침출 - Bioleaching에 이용되는 미생물

바이오리칭(bioleaching)은 고유한 메커니즘으로 불용성의 광석으로부터 혹은 기존의 방법으로는 경제적으로 회수할 수 없는 저품위 광석/정광으로부터 금속을 용출하는데 적용될 수 있는 방법입니다. 바이오리칭에는 다양한 종류의 미생물(micro-organism)들이 이용되며, 이들을 이용한 연구들이 계속해서 이루어지고 있습니다. 아래에서는 바이오리칭에 이용되는 대표적인 미생물들에 대해 소개해놓았습니다.

 

바이오리칭 속 미생물: Micro-organism in bioleaching

 

(1) Thiobacillus: 티오바실러스

 

티오바실러스 속(屬, genus)의 박테리아는 바이오리칭에서 상당히 중요하며 널리 이용되는 박테리아입니다. 대부분의 티오바실러스들은 무기화합물을 산화시킴으로서 에너지를 얻는 화학무기독립영양(chemolithoautotrophic) 세균입니다. 에너지는 황화합물의 산화에서 나오며, 산화의 최종 생성물은 황산염(sulfate)입니다. 바이오리칭은 산성환경(pH 1.5 - 3)에서 이루어지는 경우가 많으며, 이에 따라 호산성(acidphilic)의 박테리아 종류가 중요하며, 대표적으로 아래의 두 가지 티오바실러스가 있습니다.

Micro-organism in leaching

 

˙Thiobacillus ferroxidans: 바이오리칭에서 상당히 중요한 역할을 하는 박테리아입니다. 이는, 황 원소의 산화 과정이 Thiobacillus thiooxidans에 비하여 훨씬 느리나, 황 화합물의 산화로 에너지를 얻는다는 점 이외에 3가 철(ferrous iron)을 전자 공여체로 사용할 수 있기 때문입니다.

˙Thiobacillus thiooxidans: 황과 부분적으로 산화된 황 화합물을 산화시키는 것으로 알려져 있으며, 이 과정에서 황산이 자연적으로 형성됩니다 (이에 따라, pH가 1.5 - 1.0 혹은 그 이하로 떨어지기도 함).

 

이 외에도 다음의 티오바실러스 속 박테리아가 있습니다.

 

˙Thiobacillus prosperus

˙Thiobacillus cuprinus: 황동석(chalcopyrite)에서 구리를 선택적/우선적으로 용출하는 것으로 알려져 있음

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(2) Leptospirillum: 렙토스피릴룸

 

Leptospirillum ferroxidans는  호산성 그리고 철을 산화시키는 박테리아입니다. Thiobacillus ferroxidans와 비교하였을 때, 낮은 범위의 pH와 높은 우라늄, 몰리브데늄, 은 농도의 환경에서도 견딜 수 있으나, 자체적으로 황과 황 화합물을 산화시키는 능력은 없는 것으로 알려져 있습니다. 따라서, Leptospirillum은 단독으로 금속을 용출시키는데 사용될 수 없으며 티오바실러스 속의 박테리아와 함께 이용되어야 합니다.

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(3) Heterotrophic microorganisms

 

종속 영양 박테리아와 균/곰팡이류(fungi)은 유기영양소를 에너지원로서 증식하며, 이를 통해 얻은 에너지를 금속의 용출에 도움을 주는 기도 합니다. 해당 미생물들은 금속을 매우 산화된 금속 화합물로부터 다음과 같이 용출시키는 것으로 알려져 있습니다.

 

˙효소에 의해 직접 환원

˙생산된 유기산(옥살산, 시트르산, 글루콘산, 젖산 등)으로 금속을 용해

˙배지(culture medium) 내에 분비된 두 개 이상의 친수성 작용기를 가진 화합물에 의한 수소이온-광석 내 금속 간 직접 치환 혹은 용해성의 착물(chelate)/화합물을 형성을 통한 금속 용해

 

금속의 직접적인 용출/침출에는 종속 영양 미생물은 큰 이점이 없는 것으로 알려져 있으나, 유기산을 생산하는 aspergillus, penicillum과 같은 곰팡이들은 금속의 침출에 연구되고 있습니다.

 

˙Aspergillus niger

˙Aspergillus foetidus

˙Aspergillus carbonarius

˙Penicillium simplicissimum

˙penicillium chrysogenum