황화물 광석 표면의 시안화물을 제거하는 방법 및 공정

1. 소개

야금 분야, 특히 금 추출 및 황화광석 처리에서 황화광석 표면에 존재하는 시안화물 은 상당한 문제점을 야기합니다. 시안화물은 금과 착물을 형성하여 금의 용해를 촉진하는 특성 때문에 금 추출을 위한 시안화침출 공정에 널리 사용됩니다. 그러나 침출 공정 후 광미에 남아 있는 황화광석 표면의 시안 화물은 환경 오염을 유발할 뿐만 아니라 황화광석의 후속 선광을 저해하여 유가 금속의 전체 회수율을 감소시킵니다. 따라서 황화광석 표면의 시안화물을 효과적으로 제거하는 방법을 개발하는 것은 지속 가능한 광물 처리와 환경 보호에 매우 중요합니다.

2. 황화물 광석 표면의 시안화물과 관련된 기존 문제

2.1 환경 영향

시안화물은 독성이 매우 강한 물질입니다. 표면에 시안화물이 흡착된 황화물 광석이 환경으로 배출되면 시안화물은 서서히 용출되어 토양, 수원, 그리고 공기를 오염시킬 수 있습니다. 낮은 농도에서도 시안화물은 수생 생물, 식물, 그리고 인간의 건강에 매우 해로울 수 있습니다. 예를 들어, 시안화물이 함유된 광미를 부적절하게 처리한 일부 광산 지역에서는 인근 수역의 용존산소량이 크게 감소하여 물고기와 기타 수생 생물이 폐사하는 사례가 발생했습니다.

2.2 황화물 광물 채취 억제

황철석, 황동석, 섬아연석과 같은 황화물 광석 표면에 흡착된 시안화물은 광물 표면에 부동태 피막을 형성할 수 있습니다. 이 피막은 후속 부유선광이나 기타 선광 공정에서 황화물 광물의 반응성을 감소시킵니다. 예를 들어, 구리를 함유하는 황화물 광석의 부유선광에서 황동석 표면에 시안화물이 존재하면 채광체와의 상호작용이 약해져 구리 광물과 맥석 광물을 효과적으로 분리하는 것이 어려워지고, 결과적으로 구리 정광의 품위와 회수율이 저하됩니다.

3. 황화물 광석 표면의 시안화물 제거 방법

3.1 산 활성화 방법

3.1.1 원칙

산 활성화법은 주로 황산이나 옥살산과 같은 산을 사용하여 황화물 광석 표면에 있는 시안화물 함유 화합물과 반응시킵니다. 산을 첨가하면 시안화물 금속 착물이 분해되어 시안화수소 가스가 생성됩니다. 하지만 잘 설계된 공정을 사용하면 이 휘발성 시안화수소를 적절한 흡수 시스템을 통해 회수하여 재사용할 수 있습니다.

3.1.2 프로세스 단계

1. 광석 펄프 준비 : 먼저, 황화광석 찌꺼기와 표면에 흡착된 시안화물을 물과 혼합하여 균일한 광석 펄프를 만듭니다. 광석 펄프의 고체 대 액체 비율은 일반적으로 광석의 특성과 특정 공정 요구 사항에 따라 조정되며, 대개 1:2 ~ 1:5 범위입니다.

2. 산 첨가 : 황산 또는 옥살산을 광석 슬러리에 천천히 첨가하면서 지속적으로 교반합니다. 첨가하는 산의 양은 광석 슬러리의 시안화물 함량에 따라 신중하게 조절해야 합니다. 일반적으로 광석 슬러리의 pH는 2~4로 조절하며, 첨가 과정 동안 pH 측정기를 사용하여 pH를 실시간으로 모니터링해야 합니다.

3. 반응 및 가스 처리 : 산을 첨가한 후 약 1~3시간 동안 반응을 진행합니다. 이 과정에서 시안화수소 가스가 생성됩니다. 이 가스가 환경을 오염시키는 것을 방지하기 위해 가스 포집 및 처리 시스템을 설치합니다. 생성된 시안화수소 가스는 수산화나트륨 용액과 같은 알칼리 용액으로 채워진 흡수탑으로 보내집니다. 여기서 시안화수소는 수산화나트륨과 반응하며, 회수된 시안화나트륨 용액은 수질이 기준을 충족하면 시안화 공정에 재활용할 수 있습니다.

