[논문]금(金) 정광(精鑛)내의 비소(砒素)(As) 제거(除去) 및 회수(回收)에 관한 연구(硏究)

류경근; 신선명; 박제현; 최의규; 왕제필

doi:10.7844/kirr.2013.22.4.33

[국내논문] 금(金) 정광(精鑛)내의 비소(砒素)(As) 제거(除去) 및 회수(回收)에 관한 연구(硏究)
Removal and Recovery of Arsenic from Gold Concentrate 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.22 no.4, 2013년, pp.33 - 37

류경근 (한국해양대학교) , 신선명 (한국지질자원연구원) , 박제현 (한국광해관리공단) , 최의규 (한국광해관리공단) , 왕제필 (부경대학교)

초록
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열분해법(thermal decomposition method)을 이용하여 금 정광으로부터 비소를 제거하기 위해 $700^{\circ}C$에서 반응시간을 변화시키면서 실험을 진행하였다. 또한, 금 정광으로부터 휘발된 비소는 bag-filter를 이용하여 회수하였다. 정광중의 비소 함량은 $700^{\circ}C$에서 1시간 소성한 결과 12.62 wt.%에서 1.40 wt.%로 급격히 감소하였으며, 2시간 이후부터는 1 wt.%이하로 감소하여 대략 95%의 비소 제거율을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A study on the removal of arsenic from gold concentrate was conducted using thermal decomposition method at $700^{\circ}C$ as a function of reaction time. In addition, the arsenic removed from the concentrate was also collected in the bag-filter as a form of AsS. The content of arsenic in the concentrate was dramatically decreased from 12.62 wt/% to 1.40 wt.% for 1 hour and even lower than 1 wt.% after two hours. The removal efficiency of arsenic was finally achieved to be about 95% after 2 hours at a given temperature.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 습식법에만 의존해 비소를 제거하는 기존 공정들과 달리 친환경적인 건식열처리법에 의해 금 정광으로부터 비소의 제거율을 향상시킴과 더불어 정련과정에서의 금 회수율을 최대한 높이고자 하였다. Bag-filter로 비소의 효율적 제거 및 포집을 위해 분말 형태의 금 정광을 불활성 분위기 전기로에서 반응시간을 변화시켜 제거하고 회수하기 위한 연구를 수행하였다.
금정광의 구성광물인 FeAsS(arsenopyrite)에 함유되어진 비소(As)를 열분해법(thermal decomposition)으로 분리 및 제거하기 위한 실험을 실시하였다. 불활성 분위 기하에서 비소 승화온도 이상인 700℃에서 2시간 유지하였을 때 가장 높은 비소 제거율(95%)을 보였다.
따라서 본 연구에서는 습식법에만 의존해 비소를 제거하는 기존 공정들과 달리 친환경적인 건식열처리법에 의해 금 정광으로부터 비소의 제거율을 향상시킴과 더불어 정련과정에서의 금 회수율을 최대한 높이고자 하였다. Bag-filter로 비소의 효율적 제거 및 포집을 위해 분말 형태의 금 정광을 불활성 분위기 전기로에서 반응시간을 변화시켜 제거하고 회수하기 위한 연구를 수행하였다.
5는 가스상으로 배출되어지는 비소를 off-gas line 끝단에 bag-filter를 설치하여 상온에서 분말형태로 포집하여 원소분석기로 측정한 값을 반응 시간별로 보여주고 있다. 회수되어진 황화비소는 안료, 착색제로 활용이 가능하며, 비소의 경우 자동차용 납 배터리 및 반도체재료(GaAs)의 첨가제로 활용하여 방출될 비소가스에 의한 환경 문제를 최소화 함과 동시에 폐자원의 부가가치를 높이고자 한다. Bag-filter에 포집되어진 분말을 분석한 결과 비소(As)와 황(S)만이 검출되었으며 20분이 경과한 이후 유지 시간을 7시간까지 증가하더라고 비소 및 황의 양적 변화는 거의 없음을 알 수 있었다.

