KR100671388B1 - 시안화나트륨 페이스트 조성물 - Google Patents

Abstract

시안화나트륨, 염기, 물 및 유동학적 개질제를 포함하는, 페이스트 유사 점조도를 가진 시안화나트륨 조성물이 제공된다. 또한, 상기 조성물을 제조하고 사용하는 방법이 제공된다. 상기 조성물은 시안화나트륨 용액을 필요로 하는 용도에 사용될 수 있다.

시안화나트륨, 페이스트, 유동학적 개질제

Description

시안화나트륨 페이스트 조성물{Sodium Cyanide Paste Composition}

본 발명은 시안화나트륨 조성물, 이의 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다.

시안화나트륨(NaCN)의 용도는 다양하다. 예를 들어, NaCN은 전기도금, 금속 표면 처리, 광석으로부터 귀금속의 추출 및 회수 및 다수의 다른 화학적 응용에 사용된다. 금 및 은과 같은 귀금속을 함유하는 광석을 침출시키는 데 NaCN을 사용하는 것은 당업계에 특히 잘 알려져 있다.

상기 용도를 위한 NaCN의 제조는, 시안화수소(HCN)를 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 사용하여 중화시키고, 이어서 증발결정화시켜 NaCN 결정의 슬러리를 제조하는 소위 "습윤" 공정에 의해 수행된다. NaCN 결정을 슬러리로부터 분리해내어 건조시키고, 일반적으로 건식 압착 방법에 의해 단광으로 성형시킨다. 생성된 단광은 무수 NaCN 약 99 중량%이다.

무수 NaCN은 매우 흡습성이며 대기에 노출되는 경우에 상당량의 수분을 흡수할 수 있기 때문에, 단광은 대기에 노출되지 않도록 고안된 컨테이너에 담겨 소비업체에게 선적된다. 대기에 노출되는 경우, 케이킹(caking)으로 인해 선적 및 저장에 심각한 어려움이 초래될 수 있다. 또한, 대기를 차단하기 위한 추가 비용이 든다.

일반적으로 대다수의 소비업체는 NaCN 단광을 수용액으로 전환시킨다. 소비업체들은 종종 단광을 보다 작은 입자로 분쇄시킨 후에 NaCN을 용해시켜, NaCN을 약 20 내지 25 중량% 포함하는 용액을 제조한다. 유해한 시안화수소 증기의 방출로 인한 가수분해를 피하기 위해, NaOH와 같은 알칼리를 희석수에 첨가한다. 생성된 용액의 pH를 약 12 이상으로 높이기에 충분한 양의 알칼리를 첨가하여야 한다.

무수 생성물의 저장과 연관된 비용 및 어려움, 및 무수 NaCN 단광을 취급하거나 NaCN 단광을 보다 작은 입자로 분쇄할 때 호흡될 수 있는 먼지의 발생으로 인한 산업 위생 위험을 피하기 위해, 대형 소비업체 중 일부는 용액을 직접 저장하는 방식으로 변경하였다. 용액의 직접 저장은, 단광을 선적 컨테이너, 일반적으로 탱크 트럭 또는 철도 차량 또는 저장 탱크에서 용해시키고, 생성된 용액을 저장 탱크로 적하함으로써 수행되었다.

단광 제조업체는 무수 NaCN을 농축, 분리, 건조 및 압축하여 결국 사용전에 용해시키고 희석시키는 것과 연관된 추가 투자 및 운전 비용의 불리한 점을 갖는다. 따라서, NaCN 용액을 직접 선적하는 것은, 특히 NaCN 제조 시설이 소비업체로부터 적당히 근접하여 위치한 곳에서 매우 바람직할 것이다. 그러나, NaCN 용액의 선적은 높은 선적 비용 및 운송 도중의 사고로 야기될 수 있는 높은 환경 위험을 제공한다.

NaCN의 무수 결정은 당업계에 공지된 다수의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 맥민(McMinn)의 미국 특허 제2,708,151호 및 올리버(Oliver)의 미국 특 허 제2,726,139호에는 실질적으로 순수한 HCN을 실질적으로 순수한 NaOH와 반응시켜 NaCN을 함유하는 용액을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 만(Mann) 등의 미국 특허 제3,619,132호, 케인(Cain)의 미국 특허 제2,616,782호, 미타쉬(Mittasch) 등의 미국 특허 제1,531,123호 및 로저스(Rogers) 등의 미국 특허 제4,847,062호에는 불순한 출발 물질을 사용하여 NaCN을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 반응 용액으로부터 NaCN의 건조 결정을 단리하는 것은 유해한 무수 NaCN 분진에 노출되는 위험 및 추가의 제조 비용을 제공한다.

따라서, 저렴하게 제조되고, 충분히 높은 NaCN 중량% 농도로 포장되고, 장거리 선적시에 환경에 대한 위험이 낮고, 소비업체에게 전달시 용액에 효율적으로 용해될 수 있는 NaCN 조성물에 대한 요구가 존재한다. 제품을 소비업체에게 안전하게 운송하는 관점에서 매우 바람직한 페이스트 유사 점조도를 가진 조성물을 제공함으로써 선적 전에 NaCN을 분리, 건조 및 압착시킬 필요가 없게 하는 NaCN의 제조 방법을 개발할 필요가 또한 존재한다.

