~에 대한 선광 공정 구리 광석

7.2.1 구리 광석의 종류와 매장지

구리는 주로 산업용, 전기·전자 장비 및 주방용품과 같은 소비재에 사용됩니다. 2019년 자료에 따르면, 중국은 세계 최대의 구리 매장량을 보유하고 있습니다. 구리는 다음과 같은 여러 합금에 사용됩니다: (1) 철 및 니켈과 혼합하여 스테인리스강을 제조할 때, (2) 주석과 혼합하여 청동을 제조할 때, (3) 아연과 혼합하여 황동을 제조할 때.

7.2.1.1 구리 광석 매장지

전 세계의 산업용 구리 광상 유형으로는 반암형 구리 광상, 구리 함유 사암 광상, 구리 함유 황철석 광상, 구리-니켈 황화물 광상, 구리-우라늄-금 광상, 천연 구리 광상, 맥상, 탄산염 광상 및 스카른 광상이 있습니다. 이 중 처음 네 가지 유형이 가장 중요하며, 전 세계 구리 매장량의 96%를 차지한다. 반암형 구리 광상은 전 세계 구리 매장량의 절반 이상을 차지한다.

중국의 산업용 구리 광상 유형에는 반암형 구리 광상, 황철석 함유 구리 광상, 층상 구리 광상, 스카른형 구리 광상, 사암 함유 구리 광상, 구리-니켈 황화물 광상 및 맥상 구리 광상이 포함됩니다. 중국에는 신장(Hami), 티베트(Qulong), 윈난(Pulang), 장시(Jiangxi), 티베트(Jiangda Yulong) 등 확인 매장량이 500만 톤을 넘는 대규모 및 초대형 구리 광산이 여러 곳 있다.

중국 구리 광상의 특징은 다음과 같습니다.

(1) 5가지 뚜렷한 집중 지역: 양쯔강 중·하류, 창두, 쓰촨 남부에서 윈난 중부까지, 간쑤성의 진촨·바이인 지역, 그리고 중타오산.

(2) 이들 대부분은 다양한 관련 성분을 포함하는 복합 매장지이다. 구리와 동반 산출되는 금은 중국의 동반 산출 금 매장량의 78%를 차지하고, 구리와 동반 산출되는 은은 중국의 동반 산출 은 매장량의 26%를 차지하며, 구리와 동반 산출되는 코발트는 중국 코발트 매장량의 절반을 차지하고, 또한 다량의 백금군 금속, 몰리브덴, 납, 아연, 황 등이 포함되어 있어 구리 광산의 개발 및 이용에 막대한 경제적 이익을 가져다줍니다.

(3) 확인 매장량 중 87%는 황화광, 10%는 산화광이며, 혼합광은 3%에 불과하다.

7.2.1.2 산업 유형

광석 내 산화구리 광물의 상대적 함량에 따라, 구리 광석은 산화도가 30% 이상인 산화구리 광석, 산화도가 10%-30%인 혼합 구리광석, 또는 산화도가 10% 미만인 황화 구리광석으로 분류할 수 있습니다. 유용 성분에 따라 구리 광석은 단일 구리 광석과 황화구리 광석, 구리-니켈 광석 등과 같은 복합 구리 광석으로 나눌 수 있다. 황화구리 광석은 주요 광물이 황화구리와 황화철인 광석을 말한다. 이는 주로 구리 함유 황철석 광상에서 발생하며, 일부는 스카른 구리 광상에서도 발견된다. 구리-철 광석이란 구리 광물 외에도 자철석을 함유한 광석을 말한다. 납, 아연, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 산화 텅스텐, 비스무트, 금, 은 및 황철석은 종종 구리 광상과 동반되며, 그 함량이 일정 수준에 도달할 경우 회수 가능성을 종합적으로 평가하고 고려해야 한다.

구리 광석의 광석 구조는 덩어리형(조밀형)이거나 산재형일 수 있다.

