부유선별이란, 회수하고자 하는 목적광물을 기포에 부착시켜 선택적으로 목적광물과 맥석광물을 분리하는 물리·화학적 선별방법이다. 부유선별 효율은 기포-입자 간 충돌, 부착, 그리고 탈착 확률로 정의되며, 기포-입자 간 충돌 및 부착확률이 높을수록 부유선별 효율은 증가한다. 특히, 기포-입자 간 부착확률을 향상시키기 위해 선택적으로 광물 표면을 소수성으로 바꾸어 주는 시약을 포수제라 명명한다. 많은 부유선별 연구자들은 회수하고자 하는 유용광표면을 선택적으로 소수성화 시키기 물들의 위해 적절한 포수제의 종류 및 양을 도출하기 위해 많은 연구를 진행하고 있다. 공작석 부유선별 시, 효과적으로 공작석을 회수하기 위해 현재까지 이용되어졌던 방법은 크게 2가지로 구분된다. 첫 번째 방법은 황화처리 방법을 통한 부유선별 방법이다. 대표적 황화제들인 sodium sulphide, ammonium sulphide, 그리고 sodium hydrosulfide 등을 이용하여 공작석 표면을 황화처리 한 후 thiol 계열 포수제인 xanthate를 첨가하여 공작석 표면을 소수성화 시키는 방법이다. 황화처리 방법은 ...
부유선별이란, 회수하고자 하는 목적광물을 기포에 부착시켜 선택적으로 목적광물과 맥석광물을 분리하는 물리·화학적 선별방법이다. 부유선별 효율은 기포-입자 간 충돌, 부착, 그리고 탈착 확률로 정의되며, 기포-입자 간 충돌 및 부착확률이 높을수록 부유선별 효율은 증가한다. 특히, 기포-입자 간 부착확률을 향상시키기 위해 선택적으로 광물 표면을 소수성으로 바꾸어 주는 시약을 포수제라 명명한다. 많은 부유선별 연구자들은 회수하고자 하는 유용광표면을 선택적으로 소수성화 시키기 물들의 위해 적절한 포수제의 종류 및 양을 도출하기 위해 많은 연구를 진행하고 있다. 공작석 부유선별 시, 효과적으로 공작석을 회수하기 위해 현재까지 이용되어졌던 방법은 크게 2가지로 구분된다. 첫 번째 방법은 황화처리 방법을 통한 부유선별 방법이다. 대표적 황화제들인 sodium sulphide, ammonium sulphide, 그리고 sodium hydrosulfide 등을 이용하여 공작석 표면을 황화처리 한 후 thiol 계열 포수제인 xanthate를 첨가하여 공작석 표면을 소수성화 시키는 방법이다. 황화처리 방법은 선택성이 좋기 때문에 효과적으로 공작석을 회수할 수 있어 널리 이용되어지고 있지만 황화처리를 진행하기 위해 쓰이는 시약들은 독성이 있어 환경적인 문제를 야기 시킬 수 있다고 알려져 있다. 두 번째 방법은 황화처리를 진행하지 않고 바로 포수제를 공작석 표면에 선택적으로 흡착시키는 방법이다. 대표적으로 쓰이는 포수제의 종류는 크게 2가지로 sodium oleate 및 hydroxamate가 있다. Sodium oleate는 대표적인 음이온 포수제로 공작석 표면에 흡착하여 표면을 소수성으로 바꾸어 주는 시약이며, 환경적으로 문제가 되지 않기 때문에 황화처리 방법을 보완할 수 있는 포수제지만 sodium oleate의 경우 공작석 표면에만 선택적으로 흡착되는 것이 아닌 대부분의 양이온에 모두 흡착이 되기 때문에 선택성이 낮다는 단점 역시 지니고 있다. 이를 보완하기 위해 개발된 포수제가 hydroxamate이다. Hydroxamate 포수제는 공작석 표면에 킬레이트 반응을 일으키기 때문에 선택성이 좋고 환경적으로 문제가 되지 않는다는 장점을 지니고 있지만 가격이 비싸다는 단점 역시 존재 한다. 