KR101641074B1 - Biological decomposition of monazite by using phosphate solubilizing bacteria - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인산염 용해 미생물을 이용하여 모나자이트를 생물학적으로 분해하여 희토류 금속을 회수하는 기술에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, (a)배지를 준비하는 단계와 (b)상기 배지에 모나자이트를 투입시키는 단계와 (c)상기 (b)단계의 배지에 미생물을 투입시키는 단계와 (d)상기 (c)단계의 미생물을 배양시키는 단계 및 (e)상기 (d)단계의 배양된 미생물을 이용하여, 모나자이트로부터 희토류 금속을 침출시키는 단계를 포함하는 모나자이트에서 미생물을 이용하여 희토류 금속을 추출하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 희토류 금속을 경제적으로 회수할 수 있으며, 기존 공정에 비해 공정을 간소화 하면서도, 환경오염을 시키지 않는 장점이 있다.
The present invention relates to a technique for biologically decomposing monazite using a phosphate-dissolving microorganism to recover a rare earth metal.
(B) adding monazite to the culture medium; (c) feeding microorganisms into the medium of step (b); and (d) ) Culturing the microorganism in step (c); and (e) leaching the rare earth metal from monazite using the cultured microorganism in step (d). . ≪ / RTI >
According to the present invention, rare earth metals can be economically recovered, and the process is simplified compared to conventional processes, while environmental pollution is not caused.

Description

인산염 용해 미생물을 이용한 모나자이트의 생물학적 분해 기술 {Biological decomposition of monazite by using phosphate solubilizing bacteria}[0002] Biological decomposition of monazite by using phosphate-solubilizing bacteria [

본 발명은 인산염 용해 미생물을 이용하여 모나자이트를 생물학적으로 분해하여 희토류 금속을 회수하는 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a technique for biologically decomposing monazite using a phosphate-dissolving microorganism to recover a rare earth metal.

희토류금속(rare earth metals)은 원자번호 57번인 란탄(La)부터 71번 루테튬(Lu)까지의 란탄족과 21번 스칸듐(Sc), 39번 이트륨(Y)을 포함하는 17종류의 원소를 총칭한다. 희토류금속들은 그 특유한 물리적, 화학적 성질 때문에 금속, 화학, 소재 등 모든 산업분야에 있어서 광학유리 및 연마제, 형광재료, 안료, 자성재료, 금속첨가물, 세라믹스 구조 등으로 매우 다양하게 쓰이며 첨단산업소재의 비타민이라고 불리고 있다.Rare earth metals are a group of 17 elements including lanthanides from atomic number 57, lanthanum from lanthanum (La) to lanthanum (71), scandium (Sc), and yttrium (Y) do. Because of its unique physical and chemical properties, rare earth metals are used in a wide variety of applications such as optical glass, abrasives, fluorescent materials, pigments, magnetic materials, metal additives, and ceramics in all industrial fields such as metals, chemicals and materials. .

모나자이트(Monazite)는 세륨(Ce) 족 희토류 금속과 토륨(Th)이 인산염 형태로 존재하는 광물로서 부존량이 많고 세계의 여러 지역에 널리 분포되어 있는 희토류 자원이다. 보통 모나자이트 내 희토류 산화물(REO) 비율은 20-30% Ce2O3, 10-40% La2O3, ~5% Y2O3, 4-12% Th 등으로 이루어져 있다. 모나자이트는 화학적 안정성으로 인해 희토류 회수를 위해서는 분해 기술이 선행되어야 하나 기존 모나자이트 분해 기술은 산/알칼리 분해법 외에 새로운 접근이 거의 없어 왔다.Monazite is a rare earth metal with a large amount of cerium (Ce) rare earth metals and thorium (Th) in the phosphate form and widely distributed in many parts of the world. In general, the rare earth oxide (REO) ratio in monazite is composed of 20-30% Ce 2 O 3 , 10-40% La 2 O 3 , ~ 5% Y 2 O 3 , 4-12% Th and the like. Because monazite is chemically stable, decomposition techniques must be preceded for rare earth recovery, but existing monazite decomposition techniques have had little new approach besides acid / alkali decomposition.

이와 관련된 기술로 대한민국 공개특허 제 10-2013-0076261호에서는 모나자이트로부터 원하는 특정한 희토류 원소를 효율적으로 분리 및 추출하는 방법에 관한 것으로서, 모나자이트 정광을 알칼리 분해 또는 산 분해하여, 희토류 원소 용액을 준비하는 단계; 상기 희토류 원소 용액 중 추출하고자 하는 희토류 원소를 산 용매로 추출하는 단계; 상기 산 용매 추출에 의해 희토류 원소를 포함하는 유기상과 수상이 분리되는 단계; 상기 유기상 중의 산과 추출대상 희토류 원소가 흡착되는 음이온교환수지를 사용하여 산과 추출대상 희토류 원소가 흡착되는 음이온교환수지를 사용하여 산과 상기 희토류 원소가 흡착된 이온교환수지 중 산을 제거하는 단계; 및 희토류 회수 용매를 사용하여 상기 산이 제거된 음이온교환수지에서 추출대상 희토류 원소를 회수하는 단계를 포함하는 모나자이트에서 희토류 원소를 추출하는 방법에 대해 개시하고 있다.Korean Patent Publication No. 10-2013-0076261 discloses a method for efficiently separating and extracting a desired rare earth element from monazite by alkali decomposition or acid decomposition of monazite concentrate to prepare a rare earth element solution ; Extracting a rare earth element to be extracted in the rare earth element solution with an acid solvent; Separating the organic phase containing the rare earth element and the water phase by extraction with an acid solvent; Removing an acid in the ion exchange resin to which the rare earth element is adsorbed by using an anion exchange resin adsorbing an acid and a rare earth element to be extracted by using an anion exchange resin adsorbing an acid in the organic phase and a rare earth element to be extracted; And recovering the rare earth element to be extracted in the anion exchange resin from which the acid has been removed by using a rare earth recovery solvent, in which the rare earth element is extracted from the monazite.