7.2.1.3 구리 광물의 자연 발생 유형

지각에는 250종 이상의 구리 광물과 구리 함유 광물이 존재하며, 주로 황화물 및 이와 유사한 화합물, 구리 산화물, 천연 구리, 황산염, 탄산염, 규산염의 형태로 나타납니다. 대부분의 구리 함유 광물은 황금빛 노란색의 황동석, 밝은 녹색의 공작석, 짙은 파란색의 코벨라이트 등 밝고 눈길을 끄는 색상을 띠고 있습니다.

구리는 황을 좋아하는 원소 중 하나이며, 구리 광석은 대개 황화광석의 형태로 산출됩니다. 강한 산화 조건에서만 산화물이 형성됩니다. 성인 및 화학 조성에 따라 구리 광물은 황화구리광(chalcopyrite)과 같은 1차 황화구리 광물, 황화구리석(chalcocite)과 같은 2차 황화구리 광물, 그리고 말라카이트(malachite)와 같은 산화구리 광물로 나눌 수 있다.

구리는 또한 철과 어느 정도 친화력을 가지고 있어, 알칼리성 및 초알칼리성 마그마 내에서 철, 니켈, 코발트 및 기타 원소들과 함께 응집될 수 있다.

주요 황화구리 광물로는 구리 34.56%를 함유한 황동석(CuFeS₂), 구리 76.33%를 함유한 보르나이트(Cu₃FeS₃), 구리 함량이 79.83%인 칼코사이트(Cu₂S), 그리고 구리 함량이 66.44%인 코벨라이트(CuS)가 있다.

주요 구리 산화물 광석으로는 구리 함량이 57.5%인 말라카이트(CuCO₃·Cu(OH)₂), 구리 함량이 55.3%인 아줄라이트(2CuCO₃·Cu(OH)₂)로 구리 함량이 55.3%이며, 쿠프라이트(Cu₂O)는 구리 함량이 88.8%이고, 크리소콜라(CuSiO₃·nH₂O)는 구리 함량이 36.1%이다.

황동석은 중요한 1차 구리 광물입니다. 많은 2차 구리 광물이 이 광물에서 유래합니다. 황동석 표면이 산화되면 CuSO₄ 용액이 형성될 수 있으며, 산화대에서 석회암을 만나면 말라카이트나 아줄라이트가 생성됩니다. 환원 조건 하에서는 1차 황동석, 황철석, 방연석이 반응하여 칼코사이트(Cu₂S), 코벨라이트(CuS), 보르나이트(Cu₅FeS₄) 등을 형성하며, 이로 인해 구리 광상의 2차 농집대가 형성된다.

7.2.2 황화구리의 부유성

황화광물은 일반적으로 부유성이 우수하여 부유법을 통해 맥석을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 그러나 구리 황화물에는 종종 철, 코발트, 몰리브덴 및 기타 금속의 황화물이 포함되어 있습니다. 따라서 황화구리 부양의 핵심은 부양 공정 매개변수를 조절하여 다양한 황화광물의 부양 거동을 어떻게 조정할 것인가에 있다.

황화광물의 부유성이 비슷하기 때문에, 일반적으로 다단계 부유법을 통해 이를 분리해야 합니다. 또한, 효과적인 분리를 달성하기 위해서는 각 단계에서 동일한 부유 공정을 일반적으로 여러 번 연속적으로 수행해야 하며, 예를 들어 1회의 조부유, 2회의 정제부유, 2회의 잔류물 제거 등의 과정을 거칩니다.

황화구리 광물의 부유성은 일정한 경향을 보인다. 칼코사이트나 코벨라이트와 같이 철을 함유하지 않은 광물은 부유성이 모두 우수하며, 시안화물과 석회로 인해 부유성이 저하되기 어렵다. 반면, 황화구리광이나 보르나이트와 같이 철을 함유한 광물은 알칼리성 환경에서 시안화물과 석회에 의해 부유성이 쉽게 저하된다.

