침투식 시안화물 힙 리칭

여과-시안화물 힙 리칭(PCL) 공정은 1752년에 처음으로 다음을 처리하는 데 사용되었으며 산화 구리 광석 스페인에서. 1950년대 후반, 이 공정은 저품위 및 경계품위 우라늄 광석을 침출하는 데 사용되었다. 1967년부터 미국 광산국은 이 공정을 저품위 금광석의 침출에 활용해 왔다. PCL은 공정이 간단하고 운영이 용이하며, 설비 투자 비용이 적게 들고, 생산 비용이 낮으며, 경제적 이점이 큰 공정입니다. 따라서 이 공정을 이용하여 수많은 소규모 금광, 저품위 금·은광, 그리고 초기 채굴 과정에서 버려진 금 함유 폐석을 처리하면 상당한 경제적 이득을 얻을 수 있습니다. 1970년대 후반, 금 가격의 급등에 따라 PCL은 급속히 발전했으며, 미국 네바다주, 콜로라도주, 몬태나주에 많은 대규모 힙 리칭 금 가공 공장이 설립되었다. 1982년에는 미국의 총 금 생산량 20%와 총 은 생산량 10%가 힙 리칭 공법을 통해 생산되었다. 이후 이 기술은 캐나다, 남아프리카공화국, 호주, 인도, 짐바브웨, 구 소련 등지에서 급속히 발전했다.

1960년대 초, 우리나라에서는 경계 등급 우라늄 광석을 침출하기 위해 힙 리칭 공정을 사용했으며, 1960년대 후반에는 산화 구리 광석을 침출하는 데, 1980년대 초에는 저품위 금 광석을 침출하는 데 이 공정이 사용되었습니다. 지난 10여 년 동안 저품위 금광석에 대한 여과식 힙 리칭 공정이 급속히 발전했으며, 주로 저품위 금 함유 산화광석과 철피층 금 함유 광석에 사용되고 있습니다.

현재 생산 공정에서는 금 함유 광석과 금 함유 폐석에 대해 일반 여과식 시안화물 힙 리칭과 과립화 시안화물 힙 리칭, 이 두 가지 공정이 사용되고 있습니다.

5.4.1 일반 여과식 시안화물 힙 리칭

초기 채굴 과정에서 발생한 저품위 금 함유 광석이나 폐광석은 직접 힙 리칭 현장으로 운반되어 광석 더미로 쌓이거나, 분쇄된 후 힙 리칭 현장으로 운반되어 광석 더미로 쌓입니다. 그런 다음 시안화물 침출제를 광석 더미 표면에 살포하면, 침출제가 고정된 광석 더미를 위에서 아래로 고르게 스며들어 금과 은이 침출 용액으로 유입됩니다. 침출식 시안화물 힙 리칭의 일반적인 흐름도는 그림 5-9에 나와 있으며, 주로 광석 전처리, 힙 리칭 현장 조성, 광석 더미 쌓기, 침출, 세척, 금 및 은 회수 단계로 구성됩니다.

그림 5-9 시안화물을 이용한 힙 침출의 개략도

5.4.1.1 광석 선광.

힙 리칭에 사용되는 금 함유 광석은 대개 먼저 분쇄됩니다. 분쇄 입자 크기는 광석의 특성과 금 입자의 함유 특성에 따라 달라집니다. 일반적으로 광석 입자가 미세하고 광석 구조의 다공성이 높을수록 시안화물 힙 리칭 과정에서 금과 은의 침출 속도가 높아집니다. 그러나 광석 입자가 미세할수록 힙 리칭 중 침출 속도는 낮아지며, 심지어 침출 과정이 진행되지 않을 수도 있습니다. 따라서 일반적으로 시안화물 힙 리칭 과정에서 광석은 10mm 미만으로 분쇄할 수 있으며, 광석의 점토 함량이 낮은 경우에는 3mm 미만으로 분쇄할 수도 있습니다.

5.4.1.2 힙 리칭 현장 조성. 힙 리칭 현장은 산비탈, 계곡 또는 평지에 위치할 수 있으며, 일반적으로 3%에서 5%의 경사가 필요합니다. 지면을 정리하고 평탄화한 후에는 침투 방지 처리를 실시해야 합니다. 불투수성 재료로는 점토와 혼합된 광미, 아스팔트, 철근 콘크리트, 고무 시트 또는 플라스틱 필름 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 먼저 지반을 다짐하거나 다진 후, 폴리에틸렌 플라스틱 필름이나 고강도 폴리에틸렌 시트(두께 약 3 mm), 또는 타르지나 인조 펠트로 덮을 수 있다. 불투수층은 누수가 없어야 하며 광석 더미의 압력을 견딜 수 있어야 한다. 불투수층을 보호하기 위해, 기초층 위에 미세 입자의 폐석과 0.5~2.0미터 두께의 거친 입자 폐석 층을 깔는 경우가 많다. 그런 다음, 저품위 금광석을 트럭이나 광산용 차량을 통해 힙 리칭 현장으로 운반하여 광석 더미를 형성합니다.

광석 더미를 보호하기 위해, 침수를 방지할 수 있도록 힙 리칭 현장 주변에 배수로를 설치해야 한다.

