교반식 시안화물 침출

5.5.1 교반식 시안화물 침출 공정의 원리 흐름도

교반식 시안화물 침출 일반적으로 분쇄 입자 크기가 0.3 mm 미만인 금 함유 광물에 적합합니다. 이 공정의 원리 흐름도는 그림 5-15에 나와 있습니다. 여과식 시안화물 침출 방식과 비교할 때, 교반식 시안화물 침출 방식은 설비 면적이 더 작고, 침출 시간이 더 짧으며, 기계화 정도가 더 높고, 금 침출율이 더 높으며, 원료에 대한 적응성이 더 뛰어나다는 장점이 있다.

그림 5-15, 교반식 시안화물 침출 공정 흐름도

금 회수율을 높이고 시안화물 침출 시간을 단축하기 위해, 시안화물 침출 전에 아말감화, 중력 분리 또는 부유법을 통해 굵은 금 입자를 회수하는 경우가 많습니다. 또한 중력 분리나 부유법은 시안화물 침출을 방해하는 다량의 갱석과 유해 불순물을 제거하여 금 농축물을 얻기 위해 흔히 사용됩니다. 그런 다음 금 농축물은 시안화물 침출 전에 재분쇄됩니다. 금 함유 광석에 점토, 황토, 셰일이 다량 포함되어 있고 미세 금 입자의 함량이 높을 경우, 부양 지수는 낮아집니다. 이러한 경우, 금 함유 광석을 금 제거 용액(린 용액)에서 분쇄한 다음 전체 슬러지 시안화물 침출을 실시할 수 있습니다. 따라서 교반 시안화물 침출을 통해 얻어지는 금 함유 물질은 원광, 아말감화 잔사, 중력 분리 잔사, 부유 금 농축물, 부유 분리에서 분리된 금-구리 혼합 농축물, 금 함유 철광석 농축물, 금 함유 철광석 슬래그 등이 될 수 있습니다.

교반식 시안화물 침출 탱크

금 추출을 위한 교반식 시안화물 침출 공정에서는, 미세하게 분쇄된 금 함유 원료와 시안화물 침출제를 교반 탱크 내에서 지속적으로 교반 및 통기시켜 금 침출을 완료합니다. 교반 원리와 방식에 따라 교반 침출 탱크는 기계식 교반 침출 탱크, 공기 교반 침출 탱크, 그리고 공기-기계 복합 교반 침출 탱크의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

5.5.2.1 기계식 교반 침출 탱크

기계식 교반 침출 탱크에서는 고속으로 회전하는 기계식 교반기를 통해 슬러리의 교반이 이루어집니다. 기계식 교반기는 프로펠러, 임펠러 또는 터빈 유형일 수 있습니다. 그림 5-16에 표시된 프로펠러형 교반 침출 탱크는 생산 현장에서 일반적으로 사용되는 기계식 교반 침출 탱크의 한 유형입니다. 이 탱크는 주로 탱크 본체, 프로펠러가 장착된 수직 샤프트, 중앙 슬러리 유입관 1, 순환관, 덮개판 6, 슬러리 공급관 8 및 배출관 9로 구성됩니다. 프로펠러가 빠르게 회전함에 따라 탱크 내의 슬러리는 분기 파이프를 통해 중앙 슬러리 수취 파이프 1로 유입되어 소용돌이를 형성합니다. 공기가 소용돌이 속으로 빨려 들어가 슬러리의 산소 함량을 포화 상태로 만듭니다. 프로펠러가 회전함에 따라, 수취관으로 유입된 슬러리를 탱크 바닥으로 밀어내면, 슬러리는 바닥에서 되돌아와 탱크 벽면을 따라 상승한 후 순환관을 통해 중앙 슬러리 수취관으로 다시 유입되며, 이를 통해 슬러리의 다중 순환이 이루어지고 슬러리에 지속적으로 공기가 유입됩니다.

1—펄프 유입관; 2—분기관;

3—수직축; 4—프로펠러; 5—지지대; 6—덮개;

7—유로; 8—급수관; 9—배수관

기계식 교반 방식의 침출 탱크는 슬러리를 균일하고 강력하게 교반하며, 지속적으로 공기를 유입시켜 산소 함량을 높입니다. 이를 통해 가동 중단 후 재가동이 용이해지며, 슬러리가 프로펠러를 막는 것을 방지합니다.

실제 생산 현장에서는 산소 함량과 교반 강도를 더욱 높이기 위해 탱크 내부에 수직 압축 공기 파이프를 여러 개 삽입하거나, 탱크 내벽(외벽)에 에어 리프터를 설치하기도 합니다.

프로펠러식 교반 침출 탱크 외에도, 임펠러식 및 기타 기계식 교반 침출 탱크도 생산 공정에 사용됩니다.

5.5.2.2 공기 교반식 침출조

공기 교반 침출조는 압축 공기의 공압 작용을 통해 슬러리를 균일하고 강력하게 교반합니다. 공기 교반 침출조의 구조도는 그림 5-17에 나와 있습니다. 국제적으로 이 유형의 탱크는 흔히 파추카(Pachuca) 또는 브라운(Brown) 공기 교반 침출 탱크라고 불립니다. 침출 탱크의 상부는 높은 원통형이며, 하부는 60도 원뿔형입니다. 이 탱크는 주로 탱크 본체, 중앙관, 압축 공기관, 급입관 및 배출관으로 구성됩니다. 가동 시, 슬러리는 급입관을 통해 탱크로 유입된다. 압축 공기관은 중앙관의 하부로 직접 연결된다. 압축 공기는 중앙관 내에서 기포 형태로 상승하며, 이로 인해 중앙관 내부의 슬러리 밀도가 중앙관 외부의 환형 공간에 있는 슬러리 밀도보다 낮아진다. 이로 인해 슬러리는 중앙관 내부에서는 지속적으로 상승하고, 중앙관 외부의 환형 공간에서는 지속적으로 하강하여 슬러리 순환이 이루어집니다. 압축공기의 압력과 유량을 조절함으로써 슬러리의 교반 강도를 조절할 수 있습니다.