본 발명의 이점은, 페이스트 조성물중 NaCN의 농도가 충분히 높아서 물 선적 비용이 우선 관심사가 되지 않는다는 것이다. 본 발명의 또다른 이점은, 본 발명의 페이스트 조성물에 의해 소비업체가 무수 NaCN 단광의 취급과 연관된 유해 분진에 노출되는 위험 및 NaCN의 가수분해로 인한 유해한 HCN 증기의 발생을 피하고자 부식제를 첨가할 필요가 배제된다는 것이다. 또한, 본 발명의 페이스트 조성물의 이점은, 페이스트가 충분한 염기를 포함하므로 소비업체가 페이스트를 활용할 때 가수분해를 피하기 위해 추가의 염기를 제공할 필요가 없을 수 있다는 것이다. 다 른 이점들은 본 발명을 하기에 보다 충분히 설명하면서 더욱 명백해질 것이다.

<발명의 요약>

본 발명의 제1 실시양태에 따르면, NaCN, 염기, 물 및 임의로 유동학적 개질제를 포함하는 조성물이 제공된다.

본 발명의 제2 실시양태에 따르면, (a) HCN을 염기 및 임의로 유동학적 개질제를 포함하는 수성 매질과 승온에서 접촉시키는 단계, 및 (b) 매질을 냉각시켜 NaCN 페이스트 조성물을 제공하는 단계를 포함하는, NaCN 페이스트 조성물의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 제3 실시양태에 따르면, 광석을 본 발명의 제2 실시양태에 개시된 방법에 의해 제조될 수 있는 본 발명의 제1 실시양태에 개시된 조성물과 동일한 조성물과 접촉시키는 것을 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명은 전기도금, 금속 표면 처리, 광석로부터 귀금속의 추출 및 회수, 및 다수의 다른 화학적 응용과 같이 수용액 중의 NaCN을 필요로 하는 응용분야에 이용되는 NaCN 페이스트 조성물을 제공한다.

본 발명의 목적을 위해, 페이스트는 액상중의 고상물 입자의 현탁액으로 정의되고, 이 때 현탁액의 점도는 일반적으로 25 ℃ 및 약 1 s^-1 내지 약 10 s^-1의 전도 속도 범위에서 약 1 Pa·s내지 약 500 Pa·s이다. 전단 점도, 또는 간단히 점도는 재료에 대한 전단 응력과 전단 속도간에 비례하여 일정하며, 본 발명의 페이 스트 조성물의 유동성을 특징짓는 데 사용될 수 있는 일반적인 척도이다. 에이치. 에이. 반스(H. A. Barnes), 제이. 에프. 휴톤(J. F. Hutton) 및 케이. 월터스, 엘스비어(K. Walters, Elsevier)의 문헌("An Introduction to Rheology", 1989, pp. 26-31)에 기재된 바와 같이, 점도 측정은 평행 판(또는 디스크), 원뿔 및 판, 또는 동심원 실린더의 상이한 프로브 형태를 사용하는 여러 유형의 회전 기기로 수행될 수 있다. 측정은 불변의 또는 일정한 전단 조건하의 제어된 속도, 또는 불변의 응력 조건하의 제어된 힘의 두 가지 일반적인 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명의 페이스트 조성물은 불변의 전단 조건하에 평행 디스크 기기를 사용하는 것으로 특징되며, 약 0.1 내지 100 s^-1의 전단 속도 범위에 걸친 전단 속도에 대한 점도의 로그-로그 도면상에서 대략적인 역학 법칙인 전단력 약화(shear-thinning) 거동을 나타낸다.

이러한 NaCN 페이스트 조성물은 저렴하게 제조되어 포장되고, NaCN 용액보다 더 안전하게 운송될 수 있다. 본 발명의 페이스트 조성물은 또한 충분히 높은 NaCN 중량%를 제공하여 제조업체가 NaCN 이외의 재료, 즉 물을 선적하는 데 드는 비용을 최소화시킨다.

본 발명의 제1 실시양태에 따르면, 시안화나트륨, 염기, 물 및 임의로 유동학적 개질제를 포함하는 조성물이 제공된다.

당업계의 숙련자에게 공지된 임의의 방법에 의해 제조된 시안화나트륨은 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 시안화나트륨은 조성물의 총중량을 기준으로 하 여 조성물에 약 45 중량% 이상, 바람직하게는 55 중량% 이상, 가장 바람직하게는 60 중량% 이상 존재할 수 있으며, 약 45 내지 약 82 중량%, 더욱 바람직하게는 약 55 내지 약 80 중량%, 가장 바람직하게는 60 내지 75 중량%의 범위로 존재할 수 있다.

