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문제 정의
- 0 g/ton, 은 10~15g/ton 등의 귀금속이 포함되어 있어 귀금속을 회수한 후 비료용 등의 용도로 재활용이 가능 할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 재활용 소재로 사용되기 전 광미로부터 유가 금속인 금과 은의 회수를 목적으로 광미의 광물학적, 물리 화학적 및 단체분리 특성을 확인하고, 여러가지 부선조건의 변화(기포제, 포수제, 종류별 및 첨가량 변화, 억제제 첨가량 변화 등)를 실험을 통해 광미로 폐기되는 귀금속을 회수할 수 있는 부유선별 기술을 개발하고자 하였다.
제안 방법
- 대우해양조선 SMC의 선광장에서 배출되는 금 부선광미를 대상으로 광미에 함유된 Au를 회수하기 위한 기술을 개발하기 위해 부유선별법을 이용하여 일련의 실험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 61%를 얻을 수 있었다. 따라서, 본 연구에서는 금의 회수율은 약간 저하되지만 금의 품위는 비슷하게 유지할 수 있어, 광액의 농도는 현장에서 폐기되고 있는 광미와 같은 농도인 20%의 조건으로 실험을 진행하였다.
- 일련의 실험을 실시하였다. 또한 모든 실험은 임펠러의 회전속도를 1, 200 rpm으로 고정한 후 41의 부선조에 광석 800 g(광액농도 20%)을 넣고 자연 상태의 pH 8.1 조건에서 5분 교반 후 포수제를 첨가하여, 3분 교반 후 기포제를 첨가하고, 광액을 2분간 교반 하면서 공기를 주입하여 20분 동안 부유선별을 실시하였다.2) 회수된 정광과 광미의 금 품위 (grade)는 fire assay 법을 적용하여 금의 함량을 측정하였다.
- 원 시료에 함유된 금을 회수하기 위해 미국 Metso 社의 Denver Sub-A형 부유선별기를 이용하여 광액농도, 기포제와 포수제 종류 및 첨가량, 억제제 첨가량을 변화시키면서 일련의 실험을 실시하였다. 또한 모든 실험은 임펠러의 회전속도를 1, 200 rpm으로 고정한 후 41의 부선조에 광석 800 g(광액농도 20%)을 넣고 자연 상태의 pH 8.
- 84 g/ton(Table 3 참조)으로 매우 낮기 때문에 침강시간을 120초로 하여 시료를 준비하였다. 한편, 120초 침강산물의 부선 tailing에 1.3 g/ton의 Au가 함유되어 있으므로, 단체분리도를 높여 부선효율을 향상시키기 위해 Disc mill로 re-grinding 하여 부선에 적합한 6(X325 mesh로 입도 조절한 후 추가실험을 실시하였으며, -325 mesh는 미립자 처리용 mig-bubble column 부선을 실시할 계획이다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 시료는 전라남도 해남에 위치한 대우조선해양 S.M.C(구 순신개발) 선광장의 부선공정에서 청소구(scavenger)를 거쳐 최종 폐기되는 광미(이 하원 시료로 표기)이다. 채취된 시료는 100℃ dry oven에서 48시간 완전 건조시켜 수분함량을 1% 이하로 제거한 후 실험에 사용하였다.
이론/모형
- 1 조건에서 5분 교반 후 포수제를 첨가하여, 3분 교반 후 기포제를 첨가하고, 광액을 2분간 교반 하면서 공기를 주입하여 20분 동안 부유선별을 실시하였다.2) 회수된 정광과 광미의 금 품위 (grade)는 fire assay 법을 적용하여 금의 함량을 측정하였다.
성능/효과
- 1. 금 부선 광미를 습식 입도 분석 결과 30 mesh부터 500 mesh까지 다양한 입도로 분포하고 있었으며, 30x200 mesh 입도에 금이 평균 품위(1.77 g/ton) 보다 높은 품위로 분포하고 있었다.
- 2. 광액농도는 현장에서 배출되는 광미의 광액농도와같은 20%에서 Au 품위 11.57 g/ton, 회수율 47.61% 을 얻을 수 있었다.