공기 교반식 침출조는 간헐적으로 또는 연속적으로 가동할 수 있습니다. 간헐 가동 시에는 침출이 끝나면 슬러리가 하부 배출관을 통해 배출됩니다. 연속 가동 시에는 슬러리가 상부 배출관을 통해 배출되어 다음 침출조로 유입됩니다.

압축 공기로 교반되는 침출 탱크는 슬러리를 매우 강력하게 교반하여, 슬러리 내 산소 함량을 포화 상태에 가깝게 만듭니다.

그림 5-17 공기 교반식 침출 탱크(타워)

1—중앙 파이프; 2—급입 파이프; 3—압축 공기 파이프; 4—하부 배출 파이프; 5—상부 배출 파이프; 6—탱크 본체

혼합 교반 침출조는 중앙에 에어 리프트와 기계식 레이크가 장착된 원형 탱크이거나, 주변부에 에어 리프트가 설치되고 중앙에 슬러리 순환 파이프와 나선형 교반기가 장착된 원형 탱크입니다. 따라서 이 탱크는 레이크형 교반 침출 탱크라고도 불립니다. 레이크 교반기는 해외에서 다우(Dow), 덴버(Denver), 워먼(Worman) 모델 등 다양한 유형으로 사용되고 있습니다. 그림 5-18은 금 가공 공장에서 널리 사용되는 혼합 교반 침출 탱크를 보여줍니다. 이 탱크는 주로 탱크 본체, 에어 리프트 파이프, 레이크, 수직 샤프트, 유로 및 동력 전달 장치로 구성됩니다. 슬러리는 상단에 위치한 급입구를 통해 탱크로 유입됩니다. 탱크 내부에서 슬러리는 바닥을 향해 층을 이루며 침전됩니다. 바닥에 쌓인 농축 슬러리는 레이크의 회전(분당 1~4회)에 의해 중공 리프트 파이프 입구 쪽으로 모입니다. 압축 공기의 작용으로 농축 슬러리는 에어 리프트 파이프를 따라 상승하여 두 개의 천공된 유로로 넘쳐 흐릅니다. 그런 다음 수직축을 중심으로 회전하는 이 채널들의 천공부를 통해 탱크로 다시 유입되며, 이를 통해 탱크 내 슬러리의 균일한 분포가 보장됩니다. 침출된 슬러리는 급입구 반대편에 위치한 출구를 통해 지속적으로 배출되어 연속적인 작동을 실현합니다.

이러한 유형의 교반 침출 이 탱크는 높이가 낮고, 바닥에 침전물이 없으며, 금 침출율이 높고, 시안화물 소비량이 적습니다.

그림 5-18 레이크식 혼합기 침출 탱크

1—공기 리프트 파이프; 2—레이크; 3—유동 채널; 4—수직 샤프트; 5—수평 프레임; 6—전동 장치

현재 우리나라에서는 주로 SJ형 이중 임펠러 침출 혼합 탱크를 사용하고 있으며, 이는 기계식 및 공기 혼합 방식의 혼합 침출 탱크입니다. 임펠러 회전 속도는 비교적 낮으며, 중공축을 통해 저압 공기가 주입되어 균일한 폭기, 안정적인 광석 흐름, 우수한 혼합 효과, 낮은 전력 소비를 실현하며, 고무 라이닝 처리된 임펠러를 사용하여 긴 수명을 보장합니다.

5.5.3 혼합 침출 공정 방법

혼합 침출은 운전 방식에 따라 연속 교반 시안화물 침출과 간헐적 교반 시안화물 침출로 나눌 수 있다. 연속 교반 침출에서는 슬러리가 직렬로 연결된 여러 개의 교반 침출 탱크를 통해 하류로 흐른다. 슬러리가 중력에 의해 흐를 수 없는 경우에는 펌프로 이송할 수 있다. 일반적으로 펌핑 횟수를 최소화하고 전력 소비를 줄이기 위해 슬러리는 중력에 의해 흐르도록 해야 한다. 간헐식 교반 침출에서는 슬러리가 여러 개의 병렬로 연결된 교반 침출 탱크로 공급됩니다. 침출이 끝나면 슬러리는 저장 탱크로 배출되고, 새로운 슬러리 배치가 침출을 위해 교반 침출 탱크로 공급됩니다.

금 농축 시설에서는 연속 교반식 시안화물 침출법이 더 일반적으로 사용된다. 간헐적 교반식 시안화물 침출법은 일부 소규모 농축 시설에서, 특정 난처리성 금 광석을 처리할 때, 또는 각 침출 단계마다 새로운 시안화물 용액이 필요한 경우에만 사용된다.

연속 교반식 시안화물 침출 공정은 일반적으로 직렬로 연결된 3~6개의 교반 침출 탱크에서 수행됩니다.

일반적으로 침출 탱크는 계단식 구조로 설치되어 슬러리가 각 탱크를 균일하고 지속적으로 통과할 수 있도록 합니다. 슬러리가 각 침출 탱크를 통과하는 데 걸리는 시간은 해당 침출 조건에서 요구되는 침출 시간과 같거나 약간 더 길어야 합니다. 간헐적 침출에 비해 연속 교반 침출(CSL) 방식은 적재 및 하역 시간을 단축하고, 설비의 처리 용량이 더 크며, 침출된 슬러리의 연속적인 고액 분리를 가능하게 하고, 저장 탱크가 필요 없으며, 공장 면적과 전력 소비를 줄이고, 공정 자동화를 용이하게 하며 작업 환경을 개선합니다. 이 운영 방식은 대부분의 금 농축 공장에서 사용할 수 있습니다.

