[논문]산화(酸化)/환원(還元) 조건(條件)에 따른 황화광물(黃化鑛物)의 부유선별(浮游選別)에 의한 회수성(回收性) 변화(變化)

김동수

산화(酸化)/환원(還元) 조건(條件)에 따른 황화광물(黃化鑛物)의 부유선별(浮游選別)에 의한 회수성(回收性) 변화(變化)
The Effect of Oxidation/Reduction of Sulfide Mineral on Its Recovery by Flotation 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.16 no.2 = no.76, 2007년, pp.12 - 16

초록
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Chalcopyrite 를 대상으로 광미 중에 함유된 Sulfide 물질의 부유선별에 의한 분리회수 과정에서 산화가 부유성에 미치는 영향을 고찰하였다. Zisman Plot에 의해 도출된 Chalcopyrite 의 임계계면장력은 약 15.5 dyne/cm인 것으로 파악되었으며 포수제의 농도가 증가함에 따라 그 값은 감소하여 Chalcopyrite의 부유성이 상승하는 것으로 관찰되었다. 초기 산화에 의한 Chalcopyrite의 부유성 상승은 $S_2^{2-}$의 $S^o$로의 전환에 기인하는 것으로 판단되었으며 형성된 $S^o$가 $S_4^{2-}$ 및 $S_2O_3^{2-}$로 재전환됨에 따라 Chalcopyrite의 부유성은 다시 감소하는 것으로 사료되었다. 산화된 Chalcopyrite의 환원 시 부유성은 상승하는 것으로 나타났으며 산화/환원 과정에서의 임계계면장력의 변화 양상은 원자간 Bond Energy의 변화에 의거한 Energy Diagram으로 해석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The influence of oxidation on the floatability of sulfide minerals contained in mine failings has been investigated employing chalcopyrite as a target material. The critical surface tension of chalcopyrite was estimated to be about 15.5 dyne/cm based on Zisman plot and the floatability of chalcopyrite was observed to increase with the concentration of collector. The enhanced float-ability of chalcopyrite at its initial stage of oxidation was considered to be due to the transformation of disulfide to elemental sulfur and the decrease in its floatability at further oxidation was presumably caused by the formation of sulfate and/or disulfur trioxide from elemental sulfur. When the oxidized chalcopyrite was reduced, its floatability was increased and the variation of the critical surface tension of chalcopyrite according to tile oxidation/reduction was interpreted by an energy diagram constructed by different bond energies between atoms.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

광미에 함유된 Sulfide의 부유선별에 의한 분리회수과정에서 산화/환원 조건이 부유성에 미치는 영향을 Chalcyrite를 대상으로 고찰하여 다음의 결론을 얻었다.
대상 Sulfide 로서는 구리의 중요 원광 가운데 하나인 Chalcopyrite를 선택하였으며 산화 및 환원 처리된 Chalcopyrite의 부유선별성의 변화를 Zisman Plot으로부터 도출한 임계계면장력 (Critical Surface Tension)에 의거하여 검토하였다. 또한, 산화/환원 조건에 따른 Chalcopyrite 의 부유선별도의 변화와 관련한 메카니즘을 해석하고자 하였다.
본 연구에서는 광미에 포함되어 잠재적 자원 및 환경오염 물질로 작용할 가능성이 높은 Sulfide를 부유선별법을 적용해 분리하는 과정에서 이의 산화가 공정에 미치는 영향과 관련한 기초연구를 수행하였다. 대상 Sulfide 로서는 구리의 중요 원광 가운데 하나인 Chalcopyrite를 선택하였으며 산화 및 환원 처리된 Chalcopyrite의 부유선별성의 변화를 Zisman Plot으로부터 도출한 임계계면장력 (Critical Surface Tension)에 의거하여 검토하였다.
미칠 수 있을 것이라 예상할 수 있다. 이러한 관점에서 광미 중에 포함된 Sulfide 물질의 부유선별처리에 대한 실질적인 고찰을 위해 산화처리된 Chalcopyrite 의 부유선별도의 변화를 검토하였다. Fig.