귀금속 침출액을 회수하기 위해, 힙 침출 현장에는 회수 수로가 설치되어 있습니다. 이 회수 수로는 일반적으로 플라스틱 시트로 내부를 덮은 개방형 수로이며, 광석 슬러지가 침전될 수 있도록 적절한 침전조를 갖추고 있어, 귀금속 침출액 탱크로 유입되는 침출액이 맑은 상태를 유지하도록 합니다.

힙 리칭 현장은 여러 번 사용하거나 한 번만 사용할 수 있습니다. 일회용 힙 리칭의 경우, 기초층으로 다짐된 기초 위에 두께 0.5미터의 점토층을 깔고, 이를 다짐한 뒤 탄산나트륨 용액을 분사하여 불투수성을 높일 수 있습니다.

5.4.1.3 힙 조성 일반적으로 사용되는 힙 조성 장비로는 트럭, 불도저(트랙식), 크레인, 벨트 컨베이어 등이 있다. 힙 조성 방법으로는 다중 힙 방식, 층별 방식, 경사면 방식, 승강 방식 등이 있다.

다중 더미 방식: 먼저 벨트 컨베이어를 사용하여 광석을 높이 약 6미터의 여러 더미로 쌓은 다음, 불도저를 이용해 이를 평평하게 다집니다(그림 5-10). 벨트 컨베이어를 이용한 더미 형성 과정에서 입자 분리 현상이 발생하는데, 굵은 입자는 더미 가장자리로 굴러가는 반면, 표면의 광석은 불도저에 의해 분쇄되고 압축된다. 따라서 시안화물 침출 과정에서 채널링 현상이 발생한다. 동시에 침출액이 흐르면서 광석 더미 내부에 슬라임이 쌓여 기공을 쉽게 막게 됩니다. 이로 인해 침출액이 광석 더미 내부에서 스며나오기 어려워지고, 대신 더미 가장자리의 굵은 입자 영역을 통해 흐르게 됩니다. 때로는 이로 인해 광석 더미의 경사면이 씻겨 내려가기도 하여, 침출이 고르지 않게 되고 금 회수율이 저하되기도 한다.

그림 5-10 다층 말뚝 공법

다층 적재 방식: 트럭이나 로더를 사용하여 광석을 한 층씩 쌓은 다음, 불도저로 표면을 평평하게 다듬습니다. 원하는 더미 높이에 도달할 때까지 층층이 쌓아 올립니다(그림 5-11). 이 방법은 입자 크기 분리를 줄이고 더미 내의 광석 입자를 더 균일하게 만들 수 있습니다. 그러나 각 광석 층은 트럭과 불도저에 의해 분쇄되고 압축될 수 있어, 결과적으로 더미의 투수성이 저하될 수 있습니다.

그림 5-11, 다층 말뚝 공법

사면 방식: 먼저, 대형 트럭이 광석을 운반할 수 있도록 폐석을 이용해 사면 운반로를 건설합니다. 사면은 광석 더미보다 0.6~0.9미터 더 높게 조성됩니다. 트럭은 침출할 광석을 사면 양쪽에 하역한 후, 불도저를 사용하여 사면 양쪽을 평평하게 다집니다(그림 5-12). 이 방법에서는 트럭이 광석을 분쇄하거나 압축하지 않으며, 불도저가 가하는 압력은 트럭보다 낮기 때문에 광석 더미의 다공성에 미치는 영향이 적습니다. 광석 더미가 완성된 후, 폐석 사면을 평평하게 다지고 리퍼를 사용하여 폐석을 느슨하게 만듭니다. 이 더미 방식은 비교적 균일한 다공성을 가진 광석 더미를 얻을 수 있지만, 더 넓은 면적이 필요합니다.

그림 5-12 사면 조성 방법

적재 방법: 교량 크레인을 사용하여 광석을 쌓고, 전동 레이크를 사용하여 평평하게 다듬습니다. 이 방법을 사용하면 광석 더미를 다지기 위해 별도의 광석 운반 장비가 필요하지 않아 투과성이 우수해지고, 침출액이 더미 내부를 더 고르게 통과할 수 있어 침출 효율이 높아집니다. 그러나 이 방법은 크레인 선로를 설치해야 하므로 인프라 투자 비용이 더 많이 들고 더미 조성 속도가 느려집니다.

5.4.1.4 – 침투 및 세척

광석 더미가 조성된 후에는 포화 석회수로 세척할 수 있습니다. 세척 용액의 pH 값이 10에 가까워지면 시안화물 용액을 주입하여 침투를 유도합니다. 시안화물 침출제는 지하 배관을 통해 광석 더미 표면의 분기 배관으로 펌핑된 후, 분무기를 통해 광석 더미 표면에 고르게 분사되어 광석 더미 전체에 균일하게 침투함으로써 금과 은을 침출시킵니다. 일반적으로 사용되는 분무기에는 스윙거, 제트 분무기, 드립 분무기 등이 있습니다. 분무기는 구조가 간단하고 유지 보수가 용이하며, 분무 반경이 넓고 균일한 분무가 가능해야 한다. 증발과 열 손실을 줄이기 위해 분무 입자는 비교적 굵어야 합니다. 침출 공정은 균일하고 안정적인 용액 공급을 목표로 해야 하며, 분무 속도는 일반적으로 1.4~3.4 ml/m²·s 사이여야 합니다.

