KR20150106327A - 설파이드 광석 침출 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설파이드 광물을 침출하기 위한 신규한 공정을 개시하며 상기 공정은 파쇄된 광석을 바트 반응기에서 침출하는 단계로 이루어지고, 여기서 침출 용액은 침출을 위해 적절한 상한에 가까운 ORP 수치를 가지고 공급되며 유출되는 침출 용액은 광석을 침출하기에 적절한 하한을 넘는 ORP를 가지고 반응기를 떠난다. 침출 반응기를 떠나는 유출 침출 용액의 일부는 침출 반응기의 외부에서 일어나는 철 산화 단계를 통과하며, 여기서 철 산화는 상기 유출 침출 용액의 재순환된 부분과 혼합된 용해성 제2철 설페이트를 생성하여 이의 ORP를 광석 침출을 위해 적절한 산화환원 전위 범위의 상한에 가까운 수치까지 증가시킨다.

Description

설파이드 광석 침출 공정{SULFIDE ORE LEACHING PROCESS}

본 명세서는 2012년 5월 4일에 출원된 명칭 "설파이드 광석 침출 공정"의 미국 특허 출원 제61/643,042호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 문헌은 그 전체가 본 명세서에서 참고로서 포함된다.

기술 분야

본 발명은 설파이드 광석을 침출하기 위한 공정 및, 특히 구리를 회수하기 위해 황동석 광석을 침출하기 위한 공정에 관한 것이다.

관련 기술의 설명

특히 일차 설파이드로부터의 저품위 설파이드 광석의 침출은 어렵다. 이차 설파이드(예를 들면, 휘동석)는 침출로 처리할 수 있는 반면 (옥사이드 광석과 유사함), 일차 설파이드 (예를 들면 황동석)는 비교적 가공이 어렵다. 설페이트 시스템에서, 이차 설파이드는 산 외에도, 침출을 위한 산화제를 필요로 하며, 산화제는 보통 제2철(ferric iron)의 형태이다. 그러나, 제2철 및 산의 존재는 일차 설파이드 광석, 가령 황동석의 효과적인 침출을 얻는데는 충분하지 못하다. 보통, 황동석 침출은 다음 중 한 가지를 필요로 한다:

- 높은 산화 환원 전위 (ORP) (Ag/AgCl 3M KCl에 대하여 >500 mV) 및 높은 온도 (즉, 60℃ 초과), 또는

- 주변 온도(20 내지 35℃)에서 ORP 침출창 (보통 380 내지 450 mV) 이내로 제어된 낮은 ORP.

저온에서 작업시 ORP의 제어는 황동석의 부동태화를 방지하기 위해 특히 중요하다(Third et al., 2002; van der Merwe et al., 1998; Hiroyoshi et al., 2001) 왜냐하면 상기 효과는 불가역성이기 때문이다. 용액 내 제1철 이온의 양의 제어 (여기서 제1철 대 제2철의 비가 ORP의 주요 제어 요인임)는 황동석 광석 및 농축물로부터의 구리 침출 추출을 향상하는 것으로 공지되어 있고 (Hiroshi et al., 1997) 미생물적 수단에 의한 높은 ORP 제어 (Munoz et al. 1995, Ahonem et al. 1985, Munoz et al. 1995) 또는 전기화학적 방법에 의한 제어 (Gomez et al. 1996, Wan et al. 1984)에 관한 이전 보고서들이 또한 공개되어 있다.

상기 내용은 당해 분야의 숙련가에게 널리 공지되어 있고 보통 미분된 크기로 (Hourn et al. 1995), 또는 황동석 침출 정도를 향상시키기 위해 황철석의 갈바닉 효과를 이용하여(Dixon et al. 2005) 또는 고온 및 압력 하에서 (Dempsey et al. 1999) 대기 조건 하에서 탱크-유형 반응기를 이용하는 농축물의 침출에서 사용되어 왔고 여기서 작업의 ORP 창이 넓어진다.

농축물의 ORP 제어된 침출은 또한 대기 조건 하에 교반되는 탱크 반응기에서 보고된 바 있고 여기서 박테리아 산화가 반응 용기 또는 별도의 용기 내부의 제2철 대 제1철 비 (및 이를 통해 ORP)를 제어하기 위해 사용된다 (van der Merwe et al. 1998).

