금 추출 분야에서 시안화법은 한 세기가 넘게 중요한 위치를 차지해 왔습니다. 1887년 금광석과 은광석 추출을 위해 처음 사용된 이후, 이 방법은 끊임없이 발전하여 높은 회수율, 다양한 광석 유형에 대한 적응성, 그리고 국내 생산 가능성 덕분에 가장 널리 사용되는 기술 중 하나로 자리 잡았습니다.
1. 금 추출에서의 시안화 이해
시안화법은 시안화 이온이 금과 가용성 착물을 형성하는 성질을 이용하는 화학 공정입니다 . 산소와 물이 존재하는 환경에서 시안화 이온은 금 원자와 반응합니다. 이 반응으로 금이 시안화 이온과 결합된 가용성 화합물이 생성되어 금이 용액에 용해될 수 있게 됩니다. 이 공정은 금 추출에 매우 효과적이지만, 시안화물이 독성 물질이기 때문에 환경 및 안전상의 심각한 문제를 야기합니다.
2. 시안화법의 종류
시안화법은 대체로 교반 시안화법과 침투 시안화법의 두 가지 주요 범주로 분류할 수 있습니다.
교반 시안화법 : 이 방법은 주로 부유선별 금 정광이나 슬라임 시안화 공정에 사용됩니다. 광석 슬러리를 시안화 용액과 격렬하게 혼합하는 방식으로, 광석 내 금 함유 입자가 시안화 이온과 최대한 접촉하게 하여 금 추출을 용이하게 합니다.
침투 시안화법 : 저품위 금광석에 적합한 침투 시안화법은 시안화 용액이 광석층을 통해 천천히 스며들도록 하는 방식입니다. 이 방법은 교반 시안화법에 비해 에너지 소비가 적습니다. 그러나 이 방법은 시안화 용액이 쉽게 흐를 수 있도록 투수성이 좋은 광석에만 적용 가능합니다.
3. 교반 시안화 금 추출 공정
교반식 시안화 금 추출 공정은 크게 두 가지 하위 공정으로 구성됩니다. 하나는 시안화-아연 치환 공정이고, 다른 하나는 여과하지 않은 시안화 탄소 슬러리 공정입니다.
3.1 시안화 - 아연 대체 공정(CCD 및 CCF 방법)
침출 원료 준비 : 첫 번째 단계는 침출 공정에 필요한 광석을 준비하는 것입니다. 이 과정에는 일반적으로 광석을 잘게 부수고 미세하게 분쇄하는 작업이 포함됩니다. 경우에 따라 광석 내 금 입자의 접근성을 높이기 위해 전처리를 수행하기도 합니다. 이러한 전처리의 목적은 광석과 시안화물 용액 간의 상호 작용을 촉진하는 최적의 입자 크기를 가진 펄프를 만드는 것입니다.
교반 시안화 침출법 : 준비된 광석 슬러리는 교반 탱크로 옮겨지고, 여기에 시안화 용액이 첨가됩니다. 이 탱크에는 슬러리와 시안화 용액이 잘 혼합되도록 교반기가 설치되어 있습니다. 산소는 폭기 또는 산화제 첨가를 통해 탱크에 공급됩니다. 이 산소는 시안화 용액에서 금을 용해시키는 화학 반응을 촉진하는 데 도움을 줍니다.
고체-액체 분리를 위한 역류 세척 : 침출 공정 후 생성되는 슬러리는 고체 잔류물과 금이 용해된 액상(침전 용액)으로 구성됩니다. 이 두 성분을 분리하기 위해 역류 세척 장치에서 일련의 농축기 또는 필터가 사용됩니다. 연속 역류 침전(CCD) 또는 연속 역류 여과(CCF)와 같은 방법을 사용하여 고체 잔류물과 함께 손실되는 금의 양을 최소화하면서 금 함유 용액을 최대한 회수합니다.
침출액 정제 및 탈산 : 고액 분리 단계에서 얻은 침출액에는 불순물과 용존 산소가 포함될 수 있습니다. 정제 과정은 후속 금 회수 공정을 방해할 수 있는 부유 고형물 및 기타 오염 물질을 제거하기 위해 수행됩니다. 탈산 또한 매우 중요한데, 산소는 금-시안화물 화합물의 재산화를 유발하여 뒤이은 아연 치환 공정의 효율을 저하시킬 수 있기 때문입니다.
아연 분말(아연 실크) 치환 및 산세척 : 정제 및 탈산된 침출액에 아연 분말 또는 아연 실크를 첨가합니다. 아연은 금보다 반응성이 높기 때문에 침출 과정에서 생성된 화합물에서 금을 치환합니다. 이로 인해 금과 아연을 함유하는 고체 침전물이 생성되는데, 이를 일반적으로 금 진흙이라고 합니다. 치환 반응 후, 금 진흙은 일반적으로 산 용액으로 처리하여 과량의 아연 및 기타 불순물을 제거합니다.
금괴 제련 : 시안화-아연 치환 공정의 마지막 단계는 금괴를 생산하기 위해 금 슬러지를 제련하는 것입니다. 금 슬러지는 고온의 용광로에서 녹이고, 일련의 정련 과정을 통해 남아있는 불순물을 제거하여 고순도 금괴를 얻습니다.