침출을 통한 시안화물 힙 리칭이 끝난 후, 용액을 깨끗한 물로 여러 번 세척해야 합니다. 시간이 허락한다면, 세척 효율을 높이기 위해 매 세척 후 다음 세척을 시작하기 전에 세척액을 완전히 배출해야 합니다. 세척에 사용되는 총 물의 양은 세척수의 증발 손실량 및 광미의 수분 함량과 같은 요인에 따라 달라집니다.

5.4.1.5 금 및 은 회수 시안화물 힙 리칭을 통한 여과 공정에서 얻어지는 귀금속 용액의 금 함량은 비교적 낮습니다. 금과 은은 일반적으로 활성탄 흡착법이나 아연 치환법을 사용하여 회수할 수 있지만, 더 높은 금 및 은 회수율을 달성하기 위해서는 활성탄 흡착법이 더 널리 사용됩니다. 일반적으로 4~5개의 활성탄 컬럼을 사용하여 금과 은을 농축합니다. 그런 다음 탈착된 귀금속 용액은 전기제련 공정으로 보내지며, 전기제련된 금 분말은 제련 과정을 거쳐 완제품인 금을 얻습니다. 금과 은을 제거한 후, 시안화물 농도와 pH 값을 조정한 저농도 침출 용액은 침출 산더미로 되돌려져 여과 침출 공정에 재사용됩니다.

힙 리칭 공정이 끝난 후의 폐석 더미는 프론트 로더를 이용해 트럭에 실려 저장소를 위해 광미장으로 운반됩니다. 이후 이 폐석은 힙 리칭 현장에 다시 쌓아 올려 침출 처리를 할 수 있습니다. 일회용으로 사용되는 힙 리칭 현장의 폐석은 제거할 필요가 없으며, 영구적인 폐석 더미로 남게 됩니다.

5.4.2 과립화-여과식 시안화물 힙 리칭

침출할 금 함유 광석의 입자 크기가 미세할수록 금과 은 광물이 더 많이 노출되어 금과 은의 침출 속도가 높아집니다. 그러나 입자 크기가 미세해지면 분쇄 비용이 증가하고 미세 광석의 발생량도 늘어납니다. 광석 내의 미세 광석은 힙 침출에 극히 해롭습니다. 힙을 쌓는 과정에서 입자 크기 분리 현상이 발생하고, 여과 과정에서 미세 광석이 액체 흐름과 함께 이동하여 쉽게 채널링 현상을 일으키며, 이로 인해 침출제가 광석 더미를 균일하게 여과하지 못하게 됩니다. 광석의 점토 함량이 높을 경우, 시안화물 용액이 광석 더미를 투과할 수 없어 힙 리칭을 수행할 수 없게 됩니다.

미세 광석과 점토 광석이 힙 리칭에 미치는 부정적인 영향을 극복하기 위해, 미국 광산국은 1978년에 미세 광석용 과립화 힙 리칭 기술을 개발했다. 이로써 미세 광석(점토 광석 포함)의 힙 리칭이 불가능했던 상황을 완전히 바꾸어 놓았으며, 힙 리칭 기술의 추가적인 발전을 촉진했다. 현재 이 기술은 미국의 금광뿐만 아니라 전 세계 다른 국가의 금광에서도 널리 사용되고 있다.

c: 과립형 힙 리칭 공정에서는 저품위 금 함유 광석을 -25 mm 이하로 사전 분쇄하여 금 및 은 광물을 분리하거나 노출시킵니다. 분쇄된 광석은 건조 광석 1톤당 2.3~4.5kg의 포틀랜드 시멘트(일반 포틀랜드 시멘트)와 혼합된 후, 물 또는 농축 시안화물 용액으로 적셔 수분 함량을 8%~16%로 조정합니다. 촉촉해진 혼합물을 기계적으로 회전시켜 구형 펠릿을 형성합니다. 8시간 이상 고형화된 후, 침출 시안화물 힙 리칭을 위해 더미로 보내집니다. 더미 형성 및 침출 방법은 기존의 더미 침출 방식과 동일합니다. 석회 또는 시멘트를 결합제로 사용하여 광범위한 비교 실험이 수행되었습니다. 실험 결과, 시멘트가 석회보다 우수한 것으로 나타났으며, 결합제로 시멘트를 2.3–4.5 kg/ton 첨가하면 다공성이 높고 투과성이 우수한 비교적 안정적인 응집체가 생성됩니다. 침출 과정에서 광물 분말은 이동하지 않으며, 채널링 현상이 발생하지 않고, 추가적인 보호용 알칼리도 필요하지 않습니다. 시멘트의 가수분해는 5시간 이내에 시작되기 때문에,

이는 광석 내의 점토 규산염 광물과 반응하여 강하고 다공성인 다리 모양의 칼슘 규산염 수화물을 대량으로 생성하며, 이로 인해 응집체는 시안화물 용액이 침투하여 광석 더미를 침출시킬 수 있을 만큼 충분한 강도와 다공성을 갖게 됩니다. 시멘트 결합제로 생성된 응집체는 고형화된 후, 힙 침출 공정 중 시안화물 용액과 접촉하더라도 균열이 발생하지 않습니다. 또한, 산화마그네슘, 소결 돌로마이트, 소성 염화칼슘을 결합제로 사용한 실험도 수행되었습니다. 실험 결과, 소성 돌로마이트와 염화칼슘은 효과적인 결합제가 아닌 것으로 나타났다. 광석 더미에 시안화물 용액을 첨가하면 응집체가 빠르게 분해되어 미세 입자의 이동과 채널링 현상이 발생하며, 이는 더미 침출 작업의 원활한 진행에 지장을 준다. 산화마그네슘은 저품위 점토질 금광석에 대해 강력한 결합 효과를 나타내며 미세 입자의 이동을 방지할 수 있지만, 형성된 응집체가 너무 커서 채널링 현상이 발생하기 쉽다. 따라서 일반 규산염 시멘트가 과립화 힙 리칭에 더 적합한 결합제이며, 그 다음으로 석회가 뒤를 잇는다.