제안 방법

Chalcopyrite 표면의 산화 및 환원 정도가 이의 부유선별도에 미치는 영향을 검토하고자 접촉각 측정을 위해 준비된 시료를 산화제 및 환원제의 농도가 적절히 조절된 용액(250mL) 중에서 Conditioning 시켰다. 산화제와 환원제로는 각각 Fisher Co.
영향과 관련한 기초연구를 수행하였다. 대상 Sulfide 로서는 구리의 중요 원광 가운데 하나인 Chalcopyrite를 선택하였으며 산화 및 환원 처리된 Chalcopyrite의 부유선별성의 변화를 Zisman Plot으로부터 도출한 임계계면장력 (Critical Surface Tension)에 의거하여 검토하였다. 또한, 산화/환원 조건에 따른 Chalcopyrite 의 부유선별도의 변화와 관련한 메카니즘을 해석하고자 하였다.
5cm)의 크기로 절단하여 시편을 준비하였다. 매실험마다 표면 산화의 영향을 최소화하기 위해 0.3 및 0.05 μm의 Alumina Powder를 연마제로 사용흐}여 Ethyl Alcohol을 적신 솜으로 왕복 100회 이상 Polishing 한후 끓는 Ethyl Alcohol로 수회 이상 세척한 다음, 즉시검토하고자 하는 용액 조건(pH 7, 25℃, 250mL)에서 Conditioning 시켰다. 이를 용액에서 꺼내어 시편 표면에 잔류하는 용액을 제거한 후 Spoide 로 접촉각을 측정하고자 하는 액적을 표면에 형성시켰다.
산화제와 환원제로는 각각 Fisher Co.에서 입수한 NaOCl과 NaHSS를 사용하였으며 3차 증류수를 이용해 제조된 pH 7 및 25℃ 조건의 용액 중에서 Conditioning 하였다.
이를 용액에서 꺼내어 시편 표면에 잔류하는 용액을 제거한 후 Spoide 로 접촉각을 측정하고자 하는 액적을 표면에 형성시켰다. 이 액적의 좌우접촉각을 Goniometer(Rame hart Model 100)를 사용해 측정하여 그 평균값을 취하였으며, 매 실험 시 최소 20개 이싱의 액적에 대해 접촉각을 반복 측정하여 전체평균을 구하였다. 접촉각의 측정치들은 각 실험조건에서 ±3범위내의 값으로서 그 재현성이 높은 것으로 나타났다.
가지는 액체군을 준비하였다(Table 1). 이 액체들의 온도를 Incubator에서 25℃로 조절한 다음, 각액체의 액적을 준비된 시편의 표면에 형성시킨 후 즉시접촉각을 측정하였다.

대상 데이터

Co. 에서 구입한 Potassium Ethyl XanthatelGHsOCSzK)를 특별한 정제과정을 거치지 않고 사용하였으며 실험과정에서 산화를 최대한 방지하기 위하여 N₂ 가스(>99.99% Pure)로 충전된 Desiccator 내에서 보관하였다.
조건에 따른 Chalcopyrite의 Zisman Plot에 의한 임계 계면장력을 구하기 위해 전기전도도 18 MQ 이상의 3차 증류수와 Acetone의 혼합비를 조절하여 일련의 계면장력을 가지는 액체군을 준비하였다(Table 1). 이 액체들의 온도를 Incubator에서 25℃로 조절한 다음, 각액체의 액적을 준비된 시편의 표면에 형성시킨 후 즉시접촉각을 측정하였다.