간헐적 교반 침출 방식은 일반적으로 일일 처리 용량이 100톤 미만인 금 농축 시설에서 사용됩니다. 대규모 농축 시설의 경우, 여러 개 또는 심지어 12개에 달하는 침출 탱크를 병렬로 가동해야 하는 경우가 많습니다. 침출된 슬러리는 배치식 고액 분리를 위해 저장 탱크로 이송됩니다. 저장 탱크 내의 슬러리는 광물 입자의 침전을 방지하기 위해 지속적으로 교반되어야 합니다.

교반식 시안화물 침출 공정 중의 액체 대 고체 비율은 일반적으로 1:1입니다. 침출과 세척을 동일한 침출 탱크에서 수행할 경우, 침출이 끝날 무렵 세척수를 추가하여 슬러리의 액체 대 고체 비율을 3:1로 희석할 수 있습니다.

5.5.4 침출 슬러리의 고액 분리 및 세척 교반된 시안화물 침출 슬러리는 금 침전을 위한 투명한 귀금속 용액을 얻기 위해 고액 분리가 필요합니다. 금 회수율을 높이기 위해서는 고체-액체 분리 후 남은 고체 분획을 세척하여 가능한 한 많은 금 함유 용액을 회수해야 한다. 실제 생산 공정에서는 침전법, 여과법 및 유동층법을 사용하여 침출 슬러리의 고체-액체 분리 및 세척을 수행할 수 있다.

5.5.4.1 침전법 우리나라의 대부분의 금 농축 시설에서는 고체-액체 분리 및 침출 슬러리의 세척에 침전법을 사용하고 있다. 해외에서는 주로 북미 지역에서 이 방법이 사용된다. 침전법은 간헐식 침전법과 연속식 침전법으로 나뉜다.

A. 간헐적 따르기 방식

간헐적 침전법은 간헐적 시안화물 침출 펄프의 고체-액체 분리에 일반적으로 사용되며, 침전조 또는 농축조에서 수행될 수 있다. 침전조를 사용할 경우, 침출 펄프가 정화된 후, 정화된 금 함유 용액은 플로트가 장착된 사이폰을 통해 배출되어 금이 침전되도록 합니다. 남은 농축 펄프는 교반식 침출조로 되돌려져 희석된 시안화나트륨 용액으로 세척됩니다. 그런 다음 펄프는 정화를 위해 다시 침전조로 보내집니다. 이 공정은 세척액 내의 금 함량이 미량 수준이 될 때까지 여러 번 반복됩니다. 고체-액체 분리를 위해 농축기를 사용할 경우, 침출 펄프는 정화를 위해 농축기로 보내집니다. 오버플로우는 금을 침전시키기 위해 보내지고, 언더플로우는 희석된 시안화나트륨 용액으로 세척하기 위해 교반 침출 탱크로 되돌려집니다. 그 후 펄프는 침전기로 다시 보내져 정화됩니다. 이 공정은 오버플로우의 금 함량이 미량 수준이 될 때까지 여러 번 반복됩니다. 세척 용액의 금 함량은 일반적으로 낮으므로, 세척 시 단계적 농축 방법을 사용할 수 있습니다. 첫 번째 세척 용액은 시안화나트륨 농도와 pH를 조정한 후, 다음 배치의 금 함유 물질의 침출제로 사용됩니다. 두 번째 세척 용액은 다음 배치의 원료 침출 슬러리에 대한 첫 번째 세척제로 사용되며, 이와 같은 방식으로 농도를 단계적으로 높여 나갑니다. 최종 세척 용액은 깨끗한 물을 세척제로 사용합니다.

간헐식 침전 방식은 가동 시간이 길고, 대량의 용액이 필요하며, 넓은 공간을 차지합니다. 현재 산업 현장에서는 거의 사용되지 않으며, 처리 용량이 작은 시안화물 공장에서만 사용되고 있습니다.

B. 연속 역류 침전법

산업 현장에서 사용되는 연속 침전 공정은 대부분 역류 침전 공정(CCD 공정이라 함)으로, 이 공정에서는 침출 슬러리와 세척 용액이 서로 반대 방향으로 이동합니다. 이 공정은 직렬로 연결된 여러 개의 단층 또는 다층 농축기에서 수행됩니다.

a. 단층 농축기 연속 역류 세척

여러 대의 단층 농축기를 직렬로 연결하여 고체-액체 분리 및 교반 침출 슬러리의 연속 역류 세척에 사용할 수 있다. 그림 5-19에는 대표적인 공정이 나와 있다. 단층 농축기를 이용한 연속 역류 세척 방식은 조작이 간편하고 용해된 금의 세척 효율이 높으며 자동화가 용이하다는 장점이 있다. 그러나 장비가 차지하는 면적이 넓고 슬러리를 여러 번 펌핑해야 한다는 단점이 있다.

그림 5-19 연속 역류 경사 세척의 일반적인 흐름도

따라서 많은 시안화물 공장에서 다단계 농축기를 이용한 연속 역류 세정 공정을 채택하는 경향이 있다.