과립화 과정에서 결합제의 역할은 미세 광물의 응집을 촉진하고, 응집된 덩어리의 강도를 높이는 것입니다. 따라서 결합제의 양은 매우 중요하며, 그 양은 결합제의 종류, 광석의 입도 분포, 광석의 종류, 산도 또는 알칼리도 등과 관련이 있으며, 일반적으로 실험을 통해 결정됩니다. 결합제 양이 너무 적으면, 결과적으로 생성된 응집체가 잘 고형화되더라도 고강도 응집체를 얻기 어려우며, 침출 과정에서 침출수에 의해 추가로 적셔지면서 응집체가 부서져 광석 더미의 투과성이 저하됩니다. 반면, 결합제 사용량이 너무 많으면 생성된 응집체가 지나치게 강하고 단단하며 치밀해져 투과성이 떨어지고 금과 은의 침출을 방해하게 됩니다.

광석과 시멘트 혼합물은 물이나 시안화물 용액으로 습윤시킬 수 있다. 실험 결과, 시안화물 용액을 습윤제로 사용하는 것이 더 유리함이 밝혀졌다. 시안화물 용액은 광석-결합제 혼합물을 습윤시킬 뿐만 아니라 광석을 사전 침출시켜 침출 주기를 단축하고 금 침출 속도를 높여준다. 습윤제의 투여량은 광석의 입도 분포, 수분 함량 및 결합제 종류와 관련이 있습니다. 습윤제가 너무 적으면 미세한 광석 응집체를 형성하기에 불충분한 반면, 너무 많으면 응집체의 다공성을 저하시킬 수 있습니다. 이상적인 습윤제 투여량은 혼합물의 수분 함량을 8%–16%로 조절하는 것이다.

습윤제로 적신 후, 광석-결착제 혼합물은 응집 공정으로 이송됩니다. 현재 산업 현장에서는 멀티 벨트 컨베이어 방식과 드럼 과립화 방식, 두 가지 과립화 방법이 사용되고 있다. 멀티 벨트 컨베이어 과립화 방식은 각 벨트 컨베이어의 배출 단부에 혼합봉을 설치하여 농축 시안화물 용액, 미세 광석 및 시멘트를 균일하게 혼합함으로써 원하는 과립을 형성한다(그림 5-13). 드럼 펠릿화 공정은 광석과 미세 광석 혼합물을 회전하는 드럼에 투입하고, 그곳에서 농축된 시안화나트륨 용액을 분사하는 방식이다. 드럼의 회전을 통해 미세 광석, 시멘트 및 시안화나트륨 용액이 균일하게 혼합되어 원하는 크기의 펠릿이 형성된다(그림 5-14).

그림 5-13 다중 벨트 컨베이어용 과립화 방식

그림 5-14 드럼 과립화 방법. 생성된 과립은 실온에서 최소 8시간 동안 고형화된다. 고형화 과정에서 과립은 일정 수준의 수분 함량을 유지해야 한다. 과립이 너무 건조하면 내부에서 일어나는 가수분해 반응이 중단되며, 이러한 과립은 물과 접촉하면 국부적으로 부서지게 된다. 따라서 강도가 높고 부서지지 않는 과립을 얻기 위해서는 응고 과정에서 일정 수준의 습도를 유지하는 것이 필수적이다. 응고는 과립화 후 별도로 수행하거나 힙 리칭 과정에서 수행할 수 있다.

과립화 헐 리칭 공정에서는 시멘트가 결합제로 사용되기 때문에, 시안화물 용액을 이용한 리칭 시 별도의 보호용 알칼리가 필요하지 않으며, 침출액의 pH 값을 약 11 정도로 유지할 수 있다.

실험 및 생산 실무에 따르면, 미세 입자 광석의 과립화 및 고형화에 일반 규산염 시멘트, 물 또는 농축 시안화물 용액을 사용하면 광석 더미를 통과하는 침출 시약의 유량을 크게 증가시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 기존의 힙 침출 방식과 비교할 때, 이 공정은 다음과 같은 중요한 장점을 가지고 있다: (1) 점토 및 미세 광물 함량이 높은 미세 입자 광석은 물론, 시안화 처리에 적합한 저품위 미세 입자 금광석도 처리할 수 있다; (2) 미세 입자 금광석을 선별 과정 없이 직접 과립화하여 힙 침출할 수 있어, 힙을 통과하는 침출제의 유량을 크게 증가시키고 침출 주기를 단축할 수 있습니다; (3) 더미 형성 시 입자 크기 분리를 방지하여 침출 과정 중 채널링을 크게 줄일 수 있으며, 이를 통해 침출제가 더미 전체를 고르게 통과할 수 있게 합니다. 또한, 광석 입자 크기가 기존 더미 침출 방식보다 미세하여 금 침출률을 현저히 높입니다; (4) 응집체의 다공성 덕분에 전체 더미에 통기성이 좋아져 용액 내 용존 산소 농도를 높이고 금의 용해를 가속화할 수 있습니다; (5) 응집체는 더미의 투과성을 향상시켜 더미의 높이를 적절히 높일 수 있으며, 광석 단위당 전처리 라이너 비용을 절감하고 차지하는 면적을 줄일 수 있습니다; (6) 응집체의 다공성 덕분에 침출 후 잔류 시안화물 침출 용액을 더욱 철저하게 씻어낼 수 있습니다; (7) 응집체는 미세 광석을 고정시키고, 분진 함량을 제어하며, 상당한 환경적 이점을 제공합니다.