본 발명에 따르면, 조성물의 pH를 약 12 이상으로 제공할 수 있는 임의의 유기 또는 무기 염기를 사용할 수 있다. 이론에 얽매이는 것을 원치는 않지만, 이러한 높은 pH는 NaCN의 가수분해 및 시안화수소 증기의 형성(NaCN + H₂O ↔NaOH + HCN)을 방지하는 것으로 여겨진다. 그러나, 염기가 금속 산화물, 금속 수산화물, 금속 수황화물, 금속 탄산염, 금속 중탄산염, 수화 금속 산화물, 또는 이들의 2 개 이상의 조합으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 이 때 금속은 원소 주기율표의 CAS 버젼(CRC Handbook of Physics and Chemistry, 67th edition, 1986-1987, CRC Press, Boca Raton, Florida)의 IA족 금속, IIA족 금속, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직한 염기의 예로는 산화나트륨, 수산화나트륨, 산화칼륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화세슘, 수산화베릴륨, 산화칼슘, 수산화칼슘, 수산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 수황화나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 및 이들의 2 종 이상의 조합을 들 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 현재 가장 바람직한 염기는 용이하게 이용가능하며 저렴하다는 이유로 수산화나트륨이다.

본 발명의 조성물에 약 12 이상의 pH를 제공할 수 있는 양이면 임의의 양의 염기를 사용할 수 있다. 일반적으로, 염기는 조성물의 총중량을 기준으로 하여 조성물에 약 2 내지 약 20%의 범위로 존재할 수 있다. 조성물이 하기에 개시되는 유동학적 개질제를 포함하는 경우에, 염기는 조성물의 총중량을 기준으로 하여 조성물에 약 2 내지 약 15 중량%, 바람직하게는 약 3 내지 약 12 중량%, 가장 바람직하게는 3 내지 7 중량%로 존재할 수 있다. 그러나, 조성물이 유동학적 개질제를 포함하지 않는 경우에는, 염기는 조성물에 약 7 내지 약 20 중량%로 존재하는 것이 바람직하다.

물은 일반적인 수도물, 탈이온수, 증류수, 용해된 염기를 함유한 용액, 또는 이들의 2 개 이상의 조합일 수 있다. 물은, 상기 기재된 방법에 의해 정의되고 측정된 바와 같이 약 1 s^-1 내지 약 10 s^-1의 전단 속도 범위에서 점도가 25 ℃에서 약 2 내지 약 500 Pa·s, 바람직하게는 약 3 내지 약 200 Pa·s인 NaCN 조성물을 제조하는 데 충분하다면, 조성물에 임의의 양으로 존재할 수 있다. 일반적으로, 물은 조성물에 약 15 중량% 이상 존재한다.

유동학적 개질제 또한 본 발명의 조성물에 존재할 수 있다. 조성물을 탈수시키는 동안에 시안화나트륨이 "바위같은(rocklike)" 고상물로 침전되는 것을 방지할 수 있는 임의의 물질을 사용할 수 있다. 현재 바람직한 유동학적 개질제로는, 상기 정의된 바와 같이 금속이 IA족 금속, IIA족 금속, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 금속 카르복실레이트이다. 적합한 유동학적 개질제의 예로는 포름산나트륨, 아세트산나트륨, 프로피온산나트륨, 락트산나트륨, 시트르산나트륨, 포름산칼륨, 아세트산칼륨, 타르타르산칼륨, 및 이들의 2 개 이상의 조합을 들 수 있다. 결정의 성장을 억제하는 것으로 알려진 다른 유동학적 개 질제, 예컨대 수용성 철 염은, 또한 NaCN 페이스트 조성물 또는 최종 용도에 악영향을 미치지 않는 한 유동학적 개질제로 사용될 수 있다.

유동학적 개질제가 존재하는 경우에, 조성물에 조성물의 총중량을 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 약 6 중량%, 가장 바람직하게는 1 내지 4 중량%로 존재할 수 있다. 그러나, 염기가 조성물에 약 7 내지 약 20 중량%의 범위로 존재하는 경우에, 유동학적 개질제는 조성물에 1 중량% 이하로 존재할 수 있으며, 시안화나트륨은 조성물에 약 45 내지 약 78 중량%의 범위로 존재할 수 있다. 염기 농도를 증가시키면 필요한 유동학적 개질제의 양이 감소된다.

소비업체에게 인도되면, NaCN 페이스트는 물에 신속하고 효율적으로 용해되어 수용액을 형성한다. 신속하고 효율적으로 용해된다는 것은, 페이스트 조성물이 주위 온도보다 낮은 온도에서도 물에 용해됨을 의미한다. 예를 들어, 페이스트 조성물은 15 ℃에서 적절한 혼합/교반과 함께 4 시간 이내에 30 중량%의 농도로 물에 용해될 수 있다. 이는 실외 오퍼레이션을 갖춘 먼 곳의 추운 부지에 위치할 수 있는 소비업체에게 특히 유용하다. 또는, 소비업체는 페이스트를 공정 오퍼레이션에 직접 사용할 수 있다.

