및 선진기술 도입으로 국내 미이용 저품위 광물자원 및 폐자원의 재활용기술 개발에 기여함.
$\bullet$ 호주 CSIRO Minerals과 MOU 체결, AJ Parker CRC와 MOU 연장 등을 통하여 "지속 가능한 광물 및 에너지 자원 기술개발"을 GPP 사업의 신규 과제로 도출함.

Abstract ▼

The first year work-scope covers:
- Pre-treatment of chalcopyrite($CuFeS_2$) concentrate
- Physio-chemical characterization of the pre-treated concentrated sample
- Cultivation and screening of Acidithiobacillus ferrooxidans(ATCC, 19859) in presence of Fe(II) ion
- Adaptation

The first year work-scope covers:
- Pre-treatment of chalcopyrite($CuFeS_2$) concentrate
- Physio-chemical characterization of the pre-treated concentrated sample
- Cultivation and screening of Acidithiobacillus ferrooxidans(ATCC, 19859) in presence of Fe(II) ion
- Adaptation of the cell with the chalcopyrite before bioleaching
- Investigation of effect of various parameters(pH, ORP, reaction time, Fe(II) ion concentration, pulp density, microorganism concentration, silver ion concentration).
The second year includes:
- Characterization of the cathode wastes collected from Li-ion battery industry
- Growth of Acidithiobacillus ferrooxidans in presence of the wastes of Li-ion battery industry
- Isolation and selection of active strain for bioleaching process
- Leaching of Co and Li from the battery wastes by varying different parameters(solid/liquid ratio, Fe(II) ion concentration, pH)
- Collection of mine water from Dalsuns mine and its characterization.
- Enrichment of mine water sample using 9K medium
- Selection of the bacteria for bioleaching of Li-ion battery industrial wastes
- Bioleaching study of battery waste by the mixed acidophilic bacteria using elemental sulfur as substrate
- Different parameter study(pulp density, elemental sulfur concentration)
The third year includes:
- Pre-treatment and composition analysis of the spent refinery petroleum catalysts
- Characterization of the pre-treated spent catalyst sample before bioleaching
- Growth of mixed sulfur oxidizing bacteria in presence of elemental sulfur
- Isolate the active sulfur oxidizing bacteria from the growth medium
- Adaptation of the bacteria with pre-treated spent catalyst
- Application of adapted bacteria for bioleaching of spent catalyst using single stage process
- Conducting two-stage bioleaching process by separating the bacterially growth medium from elemental sulfur and application of the sulfur metabolites for spent catalyst bioleaching
- Investigation of the effects of various factors(reaction time, pulp density, elemental sulfur, temperature)
- Conducting experiment in large scale by increasing the spent catalyst amount 10 times of the batch test. The test was carried out in 1L reactor scale
- Separation of solid from the liquid and characterization of the leach residues

