망간단괴 매트상 모의 침출용액으로부터 용매추출-전해채취 공정에 의한 구리의 회수 Recovery of Copper from Synthetic Leaching Solution of Manganese Nodule Matte by Solvent Extraction-electrowinning Process원문보기
망간단괴 매트상 침출액 조성으로 제조 된 모의 용액(Cu 10.5 g/L, Co 2.0 g/L, Ni 15.0 g/L, Fe 0.2 g/L)으로부터 용매추출-전해채취 연속공정을 통해 구리를 분리-회수하기 위하여 규모 확대용 용매추출장치인 6단 혼합-침강기(mixer-settler : 추출 4단, 탈거 2단)와 전해조를 이용하였다. 용매추출의 경우 추출제로는 40%(v/v)의 LIX 84I, 탈거용액은 전해폐액(Cu 35.0 g/L, $H_2SO_4$ 180 g/L)을 사용하였으며 추출단과 탈거단의 O/A 비는 각각 1/1과 1.5/1 이었다. 용매추출공정의 구리의 추출율과 탈거율은 각각 96.7%와 91.0%이었으며 탈거액(전해액)의 구리, 니켈, 코발트 그리고 철의 농도는 각각 50~51 g/L, 25 ppm, 5 ppm 그리고 3 ppm 이었다. 전해채취공정은 $1.50A/dm^2$의 전류밀도에서 98.9%의 전류효율을 나타내었으며, 99.833% 순도의 금속 구리를 얻었다.
망간단괴 매트상 침출액 조성으로 제조 된 모의 용액(Cu 10.5 g/L, Co 2.0 g/L, Ni 15.0 g/L, Fe 0.2 g/L)으로부터 용매추출-전해채취 연속공정을 통해 구리를 분리-회수하기 위하여 규모 확대용 용매추출장치인 6단 혼합-침강기(mixer-settler : 추출 4단, 탈거 2단)와 전해조를 이용하였다. 용매추출의 경우 추출제로는 40%(v/v)의 LIX 84I, 탈거용액은 전해폐액(Cu 35.0 g/L, $H_2SO_4$ 180 g/L)을 사용하였으며 추출단과 탈거단의 O/A 비는 각각 1/1과 1.5/1 이었다. 용매추출공정의 구리의 추출율과 탈거율은 각각 96.7%와 91.0%이었으며 탈거액(전해액)의 구리, 니켈, 코발트 그리고 철의 농도는 각각 50~51 g/L, 25 ppm, 5 ppm 그리고 3 ppm 이었다. 전해채취공정은 $1.50A/dm^2$의 전류밀도에서 98.9%의 전류효율을 나타내었으며, 99.833% 순도의 금속 구리를 얻었다.
A scale-up test with a continuous solvent extraction and electro-winning system was carried out to separate and recover copper from a synthetic sulfuric acid solution (Cu 10.5 g/L, Co 2.0 g/L, Ni 15.0 g/L, Fe 0.2 g/L). The solution was introduced into mixer-settlers with four stages of extraction an...
A scale-up test with a continuous solvent extraction and electro-winning system was carried out to separate and recover copper from a synthetic sulfuric acid solution (Cu 10.5 g/L, Co 2.0 g/L, Ni 15.0 g/L, Fe 0.2 g/L). The solution was introduced into mixer-settlers with four stages of extraction and two stages of stripping for continuous countercurrent solvent extraction to separate copper from nickel and cobalt. The loading was carried out using 40% LIX 84-I(v/v) as extractant with a phase ratio of A : O = 1 : 1. Meanwhile, the stripping was undertaken at a phase ratio of A : O = 1 : 1.5 using depleted electrolyte containing 35.0 g/L Cu and 180 g/L $H_2SO_4$ as stripping solution. The extraction and stripping efficiencies were found to be 96.7% and 91.0%, respectively. The copper composition of the stripped solution (pregnant electrolyte) was 50.0 g/L Cu with impurities of 25 ppm nickel, 5 ppm cobalt and 3 ppm iron. In the electro-winning process, copper metal of 99.833 purity was yielded with current efficiency of 98.9% and current density of $1.50A/dm^2$.
A scale-up test with a continuous solvent extraction and electro-winning system was carried out to separate and recover copper from a synthetic sulfuric acid solution (Cu 10.5 g/L, Co 2.0 g/L, Ni 15.0 g/L, Fe 0.2 g/L). The solution was introduced into mixer-settlers with four stages of extraction and two stages of stripping for continuous countercurrent solvent extraction to separate copper from nickel and cobalt. The loading was carried out using 40% LIX 84-I(v/v) as extractant with a phase ratio of A : O = 1 : 1. Meanwhile, the stripping was undertaken at a phase ratio of A : O = 1 : 1.5 using depleted electrolyte containing 35.0 g/L Cu and 180 g/L $H_2SO_4$ as stripping solution. The extraction and stripping efficiencies were found to be 96.7% and 91.0%, respectively. The copper composition of the stripped solution (pregnant electrolyte) was 50.0 g/L Cu with impurities of 25 ppm nickel, 5 ppm cobalt and 3 ppm iron. In the electro-winning process, copper metal of 99.833 purity was yielded with current efficiency of 98.9% and current density of $1.50A/dm^2$.