3.2 무여과 시안화 탄소 슬러리 공정(CIP 및 CIL 방법)
침출 재료 준비 : 시안화-아연 치환 공정과 유사하게, 첫 번째 단계는 침출에 적합한 광석을 준비하는 것입니다. 이를 위해서는 파쇄 및 분쇄 작업을 통해 광석을 적절한 입자 크기로 줄여야 합니다.
교반 침출 및 역류식 활성탄 흡착 : 탄소-펄프(CIP) 방식에서는 먼저 일련의 교반 탱크에서 시안화물 침출 공정이 진행됩니다. 금이 용액에 완전히 용해되면 활성탄을 펄프에 첨가합니다. 활성탄은 금-시안화물 화합물에 대한 친화력이 강하여 용해된 금을 표면에 흡착합니다. 탄소-침출(CIL) 방식에서는 활성탄을 시안화물 용액과 동시에 침출 탱크에 첨가하므로 침출과 흡착 공정이 동시에 진행됩니다. CIP와 CIL 방식 모두에서 활성탄과 펄프의 역류 흐름을 유지하여 활성탄에 의한 금 흡착량을 극대화합니다.
금 흡착 활성탄 탈착 : 흡착 공정 후, 금이 흡착된 활성탄을 잔류물에서 분리해야 합니다. 그런 다음, 고온의 가성 시안화물 용액을 사용하여 활성탄에서 금을 제거합니다. 이 용액은 금-시안화물 화합물과 활성탄 사이의 결합을 끊어 금을 용액으로 다시 방출합니다.
전해채취 : 탈착 공정에서 얻은 금이 풍부한 용액을 전해채취합니다. 이 과정에서 용액에 전류를 흘려보내면 용액 속의 금 이온이 환원되어 음극에 석출되어 고체 금 침전물을 형성하며, 이는 추가 정제가 가능합니다.
금괴 제련 : 전해 채취로 얻은 금은 비교적 순도가 높지만 불순물이 포함될 수 있습니다. 제련은 금을 더욱 정제하고 원하는 순도의 금괴로 주조하기 위해 수행됩니다.
탄소 재생 : 금이 탈착된 후 사용된 탄소는 재생하여 재사용할 수 있습니다. 이는 탄소에 고온 처리를 하여 흡착된 불순물을 제거하고 금 흡착 능력을 복원하는 과정을 포함합니다.
4. CIP 및 CIL 프로세스 비교
공정 소요 시간 : 일반적으로 CIP 공정은 CIL 공정에 비해 전체 소요 시간이 더 깁니다. 이는 CIP 공정에서 침출과 흡착이 분리된 공정으로 진행되기 때문입니다. CIL 공정에서는 침출과 흡착이 동시에 진행되므로 전체 공정을 더 짧은 시간 내에 완료할 수 있습니다. 하지만 두 공정이 동시에 진행되므로 CIL 공정은 더 복잡한 제어가 필요합니다.
탄소 및 슬러리 관리 : CIL 공정에서는 순환되는 탄소의 양이 더 많고, 슬러리 내 탄소 농도는 CIP 공정보다 낮습니다. 따라서 CIL 공정에서 탄소 이송을 위해 필요한 슬러리의 양은 일반적으로 CIP 공정의 몇 배(약 4배)에 달합니다. 이는 장비 규모 산정 및 에너지 소비에 영향을 미칩니다.
금속 잔류물 및 용액 내 금 함량 : CIP 공정에서는 상당량의 금속이 시스템에 잔류하며(금속 잔류물), 이 금속은 활성탄과 용액에 비교적 고르게 분포됩니다. 반면 CIL 공정에서는 대부분의 금속이 활성탄에 흡착됩니다. 또한 CIL 공정에서 용액 내 금 농도는 CIP 공정보다 높습니다. 이는 CIL 공정에서 금이 침출되는 동시에 지속적으로 흡착되어 용액에 용해된 금이 보충되기 때문입니다. CIP는 용해된 금의 보충이 제한적인 단일 단계 흡착 공정입니다.
5. 환경 및 안전 고려사항
시안화, 특히 교반 시안화는 효율성에도 불구하고 심각한 환경 및 안전 위험을 초래합니다. 시안화물은 독성이 매우 강하며, 누출이나 부적절한 취급은 심각한 환경 오염을 초래하고 인체 건강에 위협이 될 수 있습니다. 이러한 위험을 해결하기 위해 금 채굴 작업은 엄격한 안전 규정을 준수합니다. 여기에는 시안화물의 적절한 보관 및 취급, 누출 방지를 위한 격리 시스템 설치, 그리고 시안화물이 함유된 폐수의 처리가 포함됩니다. 또한, 금 추출 시 시안화물을 대체할 수 있는 독성이 덜한 대체 침출제 개발을 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있습니다.
6. 결론
교반 시안화법은 현대 금광 산업에서 중요한 역할을 하며, 다양한 광석에서 고속으로 금을 추출할 수 있도록 합니다. 두 가지 주요 하위 공정인 시안화법(아연 치환법)과 무여과 시안화 탄소 슬러리는 각각 고유한 장점을 가지고 있으며, 광석의 특성, 운영 규모, 그리고 경제적 타당성 등의 요소를 고려하여 선택됩니다. 그러나 금광 산업은 금 추출의 지속가능한 미래를 보장하기 위해 시안화물 사용과 관련된 환경 및 안전 문제를 지속적으로 해결해야 합니다.
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