제안 방법

기상의 비소를 포집하기 위해 off-gas line을 삼각플라스크와 연결한 후 line 끝 부분에 bag-filter를 설치하여 상온에서 비소를 포집하였다. Bag-filter에 포집되어진 분말형태의 비소는 원소분석기(EDX), 주사전자현미경(SEM), 및 X선회절기(XRD)로 성분 및 상을 분석하였다. 실험 방법은 분광형태의 금 정광을 alumina boat에 분말 높이가 5mm 이내로 얇게 펼쳐 분포시킨 후, boat를 reactor의 중앙부분에 위치한 후 reactor cover를 body와 결합시킨다.
실험 방법은 분광형태의 금 정광을 alumina boat에 분말 높이가 5mm 이내로 얇게 펼쳐 분포시킨 후, boat를 reactor의 중앙부분에 위치한 후 reactor cover를 body와 결합시킨다. U.H.P. argon gas를 0.2 liter/min으로 주입하면서 700℃까지 승온 시킨 후 일정한 간격마다 반응시간을 유지시키면서 발생하는 비소 및 off-gas를 bag-filter에서 고상화시켜 기체상의 비소를 분말형태로 포집하였다.
분광형태의 샘플을 alumina boat에 담아 reactor 중앙부분에 장입을 하여 기상의 비소가 off-gas line으로 배출이 용이하게 하였다. 기상의 비소를 포집하기 위해 off-gas line을 삼각플라스크와 연결한 후 line 끝 부분에 bag-filter를 설치하여 상온에서 비소를 포집하였다. Bag-filter에 포집되어진 분말형태의 비소는 원소분석기(EDX), 주사전자현미경(SEM), 및 X선회절기(XRD)로 성분 및 상을 분석하였다.
⁷⁾ 하지만 비소 제거율이 상대적으로 여전히 낮았으며, 토양세척 후 발생하는 폐수에 의해 2차 오염이 발생하는 환경적 위험성을 가지고 있어 상용화의 한계를 가지고 있다. 동전기법에 의한 폐중금속광산 퇴적토 내의 비소제거 특성 연구가 진행이 되었고, 본 연구는 4가지의 다른 전해액을 사용하여 비소제거율을 측정하였다. 연구 결과 비소제거율은 citric acid + sodium dodecyl sulfate(SDS) (18.
본 실험은 금 정광으로부터 비소를 제거 및 회수하기 위해 두 단계의 연속 화학반응으로 실험을 진행하였으며, 각각의 화학반응식을 (1)과 (2)에 나타내었다. 첫번째 화학반응(1)은 고온열분해(thermal decomposition)반응으로 고온에서 발생되는 열에 의해 생기는 분해반응이다.
완벽한 밀봉을 위해 reactor body와 cover사이에 O-ring을 설치하여 외부 및 내부 가스의 출입을 막을 수 있도록 제작하였으며 덮개아래에 cooling line을 설치하여 O-ring이 고온에서도 녹지않도록 방지하였다. 분광형태의 샘플을 alumina boat에 담아 reactor 중앙부분에 장입을 하여 기상의 비소가 off-gas line으로 배출이 용이하게 하였다. 기상의 비소를 포집하기 위해 off-gas line을 삼각플라스크와 연결한 후 line 끝 부분에 bag-filter를 설치하여 상온에서 비소를 포집하였다.
Bag-filter에 포집되어진 분말형태의 비소는 원소분석기(EDX), 주사전자현미경(SEM), 및 X선회절기(XRD)로 성분 및 상을 분석하였다. 실험 방법은 분광형태의 금 정광을 alumina boat에 분말 높이가 5mm 이내로 얇게 펼쳐 분포시킨 후, boat를 reactor의 중앙부분에 위치한 후 reactor cover를 body와 결합시킨다. U.
본 실험에서 사용한 reactor body와 cover는 고온에서 부식 및 내구성이 강한 SUS310재질로 제작하여 실험 중 발생할 수 있는 잠재적 열피로와 파괴 결함을 최소화하였다. 완벽한 밀봉을 위해 reactor body와 cover사이에 O-ring을 설치하여 외부 및 내부 가스의 출입을 막을 수 있도록 제작하였으며 덮개아래에 cooling line을 설치하여 O-ring이 고온에서도 녹지않도록 방지하였다. 분광형태의 샘플을 alumina boat에 담아 reactor 중앙부분에 장입을 하여 기상의 비소가 off-gas line으로 배출이 용이하게 하였다.

대상 데이터

3은 실험장치 개략도로서 박스형 타입의 전기로에 reactor본체를 상부에서 장입이 가능한 형태로 제작하였다. 본 실험에서 사용한 reactor body와 cover는 고온에서 부식 및 내구성이 강한 SUS310재질로 제작하여 실험 중 발생할 수 있는 잠재적 열피로와 파괴 결함을 최소화하였다. 완벽한 밀봉을 위해 reactor body와 cover사이에 O-ring을 설치하여 외부 및 내부 가스의 출입을 막을 수 있도록 제작하였으며 덮개아래에 cooling line을 설치하여 O-ring이 고온에서도 녹지않도록 방지하였다.
본 연구에 사용되어진 재료는 국내 A광산으로부터 회수해온 분말형태의 정광이며, 그 화학성분은 원소분석기(Energy-dispersive spectroscopy)로 분석하여 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 샘플분말은 분광형태로 형상이 불규칙하며 입도분석 결과 입도 범위는 0~255 µm로 널리 분포하고 있으며, 평균입도 사이즈는 대략 92µm이다.