또한 대한민국 등록특허 제 10-1058567호는 인산과 희토류 원소(rare earth element)가 내포되어 있는 모나자이트와 수산화나트륨의 혼합물을 복수의 볼이 수용되어 있는 밀에 넣은 후, 볼과 혼합물을 상호 충돌시켜 혼합물을 분쇄하여 파우더를 생성하며, 반복적인 충돌 과정에서 일어나는 메카노케미칼 효과(mechano-chemical effect)를 통해 상기 혼합물을 희토류수산화물과 인산나트륨으로 변화시켜 분쇄 변환시키는 분쇄변환단계 및 파우더로부터 희토류 원소를 추출하는 추출단계(공지의 추출기술 이용)를 포함하는 기술에 대해 개시하고 있다.Also, Korean Patent No. 10-1058567 discloses a method of mixing a mixture of monazite and sodium hydroxide containing phosphoric acid and a rare earth element into a mill containing a plurality of balls, A step of pulverizing and transforming the mixture into a rare earth hydroxide and sodium phosphate through a mechano-chemical effect which occurs in a repetitive collision process, and a pulverization conversion step of pulverizing and transforming the rare earth element (Using known extraction techniques), which are well known to those skilled in the art.

그러나 산을 사용하는 산분해법은 저가의 산을 사용한다는 장점이 있으나 설비의 부식이 크고 대량의 부식성 기체를 방출하여 환경오염을 유발한다는 단점이 있다. 또한 알칼리분해법은 분해 온도가 높지 않고 에너지 소모가 적으므로 작업 조건이 간편하고, 경제성과 분해율 면에서 장점이 있으나, (Gupta and Krishnamurthy, 2005) 환경오염을 유발한다는 단점이 있다. However, the acid decomposition method using acid has a merit of using a low-cost acid, but it has a drawback in that corrosion of equipment is large and releases a large amount of corrosive gas to cause environmental pollution. In addition, the alkali decomposition method has advantages in terms of economical efficiency and decomposition rate because it has low decomposition temperature and low energy consumption. However, it has a disadvantage of causing environmental pollution (Gupta and Krishnamurthy, 2005).

이밖에도, 희토류는 대게 이온화합물 등으로 존재하고 있기 때문에 별도의 정제과정을 거쳐야 하며, 상당한 기술을 요하기 때문에 매장량에 비해 정제량이 적은 단점 및 추출을 위해 강한 화학약품을 많이 사용하여, 추출과정에서 대량의 독성 폐수가 발생하고, 방사능원소와 함께 몰려있는 특성을 갖기 때문에 방사능 오염수도 대량으로 발생하게 된다. 즉 채굴과 추출과정에서 심각한 환경오염이 발생하고, 그 재처리 및 정화과정에 많은 비용이 들게 된다. 따라서 희토류금속의 안정적인 확보와 환경오염을 줄일 수 있는 새로운 희토류금속의 정제기술이 필요한 실정이다. In addition, since rare earths are usually present as ionic compounds, they need to be subjected to a separate purification process. Therefore, it is necessary to use a large amount of strong chemicals for the disadvantages and drawbacks, Toxic wastewater is generated, and since it has the characteristic of being poured together with the radioactive element, a large amount of radioactive contamination also occurs. In other words, serious environmental pollution occurs in the extraction and extraction process, and the reprocessing and purification process is costly. Therefore, there is a need for a new rare earth metal refining technology capable of securing rare earth metals and reducing environmental pollution.

이에 최근 저렴한 비용 및 비교적 간소화된 기술로 금속을 회수할 수 있으며, 환경을 오염시키지 않는 장점을 지니고 있는 바이오테크놀로지(Biotechnology)가 주목받고 있다. 바이오테크놀로지의 일례로 광석으로부터 금속을 생산하는 과정에서 미생물을 사용하는데 해조류(Algae)의 미생물, 박테리아, 곰팡이 효모(Yeast) 및 식품폐기물류를 이용하는 기술이 있다. 미생물을 이용하는 기술별로는 생물흡착(Biosorption), 바이오리칭(Bioleaching), 생광화작용(Biomineralization)이 있으며, 지금까지 희토류 금속 회수를 위해 주로 생물흡착 분야가 연구되어 왔다.(일본특허 특개 2013-1964호공보) 그러나 생물흡착 기술은 기존의 화학적물리적 방법을 이용하여 침출된 침출액을 대상으로 용존 상태의 금속을 회수하는 방법인 것에 반면 미생물을 이용하여 대상 광석에서 직접 희토류 금속을 침출시키는 기술은 거의 연구된 바 없다고 할 수 있다.Recently, biotechnology has attracted attention because it can recover metal with low cost and relatively simple technology and has the advantage of not polluting the environment. One example of biotechnology is the use of microorganisms in the production of metals from ore, using microbes, bacteria, yeast, and food waste from algae. Biosorption, bioleaching, and biomineralization have been studied by technology using microorganisms. Up to now, bioabsorption has been mainly studied for the recovery of rare earth metals (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-1964 However, bio-adsorption technology is a method of recovering dissolved metals from leached leachate using existing chemical and physical methods. On the other hand, the technology of directly leaching rare-earth metals from the target ore using microorganisms has been studied I can say no.

본 발명은 고정화 되어 있는 인을 수용성 인으로 전환시키는 인 용해 미생물(phosphate solubilizing bacteria; PSB)을 이용한 희토류 침출 기술에 관한 것으로, 친환경적이고 경제적인 융합 기반기술 확보 측면에서 중요한 의미가 있다.
The present invention relates to rare earth leaching technology using phosphate solubilizing bacteria (PSB) that convert immobilized phosphorus to water-soluble phosphorus, which is important in terms of securing an environmentally friendly and economical fusion-based technology.

