KR102534103B1

KR102534103B1 - 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법

Info

Publication number: KR102534103B1
Application number: KR1020210040868A
Authority: KR
Inventors: 박성철; 이성호
Original assignee: 파워뉴엠 주식회사
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2023-06-01
Also published as: KR20220136526A

Abstract

본 발명은 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법에 관한 것으로, 광물을 분쇄하는 광물분쇄단계, 상기 광물분쇄단계를 통해 제조된 광물분말을 왕수에 투입하여 용해하는 광물용해단계, 상기 광물용해단계를 통해 제조된 혼합물을 가열하면서 질소가스를 주입하는 가열단계, 상기 가열단계를 통해 가열된 혼합물에 수산화나트륨을 혼합하여 침전물을 생성시키는 침전단계, 상기 침전단계를 통해 생성된 침전물을 제거한 후에, 침전물이 제거된 혼합물에 환원제를 투입하여 환원시키는 환원단계 및 상기 환원단계를 통해 환원된 혼합물에 중화제를 투입하여 중화하는 중화단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 이루어지는 귀금속의 추출방법은 공정이 간단하고 처리비용이 저렴할 뿐만 아니라, 광물에 함유된 귀금속을 높은 수율로 추출할 수 있다.

Description

광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법 {EXTRACTION METHOD OF NOBLE METAL USING MINERAL POWDER}

본 발명은 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정이 간단하고 처리비용이 저렴할 뿐만 아니라, 광물에 함유된 귀금속을 높은 수율로 추출할 수 있는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법에 관한 것이다.

백금족 금속(백금, 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 로듐 및 루테늄)의 주원천은 구리-니켈 광상(鑛床)과 깊은 관련성이 있으며, 이들 금속은 통상적으로 비철금속 황화물 광석과 관련하여 발생한다. 특히 부가가치가 높아지고 있는 백금족 금속은 구리-니켈 광상 외에 다양한 컴퓨터 부품, 인쇄회로기판, 컨넥터 및 자동차용 배기가스 촉매 변환 장치 등에서도 회수될 수 있다.

백금족 금속은 전통적으로 왕수(aqua regia) 또는 염산 및 염 성분에 의해 회수되는데, 거의 모든 백금족 금속의 황화물 광석은 거품 부유선광을 포함한 농축 공정을 거치게 된다. 부유선광 농축물은 통상 배소공정(roasting)을 거쳐 대부분의 황이 제거된다. 황화물 광석과 결합된 백금족 금속은 흔히 내화물이기 때문에 상기와 같은 품질 개선공정(up-grading process)이 필수적으로 요구된다. 다른 방법으로는 부유선광 농축물을 직접 제련하여 매트(matte)를 생산하는 것이다. 이 공정은 통상적으로 1250 내지 1350℃의 온도에서 진행되는데, 이로 인해 운영비 및 설비투자비가 높아지는 문제점이 있었다.

세계적으로 광물에서 생산되는 거의 모든 금은 시안화법 침출법에 의해 추출되지만 이 추출법에는 몇 가지 문제점이 있는데, 시안화물은 맹독성 화합물이므로 운송, 저장 및 세척 절차에 많은 비용이 들며, 시안화물을 이용한 금과 은의 침출 반응은 매우 느린 문제점이 있다.

한편, 탄소질 내화성 광석의 경우에는, 금을 추출하기 전에 탄소질 물질을 파괴하거나 분리하는 과정을 진행하는데, 탄소질 물질을 오존, 염소, 차아염소산 나트륨, 과망간산염, 과염소산염 및 산소를 이용하여 산화시키는 방법을 이용할 수 있으며, 주로 염소를 사용하게 되는데, 염소는 고가이기 때문에 추출과정의 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0145346호(1998.04.29.) 대한민국 공개특허 제10-2020-0141659호(2020.12.21.)