이와 같이 기존 공작석 부유선별 방법들 중 선택성이 좋은 방법은 환경적 문제점을 지니고 있으며, 환경 친화적인 방법은 선택성이 낮다는 단점이 존재한다. 본 논문에서는 공작석 부유선별 시 상기 언급한 기존의 방법들이 지니고 있는 문제점을 보완할 수 있는 방법론을 개발하는데 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 첫 번째로 진행한 방법은 염을 이용한 부유선별 (salt flotation) 이다. 부유선별을 진행하기 위해 일반적으로 사용되는 지하수 또는 물이 아닌 염 (염화나트륨, 염화칼슘)을 이용하여 부유선별을 진행하면 수용액 내에 존재하는 공작석 및 기포 각각의 전기적 이중층의 두께가 압축되어 공작석-기포 간 정전기적인 척력의 힘이 줄어들기 때문에 공작석의 부유선별 효율이 향상됨을 확인할 수 있었다. 하지만, 과도한 염화칼슘의 농도 내에서는 공작석 표면에 수화된 칼슘이온이 특이 흡착되어 공작석 표면을 친수화 시키는 효과가 있어 오히려 부유선별 효율이 감소된다는 점을 알 수 있었다. 결국, 염을 이용한 공작석 부유선별 시 공작석 및 기포 각각의 전기적 이중층의 두께를 줄일 수 있는 이온강도 범위 내에서는 공작석의 부유선별 효율을 향상시킬 수 있는 긍정적인 효과를 나타내지만 수화된 이온이 특이 흡착 될 수 있는 이온강도 범위 내에서는 오히려 공작석의 부유선별 효율을 감소시킬 수 있기 때문에 적절한 이온강도 범위를 설정하는 것이 중요한 실험변수 임을 확인하였다. 두 번째로 진행한 방법은 depletion 힘을 부유선별에 적용한 depletant 부유선별이다. Depletion 힘은 비이온성 폴리머 첨가 시, 두 콜로이드 물체 사이에 인력으로 작용하는 힘으로 부유선별에는 적용되지 않았던 힘이다. 공작석의 부유선별 효율을 향상시키기 위해 비이온성 폴리머를 첨가하여 부유선별을 진행해 보았으며, 비이온성 폴리머 첨가 시 depletion 힘에 의해 공작석이 기포에 잘 부착되어 공작석의 부유선별 효율이 향상됨을 확인할 수 있었다. 하지만, depletion 힘을 강화시키기 위해 비이온성 폴리머를 과량 첨가 시 비이온성 폴리머가 기포에 흡착되어 공작석-기포 간 반발력으로 작용되는 steric 힘이 추가적으로 발현되는 것을 확인할 수 있었으며, 이와 같은 조건 내에서는 오히려 공작석의 부유선별 효율이 감소됨을 확인할 수 있었다. 결국, depletant를 이용한 공작석 부유선별 시 공작석의 부유선별 효율을 향상시키는 긍정적인 효과를 나타내지만 과도한 비이온성 폴리머 존재 시, 공작석-기포 간 steric 힘에 의해 공작석의 부유선별 효율을 감소시킬 수 있어 적절한 비이온성 폴리머의 농도 범위를 설정하는 것이 중요한 실험변수 임을 확인할 수 있었다. 세 번째로 진행한 방법은 소수성 미생물을 포수제로 사용한 부유선별 (bioflotation) 이다. 특정 pH 범위 내에서는 정전기적인 인력의 힘에 의해 소수성 미생물이 선택적으로 공작석 표면에 부착되어 공작석의 표면특성을 소수성으로 바꾸어 주는 역할이 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 공작석 표면에 한번 부착된 미생물의 경우 유체역학적인 힘에 의해 탈착이 거의 일어나지 않는다는 사실 역시 확인할 수 있었다. 