시안화물을 이용한 힙 리칭에 영향을 미치는 주요 요인 금 함유 광석이 힙 리칭에 적합한지는 일련의 요인에 따라 결정됩니다. 산업 생산에 앞서, 광석이 힙 리칭에 적합한지 여부와 최적의 공정 매개변수를 결정하기 위해 타당성 조사가 필요한 경우가 많습니다. 금 함유 광석의 힙 리칭 적합성은 광석 유형, 광물 조성, 화학 조성, 구조, 매장량 및 품위와 같은 요인들과 관련이 있습니다. 힙 리칭에 적합한 광석은 충분한 투과성, 높은 다공성, 느슨하고 다공성인 구조, 시안화물에 유해한 불순물 함량이 낮아야 하며, 미세 금 입자의 표면이 깨끗하고, 진흙 함량이 낮아야 합니다. 힙 리칭에 적합한 공정 매개변수를 결정하기 위해서는 실험실 및 규모 확대 시험을 수행하여 최적의 입자 크기, 시안화물 침출제 농도, 침출제 소비량, 필요한 포화 용액 부피, 보호용 알칼리의 종류·농도·소비량, 용액 분사 방법, 유량, 침출 시간, 세척액 부피, 세척 횟수 및 세척 시간, 용액 산소 함량을 결정해야 한다. 또한 설계 시 더미의 크기, 더미 침출 현장 위치, 기초층 재료, 펌프 및 저장 탱크의 위치, 고가 탱크의 위치 등을 고려해야 한다. 더미 침출 현장 위치를 적절히 선정하고 유리한 지형을 활용하면 인프라 투자 비용을 크게 절감할 수 있다.

5.4.4 힙 리칭 적용 사례 1986년 기준으로, 미국 내 17개 광산(소규모 힙 리칭 현장 제외)이 금 함유 광석을 처리하기 위해 힙 리칭을 사용했으며, 10개 광산은 이전에 지하에서 채굴된 폐석(갱석)을 처리하기 위해 힙 리칭을 사용했다. 힙 리칭으로 처리된 광석의 대부분은 노천 광산에서 채굴된 표면 산화 광석이었으며, 소량은 지하에서 채굴된 1차 금 함유 광석에서 나온 것이었다. 네바다주 가든 힐(Garden Hill) 인근의 스모키 밸리(Smoky Valley) 금광은 2년간의 인프라 건설을 거쳐 1977년에 생산을 시작했으며, 그해 1.152톤의 금을 생산했습니다. 현재 140명의 직원을 고용하고 있으며, 연간 1.71톤의 금과 0.98톤의 은을 생산할 것으로 예상됩니다. 이 광석의 연평균 금 함량은 1.03 g/t, 은 함량은 2.18 g/t이다. 시안화물 힙 리칭 공법이 사용되며, 금 회수율은 86%이다. 노천 채굴된 광석은 1066 mm × 1651 mm 원뿔형 분쇄기를 사용하여 178 mm 크기로 분쇄한 후, φ2100 mm 표준 원뿔형 분쇄기를 사용하여 50 mm 크기로, 마지막으로 힙 리칭을 위해 단축형 원뿔형 분쇄기를 사용하여 -9.5 mm 크기로 분쇄됩니다. 전체 힙 리칭 현장은 640 m × 86 m 크기의 직사각형 구역이다.