본 발명의 목적은 공정이 간단하고 처리비용이 저렴할 뿐만 아니라, 광물에 함유된 귀금속을 높은 수율로 추출할 수 있는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광물을 분쇄하는 광물분쇄단계, 상기 광물분쇄단계를 통해 제조된 광물분말을 왕수에 투입하여 용해하는 광물용해단계, 상기 광물용해단계를 통해 제조된 혼합물을 가열하면서 질소가스를 주입하는 가열단계, 상기 가열단계를 통해 가열된 혼합물에 수산화나트륨을 혼합하여 침전물을 생성시키는 침전단계, 상기 침전단계를 통해 생성된 침전물을 제거한 후에, 침전물이 제거된 혼합물에 환원제를 투입하여 환원시키는 환원단계 및 상기 환원단계를 통해 환원된 혼합물에 중화제를 투입하여 중화하는 중화단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 광물은 감람석, 금광석 및 은광석으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 광물분쇄단계는 광물을 0.5 내지 100 마이크로미터의 입자크기로 분쇄하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 광물용해단계는 상기 광물분쇄단계를 통해 제조된 광물분말 100 중량부를 왕수 100 내지 1000 중량부에 용해하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 가열단계는 40 내지 300℃의 온도에서 1 내지 24시간 동안 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 환원단계는 상기 침전단계를 통해 생성된 침전물을 제거한 후에, 침전물이 제거된 혼합물 100 중량부에 환원제 10 내지 100 중량부를 투입하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 환원제는 하이드라진으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 중화단계는 상기 환원단계를 통해 환원된 혼합물 100 중량부에 중화제 10 내지 100 중량부를 투입하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 중화제는 과산화수소로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명에 따른 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법은 공정이 간단하고 처리비용이 저렴할 뿐만 아니라, 광물에 함유된 귀금속을 높은 수율로 추출할 수 있는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법을 모식적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 광물분쇄단계를 통해 제조된 광물분말을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법은 광물을 분쇄하는 광물분쇄단계(S101), 상기 광물분쇄단계(S101)를 통해 제조된 광물분말을 왕수에 투입하여 용해하는 광물용해단계(S103), 상기 광물용해단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 가열하면서 질소가스를 주입하는 가열단계(S105), 상기 가열단계(S105)를 통해 가열된 혼합물에 수산화나트륨을 혼합하여 침전물을 생성시키는 침전단계(S107), 상기 침전단계(S107)를 통해 생성된 침전물을 제거한 후에, 침전물이 제거된 혼합물에 환원제를 투입하여 환원시키는 환원단계(S109) 및 상기 환원단계(S109)를 통해 환원된 혼합물에 중화제를 투입하여 중화하는 중화단계(S111)로 이루어진다.

상기 광물분쇄단계(S101)는 광물을 물리적으로 분쇄하는 단계로, 광물을 광물분쇄기 투입하여 분쇄한 후에, 분쇄된 광물을 초미립자 분쇄기에 재투입하고 분쇄한 후에, 스크린 메시가 구비된 진동선별기를 이용하여 입자크기가 0.5 내지 100 마이크로미터인 광물분말을 선별하는 과정으로 이루어진다.

이때, 상기 광물은 귀금속이 함유된 광물이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나, 귀금속의 종류와 함량을 고려했을 때, 감람석(olivine, 橄欖石), 금광석(gold ore, 金鑛石) 및 은광석(silver ores, 銀鑛石)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 광물분쇄단계(S101)를 통해 제조되는 광물분말의 입자크기가 0.5 마이크로미터 미만이면 광물분말의 입자크기가 지나치게 작아 쉽게 비산되며 뭉침현상으로 인해 작업성이 저하되며, 상기 광물분말의 입자크기가 100 마이크로미터를 초과하게 되면 광물분말의 비표면적이 지나치게 줄어들어 귀금속의 추출 수율이 급격히 저하된다.

본 발명과 같이 광물로 감람석을 사용하고, 감람석을 0.5 내지 100 마이크로미터의 입자크기로 분쇄하여 사용하게 되면, 금이나 로듐과 같은 귀금속의 추출수율이 15 내지 30% 증가될 수 있다.

상기의 초미립자 분쇄기를 이용하여 0.5 내지 100 마이크로미터의 입자크기로 분쇄된 감람석을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 아래 도 2에 나타내었다.

상기 광물용해단계(S103)는 상기 광물분쇄단계(S101)를 통해 제조된 광물분말을 왕수에 투입하여 용해하는 단계로, 상기 광물분쇄단계(S101)를 통해 제조된 광물분말 100 중량부를 왕수 100 내지 1000 중량부에 투입하고 용해하는 과정으로 이루어지는데, 이때, 왕수의 온도는 40℃ 이상을 나타내는 것이 바람직하며, 광물분말이 왕수에 용해되는 속도가 더디거나 용해가 제대로 진행되지 않는 경우에는 왕수의 온도를 증가시켜 광물분말이 왕수에 완전히 용해되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 왕수(aqua regia, 王水)는 진한 염산과 진한 질산을 3: 1의 비율로 혼합한 용액을 말하는 것으로, 염산이나 질산에도 녹지 않는 금 및 백금과 같은 귀금속도 염화물로 녹이는 특성을 나타낸다. 보통 사용되는 것은 특유한 자극성 냄새가 나는 노란색 액체이며, 이 용액 속에서는 HNO₃ ＋ 3HCl ↔ Cl₂ + NOCl + 2H₂O와 같은 반응에 의해서 발생기(發生期)의 염소와 염화나이트로실 NOCl이 생기기 때문에 강력한 산화용해성을 나타낸다.