- C 선광장에서 기포제로 사용하고 있는 PPQ 유상 기포제인 pine oil을 각각 사용하여 실험한 결과이다.3)Pine oil을 사용하였을 때 금의 품위 7.46 g/ton, 회수율이 71.19%로 가장 높았으나, AF 65 를 사용하였을 때에 금의 품위 11.57 g/ton, 회수율은 47.62%로 저하되나 현장에서 금 부선공정에 공급되는 원광의 품위(11.05g/ton)와 비슷한 Au 품위의 정광을 얻을 수 있어 적정 기포제임을 알 수 있었다.
- 3. AF 65를 기포제로 150 ml/ton 사용 하였을 때 금의 품위 10, 3 g/ton, 회수율 63.24%로 가장 좋음을 확인하였다.
- 이는 기포제 첨가량의 증가로 인해 많은 기포가 발생되어 Au 함량이 높은 조립질 입자(Table 2 참조)의 흡착 가능성이 증가하여 품위와 회수율 모두 상승하지만, 150 ml/ton 이상부터는 오히려 과도하게 생성된 기포에 미립의 불순물들이 동반부유(entrainmlent) 되기 때문이다.4)한편, AF 65를 150 ml/ton 첨가했을 때 금 품위 10.3g/ton, 금 회수율 63.24%로 선별도지수를5) 고려하면 선별효율이 가장 좋음을 확인하였다.
- 4. 포수제로는 KAX가 가장 효과적으로, 첨가량이 270 g/ton 일 때 Au 품위 10.30 g/ton, 회수율 63.24%로 선별효율이 가장 좋았다.
- 5. 부선에 적합한 입도로 조절하기위해, 침강법을 적용한 결과, 120초 sink산물은 금의 품위 2.40 g/ton이며 float 산물 중 금의 함량이 0.84 g/ton로 가장 낮았다. 한편, 120초 sink 산물을 입도 조절 전 적정 조건으로 확인된 KAX 270 g/ton, AF 65 150 ml/ton의 조건으로부선 한 결과 금의 품위 13.
- 6. 120초 침강 후 sink 산물을 re-grininding하여 60x325 mesh로 입도 조절한 시료를 부선 한 결과 KAX 97.2 g/ton, AF 65 248 ml/ton, sodium silicate 4 kg/ton 첨가했을 때 Au 품위 21.31 g/ton, 회수율 62.73%로 re-grinding을 통해 부선효율을 향상시킬 수 있었다.
- 7. Au와 맥석과의 단체분리를 확인하기 위해 100×40 mesh와 -500 mesh를 S.E.M 및 원소별 mapping 한 결과 Au와 황화광물로 추정되는 Fe가 같은 위치에 다른 맥석광물과 미 분리된 상태로 존재하고 있었으며, Si, Al, K가 불순물로 주를 이루고 있음을 확인하였다.
- 5와 같다. Au 품위는 NAX 31이 11.73 g/ton으로 가장 높으나 회수율이 43.51%로 낮았으며, KAX를 사용하였을 때 Au 품위는 10.30 g/ton로 약간 저하되나 회수율은 63.24%로 증가되므로 부선효율을 고려하여 적정 포수제임을 확인하였다.
- Fig. 4는 기포제 종류별 실험에서 가장 효과적이었던 AF 65의 적정한 첨가량을 확인하기 위해 AF 65를 50-250 ml/ton까지 변화를 시켜 부선실험을 실시한 결과로, 첨가량이 100 ml/ton 까지 Au 품위는 약간 상승 하다가 그 이상부터 감소흐}였으며 회수율은 150 ml/ton 이상부터 감소하였다. 이는 기포제 첨가량의 증가로 인해 많은 기포가 발생되어 Au 함량이 높은 조립질 입자(Table 2 참조)의 흡착 가능성이 증가하여 품위와 회수율 모두 상승하지만, 150 ml/ton 이상부터는 오히려 과도하게 생성된 기포에 미립의 불순물들이 동반부유(entrainmlent) 되기 때문이다.