결국, 미생물을 사용한 공작석 부유선별 시 미생물이 공작석에 잘 부착될 수 있는 조건을 만들어 주는 것이 가장 중요한 실험 변수임을 확인할 수 있었으며 미생물의 부착이 가장 잘 일어나는 실험조건에서 공작석의 부유선별 효율이 가장 높게 나타나는 현상이 있음을 확인할 수 있었다. 네 번째로 진행한 방법은 소수성 나노 입자를 포수제로 사용한 부유선별 (nanoparticle flotation) 방법이다. 나노 입자 역시 미생물과 마찬가지로 일정 pH 범위 내에서 정전기적인 인력의 힘에 의해 공작석의 표면에 부착되어 공작석의 표면특성을 소수성으로 바꾸어주는 역할이 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 소수성 나노 입자들의 농도 범위를 향상시키게 되면 공작석에 부착되는 소수성 나노 입자들이 많아져 공작석의 부유선별 효율 역시 향상됨을 확인할 수 있었다. 하지만, 일정 이상의 소수성 나노 입자의 농도 범위 내에서는 오히려 공작석의 부유선별 효율이 감소됨을 할 수 있었다. 이는 일정 이상의 일정 이상의 소수성 나노 입자 존재 시, 공작석에 부착되지 않는 나노 입자들이 수용액 내에 많이 존재하게 되어 나노 입자-기포 간의 부착 속도가 공작석-기포 간의 부착 속도보다 상대적으로 빠르게 일어나 공작석이 기포에 붙는 속도가 감소되어 공작석의 부유선별 효율이 감소됨을 확인 하였다. 따라서, 나노입자를 사용한 공작석 부유선별 시, 공작석 표면에 적절하게 부착할 수 있는 나노 입자의 농도 범위를 잘 설정하는 것이 매우 중요한 실험변수임을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 본 논문에서는 공작석 부유선별 시, 사용되어지고 있는 전통적인 부유선별 시약의 양을 줄일 수 있는 방법 및 전통적인 부유선별 시약을 대체할 수 있는 방법들을 대해 초점을 맞추어 연구를 진행 하였다. 본 논문에서는 각각의 방법론들에 의해 중요하게 영향을 미치는 실험 인자를 파악한 연구 내용으로 본 논문의 내용을 실제 공작석을 함유하고 있는 원광에 적용하여 연구를 진행한다면 공작석 대상 기존의 부유선별 방법을 대체할 수 있는 중요한 정보가 될 수 있을 것이라 판단된다.
부유선별이란, 회수하고자 하는 목적광물을 기포에 부착시켜 선택적으로 목적광물과 맥석광물을 분리하는 물리·화학적 선별방법이다. 부유선별 효율은 기포-입자 간 충돌, 부착, 그리고 탈착 확률로 정의되며, 기포-입자 간 충돌 및 부착확률이 높을수록 부유선별 효율은 증가한다. 특히, 기포-입자 간 부착확률을 향상시키기 위해 선택적으로 광물 표면을 소수성으로 바꾸어 주는 시약을 포수제라 명명한다. 많은 부유선별 연구자들은 회수하고자 하는 유용광표면을 선택적으로 소수성화 시키기 물들의 위해 적절한 포수제의 종류 및 양을 도출하기 위해 많은 연구를 진행하고 있다. 공작석 부유선별 시, 효과적으로 공작석을 회수하기 위해 현재까지 이용되어졌던 방법은 크게 2가지로 구분된다. 첫 번째 방법은 황화처리 방법을 통한 부유선별 방법이다. 대표적 황화제들인 sodium sulphide, ammonium sulphide, 그리고 sodium hydrosulfide 등을 이용하여 공작석 표면을 황화처리 한 후 thiol 계열 포수제인 xanthate를 첨가하여 공작석 표면을 소수성화 시키는 방법이다. 