성능/효과

회수되어진 황화비소는 안료, 착색제로 활용이 가능하며, 비소의 경우 자동차용 납 배터리 및 반도체재료(GaAs)의 첨가제로 활용하여 방출될 비소가스에 의한 환경 문제를 최소화 함과 동시에 폐자원의 부가가치를 높이고자 한다. Bag-filter에 포집되어진 분말을 분석한 결과 비소(As)와 황(S)만이 검출되었으며 20분이 경과한 이후 유지 시간을 7시간까지 증가하더라고 비소 및 황의 양적 변화는 거의 없음을 알 수 있었다. Fig.
포집되어진 합성분말은 약간의 충격만으로도 bag-filer에서 분리가 잘 되었으며 구형분말형상으로 회수가 용이하였다. 결론적으로 열분해법에 의해 FeAsS로부터 비소를 효율적으로 제거하였으며, 후단의 bag-fliter에서 AsS 형상의 분말도 회수 할 수 있었다. 향후 비소 제거 및 회수율을 향상 위해서는 반응온도, 투입량, 정광사이즈등의 조건을 고려하여 연구를 진행하여야 할 것이다.
또한 회수되어진 AsS 은 구형의 분말로서 구형분말의 직경은 평균적으로 10µm정도로 일정함을 알 수 있었다.
%까지 낮아졌다. 반응 1시간이내에 시료내 비소량이 급격히 낮아졌으며, 반응 온도를 2시간 이상 유지하였을 경우 정광내의 비소량이 거의 일정하므로 700℃에서 반응시간을 2시간 유지하는 것이 적합함을 알 수 있다. 실험 데이터에 기초하여 비소 제거율을 계산한 결과, 1시간 반응 후 비소제거율이 88.
%로 대략 1시간이내에 정광 내의 비소가 가스상으로 거의 제거가 됨을 알 수 있었다. 반응시간이 2시간 후에는 최대 95%까지 비소가 제거가 되었으며, 그 이후부터는 평균적으로 90%이상의 제거율을 보여주고 있으며, 7시간까지 시간을 유지한 경우와 비교하였을 때 제거율에서 큰 차이가 없음을 알 수 있었다. 금 정광내에 함유된 비소는 복합화합물(FeAsS) 형상으로 고온에서 열분해법에 의해 As가 분리가 되어 기상으로 제거가 되는데, 화합물 외부의 비소는 초기반응시간에 열분해 되어 가스상으로 제거되는 반면 화합물 내부에 잔존하는 미소량의 As는 열분해 되어 완전히 제거되는데 실험조건이상의 반응시간이 요구되며, 이는 건식법에 의한 비소제거의 한계치로 생각이 된다.
금정광의 구성광물인 FeAsS(arsenopyrite)에 함유되어진 비소(As)를 열분해법(thermal decomposition)으로 분리 및 제거하기 위한 실험을 실시하였다. 불활성 분위 기하에서 비소 승화온도 이상인 700℃에서 2시간 유지하였을 때 가장 높은 비소 제거율(95%)을 보였다. 배기가스로 방출이 된 비소는 AsS 형상으로 Bag-filter에 의해 효과적으로 회수가 되었다.
국내 연구진에 의해 광미로부터 토양세척에 의해 비소와 중금속을 제거하기 위한 연구가 진행되었다. 비소를 제거하기 위한 가장 효과적인 세척제는 옥살산(72% 제거효율)과 인산(65%)이었고, 옥살산은 Cu를 포함한 중금속을 제거하는데도 매우 효과적이었다.⁷⁾ 하지만 비소 제거율이 상대적으로 여전히 낮았으며, 토양세척 후 발생하는 폐수에 의해 2차 오염이 발생하는 환경적 위험성을 가지고 있어 상용화의 한계를 가지고 있다.
반응 1시간이내에 시료내 비소량이 급격히 낮아졌으며, 반응 온도를 2시간 이상 유지하였을 경우 정광내의 비소량이 거의 일정하므로 700℃에서 반응시간을 2시간 유지하는 것이 적합함을 알 수 있다. 실험 데이터에 기초하여 비소 제거율을 계산한 결과, 1시간 반응 후 비소제거율이 88.91 wt.%로 대략 1시간이내에 정광 내의 비소가 가스상으로 거의 제거가 됨을 알 수 있었다.
연구 결과 비소제거율은 citric acid + sodium dodecyl sulfate(SDS) (18.6%) > 0.1 NHNO (8.1%) > HAc (7.4%) > distilled water (6.6%)의 순으로 나타났다.
6%)의 순으로 나타났다. 연구 결과 최대 비소 제거율은 20%이내로 기술적인 가능성은 보여주었으나 여전히 낮은 제거율로 실제 적용하기에는 적합하지 않은 기술이라고 생각이 된다.⁸⁾
또한 회수되어진 AsS 은 구형의 분말로서 구형분말의 직경은 평균적으로 10µm정도로 일정함을 알 수 있었다. 포집되어진 합성분말은 약간의 충격만으로도 bag-filer에서 분리가 잘 되었으며 구형분말형상으로 회수가 용이하였다. 결론적으로 열분해법에 의해 FeAsS로부터 비소를 효율적으로 제거하였으며, 후단의 bag-fliter에서 AsS 형상의 분말도 회수 할 수 있었다.

