[논문]황산화 배소법에 의한 구리성분의 선택적 침출연구

김우진; 김준수; 김명준; 이진영; 신선명

doi:10.7844/kirr.2016.25.5.57

황산화 배소법에 의한 구리성분의 선택적 침출연구
A Study on the Selective Leaching of the Copper Component by Sulfation Process 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.25 no.5, 2016년, pp.57 - 63

김우진 (전남대학교 에너지자원공학과) , 김준수 (전남대학교 에너지자원공학과) , 김명준 (전남대학교 에너지자원공학과) , (전남대학교 에너지자원공학과) , 이진영 (한국지질자원연구원) , 신선명 (한국지질자원연구원)

초록
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본 연구는 호주산 저품위 동광의 선광실험결과로 얻은 고품위 광물의 황산화 배소 및 선택적 침출반응 조건 확립을 통해 유가 광물 중에 함유된 성분을 선별적으로 용해해냄으로써 철 성분을 비롯한 불순물을 줄이거나, 동 및 니켈 성분을 용해 혹은 잔사에 잔류시킴으로써 유가금속회수를 효과적으로 회수하고자 하는데 목적이 있다. 본 연구실험결과 얻은 최적조건은 황산화 배소시 $450^{\circ}C$, $Na_2SO_4$ 2 mole ratio 및 1.5 h이었고, 배소산물의 침출온도는 상온 및 침출제는 $H_2O$ 혹은 1M $H_2SO_4$이었다. 최적조건 하에서 Cu 성분은 90 wt.% 침출율을 Fe성분은 20 wt.%내외, Ni성분은 15 wt.% 정도를 나타내는 것으로 보아 선택적 분해침출이 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study were carried out sulfation roasting and selective leaching test for the effective recovery of copper component in concentrate obtained by froth floatation of Autrallian low grade copper ore. The optimum conditions of sulfation roasting were temp. $450^{\circ}C$, $Na_2SO_4$ 2 mole ratio and time 1.5 h, and then selective leaching were room temperature and $H_2O$ or 1M $H_2SO_4$ solutions. Leaching efficiency of optimum sulfation product were 90 wt.% of copper, 20 wt.% of iron and 15wt.% of nickel elements. In this results, it was possible to selective decomposition leaching of the copper component under optimum conditions in this research.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이상과 같은 관점에서, 본 연구에서는 호주산 저품위 동광의 선별실험결과 얻은 품위가 향상된 광물을 황산화 배소 및 선택적 산 침출공정을 통하여 유가금속들을 회수하는 공정을 개발하고자 하였다. 이 때 황산화 배소반응의 열역학적 거동, 황산화 배소반응 및 배소산물의 약 황산침출 조건이 금속 원소들의 선택적 침출결과에 미치는 영향을 조사함으로써 유가금속 회수의 최적 조건을 확립하고자 하였다.
이상과 같은 관점에서, 본 연구에서는 호주산 저품위 동광의 선별실험결과 얻은 품위가 향상된 광물을 황산화 배소 및 선택적 산 침출공정을 통하여 유가금속들을 회수하는 공정을 개발하고자 하였다. 이 때 황산화 배소반응의 열역학적 거동, 황산화 배소반응 및 배소산물의 약 황산침출 조건이 금속 원소들의 선택적 침출결과에 미치는 영향을 조사함으로써 유가금속 회수의 최적 조건을 확립하고자 하였다.