농축 효율을 높이고 설비 설치 면적을 줄이기 위해, 1970년대 후반 남아프리카 공화국의 엘란즈랜드(Elandsrand) 금광과 미국 네바다주의 실버 킹 마이닝(Silver King Mining) 및 휴스턴 인터내셔널 미네랄스(Houston International Minerals)는 차례로 새로운 유형의 고효율 농축기를 도입했습니다. 엘란즈랜드는 이를 하이드로사이클론의 오버플로우를 농축하는 데 사용했으며, 실버 킹과 휴스턴은 침출 슬러리의 역류 데칸트 세척에 사용했습니다. 슬러리는 먼저 탈기된 후 혼합된 다음 농축기로 유입됩니다(그림 5-20). 응집제는 슬러리와 혼합되기 위해 최소 3단계에 걸쳐 믹서에 첨가됩니다. 믹서에는 슬러리 내 응집제의 균일한 분포를 보장하기 위한 임펠러가 장착되어 있습니다. 응집제와 혼합된 슬러리는 믹서의 하부 탱크로 유입됩니다. 믹서의 하부 탱크에는 농축 영역을 확대하기 위해 방사형 경사판이 설치되어 있습니다. 농축된 하류액은 레이크 장치에 의해 긁어내어집니다. 침전된 용액은 압축층의 플록을 통해 여과된 후 상부 오버플로 슈트를 통해 배출됩니다. 이 고효율 농축기는 크기가 작고 효율이 매우 높아, 기존 농축기보다 최대 10배 더 효율적이며 투자 비용도 적게 듭니다. 그러나 광석 입자 크기와 성질의 변화에 더 민감합니다.

그림 5-20 고효율 농축기의 단면 개략도

1—레이크 암 구동 장치; 2—믹서 구동 장치; 3—응집제 주입관;

4—혼합기; 5—레이크 암; 6—급입관; 7—오버플로 슈트; 8—침전 모래 배출관; 9—탈기 시스템

b. 다층 농축기 연속 역류 세척

다층 농축기의 구조는 중앙 구동식 단층 농축기의 구조와 대체로 유사하지만, 여러 개(보통 2~5개)의 단층 농축기가 서로 쌓여 있다는 점이 다릅니다. 층 사이에는 머드 씰 장치(층간 게이트)가 사용되어, 하부 층에서 발생한 오버플로우(정화된 액체)가 상부 층으로 유입되는 것을 방지합니다.

우리나라의 금 선광 공장에서는 주로 2층 또는 3층 농축기를 사용합니다. 그림 5-21은 3층 농축기의 연속 역류 세척 원리를 보여줍니다. 각 농축기의 레이크 프레임은 동일한 수직 축에 고정되어 있으며, 이 축은 전동기에 의해 구동되어 회전합니다. 층 사이에는 층간 게이트가 설치되어 있으며, 각 층의 오버플로 파이프는 세척액 탱크에 연결되어 있다. 레이크가 천천히 회전함에 따라 상부 언더플로(underflow)는 다음 층으로 원활하게 배출될 수 있지만, 하부 층에서 나온 정화된 액체는 상부 층으로 유입될 수 없다. 층 사이의 현탁액은 서로 연결되어 있으며, 정수압 평형을 통해 상대적인 안정성을 유지할 수 있다. 따라서 세척 탱크 내 하부 층의 정화액 오버플로 포트는 상부 층의 액면보다 높아야 한다. 높이 차이를 Δh라고 할 때, 그 값은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있다:

층간 게이트 (단면도)

그림 5-21 3층 농축기의 연속 역류 세척 원리 개략도

1—중앙 샤프트; 2—레이크 프레임; 3—입구; 4—배출구;

5—세정액 배관; 6—오버플로 배관; 7—세정액 배관; 8—오버플로 배관; 9—세정액 배관; 10—오버플로 탱크; 11—세정액 탱크

이 식에서, △h는 상부 액면 위에서의 하부 오버플로 배출구의 높이이며;

h—상부 언더플로우의 높이;

p—농축된 하류분의 밀도;

Po—맑게 걸러진 액체의 밀도.

가동 중, 침출 슬러리는 공급관을 통해 다층 농축기의 최상층으로 유입됩니다. 하류액은 각 층을 순차적으로 통과한 후, 최종적으로 하부 배출구를 통해 배출됩니다. 세척액(일반적으로 금 제거 용액)은 세척액 파이프를 통해 하부 농축기로 유입되어 상부 층에서 배출된 하류액을 세척합니다. 이 세척액의 오버플로는 오버플로 파이프를 따라 세척액 탱크의 구획 II로 유입된 후, 파이프 7을 통해 제2 농축기로 들어가 제1 농축기에서 배출된 하류액을 세척합니다. 제2 농축기의 오버플로는 오버플로 파이프를 통해 세척액 탱크의 제1 구획으로 유입된 후, 세척액 파이프 9를 통해 제1 농축기로 유입되어 슬러리를 세척한다. 제1 농축기에서 배출되는 오버플로는 금을 함유한 귀금속 용액이다. 그림 5-22는 우리나라 시안화물 공장에서 3층 농축기를 사용하는 연속 역류 세척의 용액 평형도를 보여준다. 금 함유 물질은 88%-0.037 mm로 분쇄되었으며, 급송 농도는 27.8%, 배출 농도는 57.72%, 용해된 금의 세척율은 98.86%였습니다.

그림 5-22 시안화물 공장에서의 3층 농축기 연속 역류 세척 공정

여과 방법

여과 공정에서의 고체-액체 분리 및 세척은 연속식 또는 간헐식으로 수행될 수 있다. 연속식 공정에서는 일반적으로 원통형 진공 여과기와 디스크형 진공 여과기를 사용하는 반면, 간헐식 공정에서는 주로 프레임형 진공 여과기와 필터 프레스를 사용한다. 금 농축 시설에서는 연속식 여과가 더 일반적으로 사용된다.

간헐적 여과는 일반적으로 여과가 어려운 시안화물 슬러리의 고체-액체 분리에 사용되며, 이를 통해 여과 케이크를 더 오랫동안 세척할 수 있습니다. 그러나 처리 용량이 낮고 더 넓은 면적이 필요하기 때문에, 주로 처리 용량이 작은 금 농축 공장에서 사용됩니다.