후속연구

결론적으로 열분해법에 의해 FeAsS로부터 비소를 효율적으로 제거하였으며, 후단의 bag-fliter에서 AsS 형상의 분말도 회수 할 수 있었다. 향후 비소 제거 및 회수율을 향상 위해서는 반응온도, 투입량, 정광사이즈등의 조건을 고려하여 연구를 진행하여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비소를 제거하기 위한 가장 효과적인 세척제는?	국내 연구진에 의해 광미로부터 토양세척에 의해 비소와 중금속을 제거하기 위한 연구가 진행되었다. 비소를 제거하기 위한 가장 효과적인 세척제는 옥살산(72% 제거효율)과 인산 (65%)이었고, 옥살산은 Cu를 포함한 중금속을 제거하는데도 매우 효과적이었다. 7) 하지만 비소 제거율이 상대적으로 여전히 낮았으며, 토양세척 후 발생하는 폐수에 의해 2차 오염이 발생하는 환경적 위험성을 가지고 있어 상용화의 한계를 가지고 있다.
	비소 제거 세척제로 옥살산을 상용화하기 어려운 이유는?	비소를 제거하기 위한 가장 효과적인 세척제는 옥살산(72% 제거효율)과 인산 (65%)이었고, 옥살산은 Cu를 포함한 중금속을 제거하는데도 매우 효과적이었다. 7) 하지만 비소 제거율이 상대적으로 여전히 낮았으며, 토양세척 후 발생하는 폐수에 의해 2차 오염이 발생하는 환경적 위험성을 가지고 있어 상용화의 한계를 가지고 있다. 동전기법에 의한 폐 중금속광산 퇴적토 내의 비소제거 특성 연구가 진행이 되었고, 본 연구는 4가지의 다른 전해액을 사용하여 비소제거율을 측정하였다.
	금 정광에서 금을 추출할 때 어려운 점은?	금 정광과 광미에서 금을 추출하기 위한 연구가 다양하게 진행이 되어왔으나, 시안화물 (cynide)사용에 따른 환경적 제약과 금 이외의 포함된 다양한 불순물 함량으로 인해 leaching공정에 어려움을 겪고 있다. 3-6) 특히, 금 정광(Gold concentrate)에는 철, 구리, 아연, 납 및 비소 등의 불순원소가 함유되어 있으며, 특히 다량의 비소가 함유되어 있을 경우 용해율이 낮아 정련과정에서 금의 분리 및 회수가 어렵고 비소함 량도 높아 비소처리에도 어려움이 있다. 국내 연구진에 의해 광미로부터 토양세척에 의해 비소와 중금속을 제거하기 위한 연구가 진행되었다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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상세보기
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상세보기
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상세보기
T.S. Kim and M.J. Kim: Remediation of Mine Tailings Contaminated with Arsenic and Heavy Metals: Removal of Arsenic by Soil Washing, Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 30(8), pp. 808-818.
H.M. Shin and S.S. Yoon: Removal Characteristics of Arsenic from Abandoned Metal Mining Tailings by Electrokinetic Techique, Journal of the Environmental Science, 15(3), pp. 279-286.
Hurlburt C.S. and Klein C., 1985: Manual of Mineralogy 20th ed., New York, USA.

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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