- 3 참조)로 확인된 AF 65를 사용, 50-500 ml/ton까지 변화를 주어 첨가량에 따른 영향을 확인한 결과이다. 가장 효과적인 기포제로 확인된 AF 65를 248 ml/ton 첨가하였을 때 Au 품위 11.35 g/ton 회수율 45.38%로 입도 조절 전 기포제 첨가량 150 ml/ton(Fig. 4 참조) 보다 시약 첨가량이 증가 하였음에도 불구하고 Au 품위는 약간 상승하였지만 회수율은 감소하는 경향을 보였다. 이는 grinding으로 인한 새로운 표면의 형성과 입도 크기의 감소 그리고 분쇄 media에 의한 오염 등에 기인한 것으로 생각된다.
- 현재는 광미의 일부를 건조 후 폐 갱도에 충전재로 사용하고 있으나, 대부분 광미 등을 적치장에 방치하고 있어 광미 중에 함유된 유가금속의 회수 및 재활용 할 수 있는 소재개발이 시급한 실정이다. 대우조선해양 S.M.C의 광미를 성분 분석한 결과 광미 중에 중금속 함량^ 낮고, 금 L5 g~2.0 g/ton, 은 10~15g/ton 등의 귀금속이 포함되어 있어 귀금속을 회수한 후 비료용 등의 용도로 재활용이 가능 할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 재활용 소재로 사용되기 전 광미로부터 유가 금속인 금과 은의 회수를 목적으로 광미의 광물학적, 물리 화학적 및 단체분리 특성을 확인하고, 여러가지 부선조건의 변화(기포제, 포수제, 종류별 및 첨가량 변화, 억제제 첨가량 변화 등)를 실험을 통해 광미로 폐기되는 귀금속을 회수할 수 있는 부유선별 기술을 개발하고자 하였다.
- 66 ㎛로 입도가 작아짐을 확인하였다. 또한, 침강시간별 산물들을 성분분석 한 결과 sink 산물의 Au 품위는 2.83 g/ton(30 초)에서 2.40 g/ton(120초)으로 감소하였으며 이는 시간이 증가함에 따라 비중이 비교적 가벼운 불순물까지 침강하여 Au 품위가 감소하는 것으로 사료된다. Float 산물 역시 30초 침강 시켰을 경우, Au 품위가 1.
- 5 참조)를 이용하여 30-130 g/ton의 범위에서 첨가량 변화실험을 실시한 결과, 첨가량이 증가하면 희수율은 점점 증가하다가 100 g/ton 이상부터 점점 감소하였고 Au 품위는 80 g/ton 까지 증가하나 그 이상 첨가하면서부터 감소하였다. 선별도 지수 계산 결과 KAX를 97.2 g/ton 첨가하였을 때 Au 품위 14.78 g/ton 회수율 52.65%로 가장 좋음을 확인하였다. 한편 입도 조절 전 적정 시약첨가량 270 g/ton(Ftg.
- 습식 입도분석 결과(Table 2 참조) 부선에 적용하기 어려운 500 mesh 이하의 미립이 전체 무게비의 약 43% 분포하고 있어 부선효율을 높이는데 한계가 있음을 확인하였다. 따라서 부선에 적합한 입도로 조절하기 위해 침강 시간을 30~120초까지 변화 시키면서 침강 실험을 실시하여 얻은 산물들의 입도크기와 성분을 분석한 결과는 Table 3과 같다.
- 원 시료의 입도별 산물을 XRD(PANalytical 社의 X'pertPRO MPD) 분석한 결과 Fig. 1과 같이 성분분석 결과와 유사하게 맥석광물인 quartz, muscovite, K- 企Idspar가 주를 이루고 있었으며 각 입도별 광물 성분은 큰 차이가 없었다. Table 2는 대상 시료의 습식 입도분석 결과로, -500mesh(25)가 전체 양 중 43.
