[논문]산 침출 시 실리카 광물의 용해 및 제거

박경호; 남철우; 김현호

doi:10.7844/kirr.2015.24.1.3

산 침출 시 실리카 광물의 용해 및 제거
Dissolution and Removal of Silicates in Acid Leaching Process 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.24 no.1, 2015년, pp.3 - 11

박경호 (한국지질자원연구원, 제련연구실) , 남철우 (한국지질자원연구원, 제련연구실) , 김현호 (한국지질자원연구원, 제련연구실)

초록
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산 침출에 있어서 생성되는 가용성 실리카는 고액분리 시 여과를 어렵게 하고 목적금속의 순도를 저하시키는 등 습식제련공정에 있어서 큰 문제점으로 대두되고 있다. 따라서 본 고에서는 실리케이트 광물과 산과의 반응성, 가용성 실리카의 특성, 제거방법에 대하여 검토하였다. 가용성 실리카는 알카리 전처리에 의한 제거, 결정상태의 $SiO_2$로 변환, 응집 등의 방법을 통한 여과성 향상 등의 방법으로 처리할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Soluble silica generated from acid leaching process is very difficult to filter and deceases the purity of products, and thus becomes one of hot issues in hydrometallurgy. This paper reviewed the dissolution and reactivities of silicates in acid solution, and the methods for treatment of soluble silica. Removal of silica with alkaline pre-treatment, crystallization to $SiO_2$ and precipitation behaviour of silica with coagulation under acid conditions were briefly described.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 산 침출 시 실리케이트 광물 또는 슬래그의 분해/용해는 매우 복잡하여 이에 대한 이해를 필요로 한다. 본 고에서는 실리케이트 광물과 산과의 반응성을 알아보고 산 침출반응에 있어서 가용성 실리카의 생성을 억제하거나 제거할 수 있는 방법에 대하여 검토하였다.

가설 설정

(3) 실리케이트가 산에 반응하지 않는다.
이 때 불안전한 상태로 존재하는 입자들은 open network structure (겔, gel) 상태로 되거나 close-packed 콜로이트 입자상으로 응집하게 된다. 산 용액 중에 녹아있는 실리카는 (a) 콜로이드 sol (b) silica gel 그리고 (c) 여과 가능한 침전물 상태로 존재할 수 있으며 습식제련 에서 가장 문제시 되는 것은 silica gel 이다.

제안 방법

일부 실리케이트 광석이나 슬래그를 산 침출 시 생성 되는 가용성 실리카는 후처리공정에서 여과성을 악화시키고 목적금속의 순도를 저하시키는 등 습식제련공정에 있어서 큰 문제점으로 대두되고 있다. 본 고에서는 실리케이트 광물과 산과의 반응성과 soluble silica의 특성 그리고 그 처리방법에 대하여 검토하였으며 처리의 주요방법은 아래와 같다.

대상 데이터

은 laterite 니켈광을 NaOH 용융방법에 의하여 Si를 회수하는 방법을 수행하였다. 사용한 laterite 광의 화학조성은 SiO₂ 49.30%, MgO 27.20%, Fe₂O₃15.80%, Al₂O₃ 5.05% 그리고 NiO₂ 1.29% 이었다. 한편 Si의 주 구성 물질은 Mg₂SiO₄ , Mg₂₄Si₁₇ (OH)₁₁O₄₂α-SiO₂ 이었다.

성능/효과

8은 그 공정도이다. pH 1.8 - 2.0 온도 45 - 50^oC에서 황산침출을 행한 후 얻은 침출액을 pH 4.3 온도 60 - 65^oC에서 3시간 응집한 결과 실리카의 여과성이 크게 향상되었다. 이 때 용액의 pH는 여과성에 온도나 시간보다 더 큰 영향을 주며 3.
Kumar 등³¹⁾은 silca 함량이 30 - 40%인 아연제련슬래그로부터 아연의 침출실험을 행하였다. 슬래그 시료와 진한 황산을 1 : 1 무게비로 섞어 혼합한 후 200^oC에서 15분 동안 baking을 한 후 고액비 1 : 10, 90^oC에서 1시간동안 수침출을 행하여 약 95%의 아연을 회수하였으며 이 때 silica gel은 발생되지 않았으며 여과성 또한 우수하였다. 한편 수 침출 잔사의 XRD 분석결과 SiO₂ peak 강도가 슬래그의 그것보다 증가되었다.
한편 Si의 주 구성 물질은 Mg₂SiO₄ , Mg₂₄Si₁₇ (OH)₁₁O₄₂α-SiO₂ 이었다. 실험결과에 의하면 반응시간 (1.5시간 - 3.5시간)과 반응온도 (723 K - 923 K)와 입도크기는 SiO₂의 추출율에 약간의 영향만 미치고 NaOH/laterite의 무게 비와 laterite의 입자크기는 Table 3과 Table 4에서 보는 바와 같이 SiO₂ 추출율에 큰 영향을 미쳤다.
한편 반응온도가 높을수록 반응시간은 크게 단축되었다. 즉 반응온도가 200^o C인 경우 1시간 만에 침출잔사 중의 Si의 함유량은 0.25%로 감소하였으며 반응온도가 120^oC에서는 반응시간이 72시간이 되어야 같은 결과를 얻을 수 있었다. Long 등²¹⁾ 은 Stone coal ore 에서 바나듐을 회수하기 위하여 NaOH 용액으로 90^oC 에서 침출 시 침출액 중의 Si 농도가 11 g/L이며 이때 용액의 pH는 13.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실리케이트의 산과의 반응은 어떻게 나눌 수 있는가?	(1) 실리케이트를 구성하고 있는 금속양이온과 실리카가 용해하여 실리케이트의 구조를 완전히 파괴한다. 이 경우 수용액 중에서 실리카가 중합반응(polymerisation)을 하여 실리카 겔(silica gel)이 생성 된다. (2) 실리케이트의 일부가 분해하여 금속양이온이 일부 용해되며 수용액 중에 실리카 잔사가 남는다. (3) 실리케이트가 산에 반응하지 않는다.
	실리카의 중합반응 속도는 pH 2 이하에서 무엇에 비례하는가?	1 μm) 형성되며 이 크기는 수용액의 온도, pH 그리고 불순물 등에 영향을 받는다17) . 실리카의 중합반응 속도는 pH 2 이하에서는 수소이온농도에, pH 2에서는 OH− 농도에 비례하며 이는 실리카의 등전점(isoelectric point)이 약 pH 2인 것과 연관이 있다. 이 콜로이드상의 실리카가 불안정하면 open network 구조를 갖는 겔상태가 되며 콜로이드상태의 실리카는 응집 등을 통하여 여과성을 증대시킬 수 있지만 겔 상태의 실리카는 여과가 극히 어렵다.
	수용액중의 실리카의 용해도는 무엇에 의해 달라지는가?	수용액중의 실리카의 용해도는 용액의 pH, 온도, 다른 이온의 종류 및 농도, 실리카의 조직 등에 따라 달라진다 9-11) . Fig.

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