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문제 정의
- 이는 Fe 구성광물의 대부분이 XRD 분석결과에서 확인되었듯이 대부분 자성이 매우 약한 적철석으로 이루어졌기 때문이다. 따라서 미립자 습식자력선별에 의해 철 근원광물을 제거하여 동광의 품위를 향상시키는 것은 효과적이지 못하기 때문에, 부유선별에 의한 품위향상 연구를 수행하였다.
- 따라서 유가광물의 회수율이 크게 감소하지 않는 범위에서, 비선택 적으로 정광중에 혼입된 맥석광물들을 제거하기 위하여 대부분 정선과정을 거치게 된다. 따라서 본 연구에서 정선횟수의 변화가 품위와 회수율에 미치는 영향을 판단하기 위해 정선횟수 변화실험을 수행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 산화광(공작석)에 황화제를 사용하지 않고 비황화광물 포수제인 올레인산을 사용하여 인도네시아 잠비산 동광(Cu 22%)의 품위 향상을 위해, 미량으로 존재하는 황동광을 잔세이트로 우선부선하고 침전산물로부터 산화동을 회수하는 부유선별 연구를 수행하였다.
- 5%를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 AP-211과 AP-242 포수제를 혼합하여 사용한 것은, 원광 시료 중 은의 함량이 높아 이들을 황화동으로 함께 회수하기 위해서이다. 즉, 같은 잔세이트계 포수제이지만 포수제 AP-242가 은의 포집에도 효과적인 것으로 알려져 있다.
제안 방법
- 먼저 동광 원시료를 조크러셔, 콘 크러셔, 펄버라이져, 로드밀을 이용하여 파분쇄한 후 체가름에 의해 150 mesh 이하로 입도를 조절하였다. 150 mesh 이하의 원광을 대상으로 황화물 상태로 존재하는 미량의 동을 회수하기 위한 1차 부유선별을 수행하였다. 이때 포수제로는 잔세이트계인 AP-242와 AP-211을 1:1의 비율로 혼합 사용하였다.
- 이때 포수제로는 잔세이트계인 AP-242와 AP-211을 1:1의 비율로 혼합 사용하였다. 그리고 부유되지 않은 침강산물 중에 존재하는 산화동을 회수하기 위하여 지방산계 음이온 포수제인 올레인산을 이용하여 2차 부유선별을 수행하였다.
- 그림 2는 고품위 동 정광을 회수하기 위한 부유선별 공정도를 나타낸 것이며, 본 연구에 사용된 부유선별기는 denver sub-A type의 실험실용 부유 선별기이다. 먼저 동광 원시료를 조크러셔, 콘 크러셔, 펄버라이져, 로드밀을 이용하여 파분쇄한 후 체가름에 의해 150 mesh 이하로 입도를 조절하였다. 150 mesh 이하의 원광을 대상으로 황화물 상태로 존재하는 미량의 동을 회수하기 위한 1차 부유선별을 수행하였다.
- 황화광물의 특성상 산성영역에서 황화광물이 활성화되어 포수제와의 흡착이 용이하기 때문에 pH 범위를 산성 영역(pH 5)에서 자연 pH (pH 8)까지 변화시켜 실험하였다. 본 연구에서는 pH 조절제로 10% H2SO4를 사용하였으며, 포수제(AP-211 : AP-242 = 1 : 1) 300 g/t, 억제제(Na2SiO3) 1 kg/t, 기포제(AF-65) 50 g/t 그리고 교반속도를 1,500 rpm으로 하고, pH변화에 따른 선별효율을 관찰하였다.
- COOH)의 첨가량을 200 g/t에서 500 g/t까지 변화하며 실험한 결과이다. 실험조건은 억제제(Na2SiO3) 1 kg/t, 기포제(AF-65) 50 g/t, pH 8, 교반속도 1,500 rpm으로 하고 포수제의 첨가량에 따른 선별효율을 관찰하였다.
- 본 실험에 사용된 pH 조절제로는 산성 영역에 H2SO4 (10%)을 그리고 염기성 영역에 CaO (5%)를 사용하였다. 실험조건은 포수제(oleic acid) 300 g/t, 억제제(Na2SiO3) 1 kg/t 그리고 기포제(AF-65) 50 g/t, 교반속도 1,500 rpm으로 고정하여 실험하였다.
