황화물 광석 표면의 시안화물을 제거하는 방법 및 공정

1. 소개

야금 분야, 특히 금 추출 및 황화물 광석 가공 분야에서는 시안화물 표면에 황화물 광석 상당한 어려움을 야기합니다. 시안화물은 금과 착물을 형성하여 금의 용해를 촉진하는 능력 때문에 금 추출을 위한 시안화 침출 공정에서 널리 사용됩니다. 그러나 침출 공정 후 남은 시안화물 광미 내 황화물 광석 표면의 시안화물은 환경 오염을 유발할 뿐만 아니라, 황화물 광물의 후속 선광을 저해하여 유가금속의 전반적인 회수율을 저하시킵니다. 따라서 황화물 광석 표면의 시안화물을 제거하는 효과적인 방법을 개발하는 것은 지속 가능한 광물 가공 및 환경 보호를 위해 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, 황화물 광석 잔여물과 표면에 흡착된 시안화물을 물과 혼합하여 균일한 광석 펄프를 만듭니다. 광석 펄프의 고형분 대 액상분 비율은 일반적으로 광석의 특성과 특정 공정 요건에 따라 조정되며, 보통 1:2~1:5 범위입니다.

2. 산 첨가: 황산이나 옥살산을 광석 펄프에 계속 저어주면서 천천히 첨가합니다. 산의 첨가량은 광석 펄프의 시안화물 함량에 따라 신중하게 조절해야 합니다. 일반적으로 광석 펄프의 pH는 2~4로 조절하며, 첨가 과정 동안 pH 측정기를 사용하여 실시간으로 pH를 모니터링해야 합니다.

3. 반응 및 가스 처리: 산을 첨가한 후 약 1~3시간 동안 반응을 진행시킵니다. 이 시간 동안 시안화수소 가스가 생성됩니다. 이 가스가 환경을 오염시키는 것을 방지하기 위해 가스 포집 및 처리 시스템이 설치됩니다. 생성된 시안화수소 가스는 수산화나트륨 용액과 같은 알칼리성 용액이 채워진 흡수탑으로 보내집니다. 여기서 시안화수소는 수산화나트륨과 반응하여 회수됩니다. 시안화 나트륨 품질이 요구 사항을 충족하는 경우 해당 용액을 시안화 공정으로 재활용할 수 있습니다.

3.1.3 장점과 단점

• 장점: 이 방법은 원리와 작동 방식 모두 비교적 간단합니다. 황화물 광석 표면의 시안화물 함유 화합물을 효과적으로 분해할 수 있으며, 시안화물을 재활용하여 채굴 과정에서 시안화물 사용에 드는 전체 비용을 절감할 수 있습니다.

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

3.2 산화제 활성화 방법

3.2.1 원칙

과산화수소, 과망간산칼륨, 오존과 같은 산화제는 황화물 광석 표면의 시안화물을 산화시키는 데 사용됩니다. 이러한 산화제는 시안화물 화합물의 화학 결합을 끊어 시안화물을 질소 가스나 탄산염과 같은 비교적 무독성 물질로 변환합니다.

3.2.2 프로세스 단계

1. 광석 펄프 준비: 산 활성화 방법과 유사하게, 황화물 광석 잔여물을 적절한 고체-액체 비율로 광석 펄프로 준비합니다.

2. 산화제 첨가: 선택한 산화제를 광석 펄프에 첨가합니다. 첨가하는 산화제의 양은 광석 펄프의 시안화물 함량과 산화제의 산화 전위에 따라 달라집니다. 예를 들어, 과산화수소를 사용하는 경우 일반적으로 광석 펄프 1톤당 5~0.5kg을 첨가하고, 과망간산칼륨은 보통 광석 펄프 2톤당 XNUMX~XNUMXkg을 첨가합니다. 균일한 혼합을 위해 계속 저어주면서 천천히 첨가해야 합니다.

3. 반응 및 모니터링: 산화제가 광석 펄프의 시안화물과 2~4시간 동안 반응하도록 합니다. 반응하는 동안 광석 펄프의 산화환원전위와 시안화물 함량을 모니터링합니다. 산화환원전위 값은 산화 반응의 진행 상황을 반영할 수 있습니다. 값이 안정되고 광석 펄프의 시안화물 함량이 요구 기준(일반적으로 0.5mg/L 미만)을 충족하면 반응이 완료된 것으로 간주합니다.

3.2.3 장점과 단점

• 장점: 이 방법은 산 활성화 방법처럼 독성 및 휘발성 가스를 생성하지 않아 작업 환경에 더 안전합니다. 시안화물을 효과적으로 산화 및 분해하여 황화물 광석 표면의 시안화물을 제거하는 목표를 달성할 수 있습니다. 또한, 반응 생성물은 비교적 환경 친화적입니다.