3.1.3 장점과 단점

• 장점 : 이 방법은 원리와 작동 방식 모두 비교적 간단합니다. 황화광석 표면의 시안화물 함유 화합물을 효과적으로 분해할 수 있으며, 시안화물을 재활용하여 채광 과정에서 시안화물 사용 비용을 전반적으로 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

• 단점 : 상당한 안전 위험이 수반됩니다. 시안화수소 가스는 독성이 매우 강하며, 반응 중 누출될 경우 작업자와 환경에 심각한 피해를 줄 수 있습니다. 또한, 이 방법에 사용되는 산은 부식성이 강하여 장비와 파이프라인을 손상시켜 유지보수 비용을 증가시키고 장비 수명을 단축시킬 수 있습니다.

3.2 산화제 활성화 방법

3.2.1 원칙

과산화수소, 과망간산칼륨, 오존과 같은 산화제는 황화광석 표면의 시안화물을 산화시키는 데 사용됩니다. 이러한 산화제는 시안화물 화합물의 화학 결합을 끊어 시안화물을 질소 가스 및 탄산염 과 같은 비교적 독성이 낮은 물질로 변환합니다.

3.2.2 프로세스 단계

1. 광석 펄프 준비 : 산 활성화 방법과 유사하게, 황화광석 찌꺼기를 적절한 고체-액체 비율로 광석 펄프 형태로 준비합니다.

2. 산화제 첨가 : 선택한 산화제를 광석 펄프에 첨가합니다. 첨가하는 산화제의 양은 광석 펄프의 시안화물 함량과 산화제의 산화 전위에 따라 달라집니다. 예를 들어, 과산화수소를 사용할 경우 일반적으로 광석 펄프 1톤당 1~5kg을 첨가하고, 과망간산칼륨은 보통 광석 펄프 1톤당 0.5~2kg을 첨가합니다. 균일한 혼합을 위해 첨가는 천천히 진행하면서 지속적으로 저어주어야 합니다.

3. 반응 및 모니터링 : 산화제를 광석 슬러리 내 시안화물과 2~4시간 동안 반응시킵니다. 반응 중에는 산화환원 전위와 광석 슬러리 내 시안화물 함량을 모니터링합니다. 산화환원 전위 값은 산화 반응의 진행 상황을 나타냅니다. 이 값이 안정화되고 광석 슬러리 내 시안화물 함량이 기준치(일반적으로 0.5mg/L 미만)를 충족하면 반응이 완료된 것으로 간주합니다.

3.2.3 장점과 단점

• 장점 : 이 방법은 산 활성화 방법처럼 독성 및 휘발성 가스를 발생시키지 않아 작업 환경이 더욱 안전합니다. 시안화물을 효과적으로 산화 및 분해하여 황화광석 표면에서 시안화물을 제거하는 데 효과적입니다. 또한, 반응 생성물이 비교적 환경 친화적입니다.

• 단점 : 산화제, 특히 오존과 같은 강력한 산화제의 비용이 상대적으로 높아 황화광석 처리 비용이 증가합니다. 또한 산화 반응은 광석 슬러리의 pH 값, 온도, 기타 불순물의 존재 여부와 같은 요인에 쉽게 영향을 받으므로 반응 조건을 엄격하게 제어해야 합니다.

3.3 구리 소금 방법

3.3.1 원칙

황산구리와 같은 구리염을 표면에 흡착된 시안화물과 함께 황화물 광석 펄프에 첨가합니다. 구리 이온은 시안화물과 반응하여 불용성 구리-시안화물 복합체를 형성합니다. 이 복합체는 고체-액체 분리법을 통해 광석 펄프에서 분리하여 시안화물을 제거합니다.

3.3.2 프로세스 단계

1. 광석 펄프 준비 : 황화광석 찌꺼기를 적절한 고체-액체 비율로 광석 펄프 형태로 준비합니다.

2. 황산구리 첨가 : 광석 슬러리에 적절한 양의 황산구리를 첨가한다. 첨가하는 황산구리의 양은 광석 슬러리 내 시안화물 함량에 따라 결정되며, 일반적으로 구리 이온과 시안화물 이온의 몰비는 1~2:1이다. 황산구리는 보통 수용액 형태로 첨가하며, 첨가 과정 동안 지속적으로 교반하여 광석 슬러리 내 구리 이온이 고르게 분포되도록 해야 한다.