본 발명의 임의의 페이스트 조성물은 측정가능한 양의 불순물, 특히 이산화탄소(전형적으로 HCN 반응기 기체내에 존재함)와 NaOH 중화제와의 반응에 의해 형성된 탄산나트륨(Na₂CO₃)을 함유할 수 있다. 최종 생성물 중 Na₂CO₃ 의 수준은 안정한 페이스트의 형성에 불리하지 않아야 하며, 전형적으로 6 중량% 미만이다.

염기는 비용, 효율성 및 페이스트 조성물의 제조 용이성으로 인하여 NaOH가 바람직하다. NaOH를 염기로 사용하는 것은, 특히 NaCN 용액이 HCN 반응기 기체를 NaOH의 용액에 흡수시키고, 필요한 공정 단계 및 반응물의 수를 감소시킴으로써 제조되는 경우에, NaCN 페이스트 조성물의 제조를 용이하게 한다.

본 발명의 NaCN 페이스트 조성물은, 전형적으로 무수 NaCN/NaCN·2H₂O의 전이 온도 미만으로 냉각시키는 경우에도 시안화나트륨 이수화물(NaCN·2H₂O)이 없다. 페이스트중의 NaCN는 물의 존재하에 무수 NaCN이다. 너무 높은 농도의 이수화물(경질 고상물임)은 조성물의 유동학적 특성에 악영향을 미칠 것이다. NaCN·2H₂O의 형성은 페이스트 조성물중의 유리수의 양을 감소시킬 것이다. NaCN·2H₂O의 존재 여부는 분말 X선 회절법에 의해 확인될 수 있는데, 이는 무수 NaCN이 입방 구조를 가지며 NaCN·2H₂O이 단사정계의 구조를 갖기 때문이다.

본 발명에 따르면, 조성물은 또한 조성물의 총중량을 기준으로 하여 (a) NaCN 약 45 내지 약 82 중량%, (b) 염기 약 3 내지 약 20 중량%, (c) 유동학적 개질제 약 0.01 내지 6 중량%, 및 (d) 물 약 15 중량% 이상을 포함할 수 있으며, 이 때 조성물의 점도는 약 1 내지 약 10 s^-1의 전단 속도 범위 및 25 ℃에서 500 Pa·s미만이다. NaCN, 염기, 유동학적 개질제 및 물의 정의, 범위 및 중량%는 상기 개시된 바와 동일할 수 있다.

본 발명의 제2 실시양태에 따르면, 먼저 HCN 또는 HCN 반응기 기체를 수성 매질중의 NaOH와 접촉시키는 것을 포함하는 NaCN 페이스트 조성물의 제조 방법이 제공된다. HCN 반응기 기체란, HCN을 제조하는 공정으로부터의 생성물을 의미한다. HCN 반응기 기체는, 예컨대 메탄, 암모니아 및 공기가 촉매의 존재하에 반응하는 앤드루쏘우(Andrussow) 공정, 및 탄화수소 및 암모니아가 촉매 라이닝된 세라믹 관에서 반응하는 BMA 공정과 같은 당업계에 공지된 임의의 공정에 의해 제조될 수 있다. 이러한 공정은 당업계의 숙련자에게 잘 알려져 있기 때문에, 본 명세서에서는 간결함을 위해 생략하였다.

HCN 또는 HCN 반응기 기체를 NaOH 함유 수성 매질과 접촉시키는 것은 NaCN을 제조하는 데 충분한 임의의 조건에서 수행할 수 있다. 이러한 조건으로는 충분한 시간, 일반적으로 약 0.1 내지 약 10 시간 동안 온도를 조절할 수 있는 압력하의 약 25 ℃ 내지 약 150 ℃, 바람직하게는 약 30 ℃ 내지 약 100 ℃, 더욱 바람직하게는 약 50 ℃ 내지 약 90 ℃, 가장 바람직하게는 70 ℃ 내지 85 ℃ 범위의 온도를 들 수 있다.

수성 매질은 용액 또는 슬러리 형태일 수 있다. 바람직하게는, HCN은 흡수장치에서 NaOH를 포함하는 수성 매질로 흡수되고, 이는 NaCN을 형성하기 위해 물을 제거해야 하는 필요를 경감시키거나 제거할 수 있다. 수성 매질은 NaCN, NaCN의 용액, 또는 이 모두를 포함할 수 있다. 수성 매질중의 물 함량은 온도에 의해 조절될 수 있다. 흡수장치는 90 내지 100 ℃와 같은 고온에서 운전하여 NaCN 슬러리 또는 NaCN 페이스트 조성물을 제조하거나, 30 내지 50 ℃와 같은 저온에서 운전하여 보다 묽은 NaCN 슬러리 또는 NaCN 용액을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 NaCN 의 "묽은 슬러리"란, 물의 농도가 페이스트 조성물에 요구되는 농도보다 더 높아서 원하는 페이스트 조성물을 제조하기 위한 공정의 일부로서 추가의 탈수 또는 농축 단계를 필요로 하는, NaCN을 포함하는 수성 슬러리를 의미한다. 원하는 페이스트 조성물을 제조하는 데 요구되는 특정 온도는 당업계의 숙련자에게 알려진 통상적인 물-증기 평형 관계를 사용하여 계산될 수 있다.

