분산형 금광석에 대한 전체 슬라임 시안화 공정

1. 소개

금광 산업의 지속적인 발전에 따라 가공이 용이한 금광석 자원은 점차 감소하고 있습니다. 따라서 비소-안티몬 광맥-산포형 금광석과 같은 내화성 금광석의 선광 및 제련 공정을 연구하는 것은 매우 중요합니다. 이러한 금광석은 복잡한 특성을 가지고 있습니다.

x 광물학에서는 황비철석과 휘석이 맥석 광물과 밀접하게 관련되어 산재되어 있어 금 추출이 어렵습니다. 슬라임 시안화 공정은 금 추출에 흔히 사용되는 방법이지만, 이러한 유형의 광석에서는 낮은 금 용출률과 높은 시약 소비량과 같은 문제에 직면하는 경우가 많습니다. 이 공정을 최적화하면 금광의 자원 활용률과 경제적 이익을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

2. 비소-안티몬 광맥-산포형 금광석의 특성

2.1 광물학적 구성

비소-안티몬 광맥-산포형 금광석에서 황비철석과 휘석은 금 추출에 영향을 미치는 주요 광물입니다. 광석 내 천연 금 입자는 입자 크기가 매우 불균일합니다. 이들은 주로 황철석과 황비철석의 균열과 입계 공간에 분포하거나 그 안에 싸여 있습니다. 때때로 금은 휘석과 공존하며, 일부는 갈철석이나 석영과 같은 맥석 광물에 매립되어 있습니다. 광석 내 황철석의 일부는 맥석 광물 내에 미세립으로 산포되어 존재하며 황비철석 및 백악석과 긴밀한 공생 관계를 보입니다. 황비철석은 일반적으로 비교적 미세한 입자 크기를 가지며 황철석과 밀접하게 결합되어 있습니다. 광석 구조는 주로 맥석-산포형이며, 대부분의 휘석과 황비철석은 맥석 광물과 산포 방식으로 상호 결합되어 있습니다.

2.2 유해 성분

광석에 비소(As)와 안티몬(Sb)이 함유되어 있으면 금의 시안화침출에 매우 불리합니다. 이들 원소는 시안화 과정에서 시안화물 및 산소와 반응하여 많은 양의 시약을 소모하고 금의 침출률을 저하시킵니다. 예를 들어, 비소는 시안화 용액에서 다양한 비소 함유 화합물을 형성할 수 있는데, 이는 시안화물을 소모할 뿐만 아니라 금 입자 표면에 보호막을 형성하여 금과 시안화 이온의 접촉을 방해할 수 있습니다.

3. All-Slime 시안화 공정의 기존 문제점

3.1 낮은 금 용출 속도

비소-안티몬 광맥-산포형 금광석의 직접 전체 슬라임 시안화 반응은 종종 금 용출률을 낮추는 결과를 초래합니다. 복잡한 광물학적 구성과 유해 원소의 존재로 인해 금은 시안화물로 완전히 용해되기 어렵습니다. 일부 광석의 경우 직접 전체 슬라임 시안화 반응 회수율은 약 47.62%에 불과합니다.

3.2 높은 시약 소비량

시안화 공정에는 침출제로 다량의 시안화물이 필요합니다. 그러나 비소, 안티몬 및 기타 유해 원소가 존재할 경우 시안화물의 소비량이 크게 증가합니다. 또한, 광석 내 일부 황화물 광물이 시안화물과 반응하여 시약 소비량이 더욱 증가할 수 있습니다. 예를 들어, 황화물 광물과 시안화물의 반응은 다양한 시아노 착물을 형성하여 슬러리 내 유리 시안화물 농도를 감소시키고 금 침출을 지연시킬 수 있습니다.

4. 모든 슬라임 시안화 공정을 위한 최적화 전략

4.1 전처리 방법

4.1.1 알칼리 침출 전처리

알칼리성 침출제로 NaOH를 사용하면 일부 유해 원소를 효과적으로 제거할 수 있습니다. 직교 요인 실험을 통해 일부 광석의 경우, 광물 분쇄도가 -200메시(85%), 알칼리성 침출 농도가 60kg/t, 알칼리성 침출 시간이 32시간, 알칼리성 침출 온도가 26°C일 때, 후속 시안화 효과가 향상되는 것으로 확인되었습니다. 알칼리성 침출은 일부 비소 및 안티몬 함유 광물을 어느 정도 용해시켜 시안화 공정에 미치는 부정적인 영향을 줄일 수 있습니다.

