광석에서 금을 추출하는 기술 및 방법
금광석 처리란 귀중한 광물을 함유한 암석에서 금을 분리하고 정제하는 일련의 기술적 공정을 말합니다. 금은 자연에서 일반적으로 쉽게 구할 수 있는 "순수한" 형태로 발견되지 않기 때문에 광석 준비, 물리적 분리, 침출, 최종 정제에 이르기까지 정밀한 방법이 요구됩니다. 이 글에서는 금광석 처리의 일반적인 기술과 방법, 그 작동 원리, 장단점, 그리고 중요한 안전 및 환경적 측면에 대해 논의합니다.
1. 금광석의 특성 및 초기 조사의 중요성
처리 방법을 선택하기 전에 가장 중요한 단계는 광석의 특성을 이해하는 것입니다. 금광석은 다음과 같은 종류로 분류될 수 있습니다.
– 산화물 광석 (일반적으로 가공이 더 용이함).
– 황화광석(황철석/비소황철석과 같은 황화광물에 금이 갇혀 있어 흔히 "난용성"이라고 함).
– 탄소질 광석 또는 잔류물 제거(천연 탄소가 금 복합체를 흡수하여 회수율을 감소시킴).
– 사금/충적금(강의 모래/자갈에 녹아 있는 금 알갱이).
산업 현장에서는 금 함량 분석(화재 분석법), 광물학적 분석(현미경/XRD), 실험실 규모의 침출 시험과 같은 야금학적 시험을 통해 회수율을 추정하고 가장 효율적인 공정 경로를 결정합니다.
2. 광석 준비: 분쇄 및 연삭
처리의 초기 단계는 금 광물을 불순물 암석에서 분리하기 위해 광석의 크기를 줄이는 것입니다.
1) 분쇄
광산에서 채굴된 광석은 일반적으로 크기가 크기 때문에 턱형 분쇄기나 원추형 분쇄기를 사용하여 수 센티미터 크기로 분쇄합니다.
2) 연삭/분쇄
그 후, 광석은 분리 요구 사항에 따라 볼밀이나 SAG 밀을 사용하여 더 미세한 크기(예: 80%가 75~150미크론을 통과)로 분쇄됩니다.
목표는 단순히 재료를 정제하는 것이 아니라 최적의 크기를 달성하는 것입니다. 재료가 너무 굵으면 금을 제거하기 어렵고, 너무 미세하면 시약 소모량이 증가하고 고체-액체 분리가 복잡해집니다.
3. 중력 집중: 비중 차이 활용
광석에 비교적 굵은 순금이 함유되어 있다면 금의 비중이 높기 때문에 중력 추출법이 매우 효과적입니다.
공통 장비:
– 수문 상자 (소규모/플라스 제작에 흔히 사용됨).
– 나선형 농축기.
– 테이블이 흔들린다.
– 넬슨 농축기 또는 팔콘 농축기(원심 농축기).
중력식 채집법의 장점은 상대적으로 간단하고 운영 비용이 저렴하며 화학 물질에 의존하지 않는다는 점입니다. 단점으로는 매우 미세한 금이나 황화광물에 결합된 금을 채집하는 데에는 효과적이지 않다는 점이 있습니다.
4. 부유선별법: 금 함유 광물의 농축
황화광석의 경우, 금은 종종 황철석, 황동석 또는 비소황철석과 함께 산출됩니다. 이러한 경우, 부유선별법을 사용하여 고품질 황화광석 정광을 생산할 수 있으며, 추가 처리가 필요한 광석의 양을 줄일 수 있습니다.
부력 원리:
– 광물 입자는 집진제(예: 크산테이트)를 사용하여 소수성으로 만들어집니다.
- 공기를 불어넣으면 소수성 광물이 기포에 달라붙어 거품(농축액) 형태로 떠오릅니다.
– 기타 광물은 펄프에 잔류물로 남아 있습니다.
부유선별 생성물(정광물)은 일반적으로 침출 또는 산화 공정을 통해 추가 처리됩니다(특히 난용성 광석의 경우).
5. 침출: 화학적으로 금을 용해시키는 방법
침출은 많은 현대식 금 제련소의 핵심 공정입니다. 분리된 금은 용해성 복합체에 녹아든 후 회수됩니다.
a) 시안화
가장 널리 사용되는 산업적 방법은 시안화물 침출법으로, 많은 광석에 대해 효과적이고 선택성이 높기 때문입니다. 금은 알칼리성 pH 조건과 산소 존재 하에서 시안화물 용액에 용해성 착물을 형성합니다.
두 가지 일반적인 구성:
– CIL(탄소침출법): 활성탄을 침출조에 직접 넣어 용해된 금을 흡착합니다.
– CIP(탄소펄프화): 먼저 침출을 진행한 후 다음 단계에서 탄화를 진행합니다.
장점: 적합한 광석에서 높은 회수율을 보이며 대규모로 검증되었습니다.
과제: 공정 매개변수에 대한 엄격한 통제와 안전한 폐기물 관리가 필요합니다.
b) 더미 침출법
품질이 낮고 투수성이 높은 광석의 경우, 더미 침출법이 사용됩니다.
광석은 분쇄되고, 때로는 응집된 후 밀봉된 받침대 위에 쌓입니다.
– 침출액은 위에서 부어줍니다(물을 섞어줍니다).