비록 상기 언급된 공정으로 황동석의 침출이 가능하지만, 이들 교반되는 탱크 침출 반응기의 작업 비용은 매우 높기 때문에, 저품위 광석의 처리는 엄두도 낼 수 없는데다가 이 공정은 퇴적 침출에 사용되는 입자 보다 훨씬 더 작은 크기의 입자를 사용해야 한다. 더 작은 입자의 필요성은, 다시, 분쇄 비용을 증가시킨다. 따라서, 이 공정은 저품위 광물에 대해 지속할 수 없고 따라서 주로 농축물을 위해 사용된다.

ORP 제어 침출 원리는 또한 퇴적 방법으로 시도된 바 있다(Mintek). 퇴적 침출은 분쇄와 연관된 비용이 들지 않아 더 굵은 물질의 처리를 허용하기 때문에 저품위 구리 광석을 처리하기 위한 가장 실현가능한 대안으로 고려될 수 있다 황동석 퇴적 침출은 퇴적물 시스템에서 황동석 침출을 위한 맞는 조건 (온도 및 ORP 제어)을 얻고 유지하기 어렵기 때문에 시판 적용된 바 없으며, 여기서:

- 고온 조건은 황 광물 공급원 또는 외부 가열을 필요로 한다. 고온 및 높은 ORP의 조합이 효과적인 황동석 퇴적 침출을 야기함이 공지되어 있다. 이들 높은 ORP 조건 (> 500 mV)은 공기가 통하는 퇴적물에서 쉽게 얻어지며, 여기서 철 산화가 퇴적물에 존재하는 박테리아에 의해 일어나고, 전용 제어 메커니즘이 필요하지 않다. 효과적인 황동석 침출을 위해 필요한 고온은, 충분한 설파이드의 존재 (보통, 광석 질량에 대해 3%를 초과하는 황 함량) 및 충분히 빠른 설파이드 산화 (이는 황 산화를 위한 충분한 미생물 세포 농도를 얻기 위한 통기 시스템을 위해 탄소 공급원으로서 이산화탄소의 공급을 필요로 할 수 있다)를 필요로 한다. 황 또는 설파이드 광물의 산화는 적절히 제어되는 경우 침출 온도를 높일 수 있는 열의 방출을 야기한다. 그러나, 더 낮은 품위의 광석에서, 설파이드 함량은 흔히 황동석 퇴적 침출을 위해 필요한 열을 생성하기에 부족하다.

- 외부 가열은 전형적으로 비용이 많이 든다. 퇴적 침출로부터 황동석을 회수하기 위한 한 가지 선택사항은 광석 내 황화물의 산화에 의한 가열에 의지하는 대신에 인공적인 가열원을 이용하여 외부적으로 침출 용액을 가열하는 것이다. 그러나, 퇴적물로부터 열 손실의 정도가 연장된 침출 시간과 합쳐지면, 일반적으로 외부 가열은 경제적이지 않게 된다. 이러한 것은 특히 저온 기후 지역의 경우 더 심하다.

- 주변 온도에서 높은 ORP 침출은 부동태화를 야기한다: 비록 높은 ORP 수준 (즉, 모든 용해성 철의 완전한 산화)은 주변 온도 (20 - 35℃)의 퇴적물에서 쉽게 얻을 수 있지만, 그러한 온도에서의 높은 ORP는 황동석 광물의 표면에서 부동태화 효과를 야기하여, 구리가 효과적으로 침출되는 것을 방해한다.

- 퇴적 침출에서, ORP를 낮은 전위 범위 이내로 유지하는 것은 어렵다: 황동석을 주변 온도(20 내지 40℃)에서 침출하기 위해 요구되는 퇴적물 내 삼출 용액 ORP을 좁은 저환원 전위 창 (380 내지 450 mV, 즉 여기서 철의 전부가 아닌 일부가 산화됨)으로 유지하는 일은 몇 가지 이유로 어렵다:

- 첫 번째 이유는 퇴적물의 하단 통기로부터 야기되며 이것이 만드는 구배 효과로 인한 산소 질량 전달의 적절하지 않은 제어이고;

- 두 번째 이유는 제2철 (또는 임의의 다른 산화제)이 퇴적물에서 압출류 방식으로 (퇴적물 내 수리전도도가 일부 광석 입자의 표면에서 삼출되는 용액의 박막에서 발생됨) 삼출되고, 설파이드의 산화를 통해 빠르게 소비되어, 퇴적물 내에 ORP 구배를 야기하는 (즉, 상단은 높은 ORP 및 하단은 낮은 전위) 사실과 연관되며;

- 세 번째 이유는 퇴적물 내부의 제2철의 박테리아 산화를 유도하는 수단으로서의 통기는 ORP를 좁은 범위로 유지하는데 요구되는 제어의 수준을 제공하지 않는다는 사실과 연관된다.

