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문제 정의
- 따라서 본 연구목적은 구리 슬래그에 대한 광물화학적 특성을 조사하고자하였으며, 또한 황산 용액에 의한 구리 최적 용출 인자를 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 5가지 입도로 선별된 슬래그 시료 1.0 g을 각각 100 ml 용출-용액(1.0 M H2SO4)에 첨가하고, 교반속도 160 rpm, 30℃의 용출온도에서 100분 동안 용출실험을 수행하였다. 용출실험이 진행되는 동안 시간별로 2.
- Fig. 5에 나타는 반동석 및 금속입자들에 대하여 EPMA 정량분석을 수행하였다(Table 2). 이들 EPMA 분석 결과를 Cu-S-Fe 삼각도에 함께 도시한 결과 반동석은 반동석 영역에 금속입자는 황동석 영역에 도시되었다(Fig.
- XRD (X’Pert Pro MRD(MRD), PANalytical, Netherlands)분석은 40 kV, 30 mA, step size 0.03(2θ), scan step time(s) 1.0000, Cu target Kα(1.54060Å) 조건에서 분석하였다.
- 구리 슬래그에 철감람석, 크롬철석, 반동석, 황동석 등이 포함되어 있는 것을 광학현미경, SEM/EDS분석, EPMA분석, XRD분석으로 확인하였다. 슬래그는 간섭색이 잘 나타는 침상의 철감람석과 뼈대구조가 잘 발달한 자형의 크롬철석으로 구성되었다.
- 이 슬래그에 대하여 박편과 연마편을 각각 제작하였다. 또한 이 슬래그를 다양한 크기로 파쇄하였고, 습식체분석하였다. 체분석은 4 mesh, 8 mesh, 10 mesh, 20 mesh, 32 mesh로 수행하였다.
- 박편과 연마편으로 제작된 슬래그에 대하여 편광 현미경(Nikon Polarizing Microscope, ECLIPSE LV100POL), SEM/EDS (scanning electron microscopy, Czech, MIRA 3 LMV TESCAN) 및 전자현미분석기(electron probe microanalysis, EPMA, JEOL Japan, JXA-8100)를 이용하여 광물학적 특성과 정량분석을 수행하였다. 200 mesh 이하로 미분쇄된 슬래그에 대하여 왕수분해하였다.
- 이는 슬래그에 포함된 반동석이나 황동석이 노출되는 면적이 증가하였기 때문인 것으로 사료된다. 본 실험 조건하에서는 Cu와 Fe 용출률이 가장 최적으로 나타나는 입도가 32 mesh이었기 때문에 다음 용출실험은 32 mesh 입도 시료로 수행하였다. 또한 0.
- 분석 전에 Si 표준시료(NIST Silicon 640c)를 magazine에 올려서 56.102° (2 theta) 구간을 manual scan (range = 0.5 deg, step size = 0.01, time = 1 sec)하여 2 theta 값이 항상 56.102° (오차범위 ± 0.02)에 위치하도록 영점 조정하였다.
- 카자흐스탄(Kazakhstan) B지역의 구리 제련소에서 구리슬래그 시료를 제공받았다. 이 슬래그에 대하여 박편과 연마편을 각각 제작하였다. 또한 이 슬래그를 다양한 크기로 파쇄하였고, 습식체분석하였다.
- 5)이 관찰된다(Pracejus, 2008). 이들 철감람석과 크롬철석에 대하여 EPMA 분석을 실시하였다(Table 1). 철감람석에 대한 EPMA 분석 결과를 FeO-SiO2-Al2O3 삼각도(Fig.
- 입도효과에 따른 Cu와 Fe 용출률을 알아보기 위하여 5가지 입도크기에 대하여 용출실험을 수행하였다. 용출실험은 100 ml 용출-용액(1.
- 또한 이 슬래그를 다양한 크기로 파쇄하였고, 습식체분석하였다. 체분석은 4 mesh, 8 mesh, 10 mesh, 20 mesh, 32 mesh로 수행하였다.
- 희석된 시료용액과 슬래그 용출-용액은 0.45 µm 이하로 여과하였고, 금속원소 함량은 원자흡광분광기(atomic absorption spectrophotometry, AAS, AA-7000, Shimadzu, Japan)로 측정하였다.
대상 데이터
- 카자흐스탄(Kazakhstan) B지역의 구리 제련소에서 구리슬래그 시료를 제공받았다. 이 슬래그에 대하여 박편과 연마편을 각각 제작하였다.
성능/효과
- 200 mesh로 미분쇄된 슬래그 시료에 대하여 XRD분석한 결과 철감석과 크롬철석이 나타났다(Fig. 9). SEM 및 EPMA 분석에서 확인되었던 반동석과 황동석은 XRD분석에서 나타나지 않았다.
- 슬래그에 포함된 Cu가 황산 용액에 의하여 효과적으로 용출되는 것을 확인하였다. 따라서 Cu 품위가 0.93%인 슬래그가 대규모로 적치되어 있는 제련소 적치장은 Cu를 경제적으로 용출시키는 방법을 고려한다면 더미 용출(heap leaching)이 가장 효과적일 것으로 사료된다. 왜냐하면 이미 슬래그가 적치되는 장소가 조성되었기 때문에 운영경비나 광석 운반 비용 등이 절약될 수 있기 때문이다(Qin et al.