- 황화동 포수제인 AP-211과 AP-242 그리고 기포제인 AF-65를 사용하여 황화동을 부유시켜 회수하였다. 침강산물에 함유된 산화동 회수를 위한 2차 부유선별은 침강산물을 대상으로 pH 조절제(CaO)와 억제 제(Na2SiO3)를 첨가한 후, 산화동에 효과적인 음이온포수제인 Oleic Acid (C17H33COOH)와 기포제 (AF-65)를 차례로 첨가하여 산화동을 부유시켜 회수하였다.
- 그림 4는 AP-211과 AP-242를 포수제로 사용하였을 때, 광액의 pH에 따른 황화동의 품위와 회수율에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 황화광물의 특성상 산성영역에서 황화광물이 활성화되어 포수제와의 흡착이 용이하기 때문에 pH 범위를 산성 영역(pH 5)에서 자연 pH (pH 8)까지 변화시켜 실험하였다. 본 연구에서는 pH 조절제로 10% H2SO4를 사용하였으며, 포수제(AP-211 : AP-242 = 1 : 1) 300 g/t, 억제제(Na2SiO3) 1 kg/t, 기포제(AF-65) 50 g/t 그리고 교반속도를 1,500 rpm으로 하고, pH변화에 따른 선별효율을 관찰하였다.
- 로 pH를 조절하였다. 황화동 포수제인 AP-211과 AP-242 그리고 기포제인 AF-65를 사용하여 황화동을 부유시켜 회수하였다. 침강산물에 함유된 산화동 회수를 위한 2차 부유선별은 침강산물을 대상으로 pH 조절제(CaO)와 억제 제(Na2SiO3)를 첨가한 후, 산화동에 효과적인 음이온포수제인 Oleic Acid (C17H33COOH)와 기포제 (AF-65)를 차례로 첨가하여 산화동을 부유시켜 회수하였다.
- 황화동을 회수하기 위한 1차 부유선별에서는 광 액의 농도를 20%로 조절하여 1,500 rpm으로 교반한 후, 맥석광물인 규산염 광물의 부유를 억제시키기 위해 규산염소다(Na2SiO3)를 첨가하였고, 황화 동의 활성을 위해 H2SO4로 pH를 조절하였다. 황화동 포수제인 AP-211과 AP-242 그리고 기포제인 AF-65를 사용하여 황화동을 부유시켜 회수하였다.
대상 데이터
- 그림 2는 고품위 동 정광을 회수하기 위한 부유선별 공정도를 나타낸 것이며, 본 연구에 사용된 부유선별기는 denver sub-A type의 실험실용 부유 선별기이다. 먼저 동광 원시료를 조크러셔, 콘 크러셔, 펄버라이져, 로드밀을 이용하여 파분쇄한 후 체가름에 의해 150 mesh 이하로 입도를 조절하였다.
- 그림 6은 산화동의 부유선별에서 광액의 pH가 품위와 회수율에 미치는 영향을 나타낸 것으로, 광액의 pH를 6에서 11까지 변화시켜 실험한 결과이다. 본 실험에 사용된 pH 조절제로는 산성 영역에 H2SO4 (10%)을 그리고 염기성 영역에 CaO (5%)를 사용하였다. 실험조건은 포수제(oleic acid) 300 g/t, 억제제(Na2SiO3) 1 kg/t 그리고 기포제(AF-65) 50 g/t, 교반속도 1,500 rpm으로 고정하여 실험하였다.
- 본 연구에 사용된 동광석 시료는 인도네시아 잠비산으로, 그림 1은 시료의 XRD 분석결과를 나타낸 것이다. 대부분이 공작석(malachite, Cu2CO3(OH)2)으로 이루어져 있으며, 주요 맥석 광물로는 석영 (SiO2) 외에 침철석(FeO(OH)), 적철석(Fe2O3) 그리고 티탄철석(FeTiO3)과 같은 규산염 및 산화광들로 구성되어 있다.