전술된 설페이트 침출 시스템 외에도, 클로라이드 시스템 내 황동석의 침출이 또한 보고된 바 있다 (Jones, 2002, Streltsova, 2006). 비록 클로라이드가 황동석 침출을 보조하는 것으로 공지되어 있지만, 클로라이드의 사용은 수많은 공정 문제 및 단점을 야기한다:

- 공정 하류에서 클로라이드 용액의 제거는 클로라이드의 높은 용해성으로 인해 문제가 되고; 및

-용액 내 클로라이드는 공장 설비의 더 많은 부식을 야기한다.

전술된 문제들에 직면하여, 본 발명은 설파이드 광석으로부터 구리를 회수하기 위한 침출 공정을 제공하며 여기서 침출 용제의 물리-화학적 특징(온도, ORP, pH, 첨가제)이 작업 창 내에서 밀착된 제어를 제공하여 당해 분야에 공지된 것보다 더 효율적이고 비용-효과적인 침출 동역학을 야기한다.

본 발명은 또한 분쇄되지 않은 물질에서 사용되는 침출 공정을 제공하는 것을 목적으로 하므로 공급물 크기의 규모가 퇴적 침출의 규모와 유사하다.

본 발명은 또한 퇴적 침출 조건에서 얻어지는 것보다 더 높은 침출 속도를 나타내는 동시에 열 공급원으로서 광석 내부의 설파이드 산화에 의존하지 않는 공정인 침출 공정을 제공한다.

상기 기술된 문제와 미충족된 요구사항에 비추어, 본 발명은 당해분야에 공지된 기술보다 더 효율적이고 비용-효과적인 설파이드 광석에 대해 유리하고 효과적으로 제어되는 ORP 침출 공정을 기술하며 상기 공정은 다음을 포함한다:

바트 반응기 내에서 파쇄된 광석을 침출하는 단계 여기서 상기 반응기로 광석 침출을 위해 적절한 최적 ORP 범위의 상한에 가까운 ORP (제2철 대 제1철의 비에 의존적)를 함유하는 용액으로 유입 침출 용액이 투입되고, 여기서 제2철이 황동석을 이용한 침출 반응 동안 산화제로서 작용하고 (등식 1, 표 1) 및 공정에서 제1철로 환원되고 (하기 등식에 따라), 및 여기서부터 유출 침출 용액은 문제의 광석을 침출하기 위해 적절한 ORP 범위의 하한을 초과하는 ORP를 남기고;

여기서 침출 반응기를 떠나는 유출 침출 용액의 일부는 침출 반응기 외부의 매체에서 철 산화 단계 (등식 2, 표 1) (du Plessis et al. 2011)를 거치고, 상기 철 산화는 용해성 제2철 설페이트를 생성하고 이는 유출 침출 용액의 재순환된 부분과 혼합되어 ORP를 광석을 침출하기 위해 적절한 ORP 범위의 상한에 가까운 값까지 상승시킨다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 파쇄된 광석은 2 mm 내지 120 mm 범위의 입자를 가지며 침출 반응기 내 광석은 실질적으로 침출 용액에 잠기게 되어, 파쇄된 광석 입자 사이의 빈틈이 침출 용액으로 포화되고 채워진다.

상기 바람직한 구체예에서, 황동석은 광석에 존재하는 설파이드 광물이고, 침출 용액은 도 1에 예시된 침출 창의 위쪽 경계의 ORP를 가지며, 광석과의 용액 접촉 시간은 고체 체류 시간에 대한 수리학적 체류 시간을 통해 결정되며, 따라서 용액 ORP는 도 1에 나타난 최적 침출 창 내에 존재한다 (즉 25-45℃의 온도에서 ~380 내지 450 mV 또는 60℃ 초과의 온도에서 >500 mV.

본 발명의 또다른 구체예에서, 생물 산화를 통한 철 산화는 (du Plessis et al. 2011) 자로사이트의 침전 (표 1에서, 등식 3)을 허용하며 이를 통한 용액에서 철 부분의 제거, 및 침출 용액으로부터의 불순물(예를 들면 비소, 알루미늄, 크롬, 불소, 및 우라늄)의 공-침전 및 제거를 가능하게 한다. 자로사이트 침전은 다시 제1철 산화를 촉진하는 산을 제공한다. 철 산화 반응은 황 또는 황철석을 통해 보충되어 추가적인 산을 제공한다 (등식 4 및 5, 표 1). 중요하게는, 철 산화와 산 생성의 조합된 효과는 자로사이트 황 또는 황철석으로부터 열을 생성한다 (등식 6-8). 세 반응의 상대적인 비율은(등식 6-8) 황 또는 황철석의 부가에 의해 제어되며 도 1에서 개괄되는 바와 같이 침출 순환에서 최적의 바람직한 철 및 열 균형을 얻기 위해 최적화된다. 산 공정으로부터의 황산이 또한 산-소모적 철 산화 반응을 촉진하기 위해 반응기에 직접 부가될 수 있다.