본 발명의 목적은 모나자이트로부터 희토류 금속을 회수함에 있어, 인산염 용해 미생물을 이용한 생물침출법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a biological leaching method using a phosphate-dissolving microorganism in recovering rare earth metals from monazite.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, (a)배지를 준비하는 단계와 (b)상기 배지에 모나자이트를 투입시키는 단계와 (c)상기 (b)단계의 배지에 미생물을 투입시키는 단계와 (d)상기 (c)단계의 미생물을 배양시키는 단계와 (e)상기 (d)단계의 배양된 미생물을 이용하여, 모나자이트로부터 희토류 금속을 침출시키는 단계를 포함하는 모나자이트에서 미생물을 이용하여 희토류 금속을 추출하는 방법을 제공한다.
(B) adding monazite to the culture medium; (c) feeding microorganisms into the medium of step (b); and (d) ) Culturing the microorganism in step (c), and (e) leaching the rare earth metal from the monazite using the cultured microorganism in step (d), extracting the rare earth metal using the microorganism in the monazite . ≪ / RTI >

본 발명에 따르면, 희토류 금속을 경제적으로 회수할 수 있으며, 기존 산/알칼리 분해법에 비해 공정을 간소화 하면서도 환경오염을 시키지 않는 장점이 있다. According to the present invention, rare earth metals can be economically recovered, and the process is simplified compared with the existing acid / alkali decomposition method, but the advantage of not causing environmental pollution is provided.

도 1은 본 발명에 따른 모나자이트 내 희토류 추출방법의 개략도이다.
도 2은 브로모크레솔 그린(bromo cresol green)을 첨가한 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 탄소원에 따른 투명대 형성 정도를 나타낸 도면이다.
도 3는 인산칼슘(Calcium phosphate:Ca3(PO4)2)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 미생물 종류별 인산염 용해능 및 총 인, 총 칼슘 용해능을 나타낸 도면이다.
도 4은 인산알루미늄(Aluminum phosphate:AlPO4)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 미생물 종류별 인산염 용해능 및 총 인, 총 알루미늄 용해능을 나타낸 도면이다.
도 5는 인산철(Iron phosphate:FePO4)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 미생물 종류별 인산염 용해능 및 총 인, 총 철 용해능을 나타낸 도면이다.
도 6은 인산염 용해 미생물에 의한 모나자이트에서의 희토류 용해 정도를 나타낸 도면이다.
1 is a schematic diagram of a rare earth extraction method in a monazite according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the degree of formation of zona pellucida according to a carbon source in a Reyes minimal medium to which bromocresol green is added.
FIG. 3 is a graph showing the phosphate solubility and total phosphorus and total calcium solubility of each microorganism in a Reyes minimal medium supplemented with calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ).
FIG. 4 is a graph showing the phosphate solubility and total phosphorus and total aluminum solubility of each microorganism in a Reyes minimal medium containing aluminum phosphate (AlPO 4 ). FIG.
FIG. 5 is a graph showing the phosphate solubility and total phosphorus and total iron solubility of each microorganism in a minimum medium of Reyes minimal medium containing iron phosphate (FePO 4 ). FIG.
6 is a graph showing the degree of rare earth dissolution in monazite by the phosphate-dissolving microorganism.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명은 고정화 되어 있는 인을 수용성 인으로 전환시키는 인 용해 미생물(phosphate solubilizing bacteria; PSB)을 이용한 희토류 침출 기술에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 모나자이트로부터 인산염 용해 미생물을 이용한 생물 침출법을 제공하는 것이다.
The present invention relates to a rare earth leaching technique using phosphate solubilizing bacteria (PSB) that converts immobilized phosphorus to water-soluble phosphorus. The object of the present invention is to provide a biological leaching method using a phosphate-dissolving microorganism from monazite will be.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, (a)배지를 준비하는 단계와 (b)상기 배지에 모나자이트를 투입시키는 단계와 (c)상기 (b)단계의 배지에 미생물을 투입시키는 단계와 (d)상기 (c)단계의 미생물을 배양시키는 단계와 (e)상기 (d)단계의 배양된 미생물을 이용하여, 모나자이트로부터 희토류 금속을 침출시키는 단계를 포함하는 모나자이트에서 미생물을 이용하여 희토류 금속을 추출하는 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a culture medium, comprising the steps of: (a) preparing a medium; (b) introducing monazite into the medium; and (c) (D) introducing the microorganism in step (c), and (e) leaching the rare earth metal from the monazite using the cultured microorganism in step (d). A method for extracting rare earth metals using microorganisms in monazite is provided.

본 발명에서 상기 희토류 금속은 스칸듐, 이트륨 및 원자번호 57에서 71인 란타늄 계열의 15원소를 합친 17원소를 총칭하는 것이며, 모나자이트 광석에는 세륨(Ce), 란타늄(La), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd), 사마륨(Sm)등이 포함되어 있다.
In the present invention, the rare earth metal generally refers to scandium, yttrium, and 17 elements of lanthanum series having atomic numbers of 57 to 71. The monazite ore includes cerium (Ce), lanthanum (La), neodymium (Nd), praseodymium (Pr), yttrium (Y), gadolinium (Gd), samarium (Sm) and the like.

이하 도면에 의거하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 모나자이트 내 희토류 추출방법의 개략도이다.
1 is a schematic diagram of a rare earth extraction method in a monazite according to the present invention.

본 발명은 (a)배지를 준비하는 단계와 (b)상기 배지에 모나자이트를 투입시키는 단계와 (c)상기 (b)단계의 배지에 미생물을 투입시키는 단계와 (d)상기 (c)단계의 미생물을 배양시키는 단계와 (e)상기 (d)단계의 배양된 미생물을 이용하여, 모나자이트로부터 희토류 금속을 침출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a method for producing microorganisms which comprises the steps of (a) preparing a medium, (b) introducing monazite into the medium, (c) introducing microorganisms into the medium of step (b), and (d) Culturing the microorganism; and (e) leaching the rare earth metal from the monazite using the cultured microorganism of the step (d).