- 150 mesh 이하의 원광을 대상으로 황화물 상태로 존재하는 미량의 동을 회수하기 위한 1차 부유선별을 수행하였다. 이때 포수제로는 잔세이트계인 AP-242와 AP-211을 1:1의 비율로 혼합 사용하였다. 그리고 부유되지 않은 침강산물 중에 존재하는 산화동을 회수하기 위하여 지방산계 음이온 포수제인 올레인산을 이용하여 2차 부유선별을 수행하였다.
성능/효과
- 1) 원광의 광물감정 결과, 목적광물은 대부분 공작석(malachite, Cu2CO3(OH)2)이었으며, 주요 맥석 광물은 석영 외에 침철석, 적철석, 그리고 티탄철석과 같은 규산염 및 산화광들로 구성되어 있었다.
- 2) 화학분석 결과, Cu 함량은 22.2%이었으며 Fe 함량과 SiO2의 함량은 각각 34.3%와 10.8%로 높아 대부분의 불순물이 Fe 근원광물과 산화광임을 확인할 수 있었고 동광과 유사한 특성을 갖는 Pb와 Zn의 함량도 각각 1.14%와 4.3%를 나타내었다. 반면 황의 함량은 0.
- 3) 황화동 부유선별 실험결과, 최적조건인 포수제(AP-211 : AP-242 = 1 : 1)의 첨가량 300 g/t, 억제제(Na2SiO3) 1 kg/t, 기포제(AF-65) 50 g/t, pH 6의 조건에서, Cu의 품위와 회수율이 각각 57.5%와 9.5%인 결과를 얻었다.
- 4) 산화동 부유선별 실험결과, 최적조건인 포수제(oleic acid) 300 g/t, 억제제(Na2SiO3) 1 kg/t, 기포제(AF-65) 50 g/t, 정선횟수 2회, pH 8의 조건에서 Cu의 품위와 회수율이 각각 30.8%와 92.1%인 결과를 얻었다.
- 5) 황화물 및 산화물 부유선별 공정의 정광을 합산한 결과, 인도네시아 잠비산 동광으로부터 Cu의 품위와 회수율이 각각 36.1%와 92.7%인 고품위 정광을 생산할 수 있는 부유선별 기술을 개발하였다. 또한 동광의 부산물로서 40,000 ppm 이상의 은을 얻을 수 있었다.
- 표 1은 잠비산 동광석 원광에 대한 ICP 화학분석 결과를 나타낸 것이다. Cu 함량이 22.2%로 비교적 높은 것을 알 수 있으며, 시료의 불순물 중 Fe 함량이 34.3%로 매우 높아 불순물 대부분이 Fe 근원광물로 이루어져 있음을 알 수 있다. 따라서 Fe 근원광물이 제거되면 동광의 품위가 높아질 것으로 생각되어, 미립자 습식자력선별 실험을 수행한 결과, Cu 정광의 품위가 27.
- pH 변화에 따른 부유선별 실험결과, 광액의 pH 5∼6까지는 Cu의 품위와 회수율에 큰 영향을 미치지 않으나, 광액의 pH가 6보다 증가하면 Cu의 품위와 회수율이 모두 감소되는 것을 알 수 있다.
- 기포제 첨가량에 따른 부유선별 실험결과, 기포제의 첨가량이 증가할수록 Cu의 회수율이 점차 증가하다가 일정해지고 품위는 다소 떨어지는 것을알 수 있다. AF-65의 첨가량이 25 g/t일 경우 Cu의 품위는 31.
- 1%이었다. 두 공정으로부터 얻은 정광을 합산한 최종 Cu 정광의 품위와 회수 율은 각각 36.1%과 92.7%이었다. 또한 황화동 부유선별에서 부산물로 얻은 Ag의 품위와 회수율은 각각 40,000 ppm와 80%인 결과를 얻었다.
- 3%로 매우 높아 불순물 대부분이 Fe 근원광물로 이루어져 있음을 알 수 있다. 따라서 Fe 근원광물이 제거되면 동광의 품위가 높아질 것으로 생각되어, 미립자 습식자력선별 실험을 수행한 결과, Cu 정광의 품위가 27.3%로 원광보다 5% 밖에 증가되지 않았다. 이는 Fe 구성광물의 대부분이 XRD 분석결과에서 확인되었듯이 대부분 자성이 매우 약한 적철석으로 이루어졌기 때문이다.
