은광석 추출 공정에 대한 완전 가이드: 원광석에서 순은까지

은은 보석, 산업 제조, 전자제품 및 투자 분야에서 널리 사용되는 귀금속입니다. 하지만 평범한 은광석 한 조각을 반짝이는 순은 주괴로 바꾸는 복잡한 정제 과정을 아는 사람은 거의 없습니다. 이 글에서는 은광석의 채굴부터 정제까지의 전체 과정을 단계별로 상세히 안내합니다.

1. 은광석 정제 개요

은은 자연계에 널리 분포되어 있지만 농도는 낮습니다. 전 세계 확인된 은 매장량은 약 244,000톤입니다. 특히, 독립적인 은 주성분 광석에서 생산되는 은은 약 10%에 불과하며, 나머지 90%는 비철금속 광석(예: 납, 아연, 구리)에서 부산물로 회수됩니다. 품위별로 볼 때, 은 함량이 100 g/t를 초과하는 광상은 독립 은광석으로 분류되며, 이 기준치 미만의 광상은 부수적 은광석으로 불립니다.

은 추출 방법은 일반적으로 다음과 같이 나뉩니다. 수력야금학적 그리고 고온 야금학적 공정 경로. 일반적인 산업 공정 흐름은 다음과 같습니다: 채광 → 파쇄 → 분쇄 → 부양 선광 → 농축물 처리 → 시안화물 침출 → 침전 → 전기 정제. 각 단계를 자세히 살펴보겠습니다.

2. 은광석 추출의 주요 공정 단계

1. 채광 및 파쇄

은광석은 노천 채굴이나 지하 채굴을 통해 채취됩니다. 채굴된 원광은 먼저 분쇄 공정을 거치는데, 일반적으로 폐쇄 회로 진동 선별기를 이용한 2단계 분쇄 공정이 적용됩니다. 이는 광석을 후속 가공에 적합한 크기, 대개 13mm 미만으로 분쇄하기 위함입니다.

2. 분쇄 및 선별

분쇄된 광석은 이후 볼 밀에서 분쇄되어 갱석에서 은 광물을 분리해 냅니다. 일반적인 공정에서는 광석을 분쇄하고 하이드로사이클론을 통해 선별하여, 고형분 농도 37%–39%, 0.075 mm를 통과하는 입자 크기 60%, pH 7–8의 슬러리를 생산합니다.

현대식 부유 회로에서는 대개 2단계 연속 분쇄 공정을 채택합니다. 1단계에서는 –3 mm의 입도까지 분쇄한 후, 체 분리 및 하이드로사이클론 분류를 거칩니다. 최종 분쇄 입도는 일반적으로 0.074 mm를 통과하는 70%–80% 수준입니다.

3. 부유 선별 – 핵심 농축 공정

부상 선광은 은광석의 농축 과정에서 가장 중요한 단계입니다. 은광석의 대부분이 황화광석이기 때문에 부상 선광은 매우 효과적이며, 일반적으로 유가 광물의 농도를 30~40배까지 높일 수 있습니다.

은의 부양 공정에는 일반적으로 다음이 포함됩니다:

• 거친 선별: 단일 개방 회로 조광 공정을 거치면 조광 농축물과 조광 광미가 각각 생성된다.
• 정제/제거 단계: 1차 선광 잔재물은 2차 선광 공정, 두 차례의 잔여물 회수 공정, 그리고 한 차례의 정제 공정을 거치며, 이를 통해 더 순도 높은 농축물과 최종 부양 잔재물이 생산된다.
• 복합 농축물: 정제 농축물을 1차 거친 농축물과 혼합하여 최종 은 농축물을 생산합니다.

부유 공정용 시약에는 다음이 포함됩니다. 수집가들 (예: 부틸 잔테이트, 암모늄 디부틸디티오인산염), 활성제 (예: 황산구리), 그리고 거품기 (예: 2호 오일). 러퍼 1대, 클리너 2대, 스캐빈저 2대로 구성된 일반적인 공정 흐름도를 통해 시장성 있는 혼합 은 농축물을 생산할 수 있다.

복잡한 다금속 광석의 경우, 보다 정교한 공정이 사용됩니다. 예를 들어, 은-망간 광석의 경우 “건식 자력 전처리 → 비자성 분획의 부유 선광 → 자성 분획의 부유 선광” 공정을 사용할 수 있습니다. 은-철-망간 복합 광석의 경우, “은 부유 – 철 저강도 자력 선별 – 망간 고강도 자력 선별” 공정을 결합하여 적용할 수 있다.