NaOH를 포함하는 수성 매질중에서, NaOH는 HCN과 반응하여 NaCN을 생성한다. 수성 매질중 NaOH의 농도는 존재하는 모든 HCN과 반응하기에 충분하여야 한다. HCN의 부분압을 감소시키고 NaCN의 가수분해 및 HCN 증기의 형성을 방지하기 위해서 상기 기재된 NaOH 또는 다른 염기가 충분히 존재해야 할 필요가 있다. 상기 기재된 바와 같이, 염기는 NaOH가 바람직하다. 염기는, 또한 생성물 페이스트에 본 발명의 제1 실시양태에 개시된 최종 농도, 예컨대 3 내지 20 중량% 및 약 12의 pH를 제공하는 양으로 존재해야 한다.

임의로는, 유동학적 개질제를 공정에 첨가한다. 유동학적 개질제의 정의 및 범위는 본 발명의 제1 실시양태에 개시되어 있다. 현재 바람직한 유동학적 개질제는 편리성 및 이용가능성으로 인해 NaO₂CH이다. 이는 특히 50 ℃ 초과의 온도에서 HCN과 NaOH를 접촉시킴으로써 NaCN을 제조하는 동안에 NaO₂CH가 하기의 반응에 의해 동일 반응계내에서 제조될 수 있기 때문이다.

NaCN + 2 H₂O →NaO₂CH + NH₃

동일 반응계내에서 NaO₂CH가 생성됨으로써, 유동학적 개질제를 공정에 물리 적으로 첨가할 필요가 없다. 동일 반응계내에서 제조된 포름산염의 요구되는 농도는 시안화나트륨 염기, 물 또는 이들의 둘 이상의 배합물의 농도 또는 양, 온도, 시간, 또는 이들의 2 개 이상의 조합을 조정함으로써 얻을 수 있다.

HCN 또는 HCN 반응기 기체를 수성 NaOH 매질과 접촉시키는 공정은 연속 오퍼레이션에서 수행하는 것이 바람직하다. 접촉이 연속 수행되는 경우에, NaOH를 포함하는 수성 매질은, 특히 생성된 NaCN 스트림을 농축시키거나 탈수시킬 필요가 없는 경우에 유리하게는 NaCN을 함유할 것이다. 이러한 농축 단계는 NaCN을 포함하는 수성 스트림을 제조할 수 있다. 농축으로부터 유도된 수성 NaCN 스트림은 재생될 수 있다.

NaOH 및 임의로 유동학적 개질제를 포함하는 수성 매질에 HCN을 흡수시키거나 접촉시키는 공정을 통해 NaCN을 포함하는 수성 매질을 제조한다. 수성 매질을 냉각시키면, NaCN, 염기, 유동학적 개질제, 및 물 약 15% 이상을 포함하는 NaCN 페이스트 조성물이 제조되며, 이 때 조성물의 점도는 약 1 내지 약 10 s^-1의 전단 속도 범위 및 25 ℃에서 500 Pa·s미만이다.

또는, 상기 공정은 유동학적 개질제의 부재하에 수행할 수 있으며, 이 때 상기 기재된 중량%의 염기를 포함하는 조성물을 생성하기에 충분한 양으로 존재하는 NaOH를 포함하는 수성 매질에 HCN을 흡수시키거나 접촉시켜 NaCN을 포함하는 수성 매질을 제공한다. 수성 매질을 냉각시키면, 본 발명의 제1 실시양태에 개시된 NaCN 페이스트 조성물이 제공된다.

NaOH를 포함하는 수성 매질에 HCN을 흡수시키거나 접촉시키는 상기 기재된 공정은, 초기 매질의 NaOH 농도가 충분히 높고 충분한 HCN이 첨가되는 경우라면 NaCN 생성물을 농축시키거나 탈수시키는 추가의 단계 없이 NaCN 페이스트를 유리하게 제공할 수 있다. 그러나, 원하는 페이스트 조성물을 제조하기 위해 탈수 또는 농축을 필요로 할 수 있는 NaCN의 용액 또는 슬러리를 제공하는 경우에 묽은 NaOH 슬러리 또는 NaOH 용액을 사용할 수 있음도 고려된다. 탈수 단계는, 필요한 경우에, NaCN을 포함하는 수성 매질의 냉각 전후에 수행할 수 있다. 당업계의 숙련자에게 공지된, 슬러리를 농축시키기 위한 다수의 표준 방법을 사용할 수 있다. 이러한 방법으로는 대기압 또는 감압하의 증발, 침강 및 여과를 들 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

또한, 시안화수소 또는 시안화수소 반응기 기체를 흡수-결정화 장치에서 수산화나트륨을 포함하는 수성 매질로 흡수시킬 수 있다. 흡수-결정화 장치는 일반적으로 순환 결정 슬러리를 포함하며, 동시적인 증발 및 결정화를 가능케 한다. 시안화나트륨을 제조하기 위한 동시적인 증발 및 결정화는 당업계의 숙련자에게 알려져 있으며, 본 명세서에 참고로 인용된 US 제4,847,062호에 개시되어 있다.