본 발명에 있어서, 상기 (a)단계의 배지는 인 용해 미생물(phosphate solubilizing bacteria; PSB)을 배양하기 적당한 배지가 이용될 수 있다. 구체적인 예로 레이예스의 배지(Reyes minimal medium)가 이용될 수 있으며, 상기 레이예스 배지(Reyes minimal medium) 1L에 포함된 조성은 NH4Cl 0.4 g; KNO3 0.78 g; NaCl 0.1 g; MgSO4.7H2O 0.5 g; CaCl2.2H2O 0.1 g; FeSO4.7H2O 0.5 mg; MnSO4.H2O 1.56 mg; ZnSO4.7H2O 1.40 mg 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, a medium suitable for culturing phosphate solubilizing bacteria (PSB) may be used as the medium of step (a). As a specific example, a Reyes minimal medium may be used, and the composition contained in 1 L of the Reyes minimal medium is 0.4 g of NH 4 Cl; 0.78 g of KNO 3 ; 0.1 g of NaCl; MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g; 0.1 g CaCl 2 .2H 2 O; FeSO 4 .7H 2 O 0.5 mg; MnSO 4 .H 2 O 1.56 mg; ZnSO 4 .7H 2 O, 1.40 mg, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 (a)단계의 배지는 탄소원의 함량이 25g/L 내지 35g/L인 레이예스 배지(Reyes minimal medium) 인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the medium of step (a) is characterized by being a Reyes minimal medium having a carbon source content of 25 g / L to 35 g / L.

본 발명에서 탄소원으로 수크로스(sucrose)나 글루코스(glucose)를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 글루코스가 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, sucrose or glucose may be used as a carbon source, and glucose is preferably used, but not limited thereto.

본 발명에서 상기 (b)단계의 본 발명에 희토류 원소를 포함한 금속 함유물은, 광석(모나자이트, 바스트네사이트, 제노타임 등 )이어도 좋고, 희토류 원소를 포함한 제품(수소흡장합금, 2차 전지 원료, 광학 유리, 강력한 희토류 자석, 형광체, 연마재, 광디스크, 광자기디스크, 석유 정제 촉매, 자동차용 배기가스 정화 촉매등), 희토류 원소를 포함한 폐기물 등, 희토류 원소를 포함한 것이면 좋다. 또한, 희토류 원소를 포함한 금속 함유물은, 금속 이외의 성분(예를 들면, 금속 이외의 무기물이나 유기물 등)이 포함되어 있어도 된다. 희토류 원소를 포함한 금속 함유물에는, 1종 또는 2종 이상의 희토류 원소가 포함되어 있어도 된다.In the present invention, in the step (b) The metal containing material containing the rare earth element in the present invention may be an ore (monazite, bastesite, genome time, etc.) or a product containing a rare earth element (hydrogen absorbing alloy, secondary battery raw material, optical glass, strong rare earth magnet, , An abrasive, an optical disk, a magneto-optical disk, a petroleum refining catalyst, an exhaust purification catalyst for an automobile, etc.), a waste containing a rare earth element, and the like. The metal-containing material including the rare-earth element may contain a component other than the metal (for example, an inorganic or organic substance other than the metal). The metal-containing material containing the rare earth element may contain one or more rare earth elements.

상기 희토류 원소를 포함한 금속 함유물 중 바람직하게는 모나자이트가 이용될 수 있다.Among the metal inclusions containing the rare earth element, monazite can be preferably used.

본 발명에서 희토류 원소를 포함한 금속 함유물은, 분쇄를 할 수 있다. 분쇄방법은 특히 제한되지 않고, 공지의 방법을 이용하여 분쇄할 수 있다. 구체적인 예로 롤러식 분쇄기, 진동 밀, 볼밀, 포트 밀 등을 이용할 수 있으나, 별도의 분쇄 없이도 적용이 가능하다.
In the present invention, the metal-containing material containing a rare earth element can be pulverized. The pulverization method is not particularly limited and may be pulverized using a known method. As a specific example, a roller mill, a vibration mill, a ball mill, a pot mill, or the like can be used, but the present invention can be applied without any separate grinding.

본 발명에 있어서, 상기 (b)단계의 미생물은 인산염광 분해 미생물인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the microorganism in step (b) is a phosphate-decomposing microorganism.

인 용해 미생물(phosphate solubilizing bacteria; PSB)은 고정화 되어 있는 인을 수용성 인으로 전환시키는 미생물로서 tricalcium phosphate, dicalcium phosphate, hydroxyapatite, rock phosphate, iron and aluminum phosphates와 같은 불용성 무기 인산 화합물을 가용화 시키는 것으로 보고된 바 있다 (Chen et al., 2006; Jeong et al., 2012; Rodriguez and Fraga, 1999). 인이 가용화 되는 주요 기작은 PSB가 생산하는 유기산에 의해 이루어진다 (Goldstein et al., 1993; Reyes et al., 2002). 그러한 유기산으로는 glutamic, 2-ketogluconic, lactic, isovaleric, isobutyric, acetic, glycolic, oxalic, malonic, succinic acids 등이 있다. 유기산에 의한 토양의 pH 변화가 야기되고, 인과 킬레이트 화합물을 형성하고 있는 중금속을 용해시켜 결과적으로 고정화되어 있던 인을 가용화시키게 된다. 특히, Pseudomonas , Bacillus, Rhizobium 속에 속하는 PSB들이 인산의 가용화 능력이 높은 것으로 알려져 있다 (Rodriguez and Fraga, 1999). Phosphorus solubilizing bacteria (PSB) have been reported to solubilize insoluble inorganic phosphate compounds such as tricalcium phosphate, dicalcium phosphate, hydroxyapatite, rock phosphate, iron and aluminum phosphates as microorganisms that convert immobilized phosphorus to water soluble phosphorus (Chen et al., 2006; Jeong et al., 2012; Rodriguez and Fraga, 1999). The main mechanism by which phosphorus is solubilized is by organic acids produced by PSBs (Goldstein et al., 1993; Reyes et al., 2002). Such organic acids include glutamic, 2-ketogluconic, lactic, isovaleric, isobutyric, acetic, glycolic, oxalic, malonic and succinic acids. The pH of the soil is changed by the organic acid, and the heavy metals forming the phosphorus and chelate compounds are dissolved, resulting in the solubilization of the immobilized phosphorus. In particular, Pseudomonas , Bacillus, Rhizobium PSBs belonging to the genus are known to be highly soluble in phosphoric acid (Rodriguez and Fraga, 1999).