성능/효과

1. Zisman Plot에 의해 도출된 Chalcopyrite 의 임계계면장력은 약 15.5dyne/cm 였으며 포수제 농도의 증가에 따라 그 값은 감소하여 Chalcopyrite 의 부유성이 상승하는 것으로 나타났다.
2. Chalcopyrite의 산화 시 임계계면장력은 감소하다가 다시 증가하는 것으로 관찰되는 바' 이는 산화과정의 초기 단계에서 CuFeS2 구조내의 Disulfide가 Elemental Sum로 전환되고 이것이 다시 Sulfhte와 Disulftir Trioxide 형태로 산화됨으M 인한 것으로 사료되었다.
특히, 폐광산의 경우에 있어서는 이에 대한 인위적인 관리가 거의 이루어지지 않고 있는바, 이로 인한 오염에 대한 대책은 더욱 시급한 실정이라고 할 수 있다.3)광미 중에는 여러 가용 물질들이 함유되어 있으며 이들 물질이 전체 광미에 대해 차지하고 있는 부분은 비록 적으나 그 절대량은 상당함을 고려할 때 광미 중에 포함된 가용 물질들을 적절한 처리를 거쳐 분리회수함은 자원의 재활용 측면에서 뿐만 아니라 환경오염의 방지 차원에 있어서도 심각히 고려되어야 할 사항이라 할 수 있다.4)
3. 포수제 존재 시 산화된 Chalcopyrite의 부유선별성은 이의 산화수준에 의해 영향을 받는 것으로 파악되었으며 산화된 Chalcopyrite가 재환원됨에 따라 부유성은 다시 상승하는 것으로 조사되었다.
4. 산화/환원에 따른 Chalcopyrite의 임계계면장력의 변화는 에너지적으로 불균형한 것으로 나타났으며 이는 원자간 Bond Energy의 차이에 의거해 작성된 Energy Diagram으로 해석되었다.
Chalcopyrite의 산화/환원 과정에서 산화된 Chai-copyrite가 동일한 시간동안 다시 환권되었을 때 임계계면장력이 원래의 수치에 비해 낮은 값을 보임은 Disulfide와 SO, 그리고 Sulfate에서의 원자간 Bond Energy의 차이에 의한 Energy Diagram으로 설명되어 질수 있을 것으로 판단된다(Fig. 4). 즉, Disulfide 및 Elemental Sulfur에서의 S 원자간 Bond Energy는 각각 425와 226kJ/mole, 그리고 Sulfate에서의 S와 0 원자간의 Bond Energy는 522 kJ/mole로서, 산화과정에서의 Activation Energy Barrier0!] 비해 환원과정에 대한 Activation Energy Barrier가 더 큼으로 인해 산화된 Chalcopyrite의 재환원은 에너지적으로 불리하게 진행됨으로 인한 현상으로 볼 수 있다.
Fig. 3의 결과와 관련하여 1x10기\4의 NaOCl에 의해 60 및 360 sec 산화된 Chalcopyrite를 다시 1.5X10-M의 포수제 용액으로 Conditioning 하였을 시, 임계계면장력은 각각 8.6 및 11.2 dyne/cm 정도인 것으로 파악되었다. 따라서, 산화된 Chalcopyrite를 포수제 존재 하에 부유선별하게 되면 그 부유성은 상승하나 이의 정도는 Chalcopyrite의 산화수준에 따라 차이가 나는 것으로 고찰되었다.
7 dyne/cm 정도인 것으로 관찰되었다. 따라서, 산화된 Chalcopyrite가 다시 환원될 경우 부유성은 상승하게 되며 이러한 상황에서 포수제 첨가에 의한 부유성 상승 효과 역시 나타나는 것으로 파악되었다. 산화된 Chalcopyrite가 임의의 외부 요인에 의해 환원될 시, 그 부유성이 다시 증가흐}는 것은 반응 (1) 및 (2)와 관련하여 해석되어질 수 있을 것으로 생각된다.
산화가 360 sec 동안 진행 된 Chalcopyrite에 대해 blOeM의 NaHSQi를 사용하여 동일한 시간동안 다시환원시킨 경우의 Chalcopyrite 의 임계계면장력 및 이를 재차 L5x10-m의 포수제 용액을 사용하여 Conditioning 시킨 경우의 임계계면장력을 측정한 결과 그 값이 각각 12.5 및 9.7 dyne/cm 정도인 것으로 관찰되었다. 따라서, 산화된 Chalcopyrite가 다시 환원될 경우 부유성은 상승하게 되며 이러한 상황에서 포수제 첨가에 의한 부유성 상승 효과 역시 나타나는 것으로 파악되었다.
이 액적의 좌우접촉각을 Goniometer(Rame hart Model 100)를 사용해 측정하여 그 평균값을 취하였으며, 매 실험 시 최소 20개 이싱의 액적에 대해 접촉각을 반복 측정하여 전체평균을 구하였다. 접촉각의 측정치들은 각 실험조건에서 ±3범위내의 값으로서 그 재현성이 높은 것으로 나타났다.

참고문헌 (14)

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http://chemviz.ncsa.uiuc.edu/content/doc-resources-bond.html

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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