2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of in-situ bioleaching of gold ore using iodide-oxidizing bacteria
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19K05352
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
菅井 裕一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70333862)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金 / 原位置バイオリーチング / ヨウ化物酸化細菌 / ヨウ素 / ヨウ化物 / 三ヨウ化物 / ジヨード金酸 / 水溶性天然ガス田 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヨウ化物酸化細菌はヨウ化物（I-）をヨウ素（I2）に酸化する。ヨウ化物とヨウ素からは化学反応により三ヨウ化物（I3-）が生成し、これが鉱石中の金をジヨード金酸（[AuI2]-）として浸出させる。我が国の天然ガス田にはメタンとともにヨウ化物を高濃度で含む地下水が貯留されており、この地下水中にはヨウ化物酸化細菌が生息している。本研究では、この地下水から8種のヨウ化物酸化細菌を分離し、これらにヨウ化物（ヨウ化カリウム21.8 g/L）と栄養源（マリンブロス37.4 g/L）を与え、金鉱石（金品位0.26 wt%、培地中の鉱石量3.3 w/v%）とともに30 ℃で30日培養した結果、上述した微生物反応および化学反応により金鉱石から金が浸出された。このうち3種の菌株は、同鉱石に含まれるすべての金を浸出させ、さらに最も優れた菌株は5日間ですべての金を同鉱石から浸出させた。この最も優れた菌株について、金の浸出に必要十分なヨウ化物濃度（10.9g/L）ならびに栄養源濃度（18.7g/L）ならびに最適な培養温度（30℃）を明らかにした。この結果から、1gの金を浸出するのに必要十分なヨウ化物と栄養源に係るコストは約3,600円と試算され、経済性についても本技術の可能性が示された。また、初期菌体濃度の影響、振盪の影響、ならびに酸素濃度の影響についても各種培養実験により明らかにした。とりわけ原位置回収技術を想定した場合、同細菌を嫌気環境である地下で培養しなければならないため、無酸素条件下で同細菌を増殖させる必要がある。嫌気条件下においては金の浸出は認められず、空気に含まれる酸素濃度よりも低い酸素濃度においてもヨウ化物酸化細菌の増殖と金の浸出が認められなかったことから、同細菌を用いた金の原位置回収のためには、低酸素濃度条件化における同細菌の増殖と金の浸出が課題であることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度には、本研究の着想であるヨウ化物酸化細菌を用いて金鉱石から金を浸出することができることを実験的に示すという目標を設定した。これに対し、千葉県の水溶性天然ガス田から目的のヨウ化物酸化細菌を分離し、そのすべてについて金の浸出の可能性を実験的に示すことができた。さらに、同細菌によるヨウ化物のヨウ素への酸化メカニズムや、それに伴って生じる金の浸出メカニズムも明らかにした。また、分離された8種類の菌株の中から最も有望な菌株をスクリーニングして、金の浸出に最適な培養条件を明らかにすることができており、今後の研究を進めるにあたって対象とする有望株とその最適な培養条件を明らかにしたことにより、今後の研究の見通しを立てることもできており、当初の目標を上回る進展が得られている。その一方で、本研究で目的としている同細菌を用いた金の原位置バイオリーチングのためには、低濃度酸素条件下で同細菌を増殖させ金を浸出させる必要があり、そのための培養手法および条件については明らかにできておらず、課題として次年度に持ち越すこととなった。少なくとも通常の培養の方法では、低酸素濃度条件下において同細菌を増殖させることはできないことを明らかにし、この培養における酸素条件が本研究における一つの重要な課題であることを洗い出すことができたという点では進展といえるが、課題を持ち越したという点ではやや遅れており、上述した当初の計画以上に進展している内容と合わせて総合的に評価し、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度の研究より、本研究で対象とするヨウ化物酸化細菌の有望株をスクリーニングし、その基本的な最適培養条件を明らかにすることができたため、今後は、この細菌を用いた金の原位置バイオリーチングを想定した実験およびシミュレーションを実施する。同プロセスでは好気性菌である同細菌を地下の金鉱床内に注入して培養することを想定しているため、地上における培養と比べて酸素濃度が制限される。酸素条件が制限された環境下において同細菌を増殖させてヨウ化物をヨウ素に酸化させ、金を浸出させるため、酸素をマイクロバブルやナノバブルなどの形態で培地に溶解させ、これを金鉱床に注入することによって地下に酸素を供給するプロセスを想定した培養実験を行なう。また、同細菌とその栄養源を金鉱床内に注入することを想定して、粉砕した金鉱石を充填したカラムを作製し、このカラムに同細菌とその栄養源ならびに溶存させた酸素を注入して一定期間培養した後、回収された培養液中の金濃度を測定して、原位置バイオリーチングの可能性を評価する。さらに、実際の金鉱床を模擬した金鉱石のコアを作製し、前述したカラム試験と同様の実験をコアを用いて実施する。コアの場合には、透水係数がカラムに比べて著しく低いことが予想されるため、コア内部における金の浸出のみならず、細菌や栄養源のコア内部への圧入性についても評価する。最後に、これまでの培養実験結果を用いて、同細菌の増殖ならびに金浸出挙動を数式化してバイオリーチングの数値モデルを構築し、これを研究代表者が開発した地下貯留層シミュレータに導入して、金の原位置バイオリーチングに関する数値実験を実施し、フィールドスケールで、本プロセスの可能性を評価する。
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