기초층의 두께는 178mm이며, 그 아래에는 고무 시트와 아스팔트로 구성된 두께 50mm의 방수층이 있고, 그 위에 또 다른 아스팔트 층이 도포되어 있습니다. 광석 미분으로 조성된 운반로는 아스팔트 표면보다 660mm 높게 조성되어 있습니다. 전체 부지는 5개의 힙 리칭 구역으로 나뉘어 있으며, 각 구역은 한쪽 측면과 한쪽 끝을 향해 경사져 있고, 각 구역당 45,000톤의 광석을 리칭할 수 있습니다. 가동 중에는 4개의 구역에서 침출이 진행되며, 나머지 1개의 광석 더미는 세척, 슬래그 제거 및 더미 쌓기 작업을 거치는데, 이 과정에는 약 5일이 소요됩니다. 침출제에는 0.045%의 NaCN과 0.04%의 CaO가 포함되어 있으며, 주 배관과 4개의 플라스틱 배관을 통해 각 광석 더미로 공급됩니다. 각 플라스틱 파이프에는 12미터 간격으로 바그다드식 분무기가 설치되어 있다. 분무기는 길이 228mm, 직경 6.35mm의 의료용 튜브로 제작되었으며, 분사 반경은 9미터이다. 각 광석 더미에는 약 84개의 노즐이 장착되어 있으며, 공급 속도는 2.7–3.4 ml/m²·s, 분사 면적은 116 m², 시간당 분사량은 약 1,500리터입니다. 침출 주기는 27일입니다. 침출 과정 중에는 침출수 내 금 함량을 매일 모니터링합니다. 금 함량이 지정된 값 이하로 떨어지면 침출제를 차단하고, 2일 동안 깨끗한 물로 용액을 세척합니다. 침출된 폐석은 두 대의 적재기와 다섯 대의 15톤 트럭을 이용하여 폐석 매립장으로 운반됩니다. 폐석 매립장은 힙 침출 현장 바로 옆에 위치하며, 각 힙은 48시간 이내에 운반될 수 있습니다. 역청 완충층을 보호하기 위해, 하역 시 더미 바닥에 0.2~0.25미터 두께의 폐석 층을 남겨두어야 합니다. 더미 침출 현장 바닥에는 완충층의 불투수성을 확인하기 위한 심정이 위치해 있으며, 정기적으로 시료를 채취하여 시험을 실시합니다. 힙 리칭에서 얻은 귀금속 용액은 터빈 펌프를 사용하여 흡착-탈착-활성화 작업장으로 이송됩니다. 이 용액은 직렬로 연결된 5개의 활성탄 흡착 탱크를 통과하여, 금과 은 함량이 약 7.775 kg/ton인 금 함유 활성탄을 생산합니다. 귀금속 용액과 활성탄은 역류 방식으로 흡착됩니다. 매일 1톤의 금 함유 활성탄을 탱크 1에서 꺼내 탈착하고, 1톤의 새로운 활성탄을 탱크 5에 추가한다. 흡착이 완료된 후, 저농도 용액의 시안화나트륨 및 석회 농도를 조정한 뒤, 재활용을 위해 힙 리칭 현장으로 되돌려 보낸다. 금 함유 활성탄은 0.1% NaCN과 1% NaOH 용액을 사용하여 85°C에서 72시간 동안 탈착됩니다. 탈착된 활성탄은 600°C의 간접 가열식 회전로에서 재생됩니다. 재생된 활성탄은 질산으로 세척하여 탄산칼슘을 제거한 후, 다시 흡착 공정으로 반환됩니다. 탈착 과정에서 얻은 귀금속 용액은 3개의 전해조로 보내져 전기도금 공정을 거치며, 음극에서 금이 회수됩니다.

미국 콜로라도주 남부에 위치한 서밋빌 금광은 100년 이상의 역사를 지닌 대규모 노천 채굴 및 힙 리칭 방식의 금 채굴 단지입니다. 광석의 금 함량은 1.2 g/t이며, 폐석의 금 함량은 0.3 g/t입니다. 광체는 약 8킬로미터에 걸쳐 연속적으로 분포하며, 그 중 3분의 2는 규산 마그네시아 광석이고 3분의 1은 점토질 미사입니다. 노천 채굴된 규산 덩어리 광석과 점토질 미세 광석은 각각 별도의 1차 선별 저장고로 운반됩니다. 덩어리 광석은 시간당 1,200톤 용량의 대형 1,260 mm × 2,100 mm 회전식 분쇄기에서 분쇄됩니다. 