3. 반응 및 고액 분리 : 구리염을 첨가한 후 1~2시간 동안 반응을 진행합니다. 그런 다음 여과 또는 침전과 같은 방법을 사용하여 광석 슬러리를 고액으로 분리합니다. 분리된 고체에는 시안화구리 침전물과 황화물 광물이 포함되어 있으며, 분리된 액체는 방류 기준을 충족하도록 추가 처리하거나 다른 용도로 재활용할 수 있습니다.

3.3.3 장점과 단점

• 장점 : 이 방법은 불용성 침전물을 형성하여 황화광석 표면에서 시안화물을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 조작 과정이 비교적 간단하고, 황산구리는 흔하고 저렴한 화학 시약이므로 경제적인 이점도 있습니다.

• 단점 : 구리염을 첨가하면 광석 슬러리에 구리 불순물이 유입될 수 있으며, 이는 황화광물의 후속 선광에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 납-아연 황화광석의 부유선광에서 과량의 구리 이온은 섬아연석을 활성화시켜 납과 아연 광물의 분리를 방해할 수 있습니다. 또한, 분리된 구리-시안화물 침전물은 2차 오염을 방지하기 위해 적절하게 처리해야 합니다.

3.4 새로운 복합 시약 방법

3.4.1 원칙

폴리설파이드와 메타중아황산나트륨의 조합처럼 새롭게 개발된 복합 시약이 사용됩니다. 폴리설파이드는 황화물 광석 표면의 시안화물 함유 화합물에 포함된 황 함유 성분과 반응하는 반면, 메타중아황산나트륨은 시스템의 산화환원전위를 조절하고 시안화물의 분해를 촉진하여 제거를 용이하게 합니다.

3.4.2 프로세스 단계

1. 광석 펄프 준비 : 황화광석 찌꺼기를 광석 펄프 형태로 준비합니다.

2. 복합 시약 첨가 : 폴리황화물과 메타중아황산나트륨으로 구성된 복합 시약을 광석 슬러리에 첨가합니다. 폴리황화물과 메타중아황산나트륨의 중량비는 일반적으로 1:1이며, 첨가되는 복합 시약의 양은 광석 슬러리의 시안화물 함량과 황화광석의 종류에 따라 결정되며, 일반적으로 광석 슬러리 1톤당 0.5~2kg입니다.

3. 반응 및 모니터링 : 복합 시약을 첨가한 후 1~3시간 동안 반응을 진행한다. 반응 중에는 광석 슬러리 내 시안화물 함량과 산화환원 전위, pH 값 등의 관련 화학적 매개변수를 모니터링한다. 모니터링 결과에 따라 반응 조건을 즉시 조정하여 시안화물이 완전히 제거되도록 한다.

3.4.3 장점과 단점

• 장점 : 이 방법은 다양한 종류의 황화광석에 적용성이 우수합니다. 복합 시약은 시너지 효과를 발휘하여 황화광석 표면에서 시안화물을 효과적으로 제거합니다. 단일 시약 방법과 비교했을 때, 제거 효율이 더 높고 황화광물의 후속 선광 공정에 미치는 영향이 적습니다.

• 단점 : 복합 시약의 개발 및 생산은 비교적 복잡하며, 비용이 기존의 단일 시약 방식보다 높을 수 있습니다. 또한, 복합 시약의 구체적인 반응 메커니즘이 아직 완전히 규명되지 않아 실제 산업 응용 분야에서 불확실성이 발생할 수 있습니다.

4. 프로세스 최적화 및 고려 사항

4.1 광석의 전처리

황화물 광석 표면의 시안화물을 제거하기 위해 위의 방법을 사용하기 전에, 적절한 광석 전처리가 종종 필요합니다. 예를 들어, 황화물 광석 잔여물에 미립 맥석 광물이 다량 포함되어 있는 경우, 처리하기 어려운 미립자 분획을 제거하기 위해 사전 선별 또는 분급 작업을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 시약과 표면에 흡착된 시안화물이 있는 황화물 광물 사이의 접촉 효율을 높이고 맥석 광물이 반응 과정에 미치는 간섭을 줄일 수 있습니다.

4.2 반응 조건 제어

• pH 값 : 광석 슬러리의 pH 값은 반응 과정에 상당한 영향을 미칩니다. 산 활성화법은 시안화물 함유 화합물의 분해를 촉진하기 위해 낮은 pH를 필요로 하는 반면, 산화제 활성화법과 구리염법은 적절한 pH 범위를 유지해야 합니다. 예를 들어, 과산화수소를 산화제로 사용할 경우 광석 슬러리의 최적 pH 값은 일반적으로 8~10이며, 황산구리를 사용할 경우에는 광석 슬러리의 pH 값을 일반적으로 6~8로 조절합니다.