침출 용액의 금속 (예컨대. 구리) 농도가 회수에 적절한 수치에 도달하면, 배출물이 용액 순환으로부터 분취되어 문제의 금속을 회수하기 위한 처리를 겪는다.

본 발명의 이들 양태의 추가적인 장점 및 신규한 특징이 일부는 이어지는 상세한 설명에 제시될 것이며, 일부는 하기의 실험 또는 본 발명의 실시를 읽었을 때 당해 분야의 숙련가에게 더 명백할 것이다.

시스템 및 방법의 다양한 실시 양태가 하기와 같지만 이에 제한되지 않는 도면을 참고하여 더 자세히 기술될 것이고, 여기서:
도 1은 온도의 함수로서 황동석으로부터의 구리 침출에 대한 최적 용액 ORP를 나타내는 그래프이고;
도 2는 본 발명에 따른 침출 공정의 바람직한 구체예의 흐름도이고;
도 3은 본 발명의 침출 공정의 바람직한 구체예에서 사용되는 침출 반응기의 모식도이고;
도 4는 pH 1.5 및 45 °C의 상이한 ORP 침출 조건의 집합을 이용한 예시적 결과를 나타내고
도 5는 650 mV의 ORP, pH 1.5 및 70 °C에서 황동석 침출의 예시적 결과를 나타낸다.

하기 상세한 설명은 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위, 적용가능성 또는 구성을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 더 정확하게는, 하기 설명은 예시적 양상을 적용하기 위해 필수적인 이해를 제공한다. 본 명세서에 제공된 교시를 사용할 경우, 당해 분야의 숙련가는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 사용될 수 있는 적절한 대안을 인식할 것이다.

도 2는 본 발명의 공정의 바람직한 구체예의 실행의 주요 단계를 나타내는 흐름도이다.

비록 도 2가 황동석 광석으로부터 구리를 회수하는 목적의 침출 공정을 도시하고 있지만, 본 발명 공정이 임의의 다른 설파이드 광물 광석 또는 농축물에 적용될 수 있음이 이해되어야 한다.

공정의 시작에서, 광석이 침출 반응기에 공급된다 (흐름도 내 표시 S1). 광석은 바람직하게는 파쇄된, 2 mm 내지 120 mm 범위의 입자 크기로 공급된다.

입자 크기의 선택은 바람직하게는 광물 유리화가 파쇄 크기 (즉. 입자 크기)의 함수로서 결정되는 선행 조사에 의해 결정된다. 광물 유리화(즉 침출 용액에의 노출)의 정도는 다시 금속 침출될 수 있는 금속의 최대 양을 결정한다.

파쇄 단계의 사용은 미분된 것(<1mm)보다 거친 입자 (>1mm)를 생성하며 더 적은 분쇄 비용을 유발한다.

본 발명의 한 구체예에서, 광석은 연속 방식으로 침출 반응기에 공급되고 회수될 수 있다. 대안적으로, 반응기는 회분 방식으로 작업될 수 있고, 이러한 경우에 광석이 요망되는 금속 추출을 얻기 위해 요망되는 만큼 오래 반응기 내에 잔여한다.

도 3은 본 발명에서 사용되는 침출 반응기의 바람직한 구체예를 나타낸다. 상기 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 파쇄된 광석은 주변 압력 조건에서 구성된 저장소 또는 용기 내에서 침출 용액에 잠긴 채로 유지된다.

입자-내 빈틈은 침출 용액으로 포화되고 채워지고, 이를 통해 최대 수리전도도를 보장한다.

상기 침출 용액은 0.5 내지 2.5의 pH 및 온도 조건에 적절한 ORP(즉 25-45℃의 온도에서 380 내지 450 mV 또는 60℃ 초과의 온도에서 >500 mV)의 제2철 및 제1철 설페이트 용액으로 구성되며, 상기 침출 용액은 또한 고체 첨가제 가령 탄소, 자철석 또는 액체 첨가제 가령 극성 유기 용매를 함유할 수 있다. 상기 용액은 또한 철산화 박테리아 또는 고세균의 활성 생물량 및 1x10⁴ 세포/ml를 초과하는 및 바람직하게는 1x10⁶ 세포/ml를 초과하는 세포 밀도를 함유할 수 있다.