배출된 광석은 진동 선별기(30 mm 구멍 크기)를 통해 선별됩니다. 과대 입자 제품은 φ2,100 mm 원뿔형 분쇄기로 이송됩니다. 분쇄된 광석은 -30 mm 체에서 나온 하한 크기 제품과 혼합되어 중간 분쇄 저장고로 보내집니다. 중간 분쇄 저장고로 들어가기 전에 일정량의 석회가 첨가됩니다. 점토질 미세 광석은 다른 저장고로 보내져 75 mm 진동 체로 선별됩니다. 미규격 제품에는 시멘트가 첨가되고, 물이 분사된 후 펠릿 컨베이어 벨트를 통해 펠릿화 저장고로 이송됩니다. 과규격 제품은 조 크러셔로 분쇄된 후, 덩어리 광석 시스템과 병렬로 연결된 또 다른 φ2100 mm 콘 크러셔로 이송됩니다. 분쇄된 광석은 이후 광석 저장고로 유입됩니다. 중간 분쇄기의 처리 능력은 시간당 750톤이며, 두 분쇄기를 합친 처리 능력은 시간당 1,500톤이다. 분쇄 후, 광석은 대형 덤프 트럭을 통해 힙 침출 현장으로 운반되어 힙을 조성했다. 더미는 계곡 채움 방식을 사용하여 조성되었으며, 점유 면적은 1986년 0.1제곱킬로미터(25에이커)에서 1987년 0.43제곱킬로미터(106에이커)로 증가했습니다. 침투 방지 공법은 먼저 지면을 평탄하게 다듬고, 도로 롤러로 다짐한 뒤, 점토를 깔고 다시 다짐한 다음, 고운 모래를 깔고, 그 위에 두께 3mm의 고강도 폴리에틸렌 시트를 깔고, 마지막으로 광석이 폴리에틸렌 시트를 뚫는 것을 방지하기 위해 인공 펠트 층을 깔는 방식으로 이루어졌습니다. 이 누수 방지층은 구조적으로 견고하고 누수가 없으며 하중을 견딜 수 있었다. 광산 더미 조성에는 100톤 덤프트럭과 불도저가 사용되었다. 덩어리 광석 더미의 높이는 제한이 없었으나, 입상 광석 더미의 높이는 일반적으로 4.57미터를 초과하지 않았다. 희석된 시안화나트륨 용액은 전처리실에서 펌핑되어 광석 더미 상단에 설치된 사문석 파이프를 통해 공급되었다. 이 용액은 파이프의 작은 틈새로 분사되어 광산 더미 상단에서 하단까지 고르게 스며든 후, 금 추출 공장으로 펌핑되었다. 이 지역의 강수량이 적어 24시간 분사가 가능하다. 겨울은 춥고 눈이 많이 내려 생산 기간이 6개월로 제한된다. 덩어리 광석 더미의 분사 속도는 2.72 ml/m²·s이며, 입상 광석 더미의 경우 1.7 ml/m²·s이다. 시안화나트륨 소비량은 0.032 kg/ton이며, 석회를 사용하여 pH를 10.5로 조정한다. 금 추출 공장에는 5개의 활성탄 흡착탑, 금이 흡착된 탄소의 탈착을 위한 가압 가열 장치, 아연 분말 교체 장치, 금 정제로 및 활성탄 재생 가마가 있다. 모든 장치는 파이프라인으로 연결되어 있으며 다양한 계측 기기로 제어된다. 공장은 무취이며, 생산 인력은 극소수이다. 5개의 활성탄 흡착탑은 직렬로 연결되어 있습니다. 저농도 용액은 적정량의 시안화나트륨과 석회를 첨가한 후 광석 더미로 되돌려져 침출에 사용됩니다. 금이 함유된 활성탄은 가열 및 가압 상태에서 시안화나트륨 용액을 사용하여 탈착됩니다. 귀금속 용액은 아연 분말 교체 공정을 거친 후 여과되어 금 슬러지를 얻은 다음, 가스 연소식 금 정제로로 보내져 금 정제 공정을 거칩니다. 탈착된 활성탄은 재생되어 재사용됩니다. 금 추출 시스템에는 120명의 직원이 근무하며, 1년에 6개월, 주 7일, 하루 1교대, 교대당 11시간씩 근무합니다. 1986년에는 3백만 톤의 광석을 처리했으며, 1987년에는 1,600만 톤의 광석을 처리하여 연간 4톤의 금을 생산할 것으로 예상되었습니다. 힙 리칭(heap leaching)의 침출율은 80%–85%였으며, 총 회수율은 70%–75%였습니다.