교반된 시안화물 침출 슬러리의 농도는 비교적 낮으며, 일반적으로 약 30% 수준입니다. 여과기의 처리 용량과 여과 효율을 높이기 위해, 시안화물 침출 슬러리는 일반적으로 먼저 농축 및 탈수 과정을 거친 후, 농축된 언더플로우를 여과기로 보냅니다. 농축 과정에서 응집제를 첨가하여 여과 전 언더플로우 농도를 55% 이상으로 높일 수 있다. 여과된 케이크는 기계적으로 포집된 금 함유 용액을 회수하기 위해 여러 번 세척해야 한다. 일반적으로 먼저 희석된 시안화나트륨 용액으로 세척한 후, 깨끗한 물로 세척합니다. 여과 케이크를 세척하는 데는 보통 2단계 여과 및 세척 방법이 사용됩니다. 그림 5-23은 농축기와 두 대의 여과기를 사용하는 시안화 처리 공장의 여과 및 세척 공정을 보여줍니다.

그림 5-23 시안화물 공장의 3단계 여과 및 세척 공정

이 공장의 용해 금 세척율은 98.27%입니다.

남아프리카공화국의 일부 시안화물 처리 공장에서는 60m² 및 120m² 규모의 진공 벨트 필터를 도입하고 있다. 진공 벨트 필터는 주로 프레임, 구동 휠, 테일 휠, 환형 벨트, 패딩 벨트, 진공 챔버 및 에어 박스로 구성된다(그림 5-24). 환형 벨트에는 많은 횡방향 배수 홈이 있으며, 홈의 바닥은 양쪽에서 중앙으로 기울어져 있다. 벨트 중앙에는 세로 방향의 관통 구멍이 있으며, 각 배수 홈마다 여과액을 수집하고 배출하기 위한 구멍이 하나씩 있다. 여과액은 벨트 아래의 진공실로 흘러 들어간다. 벨트 위에는 여과포가 깔려 있으며, 이 벨트는 구동 휠과 테일 휠을 따라 변속 장치에 의해 구동된다. 벨트의 상부 작업부는 에어 쿠션을 따라 이동하며, 진공 범위 내에서만 고정된 진공 챔버에 밀착되어 진공 챔버를 가로질러 이동한다. 마모를 방지하기 위해 벨트 아래에는 좁고 연마된 패딩 벨트가 배치되어 있다. 패딩 벨트는 환형 벨트와 함께 움직이며, 마모 시 신속하게 교체할 수 있습니다. 슬러리는 분배기를 통해 상부에서 벨트에 단단히 부착된 여과포 위로 공급됩니다. 진공 여과를 통해 용액은 벨트의 배수 홈을 따라 배수 구멍을 거쳐 진공실로 유입된 후, 저장 탱크로 이동합니다. 벨트 필터는 흡입 여과 구역, 세척 구역, 건조 구역의 세 구역으로 나눌 수 있습니다. 건조 구역과 구동 휠을 통과한 후, 여과포는 컨베이어 벨트에서 분리됩니다. 여과 케이크는 배출 롤러를 통해 배출됩니다. 여과포 벨트는 제트 세척기, 장력 휠 및 자동 간격 조정 시스템을 통과하여 테일 풀리에서 컨베이어 벨트와 정렬되어 지속적인 자동 운전이 이루어집니다. 여과액의 탁도를 측정하기 위해 탁도계가 설치되어 있어 여과포의 작동 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 벨트 필터는 다단계 여과 및 세척이 가능하며, 여과 케이크의 슬러리화가 필요 없고, 처리 용량과 효율이 높으며, 여과포 교체가 용이합니다. 그러나 초기 투자 비용이 많이 들고, 유지보수 비용이 높으며, 작동이 비교적 복잡합니다.

그림 5-24 벨트 필터 구조의 개략도

1—슬러리 실린더 및 슬러리 분배기; 2—세척수 분배기; 3—구동 휠;

4—연속 벨트; 5—연속 여과포; 6—테일 휠

간헐식 여과에는 일반적으로 판형 여과 프레스가 사용되지만, 시안화물 슬러리의 고액 분리 및 세척에는 자동 판형 여과 프레스도 사용할 수 있다.

5.5.4.3 유동층법

유동층에서의 고체-액체 분리 및 세척은 대개 유동층 세척탑(타워)에서 수행된다. 유동층 세척탑(타워)은 높고 가느다란 중공 원통형 구조물이다(그림 5-25). 이 장치는 주로 침출 슬러리에서 광물 모래를 제거하고 광물 모래를 세척하는 데 사용된다. 이 장치는 팽창실, 컬럼 본체, 원추형 바닥의 세 부분으로 구성된다. 팽창실 중앙에는 공급 실린더가 위치하여, 침출 슬러리가 팽창실로 원활하고 균일하게 유입될 수 있도록 한다. 세척액은 세척 구역과 압축 구역 사이의 경계면에서 공급되며, 분배 장치를 통해 컬럼 단면 전체에 고르게 분포됩니다. 세척 구역에서 광석과 세척액은 역류 방식으로 이동합니다. 슬러리 내의 금 함유 용액과 미세 광물 입자는 세척수와 함께 상부 오버플로 위어를 통해 배출된 후, 여과 과정을 거쳐 투명한 금 함유 용액을 얻습니다. 광석은 팽창실을 통해 아래쪽으로 가라앉아 세척 구역에서 역류 세척을 거치며, 상층은 얇고 하층은 두꺼운 유동층을 형성합니다. 세척된 광석은 압축 구역으로 가라앉습니다. 압축 구간에서 광석은 압축 및 농축되어 이동층 상태로 하강한 후, 최종적으로 컬럼 하단에서 배출됩니다.

그림 5-25 세정 컬럼의 원리 및 구조 개략도

금 함유 용액에 대한 설명

금 함유 용액은 치환식 금 침전 공정에 투입되기 전에 반드시 정제되어야 하며, 이를 통해 공정의 효율을 높이고 시약 소비량을 줄일 수 있다.