- 반면 염기성 영역에서는 가성소다(NaOH) 혹은 생석회(CaO)의 Na나 Ca 양이온이 황화광물 표면에 흡착되어 포수제와의 반응을 억제시키기 때문에, 황화광물이 쉽게 부유되지 못하고 광액 내에 잔류되어 선별효율이 저하되는 것으로 생각된다. 따라서 pH 6이 가장 효과적임을 알 수 있었으며, 이때 Cu 품위와 회수율은 각각 57.5%와 9.5%이었다.
- 반면 pH 조절제를 사용하지 않은 중성영역인 pH 8에서 산 및 알칼리영역보다 선별효율이 높은 것을 알 수 있다. 따라서 본 실험에서 품위와 회수율을 고려한 최적의 광액 pH는 8이었으며, 이때 Cu 품위와 회수율은 각각 30.8%와 92.1%이었다.
- 이는 포수제의 첨가량이 증가함에 따라 선택성이 강해짐으로 인해 부유도가 증가하지만, 이때 단체 분리되지 못한 입자들과 일부 맥석들이 비선택적으로 부유되기 때문으로 판단된다. 따라서 본 실험조건에서 포수제의 첨가량은 300 g/t이 가장 효과적임을 알 수 있었으며, 이때 Cu의 품위 57.5%와 회수율 9.5%를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 AP-211과 AP-242 포수제를 혼합하여 사용한 것은, 원광 시료 중 은의 함량이 높아 이들을 황화동으로 함께 회수하기 위해서이다.
- 그러나 포수제의 첨가량이 300 g/t보다 많아지면 단체분리가 안 된 입자들과 일부 미립자 맥석들이 정광으로 이동되어, 회수율은 증가하나 품위가 감소되어 선별효율이 감소되는 것을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서 Cu 품위와 회수율을 고려할 경우, 최적 포수제 첨가량이 300 g/t임을 알 수 있으며, 이때 Cu의 품위와 회수율이 각각 30.7%와 92.1%인 결과를 얻었다.
- 반면 50 g/t 이상에서는 회수율은 일정해지고 품위만 감소하는 경향을 보이는 것은 기포제 첨가량이 증가할수록 액의 계면 장력이 저하되므로, 이에 따라 기포도 작아져 포집력이 부족하여 산화동이 부유하지 못하고 침강하여 산화동의 품위 또한 감소하는 것이다. 따라서 본 연구에서 최적 기포제 첨가량은 50 g/t이었으며, 이때 Cu 품위 30.8%과 회수율 92.1%의 결과를 얻었다.
- 2%까지 감소되어 효과적이지 못함을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 Cu 정광의 품위와 회수율을 고려한 최적 정선횟수를 2회로결정하였으며, 이때 회수된 Cu 정광의 품위와 회수율은 각각 30.9%와 92.1%인 결과를 얻었다.
- 7%이었다. 또한 황화동 부유선별에서 부산물로 얻은 Ag의 품위와 회수율은 각각 40,000 ppm와 80%인 결과를 얻었다.
- 3%를 나타내었다. 반면 황의 함량은 0.34% 이하로 매우 낮아 대부분의 동광이 황화광이 아닌 탄산염 또는 산화물 상태로 존재하고 있음을 확인할 수 있었다.
- 그림 9는 인도네시아 잠비산 동광의 품위향상을 위한 부유선별로부터 얻은 최종 동정광과 부산물로 얻은 은의 선별효율 나타낸 것이다. 본 실험의 경우 우선 황화동 부유선별로부터 얻은 Cu의 품위와 회수율은 각각 57.5%와 9.5%이었으며 침강 산물인 산화동 부유선별로부터 얻은 Cu의 품위와 회수율은 각각 30.8%과 92.1%이었다. 두 공정으로부터 얻은 정광을 합산한 최종 Cu 정광의 품위와 회수 율은 각각 36.