4. 농축 처리 및 시안화물 침출

그런 다음 은 정광은 시안화물 침출 공정을 거칩니다. 1887년에 발명된 시안화 침출 공정은 한때 주류 방식이었습니다. 이 공정은 시안화물(일반적으로 시안화나트륨 또는 시안화칼륨)을 사용하여 광석에서 은을 용해시킵니다. 주요 반응은 다음과 같습니다:

• 은 금속: Ag + O₂ + 8CN⁻ + 2H₂O → 4Ag(CN)₂⁻ + 4OH⁻
• 세라르기라이트(AgCl): AgCl + 2CN⁻ → Ag(CN)₂⁻ + Cl⁻
• 아르젠타이트 (Ag₂S): Ag₂S + 4CN⁻ + 2O₂ → 2Ag(CN)₂⁻ + SO₄²⁻

기존의 금 시안화 추출법과 비교할 때, 은 침출 공정에는 몇 가지 뚜렷한 특징이 있습니다. 즉, 더 높은 시안화물 농도(0.3%–0.6%), 황화광석의 더 긴 체류 시간(2–3일), 더 미세한 분쇄(−0.15 mm), 그리고 강력한 폭기 등이 있습니다.

저품위 은광석의 경우, 응집이 수반되는 힙 리칭 비용 효율적인 대안입니다. 저품위 광석, 분쇄된 재료 또는 광미에 시멘트, 석회, 물을 혼합하여 응집체를 형성한 뒤, 이를 더미로 쌓아두고 재순환 시스템에서 시안화나트륨 용액을 분사하여 농축 용액을 생산합니다. 예를 들어, 은(Ag) 함량이 35 g/t인 폐석을 처리하는 미국의 한 광산은 힙 리칭을 통해 90%의 회수율을 달성했다.

2단계의 시안화물 침출 과정을 거친 후, 혼합 은 농축물로부터 용해된 은을 함유한 침출액이 얻어집니다.

5. 침전 및 은-금 슬러지 제조

이 용액은 산소가 제거된 후 다음 공정을 거쳐 처리됩니다. 아연 분진 침전 나트륨 시아노아르젠타이트 복합체에서 은을 분리하기 위함이다. 이를 통해 은-금 슬러지 침전물이 생성된다. 모액 내 은 농도는 일반적으로 0.2~1 g/L 범위이다.

슬러지는 산 세척 및 건조 과정을 거친 후 제련되어 은-금 합금 양극을 생산합니다.

6. 전기 정제 – 순은 얻기

은-금 합금 양극은 마지막으로 다음 처리를 거치게 되는데, 은 전기 정제 정제 과정입니다. 전기분해를 통해 고순도 은을 얻습니다. 음극에 침전된 은 분말을 녹여 최종 상업용 은괴로 주조합니다.

3. 대체 은 추출 방법

위에서 설명한 주요 과정 외에도 몇 가지 다른 중요한 방법이 있습니다:

합병: 이 고대 기법(중국 진·한 왕조 시대로 거슬러 올라감)은 수은을 사용하여 은을 선택적으로 적셔 아말감을 형성한 뒤, 나중에 수은을 증류하여 제거하는 방식이다. 심각한 수은 오염 문제로 인해 현재는 보조 공정으로 사용되는 경우를 제외하고는 거의 사용되지 않는다.

산 침출: 고품위 은광석은 황산-질산 혼합액으로 침출할 수 있다. 침출액에서 HCl 또는 NH₄Cl을 사용하여 은을 AgCl 형태로 침전시킨 다음, 이를 변환 및 환원시켜 금속 은으로 얻는다.

슬러리 전기분해: 중국에서 발명된 기술로, 다금속 광석에서 얻은 선광물을 부유 선광하는 데 사용되며, 이 과정에서 납과 은이 전해조에서 동시에 용해된다.

4. 환경 보호와 향후 동향

아말감법과 같은 전통적인 공정은 수은 오염 문제로 인해 점차 사라지고 있습니다. 현대적인 은 정제 기술은 더욱 친환경적이고 효율적인 방식으로 발전하고 있습니다:

• 생물학적 침출: 탄소질 은광석을 처리할 때 상당한 이점을 보여준다.
• 새로운 침출제: 수용성 심유텍틱 용매와 같은 친환경 용매들이 개발되고 있다.
• 프로세스 인텔리전스: 시약의 분자 설계에 공정 최적화 및 지능형 제어를 결합하면 전체적인 은 회수율을 현저히 향상시킬 수 있다.

은광석 채굴은 물리적 광물 선광, 화학 야금, 전기화학 정제 기술을 통합한 복잡한 시스템 공학입니다. 채굴과 파쇄부터 최종 순수 금속 생산에 이르기까지, 각 단계마다 현대 기술의 혁신이 담겨 있습니다. 이 공정을 이해하면 귀중한 자원의 가치를 제대로 인식할 수 있을 뿐만 아니라, 우리가 사용하는 모든 은 제품 뒤에 숨겨진 과학과 공학에 대한 존경심도 더욱 깊어집니다.