– 침전된 용액은 아래에서 수집되어 금을 회수하기 위한 처리 과정을 거칩니다.
이 방법은 CIL/CIP 설비보다 초기 투자 비용이 낮지만, 일반적으로 처리 속도가 느리고 회수율이 낮을 수 있습니다.
c) 비시안화물 대체재 (실현 가능성에 따라)
연구/시행된 대안에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
– 티오황산염 침출(광석의 프리그레이션을 저해할 가능성).
– 할로겐화물 침출(특정 조건 하에서의 염화물/브롬화물).
하지만 일반적으로 이 공법은 더 복잡한 공정 제어가 필요하며, 많은 광산에서 시안화 공법만큼 흔하게 사용되지는 않습니다.
6. 난용성 광석 처리: 침출 전 산화 공정
난용성 광석은 금이 황화광물에 "갇혀" 있거나 특정 매트릭스에 막혀 있어 전처리 없이는 시안화물이 효과가 없는 광석입니다. 전처리 방법에는 다음과 같은 것들이 있습니다.
1) 굽기
고온에서 황화물이 산화되어 금이 더 많이 노출됩니다. 따라서 SO₂/As 배출 제어가 필요합니다.
2) 압력 산화(POX)
산소를 이용한 가압 오토클레이브 산화 공정. 회수율은 높을 수 있지만 초기 투자 비용이 높습니다.
3) 생물학적 산화(BIOX)
통제된 조건에서 박테리아를 이용하여 황화물을 산화시키는 방식입니다. 로스팅보다 "덜 차가운" 방식이지만, 처리 시간과 생물반응기 관리가 필요합니다.
사전 산화 처리 후, 광석/정광은 (일반적으로 시안화물을 사용하여) 침출시켜 금을 용해시킵니다.
7. 용액으로부터 금 회수: 활성탄, 수지 및 침전
금이 완전히 녹으면 다음 단계는 용액에서 금을 제거하는 것입니다.
– 활성탄 흡착(CIP/CIL): 활성탄이 금 복합체를 흡착합니다. 그런 다음 특수 용액을 사용하여 활성탄을 용출(탈착)하여 금을 분리합니다.
– 수지중펄프(RIP): 특정 조건에서 활성탄을 이온 교환 수지로 대체하며, 경우에 따라 오염에 대한 저항성이 더 높습니다.
– 아연 침전법(메릴-크로우법): 금이 풍부한 용액을 정제하고 탈산소화한 후, 아연 분말을 사용하여 금을 침전시킵니다. 이 방법은 비교적 깨끗한 용액에 적합합니다.
최종 결과물은 대개 슬러지/농축액이며, 이는 추가 정제 과정을 거치기 전에 녹여서 도레(금-은 합금)로 만들어집니다.
8. 제련 및 정제
회수된 생성물(예: 용출 침전물 또는 메릴-크로우 침전물)은 건조된 후 플럭스를 사용하여 녹여 도레 바를 생산합니다. 그런 다음 도레는 정제소에서 다음과 같은 과정을 통해 정제됩니다.
– 전기분해 공정(예: 고순도 금 생산을 위한 볼빌 공정).
– 밀러 공정(염소를 사용하여 특정 불순물을 분리하는 공정).
정제 과정을 통해 무역 기준에 부합하는 고품질 금(예: 99,99%)이 생산됩니다.
9. 광미 관리, 공정수 및 환경적 측면
금 제련 과정에서는 항상 광미(잔여 고형물)와 공정수가 발생하며, 이를 안전하게 관리해야 합니다. 일반적인 관리 방법은 다음과 같습니다.
– 지반공학적 설계를 통한 광미 저장 시설(TSF)에서의 광미 농축 및 저장.
- 공정수를 재활용하여 물 소비량을 줄입니다.
– 시약 잔류물 해독 (예: 필요한 경우 특정 산화 공정을 통한 시안화물 잔류물 감소).
– 수질 모니터링, 광미댐 안정성 관리 및 광산 폐쇄 계획 수립.
산업안전보건(K3) 측면 또한 중요합니다. 시약 사용, 분진 제어, 유해물질 노출 방지 및 비상 절차는 운영 시스템의 일부로 포함되어야 합니다.
10. 케심풀란
금광석을 처리하는 기술과 방법은 광석의 종류, 분리 크기, 광물학적 특성에 따라 크게 달라집니다. 일반적인 처리 경로는 파쇄 및 분쇄, 중력 농축 및/또는 부유선별, 침출(종종 CIL/CIP 공정에서 시안화 침출 또는 더미 침출 사용), 용액으로부터 금 회수, 그리고 제련 및 정제를 포함합니다. 난용성 광석의 경우, 금을 효과적으로 추출하기 위해 배소, POX 또는 생물학적 산화와 같은 사전 산화 단계가 필요합니다. 무엇보다도, 현대 금 처리의 성공은 엄격한 공정 관리, 책임 있는 광미 및 수자원 관리, 그리고 산업 안전 및 환경 보호에 대한 노력에 달려 있습니다.
원하시면 이 글을 산업 규모(공정 흐름도 및 일반적인 매개변수 포함) 또는 중소 규모(중력 농축 및 기본적인 운영 방식에 더 중점을 둠)에 맞춰 귀하의 요구에 맞게 수정해 드릴 수 있습니다.