상기 광물용해단계(S103)에서 왕수의 함량이 100 중량부 미만이면 상기 광물분말이 왕수에 완전히 용해되지 못하며, 상기 왕수의 함량이 1000 중량부를 초과하게 되면 상기 광물분말에 비해 지나치게 많은 양을 사용하게 되는 것으로 바람직하지 못하며 폐수의 양을 증가시키게 된다.

상기 가열단계(S105)는 상기 광물용해단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 가열하면서 질소가스를 주입하는 단계로, 상기 광물용해단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 40 내지 300℃의 온도로 1 내지 24시간 동안 가열하여 이루어지는데, 이때, 가열과정에서 불소성분이 함유된 가스가 발생하기 때문에, 불소성분이 함유된 가스를 제거 또는 중화하기 위해 질소가스가 지속적으로 주입되는 조건에서 가열과정을 진행하는 것이 바람직하다.

상기 침전단계(S107)는 상기 가열단계(S105)를 통해 가열된 혼합물에 수산화나트륨을 혼합하여 침전물을 생성시키는 단계로, 상기 가열단계(S105)를 통해 가열된 혼합물에 수산화나트륨을 혼합하여 규소성분으로 이루어진 침전물을 생성시키는 과정으로 이루어지는데, 수산화나트륨은 규소성분으로 이루어진 침전물이 발생되지 않을때까지 지속적으로 혼합하는 것이 바람직하다.

상기의 과정으로 진행되는 침전단계(S107)를 통해 발생된 침전물은 물리적으로 분리된 후에, 표면에 잔존하는 왕수 성분 등을 제거하기 위해 4 내지 5회에 걸쳐 세척수로 세척한 후에 자원화할 수 있다.

상기 환원단계(S109)는 상기 침전단계(S107)를 통해 생성된 침전물을 제거한 후에, 침전물이 제거된 혼합물에 환원제를 투입하여 환원시키는 단계로, 상기 침전단계를 통해 생성된 침전물이 제거된 혼합물 100 중량부 대비 환원제 10 내지 100 중량부를 혼합하는 과정으로 이루어진다.

또한, 상기 침전단계(S107)를 통해 침전물이 제거된 혼합물은 반응거품이 발생된 상태로, 상기 환원제는 10 내지 100 중량부가 혼합되는 것이 바람직하며, 상기 반응거품이 제거될 때까지 투입하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 환원제의 투입량이 10 중량부 미만이면 상기 혼합물의 환원효과가 미미하며, 상기 환원제의 투입량이 100 중량부를 초과하게 되면 상기 혼합물의 환원이 완료된 상태에서도 환원제를 지속적으로 주입하게 되는 것으로, 바람직하지 못하다. 이때, 상기 환원제는 하이드라진으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 중화단계(S111)는 상기 환원단계(S109)를 통해 환원된 혼합물에 중화제를 투입하여 중화하는 단계로, 상기 환원단계(S109)를 통해 환원된 혼합물 100 중량부 대비 중화제 10 내지 100 중량부를 투입하여 중화하는 과정으로 이루어진다.

이때, 상기 중화제로는 과산화수소를 사용하는 것이 바람직하며, 중화제의 투입량은 상기 환원단계(S109)를 통해 환원된 혼합물 100 중량부 대비 10 내지 100 중량부인 것이 바람직하며, 상기 환원된 혼합물의 pH가 7을 나타낼 때까지 지속적으로 투입되는 것이 더욱 바람직하다.

상기의 중화단계(S111)를 거치면, 중화된 혼합물 내에 귀금속 침전물이 생성되며, 침전된 귀금속은 세척수로 세척한 후에 건조하는 과정을 통해 자원화된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<제조예 1> 광물분말의 제조

감람석을 광물분쇄기에 투입하고 분쇄한 후에, 분쇄된 감락성 분말을 초미립자 분쇄기에 투입하여 분쇄한 후에, 스크린 메시가 구비된 진동선별기를 이용하여 0.5 내지 3 마이크로미터의 입자크기를 갖는 감람석 분말을 제조하였다.

<제조예 2> 광물분말의 제조

상기 제조예 1과 동일하게 진행하되, 10 내지 30 마이크로미터의 입자크기를 갖는 감람석 분말을 제조하였다.