제안 방법

또한 최적조건(450℃, Na₂SO₄ 2당량, 1.5시간)하에서 얻은 배소산물의 약산침출은 일정량의 시료를 응축기가 부착된 반응기에 넣고, 일정농도의 황산을 가한 후, 침출시간과 온도를 변화시키면서 실험을 수행하였다. 이때 황산화 배소반응 및 약 황산침출의 결과는 침출모액 중의 성분들을 Induced Coupled Plasma (ICP) Analyzer 로 분석함으로써 얻었다.
본 실험의 황산화 배소반응은 일정량의 선별정광과 Na₂SO₄을 혼합하여 알루미나 도가니에 장착한 후, Muffle furnace에서 일정한 온도 및 시간의 조건으로 반응시켜 약산침출 혹은 수침출용 배소산물을 얻었다.
본 연구의 황산화 배소반응 실험에서는 전술한 선별 시료 10g에 일정 당량의 Na₂SO₄를 가하여 잘 혼합한 후 400℃에서 2시간 동안 반응시킨 다음, 얻어진 배소광 시료를 일정조건에서 약황산 침출[1M H₂SO₄, 상온(25℃), 10% 광액농도]한 결과를 Fig. 2에 나타내었다.
본 연구의 황산화 배소산물의 침출실험에서는 전술한 최적의 황산화 배소반응(450℃, 2 mole ratio, 1.5h) 조건에서 반응시켜 얻은 산물을 약황산 침출시, 상온(25℃) 및 광액농도를 10%로 하고 다만 황산용액농도만 변화시켜 얻은 결과를 Fig. 5에 나타내었다. Fig.
이 때 Na₂SO₄ 첨가량의 당량 비 변화가 동, 철 및 니켈성분의 침출에 미치는 영향을 조사하였다. Fig.
5시간)하에서 얻은 배소산물의 약산침출은 일정량의 시료를 응축기가 부착된 반응기에 넣고, 일정농도의 황산을 가한 후, 침출시간과 온도를 변화시키면서 실험을 수행하였다. 이때 황산화 배소반응 및 약 황산침출의 결과는 침출모액 중의 성분들을 Induced Coupled Plasma (ICP) Analyzer 로 분석함으로써 얻었다.

대상 데이터

본 연구의 황산화 배소실험에서는 호주산 저품위 동광 (Radio Hill, Karratha, Australia)의 개략적인 선별처리 과정을 거쳐서 얻은 품위가 향상된 시료광물을 사용하였는데, 시료의 조성은 Table 1과 같다.

성능/효과

1) 황산화 배소반응의 열역학 자료에 의하면, 정광시료의 Na₂SO₄에 의한 황산화 배소반응은 반응온도400℃ 이상에서 원활하게 이루어질 것으로 판단된다.
2) 황산화 배소에 의한 약 황산침출결과에 의하면, 시료 중에 함유된 주요성분인 Cu, Fe 및 Ni성분의 선택적 분해 침출결과는 기대한 것만큼 충분하지 않았다. 그러나 주어진 최적조건 450℃, 2 mole ratio 및 1.
3) 황산화 배소 산물의 침출반응결과에 의하면, 침출시 상온, 수용액 혹은 1M H₂SO₄ 이하의 약산침출 및 낮은 광액농도가 바람직 할 것으로 사료되나, 최적조건은 선택적 침출에 적합한 처리공정을 고려하여야 한다.
첨가량의 당량 비 변화가 동, 철 및 니켈성분의 침출에 미치는 영향을 조사하였다. Fig. 2의 결과에서 보는바와 같이 Na₂SO₄ 첨가량이 증가함에 따라 주요한 Cu, Fe 및 Ni 성분들의 분해 침출율이 증대되는 현상을 보였으나, 2 mole ratio 이상에서는 오히려 감소하거나 큰 변화는 없었다. 이상과 같은 결과로 미루어 볼 때, 황산화 배소 실험에서 적절한 Na₂SO₄ 첨가량은 2 mole ratio인 것으로 생각된다.
Table 1에서 보는바와 같이 원료광의 조성과 마찬가지로 주성분은 Fe, Cu, Ca 및 Mg성분이었고, Cu 및 Ni 등 유가물질은 원료광의 조성에 비해 5배정도 향상된 값을 보였다. 그리고 황산화 배소반응실험에 사용하고자 선별 처리된 광물의 XRD 분석결과는 Fig.
본 연구실험에서 실제 일어날 수 있는 전체 황산화 배소반응의 가능여부를 (1), (2) 및 (3)식과 열역학 자료4,5)를 이용하여 Gibbs Free Energy 값의 변화를 계산하면, Chalcopyrite의 673oK에서 황산화 배소반응의 Total Value Change of Gibbs Free Energy 값은 –18.24 kcal/mole 이었다.
2의 결과에서 보는바와 같이 Na₂SO₄ 첨가량이 증가함에 따라 주요한 Cu, Fe 및 Ni 성분들의 분해 침출율이 증대되는 현상을 보였으나, 2 mole ratio 이상에서는 오히려 감소하거나 큰 변화는 없었다. 이상과 같은 결과로 미루어 볼 때, 황산화 배소 실험에서 적절한 Na₂SO₄ 첨가량은 2 mole ratio인 것으로 생각된다.
이상과 같은 황산화 배소 산물의 분해침출반응 결과를 미루어 볼 때, 침출시 상온, 약 황산 혹은 수용액 및 낮은 광액농도가 바람직하나 최적조건은 선택적 침출에 적합한 처리공정을 고려하여 선택하여야 한다.