고체-액체 분리 및 세척 과정을 거친 후 침출 슬러리에서 얻은 금 함유 용액에는 소량의 슬러지와 침전되기 어려운 부유 고형물이 포함되어 있습니다. 이러한 불순물이 치환식 금 침전 공정에 유입되면 아연 표면을 오염시키고, 금 침전 속도를 저하시키며, 용액 내의 시안화물을 소모하게 됩니다. 현재 금 함유 용액을 정화하기 위해 프레임식 정화기가 널리 사용되며, 그 다음으로 필터 프레스가 사용됩니다. 소규모 광산에서는 모래 여과기나 침전조를 사용할 수도 있습니다.

모래 여과함은 가짜 바닥 위에 깔린 여과재(여과포, 캔버스 또는 삼베 자루)로 구성됩니다. 그 위에 두께 120~150mm의 자갈층과 두께 60mm의 고운 모래층을 쌓습니다. 일반적으로 주기적인 교체를 위해 두 개의 모래 여과함을 사용합니다. 모래 여과조를 세척할 때는 고운 모래를 교체해야 합니다. 침전조와 마찬가지로 모래 여과조는 생산 효율이 낮고 정화 효과가 미흡하지만, 구조가 단순하여 프레임식 정화조와 함께 사용되는 경우가 많습니다.

금 함유 용액의 정화 과정에 사용되는 여과포는 탄산염, 황화물 또는 광물 슬러지로 인해 자주 막히곤 합니다. 이러한 유해한 영향을 제거하기 위해, 일반적으로 여과와 정화 단계 사이에 중간 저장 탱크를 설치하지 않음으로써 금 함유 용액과 공기의 접촉 시간을 단축하고, 용액에 용해된 이산화탄소의 양을 줄입니다. 정화 장비는 정기적으로 세척해야 하며, 여과포는 1%–1.5% 농도의 염산으로 세척하여 탄산칼슘 침전물을 제거해야 합니다.

그림 5-26 평저형 공기 혼합 탱크

1—비산 방지판; 2—게이트 밸브; 3—중앙 에어 리프트 파이프;

4—스테인리스강 지지관; 5—원뿔형 공기 유입관; 6—콘크리트 받침대; 7—관찰구; 8—급입구; 9—배출구; 10—오버플로관; 11—배수관

교반식 시안화물 금 추출 적용 사례: 1951년에 가동을 시작한 신트 헬레나(Sint Helena) 금광의 구 시안화물 공장은 광석 처리량 증가, 공장의 심각한 부식, 노후화된 설비, 그리고 금 회수율 저하로 인해 재건축되었습니다. 새로운 공장의 설계에는 1956년부터 기존 공장에서, 1963년부터 레슬리(Leslie) 금광에서 적용해 온 분쇄 공법은 물론, 1967년부터 킨로스(Kinross) 농축 공장에서 생산 비용 절감 및 인력 절감을 위해 축적된 경험도 반영되었습니다. 새로운 공장은 1976년 9월에 완공되어 가동에 들어갔으며, 월간 광석 처리 능력은 30만 톤입니다. 신설 공장은 폐석 선별 및 파쇄 공정을 생략합니다. 광석은 취성이 강하여, 광산에서 채굴된 광석은 직접 자가 분쇄기(autogenous mill)로 투입되거나 100mm 강철 볼과 함께 공급됩니다. 자가 분쇄기와 크렙스(Krebs) 하이드로사이클론 분쇄기로 구성된 폐쇄형 루프 시스템을 사용하여 광석을 -200 메쉬 크기로 분쇄합니다. 그런 다음 슬러리는 시안화 처리를 위해 10개의 평저형 공기 교반 탱크(그림 5-26)로 공급됩니다. 슬러리는 탱크 중앙에 위치한 에어 리프터를 통해 순환되며, 이 리프터 주위에는 슬러리를 교반하고 침전을 방지하기 위한 6개의 고압 공기 노즐이 배치되어 있습니다. 침출된 슬러리는 진공 필터를 사용하여 여과됩니다. 귀금속 용액은 상향류 모래 여과기를 통해 정제되고, 클라우스 탈기 타워를 통해 탈산 처리됩니다. 아연 분말 치환 침출 공정에서 얻은 금 슬러리는 수평 벨트 필터를 사용하여 탈수된 후 터널 가마에서 소성됩니다. 소성 및 건조 후, 금 슬러리는 제련 시간을 단축하기 위해 대형 전기 아크로에서 제련됩니다. 분진은 백하우스 집진기를 사용하여 포집됩니다.

뉴 옥시덴탈(New Occidental) 금광에서는 금 함량 8.7 g/t의 미세 입자 금 함유 규질화 슬레이트 및 사암이 생산되며, 여기에는 약 1%의 황동광과 1-2%의 마그네타이트가 포함되어 있습니다. 시안화물 소비를 줄이고 금 회수율을 높이기 위해, 시안화물 침출 과정에서 침출 알칼리도를 세심하게 제어하는 것 외에도 산화납을 첨가합니다. 처리 공정은 그림 5-27에 나와 있으며, 처리 능력은 월 8,000톤입니다. 광석은 9.5 mm 크기로 분쇄된 후, 2단계 폐쇄 회로 분쇄 공정을 통해 석회, 시안화물 및 산화납을 사용하여 90%-200 메쉬 크기로 분쇄됩니다. 침출 슬러리의 오버플로는 농축된 후, 직렬로 연결된 4개의 Deverow 교반 탱크로 보내져 30시간 동안 시안화 처리를 거칩니다. 농축된 침출 슬러리의 오버플로와 언더플로에서 나온 세척액은 분쇄 공정으로 되돌려집니다. 침출 과정 중 발생하는 오버플로에는 0.06%의 NaCN과 0.007%의 CaO가 포함되어 있습니다. 시약 소비량은 다음과 같습니다: NaCN 1.14 kg/ton, CaO 1.4 kg/ton, PbO 300 g/ton. 농축 광석 슬러리에서 나온 오버플로우(금 함유 용액)는 정제 및 탈산 처리를 거친 후 아연 분말 치환법을 적용하여 금 함유 침전물을 생성했습니다. 소성 후 제련을 위해 산화제를 첨가하여 고구리 합금 금 잉곳을 생산했습니다. 그런 다음 이 금괴를 황과 함께 제련하여 일부 구리를 제거한 결과, 금 86%, 은 4%, 비금속(주로 구리) 10%를 함유한 합금 금괴가 얻어졌다. 금 회수율은 91%였다. 비록 이 공장은 생산을 중단했으나, 그 생산 경험은 일정한 실용적 의미를 지닌다.

