금의 선광및 제련 방법
ㅇ 금광의 처리방법으로는 청화법과 아말감법, 비중선별법, 부선법이 있으며 광석에 따라 이런 방법을 단독으로 또는 병행하여
사용한다. 이는 금과 공존하는 광물의 종류와 입자의 크기, 표면 상태 등이 모두 처리법의 선택에 영향을 준다는 의미이다.
따라서 금광 처리시설을 설계하는 경우에는 먼저 광석의 성질을 검토해서 청화법, 비중선별법, 아말감법의 병용을 고려한,
가장 유리한 방법을 선택해야 한다. 일반적으로 청화법보다는 부선법이 실수율이 높아 유리하다. 광석 중의 금은 그것이
자연금이든 텔루르화금의 형태든 또는 황동석과 방연석, 섬아연석, 황철석 등의 비철금속황화물 중에 함유된 형태든 모두
부선법으로 회수할 수 있다. 그러나 금의 대부분이 금속의 형태로 존재하고 청화액을 소비해야 하는 비금속류의 함유량이
적은 광석의 경우에는 청화법으로 처리하는 것이 일반적이다. 청화법이 실수율이 높고 조업이 확실하기 때문이다.
ㅇ 금은의 품위가 아주 낮을 경우에는 먼저 부선 처리를 한 후 청화법을 적용하는 것이 유리하다.
ㅇ 금 제련의 주종을 이루는 공정은 알칼리 청화법으로, 1787년 Scheele이, 1843년에는 Bagration이 금이 알칼리 청화용액에 용해될 수 있다고 주장했으나 1887년 MacAthur 및 Forrest가 처음 광석으로부터 금을 침출한 후 세계적으로 이 방법이 채택되어 왔다. Elsner, Bodland 등의 이론이 있으며 대표적인 Elsner식은 다음과 같다.
4Au + 8NaCN + O₂+ 2H2O → 4NaAu(CN)₂ + 4NaOH
이 식에서 산소 주입은 필수적이다. 이때 수산화나트륨이나 석회를 첨가하여 광석의 산도를 낮추어 NaCN의 가수분해를 막아야 한다. 침출 후에 농축, 여과 공정을 거쳐 불순물을 제거한 후 수용액 중에 용해된 금은 아연, 알루미늄, Na2S 등을 사용하여 침전시킨다. 그 대표적인 Merril-Crowe 침전법에 대한 방정식은 다음과 같다.
2NaAu(CN)₂+ 4NaCN + 2Zn + 2H2O
→ 2Na2Zn(CN)₄+ 2Au + H₂+ 2NaOH
이 식에서 금을 침전시키기 위해 용해된 산소를 필히 제거해야 한다. 금이 동, 연광 중에 혼입되는 경우에는 동 및 연 제련소의 정련 공정에서 아말감의 형태로 금의 품위를 높여준다. 금의 정제는 전해법 또는 산화법의 형태로 이루어지는데 일반적으로 산화법으로 Au 99.6-99.7%, 전해법으로 Au 99.6-99.7%의 순도를 얻을 수 있다.
ㅇ 최근 금의 시세가 높아짐에 따라 저품위 금광의 퇴적침출(heap leaching)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 광산 현장에서 시행되어 제련시설 투자비를 감소시키고 있다. 이 방법을 활성탄에 의한 금의 흡착법과 병용하면 청화용액으로부터 금을 효과적으로 회수할 수 있다.
퇴적침출은 희박한 시안화용액을 쌓아놓은 광석더미에 살포하여 4~42일 정도 침출시켜 67~95%의 금, 은을 추출하는 방법이다. 이 방법은 미국의 네바다 주에 있는 Cortez와 Carlin 광산에서 성공을 거둔 후 1975년 이래 미국의 여러 광산에서 적용하고 있다.
ㅇ 활성탄에 의한 금은의 회수는 1880년대 말부터 청화 및 염산액에서 금, 은을 흡착시키는 방법으로 사용되었다. 활성탄은 불규칙적인 원자배열을 한 흑연 구조로서 매우 큰 표면적을 갖도록 증기로써 활성화시킨 것이다.
Carbon-in-pulp 회수 공정은 미국의 Homestake 광산에서 적용하여 1일 2,350톤의 광석을 처리하고 있다. 이 방법은 미세하게 분쇄된 광석의 슬라임분에 적용되는데 활성탄 톤 당 300~400 온스의 금이 흡착되며 은과 함께 흡착된 금을 알칼리-알코올로 탈착시킨다.
ㅇ 청화용액이 유독하고 그 침출반응도 느리다는 점 때문에 최근 thiourea 및 acidothioureation에 의한 금 침출이 시도됐는데, 이들 용액은 독성이 없고 침출반응속도도 청화용액보다 빠르다고 보고되고 있다.
ㅇ 회전원판을 이용하여 acidothioureation에 의한 침출속도를 측정한 결과 청화용액에서보다 침출속도는 10배 정도 빠르나 동의 침출속도는 청화용액에서보다 느려 acidothioureation은 앞으로 금, 은의 침출액으로 유리할 것으로 보인다.
ㅇ 이온교환수지에 의한 금, 은의 흡착 및 분리실험도 활발히 진행되고 있다. 음이온 교환수지를 이용, 금, 은을 선택적으로 흡착한 후 흡착된 금, 은은 아세톤, 황산 등으로 탈착하여 금을 회수한다. 금광은 청화법, 아말감법, 부선법의 견지에서 다음 3종류로 분류된다.
① 금이 자연금으로 맥석 중에 포함된 상태로 있는 것
청화법, 아말감법으로 처리하는 것이 일반적이지만 때로는 부선법도 사용된다. 품위와 입자의 크기에 따라 부선법, 단독부선법과 청화법, 아말감법, 비중선별법을 조합한 방법이 사용된다.
② 금의 일부가 자연금 또는 텔루르화합물의 형태로 맥석 중에 존재하고 나머지는 금속화합물 중에 함유되어 있는 것
ⓐ 부선 정광 후 청화법 또는 아말감법
미리 부선법을 이용하여 정광을 얻은 후 금을 농축하여 그 정광을 아말감법 또는 청화법으로 처리하는 방법으로 품위가 낮을 때 유리하다.
ⓑ 아말감법, 부선
금 입자의 일부가 비교적 크기가 큰 단체로 존재하고 나머지는 더욱 황화물과 밀접하게 결합되어 있을 때 사용하는 방법으로 먼저 혼홍법 또는 선광용 지그 등의 비중선별법으로 큰 입자의 자연금을 채취하고 그 후 광미를 청화법으로 처리한다.
ⓒ 탈황부선, 청화법
청화법에 유해한 황화물이 다량 수반된 경우 사용하는 방법으로 미리 부선법에 의해서 황화광물을 제거한 후 청화처리한다.
ⓓ 청화부선
청화법으로 처리한 후 황화물에 포함되어 유출되는 금 광물을 회수할 목적으로 광석을 부선처리하는 방법이다.
③ 금이 동, 연, 아연 등의 비금속황화광 또는 황철광에 함유되어 있는 것
황화광물이 1종이고 금을 함유하고 있을 때 단일부선법으로 금 및 황화광물을 함께 회수하고, 2종 이상의 황화광물을 함유하는 경우에는 우선 부선법에 의해서 황화광물을 분리하며 금은 황화광물 쪽에 농축시켜 회수한다.
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