별법에서, NaCN 페이스트는 고상의 NaCN으로부터 제조할 수 있다. 이 방법에서, 예컨대 무수 NaCN 결정 또는 NaCN·2H₂O_, "이수화물"의 형태의 고상 NaCN은 물, 염기 및 임의로 유동학적 개질제와 혼합된다. 충분한 염기를 첨가하여 생성물 페이스트 조성물에 3 내지 20 중량%의 염기 농도 및 약 12 이상의 pH를 제공한다. 유동학적 개질제의 필요성 여부는 상기 기재된 바와 같이, 최종 페이스트 조성물중의 염기 농도에 따라 좌우된다. 7 내지 20%의 염기 농도에서, 양호한 페이스트 조성물은 유동학적 개질제의 부재하에 제조할 수 있다.

NaCN 용액을 제조하고(하거나) 탈수하는 데 사용된 방법들이 약 35 ℃ 초과의 온도에서 수행된 경우에도, 주위 온도로 냉각시키면 극소의 NaCN·2H₂O가 형성된다는 것이 인지되어야 한다. 이론에 얽매이기를 원치는 않지만, 충분한 염기 농도(염기성) 및 임의의 유동학적 개질제의 존재는 NaCN 조성물의 형성을 촉진한다고 여겨지며, 이 때 NaCN 조성물은 농축시키거나 탈수시키는 경우에 용액과 고상물의 중간체이며, NaCN 이수화물 착체를 형성하지 않으며, 주위 온도에서 페이스트 유사 특성을 보유한다.

본 발명의 제3 실시양태에 따르면, 광석을 본 발명의 제1 실시양태에 개시된 NaCN 페이스트 조성물과 접촉시키는 것을 포함하는 공정이 제공된다. 페이스트 조성물은, 예를 들어 선적 컨테이너로부터 직접 사용할 수 있다. 필요한 경우에, 페이스트 조성물은 선적 컨테이너에서 가열하고 사용을 위해 운송될 수 있다.

또는, 광석을 처리하는 방법의 한 단계는 페이스트 조성물을 물에 용해시켜, 전형적으로 NaCN의 농도가 20 내지 30%인 수용액을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 페이스트의 용해는, NaCN 페이스트 조성물을 포함하는 선적 컨테이너를 충분히 고온으로 가열하는 단계, 물 또는 묽은 NaCN 용액을 선적 컨테이너를 통해 NaCN 용액을 저장하기 위한 저장 용기로 순환시키는 단계에 의해 성취될 수 있지만 이에 제 한되지는 않는다. 이상적으로, 순환하는 물 또는 묽은 NaCN 용액은 선적 컨테이너에 고속 주입되어 페이스트의 표면에 충돌한다. 당업계의 숙련자에게 알려진 바와 같이, 광범위한 용해 방법을 사용할 수 있다.

NaCN 페이스트 조성물중의 성분들의 상대적인 양 및 온도 모두가 페이스트 조성물의 용해 속도에 영향을 미친다. 온도가 높고 고상물 함량이 낮을수록 보다 빠른 용해 속도를 제공한다. 용해 온도는 35 ℃ 내지 50 ℃가 바람직하다. 그러나, 먼 곳의 채광 부지에서, 국부적인 수온이 0 ℃ 근방이면 페이스트를 용해시키는 데 충분하다.

페이스트 조성물은 높은 염기 농도를 갖기 때문에, 소비업체는 페이스트 조성물을 직접 사용하거나 NaCN 용액으로 사용하는 경우에 염기를 첨가할 필요가 없을 것이다. 광석을 NaCN 용액으로 처리하는 경우, HCN의 부분압을 감소시키고 HCN 증기의 발생을 방지하기 위해 종종 염기를 첨가할 필요가 있다.

페이스트 조성물 또는 용해된 용액은 광석과 접촉되고, 이로써 금속이 광석으로부터 침출된다. 광석으로부터 금속을 침출시키는 것은 당업계의 숙련자에게 잘 알려져 있기 때문에, 본 명세서에서는 간결함을 위해 생략하였다. 페이스트 조성물은, 예컨대 전기도금 및 금속 표면 처리와 같은 다른 공정에 사용할 수도 있다.

하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 제한하려는 것이 아니다. 달리 지시되지 않는 한, 모든 백분율은 전체 조성물을 기준으로 한 중량%이다.

<실시예 1>

본 실시예는 NaCN 페이스트 조성물을 제조하기 위한 증발 방법을 예시한다. 적합한 반응 플라스크에서, H₂O 110.4 g, 수산화나트륨(NaOH(s, 펠렛)) 7.8 g, 포름산나트륨(NaO₂CH(s)) 3.9 g, 및 탄산나트륨(Na₂CO₃(s)) 1.9 g을 교반하면서 첨가하여 혼합물을 형성하였다.