후속연구

4에서 보는바와 같이 일반적으로 황산화 반응온도가 증가함에 따라 분해 침출율이 증대되었으나, 동성분의 경우 450℃ 이상에서 일정하였고 철성분의 경우에는 오히려 감소하였으며^7,8) 니켈성분의 경우에는 크게 증대되 었다. 이와 같은 현상은 각 성분 황산화물의 약산에 의한 용해도 차이와 생성된 금속 황산화물의 분해에 의한 산화물의 생성에 기인되는 것으로 판단되나, 정확한 원인규명을 위해서는 좀 더 많은 연구가 수행되어야 한다.
저품위 동광의 개략적인 선별산물의 황산화 배소 및 선택적 침출공정을 이용하면, 정밀한 선별에 의해 고품위 정광을 제조한 후 건식 제련하는 공정을 이용하는 것보다 생산원가 측면에서 저렴할 것으로 판단되므로 이에 대한 기초연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저품위 동광 황산화 배소 산물의 선택적 침출방법의 개발 목적은?	저품위 동광 황산화 배소 산물의 선택적 침출방법의 개발은 광물 중에 함유된 동, 니켈 및 철 성분을 선별적으로 침출해 냄으로써 철 성분을 포함한 불순물원소를 줄이거나, 철 및 니켈 성분을 소량용해 혹은 잔사에 잔류시킴으로써 유가금속을 효과적으로 회수하기 위함이다.
	저품위 동광의 처리에 대한 관심이 높아지고 있는 이유는?	급격한 산업발달로 매년 구리금속의 수요가 증대됨에 따라 안정적인 동 금속의 수급이 요구되고 있으나, 전 세계적으로 고품위 동광의 소진으로인한 고갈로 저품위 동광의 처리에 대한 관심이 높아지고 있다.1)
	현재까지 구리금속 생산량의 대부분을 차지하는 처리기술은 무엇인가?	현재까지는 Noranda2) 혹은 Mitsubishi process등을 이용해 선별된 고품위 동광의 건식처리에 의한 생산량이 많으나, 향후에는 저품위 동광의 습식제련에 의한 동 금속의 생산도 점차 증가할 것으로 생각된다.3)

참고문헌 (8)

Erik Norland, 2016 : Copper Supply and Demand Dynamics, CME Group
Tarssoff P., 1984 : Process R&D - The Noranda Process, The 1984 Extractive Metallurgy Lecture, The Metallurgical society of AIME, Metallurgical Transaction B, Vol 15B, Sep. pp 411-432.

상세보기
Bainbridge D. W., 1973 : Sulfation of a nickeliferous laterite metallurgical Transactions, Vol. 4 July 1973, pp 1655-1658.

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Kubaschewski O., Alcock C. B. 1979 : Metallurgical Thermochemistry, 5th edition, Pergamon Press, New York.
Nakazawa S., Yazawa A., Jorgensen Frank R. A. 1999 : Engineering simulation of sulfation roasting reactions, Materials Transaction, JIM 40(10), pp 1166-1173.

상세보기
Yan Wang, Chunshan Zhou, 2002 : Hydrometallurgical process for recovery of cobalt from zinc plant residue, Hydrometallurgy 63, pp 225-234.

상세보기
Habashi, F., 1969: Principles of Extractive metallurgy Vol. 2, Gordon and Breach, New York.
Hyoung-Choon Eon, Ho-Sung Yoon, Kyoung Keun Yoo and Jeang Soo Sohn, 2007 : Behavior of High Temperature Oxygen Pressure Leaching of Chalcopyrite in sulfuric Acid Solution, J. of Korean Inst. of Resource Recycling, 16(3), pp 44-49.

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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