그림 5-27 뉴 옥시톤탈 금광의 흐름도

30시간이 지난 후, 침출 슬러리 농축 공정에서 발생한 오버플로우와 언더플로우에서 나온 세척액은 분쇄 공정으로 되돌려집니다. 침출 과정 중 발생하는 오버플로에는 0.06%의 NaCN과 0.007%의 CaO가 포함되어 있습니다. 시약 소비량은 NaCN 1.14 kg/ton, CaO 1.4 kg/ton, PbO 300 g/ton입니다. 분쇄 슬러리 농축 과정에서 발생한 오버플로우(금 함유 용액)는 정화 및 탈산 처리된 후, 아연 분말을 첨가하여 금 함유 침전물을 생성합니다. 소성 후, 산화제를 첨가하여 제련함으로써 고구리 합금 금괴를 생산합니다. 그런 다음 이 금괴를 황과 함께 제련하여 일부 구리를 제거하면, 금 86%, 은 4%, 비금속(주로 구리) 10%를 함유한 합금 금괴가 생산됩니다. 금 회수율은 91%이다. 이 공장은 생산을 중단했으나, 그 생산 경험은 일정한 실용적 의미를 지닌다. 5.5.6.2 부양법 및 시안화물 금 추출

우리 나라의 한 금 농축 시설에서는 황철석이 함유된 석영 광석을 가공합니다. 주요 금속 광물은 황철석, 마그네타이트, 황화아연광, 방연석, 황동광, 자철석, 은철석 및 천연금입니다. 갱석 광물은 주로 석영, 세리사이트, 플라지오클라제, 돌로마이트, 앰피볼 및 카올린입니다. 천금은 황동광, 황철석 및 석영 내부에 둥근 모양, 길쭉한 모양, 불규칙한 모양으로 분포되어 있습니다. 원광에는 약 10 g/t의 금과 0.1%의 구리가 함유되어 있습니다.

이 공장은 부양법과 시안화물 금 추출 공정을 결합하여 운영하고 있습니다. 혼합 부양 및 분리 부양 공정을 거친 후, 광석에서 금-구리 농축물과 금-황 농축물이 생산됩니다. 금-구리 농축물에는 금 500–1000 g/t와 구리 4%가 함유되어 있으며, 금 회수율은 약 50%, 구리 회수율은 약 50%입니다. 금을 함유한 황 농축물에는 금 80~100 g/t, 구리 0.1% 미만, 황 35~40%가 포함되어 있으며, 금 회수율은 약 40%입니다. 금-구리 농축물은 추가 처리를 위해 제련소로 보내지는 반면, 금 함유 황 농축물은 그림 5-28에 표시된 바와 같이 교반 시안화 처리를 통해 현장 금 생산에 사용됩니다. 금 함유 유황 농축물은 98%-0.074 mm 크기로 재분쇄되며, pH는 11입니다. 농축(응집제 No. 3 첨가) 후, 잔타테, No. 2 오일 및 수용성 염이 제거되어 25%-30%의 언더플로우 농도가 얻어집니다. 그런 다음 언더플로우는 시안화 침출을 위해 직렬로 연결된 5개의 기계 교반 탱크로 보내집니다. 또한, 폭기를 위해 여러 개의 압축 공기 파이프가 탱크에 삽입되어 있습니다. 침출 중 시안화나트륨 농도는 0.1%-0.12%이고, pH는 10이며, 24시간의 침출 후 금 침출률은 94.2%입니다. 침출된 슬러리는 고체-액체 분리와 연속 역류 세척을 위해 3층 농축기로 보내집니다. 시안화물 광미에는 톤당 약 2그램의 금과 35%–40%의 황이 포함되어 있습니다. 광미 저수지에서 자연 건조된 후, 황 농축물로 판매됩니다. 3층 농축기에서 배출되는 오버플로우(귀금속 용액)에는 1세제곱미터당 10그램 이상의 금이 포함되어 있습니다. 모래 여과기에서 정화된 후, 금 침전을 위해 아연 와이어 치환 욕조로 이송됩니다. 치환 공정 중에 아세트산 납을 첨가하여 99.5%의 금 침전율을 달성합니다. 금이 제거된 용액(저농도 용액)에는 1세제곱미터당 0.1~0.05그램의 금이 포함되어 있습니다. 이 용액의 일부는 세 층 농축기의 최하층으로 되돌려져 세척에 사용되며, 나머지는 표백 분말로 처리된 후 폐기됩니다.