반- 바트 침출 반응기를 사용하는 바람직한 구체예에서, 이 공정 동안 교반되는 일 없이 중력에 의해 광석이 바트 상단에 있는 광석 공급물로부터 광석 회수 지점으로 흐른다. 광석은 광석의 물리적 특성과 관련하여 독립적으로 회수된다 (즉, 광석이 파쇄된 물질이거나 미세한 분말인 경우에). 이를 위해, 컨베이어로의 중력 방출, 기계적 재생 장치 또는 슬러리 펌프와 같은 광석 회수 시스템이 사용될 수 있다.

침출 용액이 관심의 광석을 침출하기에 적절한 최적 ORP 침출 창의 상한에 가까운 ORP를 가지고 반응기로 투입되는 동안 (흐름도 내 표시 S2) ORP 침출창의 하한보다 높은 ORP를 가지는 용액이 반응기를 떠난다 (흐름도 내 표시 S3). 따라서, 광석을 포함하는 황동석의 경우에, 침출 용액이 380 - 450 mV의 범위 이내로 투입되고, 바람직하게는 ORP가 예를 들면, 온도 25-45℃에서 380 mV인 하한에 도달하기 전에 반응기를 떠난다. 등가의 공급물 및 바람직한 유출 용액 ORP는 60℃를 넘는 온도에서 500 및 700 mV이다.

최적 침출은 침출 용액의 ORP를 도 1에 예시된 바와 같은 경계 내로 유지함으로써 성취된다. 이는 광석을 통과하는 용액의 높은 유속에 의해 달성되며, 상기 유속은 다시 모든 빈틈이 용액 흐름에 관여하는 것으로 기술된 바트 침출 시나리오 내에서 광석을 통과하는 높은 수압 유속으로 인해 달성된다.

이런 방식으로, 침출 용액 체류 시간은 효과적인 침출을 보장하기 위해 용액의 ORP가 OPR 하한 아래로 떨어지기 전에 용액이 침출 반응기를 떠나는 제어 방식 하에 유지된다 (황동석의 경우에, 25-45℃의 온도에서 약 380 mV 또는 60℃를 넘는 온도에서 500 mV.

제2철의 화학적 침출 효과 외에도, 미생물 (즉. 박테리아 및 고세균)이 황동석의 침출 효과를 가속화하고 촉매함이 공지되어 있다 (Li and Huang, 2011; Gautier et al. 2008). 가속화된 침출 효과는 침출 반응기 내 높은 세포 농도에 의존적이다.

도 2에 나타난 침출 흐름표는 적절한 생물침출 미생물의 세포 농도를 증가시키도록 고안되었다. 본 발명의 핵심 특징은 자가-증식 생물침출 촉매의 사용에 의존적이다. 이는 침출 바트 반응기를 이용하는 산화 공정 유닛의 개입을 통해 성취된다. 높은 세포 농도 (바람직하게는 >10⁹ 세포/ml)는 철 산화 및 침전 반응기에서 당해 분야에 공지된 방법에 의해 달성된다 (du Plessis et al. 2011).

높은 세포 농도는 용액의 재순환에 의해 황동석 광물과 접촉하게 된다.

세포 농도 및 다양성은 추가로 당해 분야에 공지된 바와 같이, 철 산화 반응기에 황 또는 황철석 (S21)을 부가함으로써 향상된다. 그러한 부가는 철 산화 배양 외에도 황 산화 미생물 배양 증식을 촉진하며 여기서 이들은 환원된 황 화학종의 산화를 가속화하고 이를 통해 황동석의 부동태화를 방지한다.

본 발명에 대한 대안적인 구체예에서, 침출 용액은 또한 클로라이드, 은, 활성탄을 비롯한 황동석 침출을 가속화하는 목적의 다른 공지된 원소를 함유할 수 있거나, 또는 나노-실리카가 또한 침출 용액에 포함될 수 있거나 광석으로부터의 침출 결과로서 존재할 수 있다. 이들 첨가제는 바트를 떠나는 침출 용액(도 2에 S5로 표시된 것)으로부터 회수되어 침출 단계로 돌아갈 수 있다(도 2에 S7로 표시된 것). 그러나, 이들 원소의 존재는 필수 요건으로서 이해되어야 하는 것은 아니다.

침출 반응기 내부에서, 용액 내 제2철은 구리 설파이드 광물과 반응하여, 당해 분야의 숙련가에게 공지된 바와 같이 광물 용해 (등식 1, 표 1)가 일어난다.