혼합물을 약 70 ℃로 유지된 수조에서 중탕하였다. 모든 반응물을 용해시켰을 때, NaCN(입상 고상물) 86.0 g을 연속적으로 교반하면서 첨가하였다. 약 20 분 후, NaCN은 완전히 용해되었으며, 반응 플라스크를 수조로부터 꺼내어 회전식 증발기상에 위치시켰다. 약 40 내지 45 ℃의 온도 및 약 1 내지 2 mmHg에서 진공하에 물을 제거하였다. H₂O 80.7 g이 제거될 때까지 약 2 시간 동안 용액의 농축을 계속하였다. 이렇게 형성된 생성물의 조성은 NaCN 66.5%, NaOH 6.0%, NaO₂CH 3.0%, Na₂CO₃ 1.5% 및 H₂O 23.0%이었다.

생성된 조성물을 실온(약 25 ℃)으로 냉각시켰으며, 이 때 생성된 조성물은 실온에서 몇 개월 동안 연장하여 자연 숙성시킨 후에도 우수한 페이스트 유사 특성을 나타내었다. 상기 조성물의 점도는 불변의 전단 조건하에 평행 디스크 형태를 구비한 회전식 점도계를 사용하여 25 ℃에서 측정하여 1 s^-1의 전단 속도에서 40.2 Pa·s이었고 10 s^-1의 전단 속도에서 7.7 Pa·s이었다.

<실시예 2>

본 실시예에서, 성분들을 직접 배합시켜 평형 조성물을 제조함으로써 시안화나트륨 페이스트 조성물을 제조하였다. 적합한 반응 용기에서, 50% 수산화나트륨 수용액 16.0 g, 포름산나트륨 6.0 g 및 무수 탄산나트륨 3.0 g을 실온에서 탈이온수 40.0 g에 교반하면서 용해시켰다. 일단 용해되면, 무수 시안화나트륨(분쇄됨, d₅₀은 대략 50 미크론임) 135.0 g을, 고상물이 액상과 완전히 블렌드되어 혼합물을 생성할 때까지(약 2 내지 3 분) 교반하면서 점진적으로 첨가하였다. 이 시점에서, 혼합물을 투명한 플라스틱으로 씌워서 증발 손실을 최소화하고, 모액의 평형 포화가 성취될 때까지(약 30 내지 60 분) 대략 70 ℃로 유지된 수조에서 가끔식 교반하며 중탕하였다. 생성 혼합물을 실온으로 냉각시켰으며, 이 때 생성 혼합물은 25.0 ℃에서 측정된 점도가 1 s^-1에서 46.2 Pa·s이었고 10 s^-1에서 9.4 Pa·s인 반유동의 페이스트 유사 점조도를 유지하였다. 최종 페이스트 조성은 NaCN 67.5%, NaOH 4.0%, NaO₂CH 3.0%, Na₂CO₃ 1.5% 및 H₂O 24.0%이었다. 조성물은 실온에서 몇 개월 동안 자연 숙성시킨 후에도 우수한 페이스트 유사 특성을 나타내었다.

<실시예 3 내지 8>

하기의 실시예는 실시예 2에 기재된 직접 배합 방법을 사용하여 200 그램 규모에서 준비하였다. 이러한 실험은 하기의 표 1에 기재하였다. 실시예 2의 결과를 비교를 위해 반복하였다.

생성된 조성물은 점도 데이타에 의해 증명된 바와 같이 모두 우수한 페이스트 특성을 나타내었다. 일반적으로, 실시예 4, 5, 2, 6 및 7에 나타난 바와 같이 페이스트 유동성은 고상물의 백분율이 증가함에 따라 감소하였다(점도가 더 높아짐). 이러한 경향은, 필요한 경우에, 실시예 2와 3, 및 실시예 7과 8의 조성물의 비교에 의해 관찰된 바와 같이 NaCN, NaOH 및 NaO₂CH의 상대 농도에 따라 변경될 수 있다. 실시예 3의 결과는, 높은 NaOH 농도에서 유동학적 개질제의 부재하에 우수한 페이스트 특성이 얻었짐을 추가로 나타내었다.

<실시예 9>

본 실시예는 과량의 NaOH 대신에 교호 염기로 수산화칼륨(KOH)을 사용하여 본 발명의 페이스트 조성물을 제조할 수 있음을 나타내었다. 본 실시예에서, KOH(고상 펠렛) 11.0 g, NaO₂CH 6.0 g, Na₂CO₃ 3.0 g 및 NaCN 132.0 g을 H₂ O 48 g으로 평형시킨 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 직접 배합 접근법을 사용하였다. 1 s^-1 전단 속도에서의 점도가 41.9 Pa·s이고 10 s^-1 전단 속도에서의 점도가 10.9 Pa·s인 고상물의 함량이 76.0%인 우수한 페이스트를 제조하였다.