• 온도 : 반응 온도는 반응 속도와 효율에 영향을 미칩니다. 일반적으로 온도를 높이면 반응 속도가 빨라집니다. 그러나 과산화수소를 이용한 시안화물 산화 반응과 같은 일부 반응에서는 온도가 지나치게 높으면 산화제가 분해되어 산화 효율이 저하될 수 있습니다. 따라서 반응 온도는 특정 반응 시스템에 따라 최적화해야 하며, 일반적으로 20~40°C 범위 내에서 적정합니다.

• 교반 강도 : 충분한 교반은 광석 슬러리 내 시약의 균일한 분포를 보장하고 황화광석 표면의 시안화물 함유 물질과 시약의 접촉 확률을 높이는 데 필수적입니다. 그러나 과도한 교반은 불필요한 에너지 소비와 장비의 기계적 마모를 초래할 수 있습니다. 적절한 교반 강도는 실험 연구 및 실제 생산 경험을 통해 결정해야 합니다.

4.3 고액 분리 및 폐수 처리

황화물 광석 표면의 시안화물을 제거하기 위한 반응 후에는, 처리된 황화물 광물을 반응 용액에서 분리하기 위해 효율적인 고액 분리가 필요합니다. 일반적으로 사용되는 고액 분리 방법으로는 여과, 침전, 원심분리 등이 있습니다. 분리된 폐수에는 일반적으로 잔류 시안화물과 기타 불순물이 포함되어 있으며, 이는 배출 기준을 충족하기 위해 추가 처리가 필요합니다. 폐수 처리 공정에는 추가 산화, 흡착, 생물학적 처리 등의 방법이 포함될 수 있습니다.

5. 사례 연구

5.1 금광에서의 산 활성화 방법 적용

특정 금광에서 시안화 침출 공정 후 황화물 광석 미립자는 일정량의 표면에 흡착된 시안화물을 가지고 있었습니다. 광산은 처리를 위해 산 활성화 방법을 사용했습니다. 먼저 미립자를 고액 비율이 1:3인 광석 펄프로 만들었습니다. 그런 다음 황산을 첨가하여 광석 펄프의 pH 값을 3으로 조정했습니다. 2시간 동안 반응시킨 후 생성된 시안화수소 가스를 포집하여 수산화나트륨 용액에 흡수했습니다. 처리 후 광석 펄프의 시안화물 함량은 5mg/L에서 0.5mg/L 미만으로 떨어졌고 이후 황화물 광물의 부유 회수율은 약 10% 증가했습니다. 그러나 작업 중 시안화수소 가스 누출로 작업 현장의 안전 위험이 발생했으며 장비 파이프라인은 비교적 심하게 부식되었습니다.

5.2 다금속 황화물 광석 광산에서의 산화제 활성화 방법

다금속 황화물 광석 광산에서 과산화수소를 산화제로 사용하여 황화물 광석 표면의 시안화물을 제거했습니다. 먼저 광석 펄프의 pH 값을 9로 조정한 후, 과산화수소를 광석 펄프 3톤당 3kg의 농도로 첨가했습니다. 5시간 동안 반응시킨 후, 광석 펄프의 시안화물 함량이 매우 낮은 수준으로 감소했습니다. 이후 구리, 납, 아연 황화물 광물의 선광은 잔류 시안화물의 영향을 받지 않았으며, 전체 금속 회수율은 향상되었습니다. 그러나 과산화수소의 높은 비용으로 인해 광석 처리 비용이 톤당 약 XNUMX달러 증가했습니다.

6. 결론

황화물 광석 표면의 시안화물을 제거하는 것은 광물 가공 분야에서 매우 중요한 과제입니다. 산 활성화법, 산화제 활성화법, 구리염법, 그리고 새로운 복합 시약법은 각각 장단점을 가지고 있습니다. 실제 산업 적용에서는 황화물 광석의 특성, 환경 보호 요건, 그리고 경제적 비용 등의 요소를 종합적으로 고려하여 가장 적합한 방법을 선택해야 합니다. 또한, 공정 조건 최적화, 광석 전처리, 그리고 고액 분리 및 폐수 처리의 적절한 관리를 통해 황화물 광석 표면의 시안화물 제거 효율을 더욱 향상시켜 자원 회수 및 환경 보호라는 목표를 달성할 수 있습니다.