- 슬래그의 입도 크기, 황산 농도 및 용출온도에 대하여 용출실험을 수행한 결과 Cu와 Fe는 입도 크기가 감소할수록, 황산 농도가 증가할수록 그리고 용출온도가 증가할수록 증가하였다. 본 실험 조건하에서는 Cu와 Fe가 최적으로 용출되는 조건은 32 mesh 입도, 2.0 M의 황산농도 그리고 60℃의 용출온도에서였다. 그러나 Cr은 이들 조건에서 전혀 용출되지 않았다.
- 이때 용출온도는 40℃, 50℃, 60℃, 70℃로 변화시켰다. 본 실험 조건하에서는 용출실험 결과, Cu 용출률은 온도가 40℃일 때 94%, 50℃일 때 96%, 60℃일 때 99.93% (Cu = 9,318.5mg), 70℃일 때 99.95% (Cu = 9,320.2 mg)이었다. Fe 용출률은 온도가 40℃일 때 89%, 50℃일 때 95%, 60℃일 때 99.
- , 2014a, 2014b). 본 연구에서 온도 변화에 따른 용출률을 보면, 슬래그에 포함된 Cu와 Fe는 60℃에서 모두 용출되는 것으로 판단된다.
- 슬래그 시료에 대하여 투과현미경을 관찰한 결과 자형의 철감람석(fayalite) 결정들과 타형의 크롬철석(chromite) 결정들이 나타났다(Fig. 1). 철감람석은 불규칙한 벽개가 발달되어 있고 강한 간섭색과 가장자리 구조(rim structure or zonal texture)가 잘 나타난다(Fig.
- 11). 슬래그에 포함된 Cu가 황산 용액에 의하여 효과적으로 용출되는 것을 확인하였다. 따라서 Cu 품위가 0.
- 66% 포함되어 있으며, 이는 Fe와 Cu의 금속자원이 될 것으로 생각된다. 슬래그의 입도 크기, 황산 농도 및 용출온도에 대하여 용출실험을 수행한 결과 Cu와 Fe는 입도 크기가 감소할수록, 황산 농도가 증가할수록 그리고 용출온도가 증가할수록 증가하였다. 본 실험 조건하에서는 Cu와 Fe가 최적으로 용출되는 조건은 32 mesh 입도, 2.
- 0 M으로 변화시켰다. 용출실험 결과, Cu 용출률은 황산농도가 0.5 M일 때 82%, 1.0 M일 때 84%; 2.0 M일 때 96.2% (Cu = 8,969 mg), 3.0 M일 때 96.1%이었다. Fe 용출률은 0.
- 5에 나타는 반동석 및 금속입자들에 대하여 EPMA 정량분석을 수행하였다(Table 2). 이들 EPMA 분석 결과를 Cu-S-Fe 삼각도에 함께 도시한 결과 반동석은 반동석 영역에 금속입자는 황동석 영역에 도시되었다(Fig. 8). 따라서 반동석과 황동석이 슬래그에 포함되어 있음을 확인하였다.
- 이들 철감람석과 크롬철석에 대하여 EPMA 분석을 실시하였다(Table 1). 철감람석에 대한 EPMA 분석 결과를 FeO-SiO2-Al2O3 삼각도(Fig. 6)와 CaO-SiO2-Al2O3 삼각도(Fig. 7)에 도시한 결과 모두 철감람석 영역에 도시되었다. 이 철감람석 영역은 Piatak et al.
- 크롬철석은 거정질의 뼈대구조를 보이며 내부에 황화광물과 금속입자들을 포함하고 있다. 황화광물에 대하여 EDS를 이용한 반정량 분석결과 S (56.09), Fe (13.23) 및 Cu (30.68 atomic %)가 검출되고 금속입자는 O (25.28), S (61.47),Fe (5.95) 및 Cu (7.30 atomic %)가 검출되었다. 금속입자에서 산소가 검출되는 이유는 제련과정에서 황화광물이 산화되어 산화물로 변환되었기 때문이다.
후속연구
- , 2010). 따라서 슬래그에 포함된 이 황화광물을 회수한다면 막대한 금속자원을 활용하는 것이 될 것이다.
- 그러나 Cr은 이들 조건에서 전혀 용출되지 않았다. 본 연구결과를 바탕으로, 용출 규모를 증가시킨다면 구리제련과정의 폐부산물인 슬래그를 구리의 잠재적 대체금속자원으로 활용할 수 있을 것으로 예상된다.
- , 2005). 슬래그에 포함되어 있는 금속자원을 얻기 위해서는 슬래그 시료의 입도 크기, 황산 농도 및 용출온도 등에 대한 영향을 파악해야 할 것이다.
- 그러므로 폐기되는 슬래그로부터 구리를 회수하는 것은 폐자원을 활용하는 것이다. 이를 위해서 슬래그에 대한 광물학적 및 화학적 특성과 유용금속 용출인자들의 특성을 파악해야 할 것이다.
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