- 이는 25 g/t에서는 기포발생이 적어 소수성이 강한 입자들만이 기포에 부착되고 소수성이 약한 입자들은 광액에 잔류되기 때문이다. 이후 기포제 첨가량 50 g/t에서는 Cu 품위와 회수율이 각각 30.8%과 92.1%를 나타내어 선별효율이 증가하였다. 기포제의 첨가량 50 g/t의 조건에서 동광이 부착되어 부유할 수 있는 적합한 포말층과 기포크기를 형성한 것으로 판단된다.
- 그림 7은 그림 6과 동일한 실험 조건하에 정광으로 회수된 부선산물 중 맥석광물을 효과적으로 제거하기 위하여 정선횟수를 3회까지 변화할 때, 품위와 회수율에 미치는 결과를 나타낸 것이다. 정선 횟수에 따른 부유선별 실험결과, 조선부선에서 회수된 Cu 정광의 품위와 회수율은 각각 27.2%와 95.8%이지만, 정선횟수 1회에서는 품위와 회수율이 각각 28.5%와 94.5%, 정선회수 2회에서는 품위와 회수율이 각각 30.9%와 92.1%로 정선횟수 2회에서 분리효율이 크게 향상되는 것을 알 수 있다. 그러나 정선횟수 3회의 경우 품위는 31.
- 그러나 포수제의 첨가량 300 g/t을 기점으로 이보다 첨가량이 증가하면 더 이상의 뚜렷한 회수 율의 증가 없이 품위만 감소되어 선별효율이 낮아짐을 알 수 있다. 즉 포수제 첨가량 100 g/t에서는 황화동의 품위가 60.3%로 높지만 회수율이 5.3%로 낮아, 상당량의 황화동의 부유되지 않았다. 이는 포수제의 첨가량이 부족하여 상대적으로 소수성이 약하거나 단체 분리되지 못한 황화동이 부유되지 않고 광액 내에 잔류하기 때문으로 판단된다.
- 포수제 첨가량에 따른 부유선별 실험결과, 포수 제의 첨가량이 증가할수록 Cu의 회수율은 꾸준히 증가하나 품위는 300 g/t이 가장 높고 이보다 포수 제의 첨가량이 증가하면 다시 감소되는 것을 알 수 있다. 즉 포수제 첨가량 300 g/t을 기준으로 이보다 포수제의 첨가량이 적은 200 g/t에서는 Cu의 품위와 회수율이 28.6%와 90.0%로 낮아, 일부 동광이 포집력 부족으로 손실된 것을 알 수 있다. 그러나 포수제의 첨가량이 300 g/t보다 많아지면 단체분리가 안 된 입자들과 일부 미립자 맥석들이 정광으로 이동되어, 회수율은 증가하나 품위가 감소되어 선별효율이 감소되는 것을 알 수 있다.
- 포수제 첨가량에 따른 부유선별 실험결과, 포수 제의 첨가량이 100 g/t에서 400 g/t까지 증가하면 황화동의 품위는 60.3%에서 50.0%로 감소하나 회수율은 5.3%에서 10.0%까지 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나 포수제의 첨가량 300 g/t을 기점으로 이보다 첨가량이 증가하면 더 이상의 뚜렷한 회수 율의 증가 없이 품위만 감소되어 선별효율이 낮아짐을 알 수 있다.
- 포수제 첨가량에 따른 부유선별 실험결과, 포수 제의 첨가량이 증가할수록 Cu의 회수율은 꾸준히 증가하나 품위는 300 g/t이 가장 높고 이보다 포수 제의 첨가량이 증가하면 다시 감소되는 것을 알 수 있다. 즉 포수제 첨가량 300 g/t을 기준으로 이보다 포수제의 첨가량이 적은 200 g/t에서는 Cu의 품위와 회수율이 28.
후속연구
- 대부분이 공작석(malachite, Cu2CO3(OH)2)으로 이루어져 있으며, 주요 맥석 광물로는 석영 (SiO2) 외에 침철석(FeO(OH)), 적철석(Fe2O3) 그리고 티탄철석(FeTiO3)과 같은 규산염 및 산화광들로 구성되어 있다. 따라서 공작석, 즉 탄산염 및 산화 광물의 부유선별에 효과적인 지방산계 포수제의 선정과 규산염 광물을 선택적으로 억제할 수 있는 억제제의 선정 및 억제기술 개발이 필요함을 알 수 있다.
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