침출 - Bioleaching

바이오리칭(bioleaching)은 흔히 침출제와 함께 미생물을 이용하여 혹은 미생물(micro-organism)만을 이용하여 광석에 있는 금속을 용출하는 방법입니다. 대표적으로, 특정 미생물은 이들의 신진대사를 위해 특히 '철'이나 '황'을 산화시키며 이를 통해 얻은 에너지로 살아갑니다. 이를 침출에 직간접적으로 이용하며 일반적으로 불용성 혹은 반응성이 굉장히 낮은 황화금속의 침출에 사용합니다.

 

(1) 미생물을 이용한 침출의 기본 원리

 

미생물들은 대표적으로 유기/무기산의 생성·분비를 통한 산가수분해(acidolysis), 킬레이트 결합에 의한 착화작용(complexolysis), 혹은 산화환원작용(redoxolosis)를 통해 광석으로부터 금속을 침출합니다.

 

˙유기/무기산의 형성: 황산(sulfuric acid)는 황을 산화시키는 미생물(thiobaillus, 티오바실러스)에 의해 형성되는 대표적인 무기산이며, 유기산은 옥살산(oxalic acid) 등이 있음

˙착화물의 형성: 신진대사를 통해 유기산을 생성하는 유기물을 침출에 이용하는 경우, 금속과 착화물을 형성하는 경우가 많음 (많은 종류의 유기산이 금속과 킬레이팅 혹은 착화물을 형성하는 것으로 알려져있음)

˙산화/환원 반응

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(2) 황화광물의 바이오리칭 메커니즘

 

바이오리칭이 이용되는 대표적인 광물인 황화광물의 바이오리칭 메커니즘은 다음의 두 가지로 나눠질 수 있습니다. 일반적으로 수소이온(H⁺)과 산화작용에 의하여 금속의 용출이 이루어지며, 반응은 광종에 따라 달라질 수 있습니다. 황화광물은 산에 대한 용해도에 따라 다음과 같으 구분될 수 있습니다: ① 산에 불용성인 경우 그리고 ② 산에 용해될 수 있는 경우.

황화광물의 바이오리칭 메커니즘

 

① Thiosulfate pathway: 황화광물이 산에 불용성인 경우

 

티오설페이트(thiosulfate, -S₂O₃^2-) 메커니즘은 광물들이 3가 철이온(ferric ion)에 의하여 산화됩니다. 산화가 수행되는 과정에서 티오설페이트가 형성될 때까지 황과 금속이온 사이이 화학결합이 끊어지지 않습니다 (이 메커니즘의 이름은 가장 먼저 유리되는 황화합물인 티오설페이트 딴 것).

 

② Polysulfate pathway: 황화광물이 산에 용해되는 경우

 

티오설페이트 메커니즘과 다르게, 3가 철이온 이외에 수소 이온이 추가로 작용합니다. 황과 금속이온 사이의 화학결합은 수소이온에 의해 끊어질 수 있으며, 황화수소(H₂S)가 생성됩니다. 생성된 황화수소는 H₂S₂와 같은 다황화물의 형태로 산화됩니다.