황화처리 방법은 선택성이 좋기 때문에 효과적으로 공작석을 회수할 수 있어 널리 이용되어지고 있지만 황화처리를 진행하기 위해 쓰이는 시약들은 독성이 있어 환경적인 문제를 야기 시킬 수 있다고 알려져 있다. 두 번째 방법은 황화처리를 진행하지 않고 바로 포수제를 공작석 표면에 선택적으로 흡착시키는 방법이다. 대표적으로 쓰이는 포수제의 종류는 크게 2가지로 sodium oleate 및 hydroxamate가 있다. Sodium oleate는 대표적인 음이온 포수제로 공작석 표면에 흡착하여 표면을 소수성으로 바꾸어 주는 시약이며, 환경적으로 문제가 되지 않기 때문에 황화처리 방법을 보완할 수 있는 포수제지만 sodium oleate의 경우 공작석 표면에만 선택적으로 흡착되는 것이 아닌 대부분의 양이온에 모두 흡착이 되기 때문에 선택성이 낮다는 단점 역시 지니고 있다. 이를 보완하기 위해 개발된 포수제가 hydroxamate이다. Hydroxamate 포수제는 공작석 표면에 킬레이트 반응을 일으키기 때문에 선택성이 좋고 환경적으로 문제가 되지 않는다는 장점을 지니고 있지만 가격이 비싸다는 단점 역시 존재 한다. 이와 같이 기존 공작석 부유선별 방법들 중 선택성이 좋은 방법은 환경적 문제점을 지니고 있으며, 환경 친화적인 방법은 선택성이 낮다는 단점이 존재한다. 본 논문에서는 공작석 부유선별 시 상기 언급한 기존의 방법들이 지니고 있는 문제점을 보완할 수 있는 방법론을 개발하는데 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 첫 번째로 진행한 방법은 염을 이용한 부유선별 (salt flotation) 이다. 부유선별을 진행하기 위해 일반적으로 사용되는 지하수 또는 물이 아닌 염 (염화나트륨, 염화칼슘)을 이용하여 부유선별을 진행하면 수용액 내에 존재하는 공작석 및 기포 각각의 전기적 이중층의 두께가 압축되어 공작석-기포 간 정전기적인 척력의 힘이 줄어들기 때문에 공작석의 부유선별 효율이 향상됨을 확인할 수 있었다. 하지만, 과도한 염화칼슘의 농도 내에서는 공작석 표면에 수화된 칼슘이온이 특이 흡착되어 공작석 표면을 친수화 시키는 효과가 있어 오히려 부유선별 효율이 감소된다는 점을 알 수 있었다. 결국, 염을 이용한 공작석 부유선별 시 공작석 및 기포 각각의 전기적 이중층의 두께를 줄일 수 있는 이온강도 범위 내에서는 공작석의 부유선별 효율을 향상시킬 수 있는 긍정적인 효과를 나타내지만 수화된 이온이 특이 흡착 될 수 있는 이온강도 범위 내에서는 오히려 공작석의 부유선별 효율을 감소시킬 수 있기 때문에 적절한 이온강도 범위를 설정하는 것이 중요한 실험변수 임을 확인하였다. 두 번째로 진행한 방법은 depletion 힘을 부유선별에 적용한 depletant 부유선별이다. Depletion 힘은 비이온성 폴리머 첨가 시, 두 콜로이드 물체 사이에 인력으로 작용하는 힘으로 부유선별에는 적용되지 않았던 힘이다. 공작석의 부유선별 효율을 향상시키기 위해 비이온성 폴리머를 첨가하여 부유선별을 진행해 보았으며, 비이온성 폴리머 첨가 시 depletion 힘에 의해 공작석이 기포에 잘 부착되어 공작석의 부유선별 효율이 향상됨을 확인할 수 있었다. 하지만, depletion 힘을 강화시키기 위해 비이온성 폴리머를 과량 첨가 시 비이온성 폴리머가 기포에 흡착되어 공작석-기포 간 반발력으로 작용되는 steric 힘이 추가적으로 발현되는 것을 확인할 수 있었으며, 이와 같은 조건 내에서는 오히려 공작석의 부유선별 효율이 감소됨을 확인할 수 있었다. 