Abstract
Microorganisms participate in a variety of geochemical processes such as weathering and formation of minerals, leaching of precious metals from minerals, and cycling of organic matter The objective of this study was to investigate biogeochemical processes of iron leaching from magnetite ore by iron-reducing bacteria isolated from intertidal flat sediments, southwestern part of Korea. Microbial iron leaching experiments were performed using magnetite ore, Shinyemi magnetite ore, in well-defined media with and without bacteria at room temperature for a month. Water soluble Fe and Mn during the leaching experiments were determined by ICP analysis of bioleached samples, and the resulting precipitated solids were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The extent of iron leaching from magnetite in the aerobic conditions (Fe = 15 mg/L and Mn = 3.41 mg/L) was lower than that in the anaerobic environments (Fe = 32.8 mg/L and Mn = 5.23 mg/L). The medium pH typically decreased from 8.3 to 7.2 during a month incubation. The Eh of the initial medium decreased from +144.9 mV to -331.7 mV in aerobic environments and from -2.3 mV to -494.6 mV in anaerobic environments upon incubation with the metal reducing microorganisms. The decrease in pH is due to glucose fermentation producing organic acids and $CO_2$. The ability of bacteria to leach soluble iron from crystalline magnetite could have significant implications for biogeochemical processes in sediments where Fe(III) in magnetite represents the largest pool of electron acceptor as well as to use as a novel biotechnology for leaching precious and heavy metals from raw materials.
갯벌 퇴적물에서 분리한 미생물(Haejae-1)을 이용하여 혐기성 및 호기성 조건 하에서 신예미 자철광으로부터 철 침출 및 침출된 철의 생광화작용에 따른 2차 광물의 형성을 연구하였다. 침출에 사용한 미생물은 Haejae-1 (Shewanella sp.)을 이용하였으며 자철광(자철광 : 미생물 성장 배지 = 100 : 1)과 글루코스(10 mM)를 주입한 후 호기성과 혐기성 조건하에서 1개월간 상온에서 실험을 실시하였다. 미생물의 성장 동안 자철광으로부터 침출된 철과 망간의 농도를 ICP-AES를 이용하여 분석하였다. 미생물의 성장과 철의 침출기간 동안 미생물 성장 배지의 열역학적 조건 변화를 알아보기 위하여 미생물 성장 배지의 Eh와 pH를 혐기성 조건하에서 측정하였다. 자철광으로부터 미생물의 성장과 철의 침출, 그리고 자철광의 광물조성 변화 및 2차 광물의 형성을 알아보기 위하여 핀-선 회절분석(XRD), 그리고 SEM-EDX 분석을 실시하였다. XRD 분석결과에 따르면 신예미 자철광의 주 구성광물은 자철석으로 이루어져 있었다. 자철석이 주 구성광물인 신예미 자철광을 이용하여 1개월 동안 미생물에 의한 금속이온의 침출 실험을 실시한 후 호기성에서 15 mg/L의 철(total Fe)과 3.41 mg/L의 망간이 침출 되었으며, 혐기성에서는 32.8 mg/L의 철(total Fe)과 5.23 mg/L의 망간이 침출되었다. 이는 철 환원 미생물이 활동하였기 때문으로 사료된다. 호기성과 혐기성에서의 미생물의 활동에 따른 pH와 Eh의 변화를 측정한 결과, 호기성 조건 하에서는 Eh는 +144.9 mV에서 -331.7 mV로 변화되었으며 pH는 8.3 에서 7.2로 감소하였다. 혐기성 조건하에서 Eh는 -2.3 mV에서 -494.6 mV로 변화되었으며 pH는 8.2에서 7.0으로 감소하였다. Eh의 변화는 미생물에 위한 글루코스의 산화에 따른 전자의 방출에 따른 결과로 사료되며, pH의 감소는 글루코스의 산화에 따른 유기산의 생성에 기인한 것으로 사료된다.