따라서 본 발명의 상기 인산염 용해 미생물로 (phosphate solubilizing bacteria; PSB)에는 Pseudomonas, Bacillus , Rhizobium , Paenibacillus , Ensifer , Azospirillum , Mesorhizobium , Acetobacter 속에 속하는 박테리아가 이용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 Pseudomonas rhizosphaerae DSM 16299, Pseudomonas putida DSM 291, Pseudomonas fluorescens DSM 50090, Bacillus megaterium DSM 32, Paenibacillus polymyxa DSM 36, Ensifer meliloti DSM 30135, Azospirillum brasilense DSM 1690, Azospirillum lipoferum DSM 1842, Mesorhizobium cicero , Acetobacter aceti DSM 2002 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 Acetobacter 속에 속하는 박테리아를 이용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 Acetobacter aceti DSM 2002가 이용될 수 있다.Therefore, the phosphate was dissolved in the microorganism of the present invention (phosphate solubilizing bacteria; PSB) include Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Paenibacillus, Ensifer, Azospirillum, Mesorhizobium, Acetobacter Bacteria belonging to the genus Pseudomonas can be used, more particularly, rhizosphaerae DSM 16299, Pseudomonas putida DSM 291, Pseudomonas fluorescens DSM 50090, Bacillus megaterium DSM 32, Paenibacillus polymyxa DSM 36, Ensifer meliloti DSM 30135, Azospirillum brasilense DSM 1690, Azospirillum lipoferum DSM 1842, Mesorhizobium cicero , Acetobacter aceti DSM 2002, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto. Preferably Acetobacter Bacteria, most preferably Acetobacter < RTI ID = 0.0 > aceti DSM 2002 can be used.

본 발명에서 상기 (c)단계의 박테리아는 미리 배양된(Pregrown) 박테리아 인 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the bacteria of step (c) are pre-grown bacteria.

본 발명에 있어서, 상기 (d)단계는 인산염 용해 미생물 접종 후 8 내지 10일 배양하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 인산염 용해 미생물을 접종한 후 30, 180rpm의 속도로 인큐베이터(incubator)에서 9일간 배양하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the step (d) is characterized by culturing for 8 to 10 days after the inoculation with the phosphate-dissolving microorganism. Preferably, the phosphate-dissolving microorganism is inoculated and then cultured in an incubator at a rate of 30 rpm and 180 rpm for 9 days.

(e)상기 (d)단계의 배양된 미생물을 이용하여, 모나자이트로부터 희토류 금속을 침출시키는 단계는 인 용해 미생물(phosphate solubilizing bacteria; PSB)이 고정화 되어 있는 인을 수용성 인으로 전환시켜 tricalcium phosphate, dicalcium phosphate, hydroxyapatite, rock phosphate, iron and aluminum phosphates와 같은 불용성 무기 인산 화합물을 가용화 함으로써 가능해진다. 이때 가용화 가능하게 하는 것은 PSB가 생산하는 유기산으로써, glutamic, 2-ketogluconic, lactic, isovaleric, isobutyric, acetic, glycolic, oxalic, malonic, succinic acids 등이 있다. 유기산에 의한 pH 변화가 야기되고, 인과 킬레이트 화합물을 형성하고 있는 중금속을 용해시켜 결과적으로 고정화되어 있던 인을 가용화시키게 되는 것이다.
(e) leaching the rare earth metal from the monazite using the cultured microorganism in step (d) comprises converting phosphorus immobilized with phosphate solubilizing bacteria (PSB) into water soluble phosphorus to form tricalcium phosphate, dicalcium It is made possible by solubilizing insoluble inorganic phosphate compounds such as phosphate, hydroxyapatite, rock phosphate, iron and aluminum phosphates. At this time, it is the organic acid produced by PSB that can be solubilized, such as glutamic, 2-ketogluconic, lactic, isovaleric, isobutyric, acetic, glycolic, oxalic, malonic and succinic acids. The pH is changed by the organic acid, and the heavy metal forming the phosphorus and chelate compound is dissolved, thereby solubilising the immobilized phosphorus.

이하 실시예로서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.