잔테이트 회수제의 음이온은 주로 양이온인 Cu²⁺와 화학적으로 흡착되므로, 표면에 구리 함량이 높은 광석은 잔테이트와 강한 상호작용을 나타냅니다. 반응 강도가 강한 순서대로는 칼코사이트, 코벨라이트, 보르나이트, 칼코피라이트 순입니다.

황화구리 광물의 부유성은 결정 크기, 산재 입자 크기, 그리고 1차 광물인지 2차 광물인지 여부에 의해서도 영향을 받습니다. 결정과 산재 입자가 너무 미세하면 부유가 어렵습니다. 2차 황화구리는 산화되기 쉬우므로, 1차 황화구리에 비해 부유성이 더 떨어집니다.

7.2.2.1 황동석 (CuFeS₂)

황동광은 산화되기 어렵고, 중성 및 약알칼리성 슬러리에서는 오랫동안 자연적인 부유성을 유지할 수 있습니다. 그러나 pH가 10을 초과하는 강알칼리성 슬러리에서는 표면에 수산화철이 형성되기 때문에 부유성이 저하됩니다.

황동석에 가장 일반적으로 사용되는 집금제는 크산테이트로, 이를 사용하면 pH 3~12의 넓은 범위에서 모든 황동석을 부양 분리할 수 있다. 디티오포스페이트, 디티오카바메이트 및 티오노카바메이트도 황동석의 집금제이다. 부티로니트릴 잔테이트는 잔테이트보다 선택성이 뛰어나며, 비소황화철을 함유한 황동석의 부양에 사용할 수 있다.

칼코피라이트는 알칼리성 슬러리 내에서 시안화물과 산화제에 의해 쉽게 억제된다. 시안화물은 구리와 납을 분리하는 데 자주 사용되는 반면, 산화제는 구리와 몰리브덴을 분리하는 데 주로 사용된다. 황산구리와 같은 구리 염은 이미 억제된 칼코피라이트를 활성화하기 위해 때때로 사용된다.

황동광은 물 속에서 미세하게 분쇄되면 표면이 산화되며, 이때 표면의 Cu²⁺와 황산염이 쉽게 강력하게 흡착됩니다. 그러나 티아민 에스테르나 이중 황산염 등을 집금제로 사용할 경우, 볼 밀에 이를 첨가하여 새로 노출된 표면과 접촉시켜야 합니다.

7.2.2.2 보나이트 (Cu₅FeS₄)

보르나이트의 부유성은 칼코사이트와 칼코피라이트 사이에 위치한다. 보르나이트는 칼코피라이트보다 산화되기 쉬우므로, 칼코피라이트보다 더 많은 집진제가 소모된다.

보르나이트는 잔테이트를 집금제로 사용하여 산성 및 약알칼리성 슬러리 모두에서 부유 분리할 수 있지만, pH가 10을 초과하면 부유성이 감소합니다. 강산성 슬러리에서는 보르나이트의 부유성이 현저히 저하됩니다. 보르나이트는 시안화물에 의해 쉽게 억제될 수 있습니다. 황화나트륨이나 소량의 황산을 첨가하면 보르나이트의 부상성을 향상시킬 수 있다.

7.2.2.3 칼코사이트(Cu₂S)와 코벨라이트(Cu₂S·CuS₂)

칼코사이트는 부유성이 가장 뛰어나지만, 칼코피라이트보다 산화되기 쉽습니다.

잔테이트와 디티오포스페이트는 칼코사이트를 회수하는 데 효과적인 집금제입니다. 모든 칼코피라이트는 pH 1에서 13에 이르는 넓은 범위에서 에틸 잔테이트, 에틸 디티오포스페이트 및 에틸 이중 디티오포스페이트를 사용하여 부유 선별할 수 있습니다. 칼코사이트는 pH에 민감하지 않으며, 1가 구리 에틸잔테이트가 2가 구리 수산화물보다 더 안정적이기 때문에 높은 pH 조건에서도 여전히 부유 분리될 수 있다.