<실시예 10>

본 실시예는 NaCN 페이스트 조성물의 용해를 예시한다. 조성이 NaCN 73.5%, NaOH 4.0%, NaO₂CH 3.0%, Na₂CO₃ 1.5% 및 전체 고상물 82.0%인, 실시예 7로부터의 NaCN 페이스트의 샘플 85 g을, 수직의 입구 노즐 및 페이스트 표면 바로 위에 위치한 출구관이 장착된, 마개가 달린 좁은 형태의 비이커에 적하하였다. 용해 실험을 시작하기 전에 페이스트 샘플을 대략 2 내지 4 ℃에 평형시켰다. 연동 펌프를 사용하여, 대략 13 내지 15 ℃로 유지시킨 탈이온수 123.3 g을 용해 용기를 통해 27 내지 28 ml/분의 유속(대략 2.3 ml/s의 노즐 속도)으로 순환시켰다. 사용된 물의 양은 페이스트가 완전히 용해되었을 때의 최종 용액의 NaCN이 30%일 정도이었다. 본 실험에서 페이스트를 완전히 용해시키는 데 필요한 시간은 400 분이었다.

<실시예 11 내지 25>

실시예 10의 용해 공정을, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 변화시킨 조건하에 동일한 조성의 다른 페이스트 샘플에 대해 반복하였다. 실시예 20 내지 25는 지시된 고상물의 전체 백분율을 제공하기 위해 보다 낮은 백분율의 NaCN을 가졌다.

상기 데이타는 본 발명의 페이스트 조성물이 용이하게 용해되어 용액을 형성한다는 것과, 페이스트를 용해시키는 데 필요한 시간이 일반적으로 온도가 상승하고 용해수의 유속이 증가하고 페이스트의 고상물 백분율이 감소함에 따라 감소한다는 것을 나타내었다. 4 내지 23 ℃ 범위의 페이스트 초기 온도는 용해 시간에 그다지 영향을 미치지 않았다.

Claims (14)

1 s^-1 내지 10 s^-1의 전단 속도에서 점도가 2 내지 500 Pa·s인, 시안화나트륨, 염기 및 물을 포함하는 페이스트 조성물.

제1항에 있어서, 상기 시안화나트륨이 상기 조성물에 60 내지 70 중량% 범위로 존재하고, 상기 염기가 금속 산화물, 금속 수산화물, 금속 수황화물, 금속 탄산염 또는 금속 중탄산염이고, 상기 금속 화합물의 금속이 IA족 금속 또는 IIA족 금속인 조성물.

제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성물에 0.01 내지 10 중량% 범위로 존재하는 유동학적 개질제를 추가로 포함하는 조성물.

제3항에 있어서, 상기 유동학적 개질제가 포름산나트륨이고 상기 조성물에 0.3 내지 6 중량% 범위로 존재하며, 상기 염기가 수산화나트륨이고 상기 조성물에 3 내지 12 중량% 범위로 존재하는 조성물.

제4항에 있어서, 상기 조성물이 상기 시안화나트륨 60% 이상, 상기 염기 3 내지 7%, 상기 유동학적 개질제 1 내지 4% 및 물 18% 이상을 포함하며, 상기 염기 가 수산화나트륨이고, 상기 유동학적 개질제가 포름산나트륨인 조성물.

제1항 또는 제2항에 있어서, 조성물의 총중량을 기준으로 하여 탄산나트륨 0 내지 6 중량%를 추가로 포함하는 조성물.

삭제

(a) 염기의 존재하에 시안화수소 또는 시안화수소 반응기 기체를 수산화나트륨을 포함하는 수성 매질과 접촉시켜 시안화나트륨을 포함하는 수성 매질을 제조하는 단계, 및

(b) 상기 시안화나트륨을 포함하는 수성 매질을 냉각시켜 시안화나트륨 페이스트 조성물을 제조하는 단계

를 포함하는, 시안화나트륨 페이스트 조성물의 제조 방법.

제8항에 있어서, 상기 단계 (a)에서의 접촉이 상기 시안화수소 또는 시안화수소 반응기 기체를 상기 수산화나트륨을 포함하는 수성 매질에 흡수시켜 수행되며, 상기 수산화나트륨을 포함하는 수성 매질이 흡수-결정화 장치내에 존재하며, 이 장치는 순환 결정 슬러리를 포함하고 동시에 증발 및 결정화시킬 수 있는 것인 방법.

제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 수산화나트륨을 포함하는 수성 매질이 유동학적 개질제를 추가로 포함하는 방법.

제10항에 있어서, 상기 염기가 수산화나트륨이고, 상기 유동학적 개질제가 포름산나트륨인 방법.

제11항에 있어서, 상기 포름산나트륨이 상기 단계 (a) 동안에 동일 반응계내에서 생성되는 방법.

제8항 또는 제9항에 있어서, 단계 (a)와 단계 (b) 사이에 탈수 단계를 추가로 포함하는 방법.

제1항 또는 제2항에 기재된 페이스트 조성물과 동일하고(하거나) 제8항 또는 제9항에 기재된 방법에 의해 제조된 페이스트 조성물을 광석과 접촉시키는 것을 특징으로 하는, 광석으로부터 금속을 침출시키는 방법.