그러므로, 침출될 광석이 황동석인 본 발명의 바람직한 구체예에서, 황동석이 상당히 부동태화되지 않는 범위 내에서 ORP 제어 (제1철/제2철 비를 기초로)는 상기 설파이드 광물로부터 효과적인 구리 회수를 허용한다.

도 4는 pH 1.5 및 45℃에서 구리 추출의 상대적인 정도에 대한 다양한 산화 환원 전위의 효과를 나타낸다. 상기 그래프는 최적의 구리 추출을 얻기 위해 45℃에서 용액 조성물을 좁은 ORP 창 내로 유지해야 하는 중요성을 나타낸다. 중요하게는 비가역성 황동석 부동태화가 상기 온도에서 450 mV를 초과하는 ORP에서 나타나는 것에 유의해야 한다.

바람직하게는, 유입 침출 용액의 pH는 유출 용액 내 소정의 pH, 바람직하게는 0.8 내지 2.0에 도달하도록 황산을 부가하여 (S4로 표시된 것) 조정된다. 이러한 산은 종래의 산 공정 또는 미생물 황 산화 반응기에서 발생될 수 있고, 이들은 둘다 당해 분야에 공지되어 있고 공기 (S23) 및 황 (S23)을 모두 소비한다. 그러한 황 산화 및 산 생성으로부터 생성된 열은 순환하는 용액 온도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.

침출 반응기 내 용액의 체류 시간은 광석의 체류 시간보다 더 짧다. 광석을 통과하는 용액의 유속은 산 및 ORP 구배가 pH 및 ORP의 요망되는 범위 내에 공정의 충분한 제어를 허용하기 위해 극복되는 것을 보장해야 하며, 이것이 일차 제어 변수이다.

용액 흐름은 도 3에 나타나는 바와 같이 분배 파이프 또는 더 적은 부분의 반응기의 여러 곳으로부터 상승할 수 있어, 입자 사이의 빈틈으로부터 공기가 배출되고 용액이 채워지는 것을 보장한다.

본 발명의 한 구체예에서, 침출은 상대-흐름 기반으로, 다중 상으로 달성될 수 있다.

도 2 흐름도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구체예를 기초로 하여, 유출 침출 용액 흐름은 나누어지는데(S5로 표시된 것), 여기서 첫 번째 부분은 철 산화 및 침전 유닛으로 향하고 (S6로 표시된 것) 및 용해성 제2철을 함유하는 두 번째 부분은 재순환된다(S7로 표시된 것). 농축된 PLS 침출 용액은 이후 전형적인 하류 구리 회수 순환, 즉 용매 추출 - 전해 채취 (S8로 표시된 것)로 처리된다.

철 산화로 향하는 흐름 부분은 유출 침출 용액 (S3) 내 제1철 및 제2철의 비 및 총 농도에 의해, 및 또한 유입 침출 용액 (S2)의 요구되는 ORP에 의해 결정된다.

본 발명의 공정에서, 철 산화는 침출 반응기와 관련하여 외부적으로 달성된다. 철 산화는 반응기와 관련하여 외부적으로 달성되기 때문에, 침출 반응기에서 사용될 침출 ORP 범위로부터 선택되는 높은 설정-수준 (상한에 가까운 수치)로 침출 용액의 ORP를 제어하기 위해 본 공정을 사용하는 것이 가능하다.

철 산화는 특정한 반응기와 같은 임의의 적절한 수단을 통해 달성될 수 있다. 당해 분야의 숙련가에게 공지된 바와 같은 생물촉매된 제1철 산화 (박테리아 또는 고세균를 통한 것)는 이것이 단지 공기를 필요로 하고 또한 압도적으로 낮은 pH(즉, pH<2) 하의 비생물적 제1철 산화를 통해 달성되는 것보다 속도가 더 빠르기 때문에 바람직한 철 산화 방법이다.

추가적인 이익은 자로사이트 생성물로서의 철 침전이 비소, 알루미늄, 크롬 및 불소를 비롯한 침출 용액으로부터 제거되는 것이 요망될 수 있는 수많은 원소의 공-침전을 야기하는 점이다.

철 산화 공정 (S6) 의 결과로서 용해성 제2철 설페이트는 혼합 챔버 (S11)에서 유입 침출 용액 (S2)에서 요망되는 ORP에 도달하는 것을 목적하는 유입 침출 용액 (S3)과 조합된다. 침출 용액 (S2)의 총 철 농도, ORP, 및 수압 유속 (및 침출 반응기 내 체류 시간)의 종합적 제어는 황동석에 대한 좁은 침출 범위 내에서도 침출 반응기 내부에서 ORP의 제어를 허용한다.