칼코사이트의 침전제에는 Na₂SO₄, Na₂S₂O₃, K₃Fe(CN)₆, K₄Fe(CN)₆ 및 다량의 Na₂S가 포함됩니다. 시안화물은 표면의 구리 이온이 지속적으로 용해되어 시안화물의 효능을 상실하게 만들기 때문에, 칼코사이트에 대한 억제 효과가 미미합니다.

코벨라이트의 부력은 칼코사이트와 비슷하다.

7.2.2.4 테넌타이트 (3Cu₂S·As₂S₃)

테넌타이트는 경도가 낮고 취성이 높습니다. 점성이 있으며 쉽게 산화됩니다. 부틸잔테이트를 집진제로 사용할 경우, 테넌타이트 부양 선광에 가장 적합한 pH는 11~12입니다.

탄산나트륨은 자유 CaO 농도가 400g/m³를 초과할 때 테넌타이트의 부력을 저해할 수 있기 때문에, 석회보다 더 우수한 중성화 조절제입니다. 황화나트륨은 적은 양(30mg/L)만으로도 산화된 테넌타이트 표면을 활성화시켜 부력을 향상시킬 수 있지만, 투여량을 늘리면 테넌타이트의 부력을 완전히 저해할 수 있습니다.

7.2.2.5 황화철

황화철 광물은 주로 황산 생산에 사용되며, 중요한 화학 산업 원료입니다. 이 광물들은 황화 광상 내에 널리 분포되어 있으므로, 구리와 분리해야 합니다.

(1) 황철석 (FeS₂). 약간의 산화는 황철석의 부유성을 향상시키지만, 과도한 산화는 부유성을 저하시킵니다. 황철석은 잔타테, 디티오포스페이트, 디티오카바메이트를 사용하여 회수할 수 있습니다. 펄프의 pH는 부유성에 뚜렷한 영향을 미칩니다. 산성 또는 약알칼리성 슬러리는 황철석 표면에 이중 잔타테가 형성되는 데 도움이 되며, 이로 인해 황철석이 쉽게 부상하게 된다. pH=2와 같은 산성 환경에서는 원소 황의 형성이 황철석의 부상성을 향상시킬 수 있지만, 석회로 인해 생성된 강알칼리성 슬러리에서는 FeO(OH)가 표면을 덮어 부상성이 저하된다. 시안화물과 석회는 모두 황철석의 부상성을 저하시킬 수 있다. 석회를 사용하여 황화철을 억제함으로써 황화철을 황동석 및 황화아연석으로부터 분리하는 경우가 많습니다. 억제된 황화철은 황산으로 pH를 낮추거나 탄산나트륨 또는 이산화탄소를 사용하여 활성화할 수 있습니다. 활성화 과정에서는 종종 황산구리를 첨가합니다.

(2) 피로타이트 (FeSₙ₊₁). 피로타이트는 점성이 있으며 쉽게 산화됩니다. 부유 선별이 비교적 어렵습니다. 알칼리성 및 약산성 펄프에서는 Cu²⁺ 또는 소량의 황화나트륨을 활성화제로 사용한 다음, 고순도 크산테이트를 사용하여 회수합니다. 피로타이트를 억제하기 위해 석회, 시안화물, 탄산나트륨 등을 사용할 수 있다. 황산구리나 황화나트륨에 의해 활성화된 비소황화철이나 펜틀란다이트로부터 분리하는 등 일부 특수한 경우에는 과망간산칼륨을 사용하여 피로타이트를 억제할 수 있다.

(3) 마르카사이트 (FeS₂). 마르카사이트는 부유성 면에서 황철석과 비슷하지만, 황철석보다 부유시키기 더 쉽습니다.

그림 7.1은 단일 황화구리 광석의 처리 공정을 보여준다.