- 따라서 부선에 적합한 입도로 조절하기 위해 침강 시간을 30~120초까지 변화 시키면서 침강 실험을 실시하여 얻은 산물들의 입도크기와 성분을 분석한 결과는 Table 3과 같다. 침강시간에 따른 산물들의 입도분석 결과 메디안경(D50)을 기준으로 sink 산물은 30초의 경우 142.71 |im에서 120초 후 124.90 ㎛로 줄어들었으며, float 산물 역시 16.05㎛에서 11.66 ㎛로 입도가 작아짐을 확인하였다. 또한, 침강시간별 산물들을 성분분석 한 결과 sink 산물의 Au 품위는 2.
- 84 g/ton로 가장 낮았다. 한편, 120초 sink 산물을 입도 조절 전 적정 조건으로 확인된 KAX 270 g/ton, AF 65 150 ml/ton의 조건으로부선 한 결과 금의 품위 13.46 g/ton, 회수율 70.55%로 본 연구에서 가장 높은 회수율을 얻었다.
- 이는 포수제가 일정량 이상 첨가되면 불순물에도 영향을 끼쳐 맥석이 동반 부유되어 3) 품위와 회수율이 모두 저하되었기 때문이다. 한편, KAX 270 g/ton이 Au 품위 10.30 g/ton, 회수율 63.24%로 선별도지수가 31.22로 가장 높아 적정 포수제 첨가량임을 확인하였다 N
- %, 30x200 mesh 구간에도 약 40wt%로 함유되어 있어 다양한 입도로 분포하고 있었다. 한편, 각 입도 구간별 Au 분포는 조립일수록 Au 함량이 증가하며, 200 mesh 이상에 평균품위인 1.77 g/ton 이상이 분포하고 있어 금의 부선효율을 높이기 위해서는 부선에 적합한 입도로 조절할 필요성이 있음을 확인하였다.
- 27 g/ton 로 급격히 저하되었다. 한편, 광액농도 20%의 조건에서 실험을 실시한 결과 Au 품위 11.57 g/ton, 회수율 47.61%를 얻을 수 있었다. 따라서, 본 연구에서는 금의 회수율은 약간 저하되지만 금의 품위는 비슷하게 유지할 수 있어, 광액의 농도는 현장에서 폐기되고 있는 광미와 같은 농도인 20%의 조건으로 실험을 진행하였다.
- (b)는 500 mesh 이하의 산물 역시 맥석광물과 미분리된 상태로 Au와 Fe가 함께 존재하고 있었다. 한편, 불순물로는 XRD 분석결과와 성분 분석결과와 마찬가지로 Si, Al, K가 존재하고 있음을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 또한, 모든 금속 중 전연성이 가장 뛰어나 전기, 통신기 부품, 특히 반도체 소자와 도금 등으로 수요가 크게 증가 하고 있으며 향후 우리나라의 금 수요는 공업용을 중심으로 더욱 증가 할 것으로 예상된다. 우리나라의 금 매장량은 2009년 기준 확정광량과 추정 광량을 합쳐 약 5691.
- D 대우조선해양 SMC는 현재 연간 약 300 kg의 금과 2, 500 kg의 은을 생산하고 있는 광산으로 하루 160 톤의 광석을 처리하여 약 150 톤 이상의 광미가 발생되고 있다. 또한, 향후 시설을 280 ton/day 이상으로 증설할 계획이며, 이에 따라 광미 발생량도 크게 증가할 것으로 예상된다. 현재는 광미의 일부를 건조 후 폐 갱도에 충전재로 사용하고 있으나, 대부분 광미 등을 적치장에 방치하고 있어 광미 중에 함유된 유가금속의 회수 및 재활용 할 수 있는 소재개발이 시급한 실정이다.
- 66 ㎛인 미립의 slime이 부선에서 품위와 회수율을 저하시키는 원인이 되므로3), 120초 침강 후 float 산물을 사전에 제거한 sink 산물만을 가지고 부선 실험을 실시한 결과 Table 4와 같았다. 한편, Au의 품위가 1 g/ton 이하이면서 미립인 float 산물은 새로운 용도개발을 위한 시료로 사용이 가능할 것으로 사료된다.
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