재순환 용액 (S7)은 임의의 적절한 열 공급원 (S9)에 의해 가열될 수 있다 (예를 들면, 태양열, 황산 생산, 황 산화, 황철석 산화로부터의 열, 또는 당해 분야에 공지된 바와 같은 다른 에너지 공급원). 열 손실은 흐름도 내의 침출 순환 및 다른 개별적인 작업을 통해 최소화될 수 있다. 그러므로, 가능한 경우라면, 당해 분야의 숙련가에게 공지된 공정이 또한 열 손실을 최소화하기 위해 사용될 수 있다.

광석이 침출 반응기에서 적셔진 채로 유지되기 때문에, 이는 열 보유를 촉진한다. 높은 침출 온도(60℃ 초과)의 사용은 향상된 침출 동역학 및 더 작은 침출 반응기를 유도한다. 더 작은 반응기는, 다시, 더 낮은 반응기 비용을 발생시킨다. 추가적으로, 더 작은 침출 반응기는 가열을 위해 필요한 에너지를 감소시킨다. 가열 에너지 및 증가된 침출 속도 사이의 경제적인 교환은 각각의 특정한 적용 시나리오에 따라 결정되어야 한다. 60^oC를 넘는 온도는 또한 실질적으로 황동석 부동태화를 유발하지 않고 구리 침출 동역학을 향상시키기 위해 500 mV를 넘는 높은 ORP 침출 용액이 사용되는 것을 허용한다.

농축된 침출 용액 (S8)은 용매 추출 (S14) 및 당해 분야의 숙련가에게 공지된 방식의 전해 채취로 처리된다. 구리는 로딩된 유기 용액으로부터 산 전해 폐액 및 상보적 산을 이용하여 제거되어 (S15), 구리-농축 전해질을 생성하고 이는 이후 전해 채취 (S16)로 보내지고, 여기서 구리 캐소드가 생성된다 (S17).

바트 침출 공정은 침출 하에서 황동석의 부동태화 효과를 극복하기 위해 은, 활성탄, 박테리아, 고세균, 및 나노-실리카의 사용과 같은 물질의 사용을 촉진한다(황동석의 부동태화 효과를 극복하기 위한 그러한 물질의 사용은 당해 분야에 공지되어 있으며 본 명세서에서 추가로 설명하지 않는다). 광석을 통과하는 용액의 높은 수압 유속, 및 모든 빈틈이 용액으로 채워진다는 사실은 그러한 물질 (또는 촉매)의 회수 및 재사용을 허용한다.

본 발명의 대안적인 구체예에서, 공정은 구리 캐소드를 생성하는 용매- 및 환원-기반의 방법 대신에 금속 설파이드 침전(예를 들면, 수소 설파이드를 이용하여 CuS로서 구리를 침전시킴에 의한 것)을 포함한다.

광석의 산 소비 및 침출 잔사 (S18)와 함께 폐기되는 용해성 원소의 양에 따라, 일부의 라피네이트가 분리되어 (S19) 전형적인 불순물 가령 마그네슘 및 알루미늄 설페이트 (필요시)의 제거를 목적으로 하는 중화 및 침전 처리(S20)로 처리하는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명의 공정은 분쇄 없이도 황동석 광석으로부터 구리 침출을 보장하는 용해 조건의 제어를 허용한다. 이러한 방법은 추가로 ORP 및 더 높은 온도의 제어를 허용할 수 있어, 이를 통해 저품위 황동석 광석으로부터 구리 회수를 촉진한다.

본 발명은 또한 효과적인 황동석 침출을 얻기 위해 상승된 온도 (> 60℃)에서 높은 ORP >500 mV를 가지는 작업을 허용한다.

이러한 효과를 위해, 본 발명의 공정은 또한 이차 설파이드 광석 (예컨대 휘동석)을 침출하기 위해 사용될 수 있고, 여기서 심지어 주변 온도에서도 높은 ORP 침출 조건 (>500 mV)이 적용될 수 있다.

후자의 경우에, 첫 번째 침출 단계가 황동석에 적절한 ORP 제어 법칙 하에서 수행되고, 이후에 휘동석 또는 코벨라이트에 적합한 상이한 ORP 제어로 이동될 수 있다.

본 발명의 공정은 추가로 니켈, 코발트, 망간, 금, 및 우라늄을 비롯한 다른 금속의 추출을 위해 사용될 수 있다.