<제조예 3> 광물분말의 제조

상기 제조예 1과 동일하게 진행하되, 30 내지 50 마이크로미터의 입자크기를 갖는 감람석 분말을 제조하였다.

<실시예 1>

상기 제조예 1을 통해 제조된 감람석 분말 100 중량부를 왕수 800 중량부에 개재된 반응기에 투입하여 왕수에 감람석이 용해된 혼합물을 제조하고, 상기 반응기에 질소를 주입하면서 180℃의 온도로 90분 동안 상기 혼합물을 가열하고, 가열이 완료된 혼합물에 수산화나트륨을 투입하여 규소성분을 침전시켜 제거하고, 규소성분이 제거된 혼합물 100 중량부에 환원제(하이드라진) 25 중량부를 혼합하여 환원하고, 환원된 혼합물 100 중량부에 중화제(과산화수소) 25 중량부를 혼합하고 혼합물의 pH가 7이 될때까지 중화시켜 혼합물 내에 귀금속을 침전시키는 과정으로 귀금속을 추출하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 2를 통해 제조된 감람석 분말을 사용하여 귀금속을 추출하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 3을 통해 제조된 감람석 분말을 사용하여 귀금속을 추출하였다.

상기 실시예 1 내지 3을 통해 추출된 귀금속의 함량 및 수율을 극초단파 산분해법(ICP)으로 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.

{단, 실시예 1의 수율은 아래 계산식 1로 계산하였으며, 실시예 2의 수율은 아래 계산식 2로 계산하였고, 실시예 3의 수율은 아래 계산식 3으로 계산하였다.

계산식 1 : 귀금속의 수율 = 귀금속의 함량(ppm)×250×100/10⁶×7.9384

계산식 2 : 귀금속의 수율 = 귀금속의 함량(ppm)×250×100/10⁶×10.1380

계산식 3 : 귀금속의 수율 = 귀금속의 함량(ppm)×250×100/10⁶×20.5103}

<표 1>

상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 3을 통해 진행되는 귀금속의 추출방법은 금, 백금, 팔라듐 및 로듐과 같은 귀금속을 높은 수율로 추출하는 것을 알 수 있으며, 특히, 실시예 1과 같이 광물분말의 입자크기가 0.5 내지 3 마이크로미터인 경우에 추출 수율이 더욱 향상되는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법은 공정이 간단하고 처리비용이 저렴할 뿐만 아니라, 광물에 함유된 귀금속을 높은 수율로 추출할 수 있다.

S101 ; 광물분쇄단계
S103 ; 광물용해단계
S105 ; 가열단계
S107 ; 침전단계
S109 ; 환원단계
S111 ; 중화단계

Claims

광물을 분쇄하는 광물분쇄단계;
상기 광물분쇄단계를 통해 제조된 광물분말을 왕수에 투입하여 용해하는 광물용해단계;
상기 광물용해단계를 통해 제조된 혼합물을 가열하면서 질소가스를 주입하는 가열단계;
상기 가열단계를 통해 가열된 혼합물에 수산화나트륨을 혼합하여 침전물을 생성시키는 침전단계;
상기 침전단계를 통해 생성된 침전물을 제거한 후에, 침전물이 제거된 혼합물에 환원제를 투입하여 환원시키는 환원단계; 및
상기 환원단계를 통해 환원된 혼합물에 중화제를 투입하여 중화하는 중화단계;로 이루어지며,
상기 광물분쇄단계는 광물을 0.5 내지 3 마이크로미터의 입자크기로 분쇄하여 이루어지고,
상기 가열단계는 40 내지 300℃의 온도에서 1 내지 24시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법.
청구항 1에 있어서,
상기 광물은 감람석, 금광석 및 은광석으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 광물용해단계는 상기 광물분쇄단계를 통해 제조된 광물분말 100 중량부를 왕수 100 내지 1000 중량부에 용해하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 환원단계는 상기 침전단계를 통해 생성된 침전물을 제거한 후에, 침전물이 제거된 혼합물 100 중량부에 환원제 10 내지 100 중량부를 투입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법.
청구항 1 또는 6에 있어서,
상기 환원제는 하이드라진으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법.
청구항 1에 있어서,
상기 중화단계는 상기 환원단계를 통해 환원된 혼합물 100 중량부에 중화제 10 내지 100 중량부를 투입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법.
청구항 1 또는 8에 있어서,
상기 중화제는 과산화수소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물분말을 이용한 귀금속의 추출방법.