• 단점: 산화제, 특히 오존과 같은 강산화제의 경우 비용이 상대적으로 높아 황화물 광석의 처리 비용이 증가합니다. 또한, 산화 반응은 광석 펄프의 pH, 온도, 기타 불순물 등의 요인에 쉽게 영향을 받기 때문에 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: 황화물 광석 잔여물을 적절한 고체-액체 비율로 광석 펄프로 준비합니다.

2. 구리염 첨가: 광석 펄프에 적당량의 황산구리를 첨가합니다. 황산구리 첨가량은 광석 펄프 내 시안화물 함량에 따라 결정되며, 일반적으로 구리 이온과 시안화물 이온의 몰비는 1~2:1입니다. 황산구리는 일반적으로 수용액으로 첨가하며, 첨가 과정에서 광석 펄프 내 구리 이온이 고르게 분포되도록 계속 저어주어야 합니다.

3. 반응 및 고체-액체 분리: 구리염을 첨가한 후 1~2시간 동안 반응을 진행시킵니다. 그런 다음 여과 또는 침전과 같은 방법을 사용하여 광석 펄프에 대해 고액 분리를 수행합니다. 분리된 고형물에는 구리-시안화물 침전물과 황화물 광물이 포함되어 있으며, 분리된 액체는 배출 기준을 충족하도록 추가 처리하거나 다른 용도로 재활용할 수 있습니다.

3.3.3 장점과 단점

• 장점: 이 방법은 불용성 침전물을 형성하여 황화물 광석 표면에서 시안화물을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 작업 공정은 비교적 간단하며, 황산구리는 흔하고 저렴한 화학 시약으로, 특정 경제적 이점을 제공합니다.

• 단점: 구리염을 첨가하면 구리 불순물이 광석 펄프에 유입되어 황화물 광물의 후속 선광에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 납-아연 황화물 광석의 부유선광 시 과도한 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: 황화물 광석 잔여물을 광석 펄프로 준비합니다.

2. 복합 시약 첨가: 폴리설파이드와 메타중아황산나트륨으로 구성된 복합 시약을 광석 펄프에 첨가합니다. 폴리설파이드와 메타중아황산나트륨의 중량비는 일반적으로 1:1입니다. 복합 시약의 첨가량은 광석 펄프의 시안화물 함량과 황화물 광석의 특성에 따라 결정되며, 일반적으로 광석 펄프 0.5톤당 2~XNUMXkg입니다.

3. 반응 및 모니터링: 복합 시약을 첨가한 후 1~3시간 동안 반응을 진행시킵니다. 반응 중 광석 펄프의 시안화물 함량과 산화환원전위, pH 값 등 관련 화학 변수를 모니터링합니다. 모니터링 결과에 따라 반응 조건을 신속하게 조정하여 시안화물이 완전히 제거되도록 합니다.

3.4.3 장점과 단점

• 장점: 이 방법은 다양한 유형의 황화물 광석에 대한 우수한 적응성을 보여줍니다. 복합 시약은 시너지 효과를 발휘하여 황화물 광석 표면의 시안화물을 효과적으로 제거합니다. 단일 시약 방식과 비교했을 때, 이 방법은 더 나은 제거 효율을 제공하고 황화물 광물의 후속 선광에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.

• 단점: 복합 시약의 개발 및 생산은 비교적 복잡하며, 일부 기존 단일 시약 방식보다 비용이 더 많이 들 수 있습니다. 더욱이, 복합 시약의 특정 반응 메커니즘은 아직 완전히 이해되지 않아 실제 산업 응용 분야에 불확실성을 초래할 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 펄프의 pH 값은 반응 과정에 상당한 영향을 미칩니다. 산 활성화 방법은 시안화물 함유 화합물의 분해를 촉진하기 위해 낮은 pH를 필요로 하는 반면, 산화제 활성화 방법과 구리염 방법은 적절한 pH 범위를 유지해야 합니다. 예를 들어, 과산화수소를 산화제로 사용할 경우 광석 펄프의 최적 pH 값은 일반적으로 8~10이며, 황산구리를 사용할 경우 광석 펄프의 pH 값은 일반적으로 6~8로 조절됩니다.

• 온도: 반응 온도 또한 반응 속도와 효율에 영향을 미칩니다. 일반적으로 온도를 높이면 반응 속도가 빨라집니다. 그러나 과산화수소에 의한 시안화물 산화와 같은 일부 반응의 경우, 온도가 너무 높으면 산화제가 분해되어 산화 효율이 저하될 수 있습니다. 따라서 반응 온도는 특정 반응 시스템에 따라 최적화되어야 하며, 일반적으로 20~40°C 범위입니다.

• 교반 강도: 충분한 교반은 광석 펄프 내 시약의 균일한 분포를 보장하고 황화물 광석 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 연구와 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.