결국, depletant를 이용한 공작석 부유선별 시 공작석의 부유선별 효율을 향상시키는 긍정적인 효과를 나타내지만 과도한 비이온성 폴리머 존재 시, 공작석-기포 간 steric 힘에 의해 공작석의 부유선별 효율을 감소시킬 수 있어 적절한 비이온성 폴리머의 농도 범위를 설정하는 것이 중요한 실험변수 임을 확인할 수 있었다. 세 번째로 진행한 방법은 소수성 미생물을 포수제로 사용한 부유선별 (bioflotation) 이다. 특정 pH 범위 내에서는 정전기적인 인력의 힘에 의해 소수성 미생물이 선택적으로 공작석 표면에 부착되어 공작석의 표면특성을 소수성으로 바꾸어 주는 역할이 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 공작석 표면에 한번 부착된 미생물의 경우 유체역학적인 힘에 의해 탈착이 거의 일어나지 않는다는 사실 역시 확인할 수 있었다. 결국, 미생물을 사용한 공작석 부유선별 시 미생물이 공작석에 잘 부착될 수 있는 조건을 만들어 주는 것이 가장 중요한 실험 변수임을 확인할 수 있었으며 미생물의 부착이 가장 잘 일어나는 실험조건에서 공작석의 부유선별 효율이 가장 높게 나타나는 현상이 있음을 확인할 수 있었다. 네 번째로 진행한 방법은 소수성 나노 입자를 포수제로 사용한 부유선별 (nanoparticle flotation) 방법이다. 나노 입자 역시 미생물과 마찬가지로 일정 pH 범위 내에서 정전기적인 인력의 힘에 의해 공작석의 표면에 부착되어 공작석의 표면특성을 소수성으로 바꾸어주는 역할이 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 소수성 나노 입자들의 농도 범위를 향상시키게 되면 공작석에 부착되는 소수성 나노 입자들이 많아져 공작석의 부유선별 효율 역시 향상됨을 확인할 수 있었다. 하지만, 일정 이상의 소수성 나노 입자의 농도 범위 내에서는 오히려 공작석의 부유선별 효율이 감소됨을 할 수 있었다. 이는 일정 이상의 일정 이상의 소수성 나노 입자 존재 시, 공작석에 부착되지 않는 나노 입자들이 수용액 내에 많이 존재하게 되어 나노 입자-기포 간의 부착 속도가 공작석-기포 간의 부착 속도보다 상대적으로 빠르게 일어나 공작석이 기포에 붙는 속도가 감소되어 공작석의 부유선별 효율이 감소됨을 확인 하였다. 따라서, 나노입자를 사용한 공작석 부유선별 시, 공작석 표면에 적절하게 부착할 수 있는 나노 입자의 농도 범위를 잘 설정하는 것이 매우 중요한 실험변수임을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 본 논문에서는 공작석 부유선별 시, 사용되어지고 있는 전통적인 부유선별 시약의 양을 줄일 수 있는 방법 및 전통적인 부유선별 시약을 대체할 수 있는 방법들을 대해 초점을 맞추어 연구를 진행 하였다. 본 논문에서는 각각의 방법론들에 의해 중요하게 영향을 미치는 실험 인자를 파악한 연구 내용으로 본 논문의 내용을 실제 공작석을 함유하고 있는 원광에 적용하여 연구를 진행한다면 공작석 대상 기존의 부유선별 방법을 대체할 수 있는 중요한 정보가 될 수 있을 것이라 판단된다.
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