미국 내 일부 금·은 광산의 헐프 리칭 공정에 대한 기술적 및 경제적 지표는 표 5-8에 정리되어 있다.

표 5-8에서 이어짐

우리나라는 저품위 금광석 자원이 비교적 풍부하며, 광석 유형이 다양하고 분포 범위도 넓습니다. 일부 광상은 금 품위가 높지만 매장량이 적어 기계화된 채굴 및 선광이 어렵습니다. 따라서 저비용의 힙 리칭(heap leaching) 방식을 통해 이러한 금 자원을 회수하는 것이 실현 가능한 대안입니다. 1980년대 초반부터 우리나라에서는 관련 광상의 광석을 대상으로 침출 시안화물 힙 리칭 방식을 이용한 타당성 시험을 수행해 왔습니다. 현재까지 상당수의 기존 힙 리칭 공장과 다수의 과립화 힙 리칭 공장이 설립되어 양호한 경제적 성과를 거두고 있습니다. 예를 들어, 허난성에는 10여 개 이상의 힙 리칭 공장이 건설되었으며, 일반적으로 한 힙당 1,200~1,500톤의 광석을 적재합니다. 각 산화 침출 공장은 1년에 2~3회 더미를 쌓을 수 있으며, 더미 조성, 살포, 세척 및 하역 주기는 약 3개월이 소요됩니다. 대부분은 임시 힙 리칭 구역을 사용합니다. 부지를 평탄화하고 다짐한 후, 경사도 0.5%~8%의 기초를 조성하고, 폴리에틸렌 플라스틱 필름 두 겹을 씌운 뒤 타르 종이 한 겹을 덧대어 누수가 없도록 합니다. 시멘트 기반은 균열과 누수가 발생하기 쉽습니다. 힙 리칭 구역 주변에는 배수로를 설치해야 합니다. 광석 더미 바닥에 0.2~0.3미터 두께의 크고 등급이 낮은 광석을 수작업으로 깔고, 트럭을 이용하여 더미를 쌓은 다음 작업자가 표면을 평평하게 다집니다. 시공 시, 미세 광석과 덩어리 광석을 층층이 쌓아 올리되, 진흙 함량이 높은 미세 광석은 바닥에, 입자가 굵은 덩어리 광석은 상단에 배치합니다. 시공 중에는 광석의 다짐을 피해야 한다. 광석 더미의 점토 함량이 높은 경우, 침출구 쪽에 다소 큰 크기의 광석을 쌓아두고, 이에 따라 침전지를 조성해야 한다. 광석 더미가 조성된 후에는 먼저 포화 석회수로 세척합니다. 유출수의 pH가 10에 가까워지면, 광석 더미에 시안화나트륨과 석회 혼합물을 살포합니다. 침출제는 파이프라인을 통해 이송되어 분무기를 통해 살포되며, 분무기는 침출제를 광석 더미 표면(경사면 포함)에 고르게 분사하여 균일한 침출을 보장합니다. 배출되는 침출수의 금 함량이 3×10⁻⁴%에 도달하면, 이는 고수위 탱크로 펌핑되어 활성탄 흡착 시스템으로 유입됩니다. 활성탄 흡착 시스템으로 유입되는 침출수는 정화되어야 합니다. 탄소 흡착 후 남은 희석 용액은 시안화나트륨과 산화칼슘의 농도를 조정한 후 분무 침출 공정으로 되돌려집니다. 탄소 흡착 시스템은 직렬로 연결된 4개의 흡착탑으로 구성되어 있으며, 베이징 광화 목재 공장의 GH16-A형 활성탄과 타이위안 신화 화학 공장의 Zx-15형 활성탄을 사용합니다. 금 함유 활성탄은 5% NaCN + 2% NaOH 혼합액을 사용하여 95℃의 일정 온도에서 2~6시간 동안 탈착시킨 후, 95℃의 온수로 용출합니다. 용출액의 금 함량은 일반적으로 300ppm입니다. 용출액(귀금속 용액)은 냉각 및 여과 과정을 거친 후 전기분해 셀로 보내져 전기추출이 이루어집니다. 금은 티타늄판 음극(또는 스틸 울 음극)에 플레이크 또는 응집체 형태로 침전되며, 이를 긁어내어 제련하여 금괴로 만듭니다. 금이 제거된 활성탄은 재생되어 재사용된다. 전기분해 잔사물은 활성탄 컬럼이나 이온 교환 수지 컬럼을 통해 정제된 후 세척수로 탈착 시스템으로 되돌려져 19회 이상 재사용된다. 마지막으로, 이 용액은 배출 전에 표백 분말로 처리됩니다. 힙 침출이 끝나면 광석 더미를 석회수 용액으로 세척합니다. 세척수는 잔류 금을 회수하기 위해 탄소 흡착탑으로 보내지거나, 다음 살포를 위해 저장 탱크로 직접 배출됩니다. 세척 유출수의 시안화나트륨 농도가 0.01% 미만이고 금이 포함되어 있지 않은 경우, 광석 더미 표면에 적정량의 표백 분말을 살포한 후, 배출 기준을 충족할 때까지 깨끗한 물로 세척한 뒤 폐광석 더미를 제거할 수 있습니다. 하역 시에는 각 층에서 슬래그 시료를 채취하여 분석 및 검사를 실시해야 한다. 우리나라 링후 금광에서 채굴된 고품위 광석은 전체 슬러지 시안화 탄소-펄프(CIP) 공정을 통해 추출됩니다. 채굴된 저품위 광석과 금을 함유한 모암은 금 함량이 톤당 약 3그램이며, 기존의 힙 리칭 공정을 통해 추출됩니다. 4개의 고정된 힙 리칭 구역이 있으며, 각 구역은 1,500톤의 광석을 수용할 수 있습니다. 일반적으로 한 힙은 스프레이 리칭을 위해 유지됩니다. 채굴된 저품위 광석과 금을 함유한 주변 암석은 250×400mm 죠 크러셔를 사용하여 50mm 크기로 분쇄됩니다. 분쇄된 광석은 트럭을 이용하여 높이 3미터의 정사각형 원뿔형으로 쌓입니다. 광석은 포화 석회수로 5~10일간 세척하여 유출수의 pH를 10~11로 조정합니다. 그 후, pH=10–11인 0.03%–0.05% 농도의 NaCN 침출제를 2.78–5.56 ml/m²·s의 유속으로 50일 동안 광석 더미에 분사한다. 금 침출율은 63.76%이다. 금 1타엘 생산 비용은 약 300위안이며, 이 중 지하 채굴 및 광석 운송 비용이 60%를 차지한다. 라오완 금광에는 4개의 채굴 구역이 있으며, 이들 구역은 서로 멀리 떨어져 있고 대부분 규모가 작고 형태가 불규칙하며, 광석 산화가 심하고 점토 함량이 높은 광산이다. 25×16미터 규모의 영구적 힙 리칭 구역이 건설되었으며, 이 구역은 잔해 콘크리트 모르타르로 채워지고 콘크리트로 마감되었다. 광석에는 40%–50%의 미분 광물이 포함되어 있으며, 이는 더미 조성 시 바닥에 2.27미터 높이로 쌓입니다. 더미의 금 함량을 보장하기 위해 혼합 광석 방식이 사용됩니다. 더미로 유입되는 원광의 평균 품위는 2.24 g/t이다. 광석은 비교적 산성이며, 침출수는 약산성(pH=6)이다. 세척수는 소량의 가성소다 용액이 첨가된 포화 석회수이며, 세척 과정은 15일이 소요된다. 침출제 살포에는 이동식 및 고정식 분무기가 사용되며, 살포량은 시간당 톤당 4리터입니다. 51일간의 분무 침출 후, 금 침출율은 75.44%이며, 귀금속 용액 내 최고 금 함량은 104 ppm에 달합니다. 흡착에는 4개의 탄소 흡착탑이 사용되며, 유량은 시간당 600리터이다. 분무 침출 후, 광미는 사용된 시안화물의 16배 양에 해당하는 표백 분말로 처리된다. 더미 세척 기간은 7일이다. 이 광석에서 금 1타엘당 더미 침출 비용은 349위안이다.