본 명세서에서 예시된 설명을 기초로 하여, 본 발명의 공정이 분쇄를 필요로 하지 않고 파쇄된 광석 내에 함유된 황동석으로부터 구리의 침출을 달성하기 위해 침출 용액 조건의 제어를 가능하게 함이 명백해진다. 따라서, 본 발명의 공정은 광석이 적셔지고 ORP가 제어 하에 황동석 침출을 위해 이상적인 범위 내로 유지되는 침출 반응기를 포함하며, 여기서 반응기로 들어가는 용액은 상기 이상적인 범위의 상한으로 제어된다. 반응기의 설계는 광석을 통과하여 빠르게 이동하는 수압 흐름을 가능하게 하며 침출을 위해 요구되는 필요한 제2철 산화제의 고속 전달을 촉진한다. 광석을 통과하는 높은 수압 유속은 용액 전위가 황동석을 위한 침출 ORP의 이상적인 범위 하한 아래의 수치에 도달하기 전에 침출 용액이 침출 반응기로부터 나가는 것을 허용한다. 추가적으로, 반응기의 설계 및 공정의 구성은 열 손실을 줄이고 산소 유입을 방지하도록 의도된다. 철 산화는 이후 침출 반응기와 관련하여 외부에서 개시되며, 이를 통해 재순환하는 침출 용액 ORP를 ORP의 이상적인 범위 상한에 가까운 수치까지 다시 증가시킨다. 광물 가령 황철석을 함유하는 황 또는 설파이드는 침출 용액에 열과 산을 모두 생성하기 위해 철 산화 단계에 직접 부가된다. 환원된 철 및 황은 미생물의 생물촉매적 특성에 의해 산화된다. 박테리아 또는 고세균 중 어느 하나일 수 있는 이들 미생물은 황동석 침출의 속도를 증가시키기 위해 자가-증식적 생물촉매로서 사용되고 조정된다.

마지막으로, 도면이 본 발명의 예시적인 구체예를 나타내지만, 본 발명의 실제 범위는 오로지 첨부된 청구범위에 의해서만 정의됨이 이해되어야 한다.

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Claims (11)

1. 설파이드 광물을 침출하기 위한 공정이되, 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정:
   바트(vat) 반응기에서 파쇄된 광석을 침출하는 단계 여기서 유입되는 침출 용액 (S2)은 광석 침출을 위해 적절한 ORP 범위의 상한에 가까운 ORP 수치로 공급되고 이로부터 나가는 침출 용액은 관심의 광석을 침출하기 위해 적절한 ORP 범위의 하한을 넘는 ORP를 가지고;
   여기서 침출 반응기 (S6)를 떠나는 유출 침출 용액의 일부는 침출 반응기의 외부에서 일어나는 철 산화 단계를 통과하며, 여기서 철 산화는 상기 유출 침출 용액 (S3)의 재순환된 부분 (S7)과 혼합된 용해성 제2철 설페이트 (S11)를 생성하여 이의 ORP를 광석 침출을 위해 적절한 산화환원 전위 범위의 상한에 가까운 수치까지 증가시킴.
2. 제1항에 있어서, 파쇄된 광석은 2 mm 내지 120 mm 범위의 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 공정.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 침출 반응기 내부의 광석은 실질적으로 침출 용액에 잠기게 되어, 파쇄된 광석 입자 사이의 빈틈이 침출 용액으로 포화되고 채워지는 것을 특징으로 하는 공정.
4. 제1항에 있어서, 용액 ORP은 25 내지 45℃의 온도에서 ~380 내지 450 mV의 최적 침출 창 내로 유지되는 것을 특징으로 하는 공정.
5. 제1항에 있어서, 용액 ORP는 60℃ 초과의 온도에서 500 mV 초과로 유지되는 것을 특징으로 하는 공정.
6. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 철 산화 반응은 황 또는 황철석을 통해 보충되어 열을 생성하기 위한 추가적인 산을 제공하고, 부가되는 황 또는 황철석은 침출 순환에서 최적의 요망되는 철 및 열 균형을 얻도록 제어되는 것을 특징으로 하는 공정.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 철 산화는 자로사이트, 및 침출 용액 불순물의 공-침전을 허용하는 것을 특징으로 하는 공정.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 관심의 광석이 회수하기에 충분한 농도를 가진 경우, 농축 침출 용액 (S8)이 공정으로부터 제거되어 관심의 광석을 회수하기 위한 처리를 거치는 것을 특징으로 하는 공정.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 광석에 존재하는 설파이드 광물은 일차 설파이드 또는 이차 설파이드인 것을 특징으로 하는 공정.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 일차 설파이드는 황동석(chalcopyrite)인 것을 특징으로 하는 공정.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 두 번째 설파이드는 휘동석(chalcocite)인 것을 특징으로 하는 공정.
    

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