[실험예1][Experimental Example 1]

희토류 분해를 위한 인산염 용해 미생물 적용 및 선별실험Phosphate dissolution microorganism application and screening experiment for rare earth degradation

레이예스 최소 배지(Reyes minimal medium)에 브로모크레솔 그린(bromo cresol green : BCG)을 첨가하여 투명대 실험(clear zone assay)을 수행하였다. 사용한 미생물은 Pseudomonas rhizosphaerae DSM 16299, Pseudomonas putida DSM 291, Pseudomonas fluorescens DSM 50090, Bacillus megaterium DSM 32, Paenibacillus polymyxa DSM 36, Ensifer meliloti DSM 30135, Azospirillum brasilense DSM 1690, Azospirillum lipoferum DSM 1842, Mesorhizobium ciceri , Acetobacter aceti DSM 2002 로 총 10종이였다. 레이예스 최소 배지(Reyes minimal medium) 1L에 포함된 조성은 NH4Cl 0.4 g; KNO3 0.78 g; NaCl 0.1 g; MgSO4.7H2O 0.5 g; CaCl2.2H2O 0.1 g; FeSO4.7H2O 0.5 mg; MnSO4.H2O 1.56 mg; ZnSO4.7H2O 1.40 mg 였다. 투명대가 형성되면 해당 미생물에 의해 불용성(insoluble) 인산염(PO4)이 분해되어 용해성(soluble) 인산염(PO4)이 되었다. 또한 브로모크레솔 그린(bromo cresol green : BCG)은 pH 지시약(indicator)으로서 미생물이 유기산을 형성하면 파란색에서 녹색, 노란색으로 변화하므로 유기산 생성 정도 또한 알 수 있다. 도 2은 브로모크레솔 그린(bromo cresol green)을 첨가한 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 탄소원에 따른 투명대 형성 정도를 나타낸 도면이다. 도 2에서 볼 수 있듯이 총 10종의 미생물 중 P. fluorescens, P. putida , P. rhizospaera , M ciceri , B. megaterium , A. aceti의 7종의 미생물의 경우 투명대를 형성하는 것을 확인하였다. 특히 A. aceti의 투명대가 제일 명확하게 형성된 것을 확인하였다. 즉 A. aceti의 인산가용화능(phosphate solubilizing ability)이 제일 높은 것으로 보여진다.
Clear zone assay was performed by adding bromo cresol green (BCG) to Reyes minimal medium. The microorganism usedPseudomonas rhizosphaerae DSM 16299,Pseudomonas putida DSM 291,Pseudomonas fluorescens DSM 50090,Bacillus megaterium DSM 32,Paenibacillus polymyxa DSM 36,Ensifer meliloti DSM 30135,Azospirillum brasilense DSM 1690,Azospirillum lipoferum DSM 1842,Mesorhizobium ciceri , Acetobacter aceti DSM 2002 totaled ten. The composition contained in 1 L of Reyes minimal medium is NH4Cl 0.4 g; KNO3 0.78 g; 0.1 g of NaCl; MgSO44.7H20.5 g; CaCl2.2H20.1 g; FeSO4.7H2O 0.5 mg; MnSO4.H2O 1.56 mg; ZnSO4.7H2O 1.40 mg. When the zona pellucida is formed, insoluble phosphate (PO4) Is decomposed to form soluble phosphate (PO4). In addition, bromo cresol green (BCG) is a pH indicator, which changes from blue to green and yellow when microorganisms form an organic acid. FIG. 2 is a graph showing the degree of formation of zona pellucida according to a carbon source in a Reyes minimal medium to which bromocresol green is added. As shown in Fig. 2, among the total 10 microorganismsP. fluorescens, P. putida , P. rhizospaera , M ciceri , B. megaterium , A. acetiWere found to form zona pellucida. EspeciallyA. acetiOf the zeolite was most clearly formed. In other wordsA. aceti(Phosphate solubilizing ability) is the highest.

[실험예2][Experimental Example 2]

미생물에 따른 인산염(Microbial phosphate ( POPO 44 22 -- ) 용해도 분석Solubility analysis

인산칼슘(CaPO4), 인산알루미늄(AlPO4), 인산철(FePO4)이 첨가된 레이예스 최소 배지(Reyes minimal medium)를 사용하여 인산(PO4 2 -)의 용해 정도를 분석하였다. 실험 조건은 레이예스 최소 배지 30 mL에 글루코스(glucose)30g ; Ca3(PO4)2(5.39g/L) ; AlPO4(4.24g/L) ; or FePO4(5.24g/L) 50mL 코니컬 튜브(conical tube)에 담아 30C에서 180rpm으로 shaking incubator에서 배양하였다. 총 인(P)과 칼슘(Ca),알루미늄(Al), 철(Fe) 농도는 ICP(Inductively coupled plasma)장비를 사용하여 분석하였으며, 인산염의 (PO4 2 -)농도는 IC(Ion Chromatography) 장비를 이용하여 분석하였다. The dissolution degree of phosphoric acid (PO 4 2 - ) was analyzed using Reyes minimal medium to which calcium phosphate (CaPO 4 ), aluminum phosphate (AlPO 4 ) and iron phosphate (FePO 4 ) were added. Experimental conditions were as follows: 30 g of glucose (30 g; Ca 3 (PO 4 ) 2 (5.39 g / L); AlPO 4 (4.24g / L); or FePO 4 (5.24 g / L) in a 50 mL conical tube and incubated at 30 ° C in a shaking incubator at 180 rpm. Total phosphorus (P) and calcium (Ca), aluminum (Al), iron (Fe) concentrations (PO 4 2 -), the phosphate was analyzed using (Inductively coupled plasma) ICP equipment concentration IC (Ion Chromatography) Equipment.

도 3은 인산칼슘(Calcium phosphate:Ca3(PO4)2)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 미생물 종류별 인산염 용해능 및 총 인, 총 칼슘 용해능을 나타낸 도면이고, 도 4는 인산알루미늄(Aluminum phosphate:AlPO4)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 미생물 종류별 인산염 용해능 및 총 인, 총 알루미늄 용해능을 나타낸 도면이며, 도 5는 인산철(Iron phosphate:FePO4)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 미생물 종류별 인산염 용해능 및 총 인, 총 철 용해능을 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a graph showing the phosphate solubility and total phosphorus and total calcium solubility of each microorganism in a Reyes minimal medium supplemented with calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) FIG. 5 is a graph showing the phosphate solubility and total phosphorus solubility of each microorganism in the Reyes minimal medium with aluminum phosphate (AlPO 4 ) added thereto. FIG. 5 is a graph showing the total solubility and total solubility of aluminum in the iron phosphate (FePO 4 ) FIG. 3 is a graph showing the phosphate solubility and total phosphorus and total iron solubility of the microorganisms in the Reyes minimal medium. FIG.