4.1.2 산 전처리

질산(HNO₃)이나 염산(HCl)과 같은 산 전처리도 효과적일 수 있습니다. 산 전처리는 시안화물 소모량을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 산 전처리 후 시안화물 소모량은 각각 340mg/L에서 210mg/L로 감소하며, 이에 따라 금 회수율은 98.87%와 95.11%까지 증가할 수 있습니다. 산 전처리는 광석에 함유된 일부 탄산염 광물과 황화물 광물을 용해시켜 시안화 공정에서 이러한 광물들의 간섭을 줄일 수 있습니다.

4.1.3 로스팅 전처리

시안화 처리 전에 광석을 600~1000°C에서 0.5~2시간 동안 소성하는 것도 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 소성된 시료에 대한 시안화 처리 결과, 시안화물 소모량이 1150mg/L만큼 크게 감소하고 금 회수율은 5.2% 증가했습니다. 또한, 소성된 시료(1000°C에서 2시간 소성)에서는 비소, 안티몬, 카드뮴, 수은 함량이 현저히 감소했습니다. 소성 과정을 통해 황화광물이 금속 산화물로 변환되어 금이 시안화물 침출에 더 쉽게 접근할 수 있게 됩니다.

4.2 시안화 조건 최적화

4.2.1 시안화물 농도

다양한 특성을 가진 광석의 경우, 적절한 시안화물 농도를 결정해야 합니다. 비소와 안티몬 함량이 높은 10.5ppm의 금을 함유한 첫 번째 유형의 광석 시료의 경우, 최적 시안화물 농도는 4000mg/L입니다. 반면, 금 함량은 낮지만(2.5ppm) 은 함량은 높은(160ppm) 두 번째 유형의 광석 시료의 경우, 최적 시안화물 농도는 2500mg/L입니다. 광석의 특성에 따라 시안화물 농도를 조절하면 시약 낭비를 줄이는 동시에 효율적인 금 침출을 보장할 수 있습니다.

4.2.2 pH 값

시안화 용액의 pH 값 또한 침출 효과에 상당한 영향을 미칩니다. 첫 번째 시료의 최적 pH는 11.1이고, 두 번째 시료의 최적 pH는 10.5입니다. 적절한 pH 값을 유지하면 시안화물 용액의 안정성을 보장하고 금과 시안화물 이온 간의 반응을 촉진할 수 있습니다.

4.2.3 시안화 시간

시안화 시간 또한 최적화되어야 합니다. 위에서 언급한 두 가지 유형의 시료 모두에 대해 적절한 시안화 시간은 24시간입니다. 시안화 시간을 연장한다고 해서 금 회수율이 크게 증가하는 것은 아니며, 오히려 생산 비용이 증가할 수 있습니다. 따라서 적절한 시안화 시간을 결정하는 것은 생산 효율 향상에 매우 중요합니다.

4.2.4 산화제 사용

H₂O₂(0.015 M), 공기(0.15 L/분), 또는 H₂O₂와 공기의 혼합물과 같은 산화제를 사용하면 금 추출 속도를 향상시킬 수 있습니다. 그중에서도 공기 주입은 침출 속도에 가장 큰 효과를 발휘합니다. 산화제는 광석 내 일부 환원 물질을 산화 상태로 전환시켜 금의 용해를 촉진할 수 있습니다.

5. 사례 연구

간쑤성의 한 금광에서 비소-안티몬 광맥 산재형 금광석의 전 슬라임 시안화 공정을 최적화했습니다. NaOH를 이용한 알칼리 침출 전처리를 통해 분쇄 정도, 알칼리 침출 농도, 시간 및 온도를 최적화하고, 적절한 NaCN 농도와 시안화 시간을 적용하여 시안화 공정을 진행한 결과, 시안화 침출률이 기존 47.62%에서 85.04%로 향상되었습니다. 또 다른 사례에서는 복잡한 광석 조성을 가진 금광에서 산 전처리 및 배소 전처리 후 시안화 조건을 조정함으로써 금 회수율을 크게 향상시키고 시안화물 소비량을 효과적으로 절감했습니다.

6. 결론

비소-안티몬 광맥-산포형 금광석에 대한 전슬라임 시안화 공정을 최적화하는 것은 금 추출 효율을 높이고 생산 비용을 절감하는 효과적인 방법입니다. 알칼리 침출, 산 전처리, 배소 전처리와 같은 적절한 전처리 방법을 선택하고 시안화물 농도, pH, 시안화 시간, 산화제 사용 등 시안화 조건을 최적화함으로써 금 침출 속도와 시약 사용량을 크게 향상시킬 수 있습니다. 각 금광은 최상의 경제적, 환경적 이점을 얻기 위해 자체 광석 특성에 맞는 최적화 전략을 선택해야 합니다.