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발 과제의 개요...29
  • 제 1 절 연구 목적....29
    • 
      제 2 절 연구 필요성....32
    • 
      제 3 절 연구 범위....35
    제 2 장 국내.외 기술개발 현황...37
  • 제 1 절 미생물 침출기술....37
    • 1. 구리....37
      • 
        2. 금....39
      • 
        3. 우라늄....40
      • 
        4. 코발트....40
      • 
        5. 장래 활용분야....41
      • 가. 공업폐기물....41
        • 
          나. Heterotrophic leaching....41
        • (1) Biobenefication....42
          • 
            (2) Iron....42
      제 2 절 미생물의 종류....42
    • 1. Thiobacillus....43
      • 
        2. Leptospirillum....43
      • 
        3. Thermophilic bacteria....43
      제 3 절 미생물 침출기구....45
    • 1. 직접 미생물 침출반응....45
      • 
        2. 간접 미생물 침출반응....46
      제 4 절 미생물 침출시 반응인자....48
    • 1. 영양공급....48
      • 
        2. $O_2$ 와 $CO_2$....48
      • 
        3. pH....48
      • 
        4. 반응온도....49
      • 
        5. 광물기질....49
      • 
        6. 중금속....49
      • 
        7. 표면활성제와 유기추출제....50
      제 5 절 난용성 금광에 대한 미생물 처리....50
    • 1. 금광의 처리법....50
      • 
        2. 금광의 생물학적 처리....52
      • 가. Thiobacillus ferrooxidans를 이용한 금의 회수....52
        • 
          나. 금광 산화반응의 화학적 원리....52
        • 
          다. 금 회수시 생물학적 산화의 효과....53
        3. 생물학적 처리의 활용....54
      • 가. 생물처리법의 선택....54
        • 
          나. 광석 또는 정광....54
        • 
          다. 생물학적 침출 공정도와 설계시 고려사항....54
        • 
          라. 파일럿 설비 및 상업적 응용....56
        • 
          마. 공정상의 제한....57
    제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...58
  • 제 1 절 시료 및 실험 방법....58
    • 1. 실험시료....58
      • 
        2. 철산화 세균을 이용한 유가금속의 침출실험방법....62
      • 
        3. 분석방법....62
      제 2 절 제련 미생물 선정 및 배양방법....63
    • 1. 균주 선정....63
      • 
        2. 균주 배양방법....64
      제 3 절 Acidithiobacillus ferrooxidans에 의한 황동광 정광의 미생물 침출....65
    • 1. 황동광 정광의 전처리....66
      • 
        2. 미생물 균주 및 성장....66
      • 
        3. 황동광 정광의 특성분석....68
      • 
        4. 미생물 침출실험....70
      • 
        5. 시료 채취 및 분석....70
      • 
        6. 침출 실험 결과 및 고찰....70
      • 가. 반응시간의 영향....70
        • 
          나. 고액농도의 영향....73
        • 
          다. $Fe^{+2}$ 농도의 영향....76
        • 
          라. 균주 접종량....77
        • 
          마. pH의 영향....79
        • 
          바. $Ag^+$ ion 효과....80
        7. 결론....85
      제 4 절 Acidithiobacillus ferrooxidans에 의한 폐 Li이온 전지의 미생물 침출....88
    • 1. 리튬전지 재활용....90
      • 가. 리튬 1차, 2차 전지의 특성....90
        • 
          나. 리튬 전지의 재활용 기술 현황....92
        2. 박테리아 선정 및 적응실험....94
      • 가. 박테리아 선정....94
        • 
          나. 박테리아 적응실험....94
        3. 폐 Li 이온전지의 특성 조사....94
      • 
        4. 미생물 침출실험 및 분석....95
      • 가. 침출e(II) 농도의 영향....99
        • 
          다. 초기 pH의 영향....101
        • 
          라. 고액 농도의 영향....102
        • 
          마. EDXA(Energy Dispersive X-ray Analysis)....102
        6. 결론....105
      제 5 절 혼합균주(mixed acidophilic microorganism)에 의한 폐 Li 이온 밧데리의 미생물 침출....107
    • 1. 박테리아 채취....107
      • 
        2. 박테리아 적응실험....107
      • 
        3. 침출실험 및 분석....107
      • 가. 침출실험....107
        • 
          나. 분석법....108
        4. 실험결과 및 고찰....108
      • 가. 박테리아의 첨가 효과....108
        • 
          나. 고액농도의 영향....111
        • 
          다. 단체 황의 영향....111
        5. 결론....112
      제 6 절 황산화 박테리아에 의한 탈황 폐촉매로부터 금속의 침출....113
    • 1. 일반 금속촉매의 재활용....113
      • 가. 폐촉매 현황....113
        • 
          나. 국내 석유화학 폐촉매의 발생현황....114
        • 
          다. 폐촉매 재활용 기술....115
        • 
          라. 향후전망....116
        2. 황산화 박테리아에 의한 폐촉매의 1단계 침출 공정....117
      • 가. 탈황 폐촉매 시료의 전처리....117
        • 
          나. 박테리아의 성장....118
        • 
          다. 박테리아의 황 흡착....119
        • 
          라. 탈황 폐촉매와 박테리아의 적응....119
        • 
          마. 미생물 침출실험....120
        • 
          바. 연구결과 및 검토....120
        • (1) 박테리아의 성장 및 적응실험....120
          • 
            (2) 박테리아의 흡착 및 산화반응....120
          • 
            (3) 고액농도 변화....124
          • 
            (4) 황 첨가량의 영향....125
          • 
            (5) 반응온도의 영향....127
          • 
            (6) 침출 잔사의 특성 분석....129
          사. 결론....131
        3. 황산화 박테리아에 의한 탈황 폐촉매의 2단계 검출....131
      • 가. 시료 및 실험 방법....132
        • 
          나. 침출실험....133
        • 
          다. 연구결과 및 고찰....133
        • (1) 반응시간의 영향....133
          • 
            (2) 고액농도 변화....134
          • 
            (3) 황의 영향....135
          • 
            (4) 반응온도의 영향....136
          • 
            (5) 황산에 의한 화학침출....136
          • 
            (6) 침출잔사의 특성 분석....138
          라. 결론....138
      제 7 절 탈황 폐촉매의 규모 확대 실험 및 정량적인 분석법....140
    • 1. 규모 확대 실험....140
      • 가. 실험방법....140
        • 
          나. 분석....140
        • 
          다. 실험결과 및 고찰....140
        • 
          라. 결론....144
        2. 정량 분석법....144
    제 4 장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도...148
  • 제 1 절 연구개발목표 달성도....148
    • 1. 1차년도(2004)....148
      • 
        2. 2차년도(2005)....149
      • 
        3. 3차년도(2006)....150
      제 2 절 기술발전 기여도....151
    • 1. 공개 발표된 연구개발 성과물....151
    제 5 장 연구개발 결과의 활용계획...154
  • 
    제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...155
  • Metals Recycling in Australia....155
    • 
      Bioleaching of a Chalcopyrite Concentrate Supplied by KIGAM....172
    • 
      Recovery of Zinc and Manganese from Spent Zinc Carbon batteries....190
    • 
      Bioleaching of Spent Catalyst Using Iron Oxidizing Bacteria....224
    제 7 장 참고문헌...237