그림 5-28 중국 선광 공장에서 생산된 금 함유 황 농축물

교반식 시안화 공정 흐름도

금 침전 과정에서 얻은 금 슬러지에는 2%~5%의 금이 함유되어 있다. 황산으로 세척하고 건조 및 소성시킨 후, 용융제로 질산염과 붕사를 첨가하여 컨버터에서 제련하면 40%~50%의 금을 함유한 금 합금이 생산된다. 금 제련 회수율은 98%에 달하며, 총 금 회수율은 85%이다. 이 공장에서 금 함유 황 농축물을 처리하는 데 소요되는 자재 소비량(kg/톤)은 시안화나트륨 7.22, 아세트산 납 0.36, 아연선 5.17, 표백 분말 6.95입니다. 원광의 구리 함량이 낮기 때문에, 이 공장은 현재 부유 선별 공정을 생략하고 있습니다. 혼합 부유 농축물은 재분쇄된 후, 2단계 침출 및 2단계 세척 공정을 통해 금을 추출하기 위해 직접 시안화 처리를 거칩니다. 2단계 시안화 침출 슬러리는 고체-액체 분리 및 역류 세척을 위해 3층 농축기로 보내집니다. 오버플로는 시안화 침출 1단계로 되돌려지고, 언더플로는 진공 여과를 거쳐 판매용 황 농축물을 얻습니다. 1단계 시안화 슬러리는 3단계 농축기에서 고액 분리 및 역류 세척을 거칩니다. 이로 인해 생성된 귀금속 용액은 프레임 정화기에서 정화된 후, 아연 분말 치환식 금 침전 공정으로 보내집니다. 생성된 금 슬러지는 건조된 후 제련을 위해 컨버터로 이송됩니다. 치환 공정에서 얻은 저농도 용액과 2단계 3단 농축기의 하류 진공 여과 여과액 중 세척액으로 재사용하기 위해 회수된 일부를 제외한 나머지는 황산 산성화 처리를 통해 시안화물을 회수합니다. 수산화나트륨 용액으로 흡수한 후, 20.35%의 시안화나트륨과 0.67%의 수산화나트륨을 함유한 알칼리성 시안화나트륨 용액을 얻게 되며, 이 용액은 시안화물 침출 공정으로 재순환되어 상당한 양의 시안화나트륨을 절약합니다.

우리나라에 있는 또 다른 금 선광 공장에서는 금과 황철석을 함유한 석영 광석을 처리합니다. 주요 금속 광물은 황철석, 자철석, 리모나이트, 몰리브데나이트, 천연금이며, 갱석 광물은 주로 석영, 탄산염, 플라지오클라제, 세리사이트로 구성되어 있습니다. 원광에는 톤당 6그램의 금이 함유되어 있으며, 미세한 금 입자는 황철석과 밀접하게 결합되어 있습니다. 이 공장은 금 추출을 위해 부유법과 교반 시안화 처리를 결합한 공정을 채택하고 있습니다(그림 5-29). 광석을 부유 처리하여 금을 함유한 황 농축물을 얻는데, 이 농축물에는 금 117.5 g/t, 은 43.17 g/t, 구리 0.18%, 몰리브덴 0.05%, 25.26%의 황, 1.54%의 탄소를 함유한 금 함유 황 농축물을 얻으며, 금 회수율은 96%이다. 농축, 여과 및 시약 제거 과정을 거친 후, 금 함유 황 농축물은 2단계에 걸쳐 입자 크기 98%-0.044 mm가 될 때까지 연속적으로 재분쇄된 다음, 시안화 침출을 위해 폭기 장치가 장착된 4개의 기계식 교반 침출 탱크로 공급됩니다. 석회는 보호용 알칼리로 사용되며 1단계 재분쇄 밀에 첨가된다. 침출 pH는 10, 시안화나트륨 농도는 0.1%, 침출 시간은 36시간, 슬러리 농도는 25%–30%이며, 금 침출율은 94%–96%에 달합니다. 침출 슬러리는 2층 농축기와 필터를 사용하여 고체-액체 분리 및 연속 역류 세척을 거치며, 98% 이상의 금 세척율을 달성합니다. 금 함량이 20 g/m³인 금 함유 용액은 아세트산 납을 첨가하여 모래 여과기에서 정제한 후, 아연 와이어 치환 침전 공정을 거칩니다. 치환 침전 시간은 90분이며, 99% 이상의 금 치환 침전율을 달성합니다. 금 슬러지는 제련되어 잉곳으로 주조되어 합금 금을 얻습니다. 금 제거 용액은 약 0.06 g/m³의 금을 함유하고 있으며, 일반적으로 표백 분말이나 염소 가스로 처리한 후 폐기됩니다. 여과 및 세척 후의 여과 케이크(시안화물 광미)는 몰리브덴 부유 시스템으로 보내지며, 이곳에서 물유리 8000 g/톤, 톤당 80g의 등유, 톤당 60g의 2호유를 첨가하여 13%의 몰리브덴을 함유한 몰리브덴 중간물을 생산한다. 산화 소성 후, 몰리브덴 중간물은 화학적 처리를 거쳐 몰리브덴산 암모늄과 광미로 분리된다. 이 광미에는 톤당 약 300g의 금이 포함되어 있었는데, 이는 주로 금 함유 황 농축물 내 일부 탄소질 물질의 흡착으로 인한 금 손실 때문이었다. 금을 회수하기 위해 광미는 금 함유 황 농축물과 함께 시안화물 침출 공정에 재투입되었다. 몰리브덴 부유 잔사물에는 약 25%–30%의 황이 포함되어 있었으며, 이는 황산 공장에 판매되었다. 금 함유 황 농축물 처리에 소요된 자재 소비량(kg/톤)은 다음과 같았다: 시안화나트륨 8; 석회 12; 아세트산납 3; 아연선 2–3. 이후 공장은 기술적 업그레이드를 거쳤으며, 아연선 대체 금 침전 공정이 아연 분말 대체 금 침전 공정으로 대체되었다. 정화 후, 금이 함유된 용액은 탈산 처리를 위해 탈기기로 보내진 다음, 아연 분말 치환 금 침전 공정을 거쳤습니다. 이를 통해 금 슬러지의 금 함량이 증가하고, 아연 및 플럭스 소비량이 감소하며, 전반적인 금 회수율이 향상되었습니다.

그림 5-29 교반 시안화 처리법을 이용한 금 추출을 위한 우리나라 금 선광 공장의 흐름도