실험 결과, 도 3 내지 5에서와 같이 인산염 침출 효율이 배양 2-3일 내에 최대를 보였으며, 그 후는 감소하였다. As a result, as shown in FIGS. 3 to 5, the phosphate leaching efficiency showed a maximum within 2-3 days of culturing, and thereafter decreased.

인산염 용해 미생물의 작용에 의해, 칼슘의 경우 A. lipoferum , P. rhizospaera , B. megaterium에 의해 약 6%의 칼슘이 용해된 것을 알 수 있다.(도 3) It can be seen that about 6% of calcium is dissolved by the action of the phosphate-dissolving microorganism and by A. lipoferum , P. rhizospaera , and B. megaterium in case of calcium (Fig. 3).

반면 알루미늄은 오직 A. aceti에 의해서만 약 3% 가량 용해되었다.(도 4)While aluminum was only dissolved in about 3% by A. aceti (Figure 4).

철의 용해 정도는 매우 적어 인산염 용해는 2 4%인 것에 비해 철은 거의 침출되지 않았는데(도 5), 그 이유는 침출된 철이 미생물에 의해 이용되어 침출되지 않은 것처럼 나타난 것으로 여겨진다.
The degree of iron dissolution is very low, with almost no iron leaching (Fig. 5), compared to a phosphate dissolution of 2 4%, which is believed to have appeared as if the leached iron was utilized by microorganisms and not leached.

인산칼슘, 인산알루미늄, 인산철 첨가 레이예스 최소배지에서 배양 3일 후 미생물의 총 인산염, 칼슘, 알루미늄, 철 용해능 결과Total phosphate, calcium, aluminum, iron solubility results of microorganisms after 3 days of culture in the minimum medium of calcium phosphate, aluminum phosphate and iron phosphate addition NoNo 미생물 명Microorganism name 용해도(%)Solubility (%) a1a1 a2a2 b1b1 b2b2 c1c1 c2c2 1One Pseudomonas rhizosphaerae DSM 16299 Pseudomonas rhizosphaerae DSM 16299 6.86.8 6.96.9 1.51.5 0.030.03 2.72.7 0.020.02 22 Pseudomonas putida DSM 291 Pseudomonas putida DSM 291 6.36.3 3.63.6 0.20.2 0.30.3 3.23.2 0.020.02 33 Pseudomonas fluorescens DSM 50090 Pseudomonas fluorescens DSM 50090 4.34.3 4.54.5 1.31.3 0.130.13 2.82.8 0.060.06 44 Bacillus megaterium DSM 32 Bacillus megaterium DSM 32 5.75.7 7.57.5 0.70.7 0.070.07 3.53.5 0.010.01 55 Paenibacillus polymyxa DSM 36, Paenibacillus polymyxa DSM 36, 3.03.0 4.14.1 0.40.4 0.40.4 2.62.6 0.010.01 66 Ensifer meliloti DSM 30135 Ensifer meliloti DSM 30135 0.70.7 2.32.3 1.51.5 0.020.02 4.04.0 0.010.01 77 Azospirillum brasilense DSM 1690 Azospirillum brasilense DSM 1690 0.40.4 1.91.9 1.21.2 0.010.01 2.42.4 0.030.03 88 Azospirillum lipoferum DSM 1842 Azospirillum lipoferum DSM 1842 3.73.7 6.46.4 0.80.8 0.030.03 3.93.9 0.030.03 99 MesorhizobiumMesorhizobium cicericiceri 3.03.0 3.93.9 1.31.3 0.050.05 3.03.0 0.030.03 1010 Acetobacter aceti DSM 2002 Acetobacter aceti DSM 2002 12.512.5 32.532.5 2.62.6 1.01.0 4.74.7 0.400.40

a1:인산칼슘(Calcium phosphate:Ca3(PO4)2)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 총 인산염(PO4 2 -) 용해능a1: Total phosphate (PO 4 2 - ) solubility in Reyes minimal medium with addition of calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 )

a2:인산칼슘(Calcium phosphate:Ca3(PO4)2)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 총 칼슘 용해능a2: Total calcium dissolution ability in Reyes minimal medium containing calcium phosphate (Ca 3 (PO 4 ) 2 )

b1:인산알루미늄(Aluminum phosphate:AlPO4)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 총 인산염 (PO4 2 -) 용해능b1 Solubility of total phosphate (PO 4 2 - ) in Reyes minimal medium with aluminum phosphate (AlPO 4 ) addition

b2:인산알루미늄(Aluminum phosphate:AlPO4)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 총 알루미늄 용해능b2: Aluminum phosphate (AlPO 4 ) addition In the Reyes minimal medium, the total aluminum solubility

c1:인산철(Iron phosphate:FePO4)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 총 인산염 (PO4 2-) 용해능c1: Solubility of total phosphate (PO 4 2- ) in Reyes minimal medium containing iron phosphate (FePO 4 )

c2:인산철(Iron phosphate:FePO4)첨가 레이예스 최소배지(Reyes minimal medium)에서 총 철 용해능
c2: Total iron solubility in Reyes minimal medium with iron phosphate (FePO 4 )