본 연구에서는 기존 연구결과를 토대로 망간단괴를 380kg/day을 처리할 수 있는 규모 확대용 실험 장치를 제작하여, 용매추출-전해채취의 연속공정을 통해 망간단괴 매트상의 황산 침출모의용액으로부터 구리를 선택적으로 분리, 회수를 위한 실험을 행하였다.
제안 방법
망간단괴 매트상 침출용액으로부터 향류(counter current) 용매추출과 전해채취 연속공정을 통해 구리를 회수하는 실험을 행하였다. 용매추출 공정의 경우 추출 단은 4단으로 진행 하였으며, 수상과 유기상의 비율은 1 : 1, 추출제는 EXXSOLD-80에 40%(v/v)로 희석한 LIX-84-I, 구리 공급용액은 구리 10.
대상 데이터
본 실험에 사용한 구리 공급용액은 EP (Extra pure)급 시약들을 사용하여 망간단괴 매트상 침출용액의 조성(Cu 10.5 g/L, Co 2.0 g/L, Ni 15 g/L, Fe 0.2 g/L)과 동일하게 합성하여 사용하였으며, 추출제인 LIX-84I(BASF Co.)는 EXXSOLD-80(Hosung Chemec. Co., LTD.)으로 희석하여 사용하였다.
성능/효과
1) 용매추출 공정 안정화상태에서 추출 1단, 2단, 3단 그리고 4단 각각의 구리 농도는 4.85 g/L, 1.88 g/L, 0.82 g/L, 그리고 0.33 g/L 이었으며, 추출효율은 53.90%, 82.09%, 92.14%, 그리고 최종 추출효율은 96.84% 부근에서 유지되었다. 한편 추출 1단 유기상내 구리, 니켈, 코발트 그리고 철의 농도는 각각 11.
2) 전해폐액으로부터 탈거 된 구리의 탈거 효율은 90.9%, 탈거 된 용액(전해액)의 구리 농도는 50 g/L, 불순원소인 니켈, 코발트 그리고 철의 농도는 각각 25 ppm, 5 ppm 그리고 3 ppm으로 구리의 전해채취에 영향을 미치지 않았다.
3) 전해채취 공정 안정화상태에서 1.50 A/dm2의 음극 전류밀도 값으로 98.9%의 전류효율 값을 나타내었으며, 이로 인해 전해액과 전해폐액의 구리 농도차이, 즉 구리의 전착량은 목표치 인 15 g/L 부근에서 유지되었고, 최종적으로 99.833%의 순도를 가지는 금속 구리를 얻었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
용융환원-침출법은 어떤 공정인가?
망간단괴의 제련방법 중에 환경 친화적이면서 망간의 회수 공정이 용이한 용융환원-침출법은 가장 유망한 공정으로 알려져 있으며4,5), 한국지질자원연구원에서는 이 방법을 통한 망간단괴 제련에 대해 연구 중에 있다. 이 용융환원-침출법은 망간단괴를 선택적으로 환원용융하여 구리-니켈-코발트-철계 합금상을 제조한 후 이들 금속의 침출을 용이하게 하기 위하여 황을 첨가하여 매트 상으로 만든 다음 황산을 사용하여 고온고압하에서 침출시킨다6,7). 이 침출액의 조성은 구리 10.
구리를 선택적으로 분리하는 일반적인 방법은 무엇인가?
2 g/L이며, 이 용액으로부터 구리, 코발트, 니켈은 용매추출-전해채취 공정을 통해 분리 회수 된다. 구리를 선택적으로 분리하는 일반적인 방법은 H2S, Na2S 또는 NaHS등을 이용하여 CuS로 선택적으로 침전시키는 것이다8). 그러나 이 방법은 회수된 CuS의 재용해, H2S 유해가스 사용 등의 문제점이 있다.
기존 구리를 분리하는 방법인 H2S,NaHS를 이용한 침전법은 어떤 문제를 가지고 있는가?
구리를 선택적으로 분리하는 일반적인 방법은 H2S, Na2S 또는 NaHS등을 이용하여 CuS로 선택적으로 침전시키는 것이다8). 그러나 이 방법은 회수된 CuS의 재용해, H2S 유해가스 사용 등의 문제점이 있다. 용매추출법은 이러한 문제점들을 해결하고 전해채취 공정과 조합하여 연속공정을 운용할 수 있다는 장점 때문에 널리 연구 되어졌으며, 구리의 퇴적침출(heap leaching) 제련공정에서 이미 상용화 되어있다9).
참고문헌 (13)
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