모나자이트로부터 희토류 금속의 회수Recovery of rare earth metals from monazite

위의 결과를 바탕으로 희토류 함유 광물인 모나자이트(monazite)에 인산염광 분해 미생물을 적용하여 희토류 금속을 회수하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 모나자이트의 금속 함량은 표 2와 같다. 50 mL 코니컬 튜브(conial tube)에 글루코스(glucose) 30 g/L의 농도를 가지는 레이예스 최소 배지(Reyes minimal medium) 30mL를 넣고, 5g 모나자이트(monazite)를 넣은 후 3mL의 pregrown bacteria를 접종한 후 30, 180 rpm shaking incubator에서 9일간 배양하며, 독립적으로 시료를 채취하여 침출액 내 희토류 금속인 세륨과 란탄의 농도를 측정하였다. 세륨과 란탄의 농도는 ICP로 측정하였다. 도 6은 인산염 용해 미생물에 의한 모나자이트에서의 희토류 용해 정도를 나타낸 도면이다. A. aceti에 의해 약 6 mg/L의 세륨과 3 mg/L의 란탄이 모나자이트 원광에서 침출됨을 확인하였다(도 6 및 표 3). A. brasilense , A. lipoferum , P.rhizospaera, M. ciceri에 의해서는 약 0.5 1 mg/L의 세륨과 란탄이 모나자이트로부터 침출되었다.
Based on the above results, we tried to recover rare earth metals by applying phosphate photolytic microorganisms to monazite, a rare earth containing mineral. The metal content of the monazite used in this study is shown in Table 2. In a conical tube of 50 mL, 30 mL of Reyes minimal medium having a concentration of glucose of 30 g / L was added, 5 g of monazite was added, 3 mL of pregrown bacteria was inoculated 30, and 180 rpm shaking incubator for 9 days, and the concentrations of cerium and lanthanum, rare earth metals, in the leaching solution were measured independently. Concentrations of cerium and lanthanum were measured by ICP. 6 is a graph showing the degree of rare earth dissolution in monazite by the phosphate-dissolving microorganism. It was confirmed by A. aceti that about 6 mg / L of cerium and 3 mg / L of lanthanum leached out from the monazite ore (Fig. 6 and Table 3). Approximately 0.5 1 mg / L of cerium and lanthanum were leached from monazite by A. brasilense , A. lipoferum , P. rhizospaera and M. ciceri .

모나자이트의 금속 함량Metal content of monazite ElementElement Content(wt.%)Content (wt.%) 1One CeO2 CeO 2 3.413.41 22 La2O3 La 2 O 3 2.062.06 33 Nd2O3 Nd 2 O 3 0.780.78 44 Pr6O11 Pr 6 O 11 0.270.27 55 SiO2 SiO 2 13.2613.26 66 Al2O3 Al 2 O 3 0.990.99 77 Fe2O3 Fe 2 O 3 36.6636.66 88 CaOCaO 9.929.92 99 MgOMgO 7.57.5 1010 K2OK 2 O 0.110.11 1111 SrOSrO 2.372.37 1212 TiO2 TiO 2 0.090.09 1313 MnOMnO 2.62.6 1414 P2O5 P 2 O 5 6.366.36

모나자이트 첨가 레이예스 최소배지에서 배양 4일 후 미생물에 따른 희토류 원소(세륨, 란탄) 침출 결과Leaching of rare earth elements (cerium, lanthanum) according to microorganism after 4 days of culture in the minimal medium of rayees supplemented with monazite NoNo 미생물 명Microorganism name 희토류 용해도(mg/L)Rare Earth Solubility (mg / L) Ce(세륨)Ce (cerium) La(란탄)La (lanthanum) 1One Pseudomonas rhizosphaerae DSM 16299 Pseudomonas rhizosphaerae DSM 16299 0.320.32 0.180.18 22 Bacillus megaterium DSM 32 Bacillus megaterium DSM 32 0.230.23 0.170.17 33 MesorhizobiumMesorhizobium cicericiceri 0.120.12 0.170.17 44 Acetobacter aceti DSM 2002 Acetobacter aceti DSM 2002 5.745.74 2.832.83

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 통상의 기술자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present invention in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific descriptions are only for the preferred embodiments and do not limit the scope of the present invention. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (5)

(a) 배지를 준비하는 단계;
(b) 상기 배지에 모나자이트를 투입시키는 단계;
(c) 상기 (b)단계의 배지에 Azospirillum brasilense, Azospirillum lipoferum, 및 Acetobacter aceti로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 인산염 용해 미생물을 투입시키는 단계;
(d) 상기 (c)단계의 인산염 용해 미생물을 배양시키는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계의 배양된 인산염 용해 미생물을 이용하여, 모나자이트로부터 희토류 금속을 침출시키는 단계를 포함하는 모나자이트에서 인산염 용해 미생물을 이용하여 희토류 금속을 추출하는 방법.
(a) preparing a medium;
(b) adding monazite to said medium;
(c) introducing at least one phosphate-soluble microorganism selected from the group consisting of Azospirillum brasilense , Azospirillum lipoferum , and Acetobacter aceti into the medium of step (b);
(d) culturing the phosphate-dissolving microorganism of step (c); And
(e) leaching the rare earth metal from the monazite using the cultured phosphate-dissolving microorganism in step (d), wherein the rare earth metal is extracted from the monazite using the phosphate-dissolving microorganism.
제 1항에 있어서, 상기 (a)단계의 배지는 탄소원의 함량이 25g/L 내지 35g/L인 것을 특징으로 하는 모나자이트에서 인산염 용해 미생물을 이용하여 희토류 금속을 추출하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the culture medium of step (a) has a carbon source content of 25 g / L to 35 g / L.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 (c)단계의 미생물은 Acetobacteraceti DSM2002인 것을 특징으로 하는 모나자이트에서 인산염 용해 미생물을 이용하여 희토류 금속을 추출하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the microorganism in step (c) is Acetobacteraceti DSM2002.
제 1항에 있어서, 상기 (d)단계는 8 내지 10일 배양하는 것을 특징으로 하는 모나자이트에서 인산염 용해 미생물을 이용하여, 희토류 금속을 추출하는 방법.The method for extracting rare earth metals according to claim 1, wherein the step (d) comprises culturing for 8 to 10 days using a phosphate-soluble microorganism in monazite.
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