KR20200119787A - 염화물 퇴적 침출에서의 산 균형 - Google Patents

Abstract

경화 단계에서 구리 용해를 최대화하여 전체 구리 회수율을 증가시키도록 고 염화물 퇴적 침출 공정에서 산 균형을 조절하는 방법은 산 및 공정 용액이 퇴적물을 형성하기 위해 적층 이전에 광석과 조합되는 괴상화 단계; 퇴적물의 광석에서 구리의 일부를 침출시키기 위한 경화 단계; 및 잔류 구리 광물이 침출되고 전해채취 단계가 이어지는 용매 추출 단계에 의해 진한 침출 용액으로부터 구리가 회수되는 관개된 침출 단계를 포함하며, 용매 추출 단계로 전달되는 진한 침출 용액에서의 산 농도는 용매 추출 단계에서 진한 침출 용액으로부터 효과적인 구리 회수를 허용하기 위해서 10 g/L 미만이다.

Description

염화물 퇴적 침출에서의 산 균형

본 발명은 구리 광석의 염화물 침출(chloride leaching)에 관한 것이다.

박테리아를 갖는 황산 용액을 사용하여 저급 황화구리 광석의 퇴적 침출(heap leaching)은 전 세계적으로 적용되는 확립된 상업적 공정이다.

최근에, 박테리아를 사용하지 않고 높은 전위에서 황동광을 포함한 황화 구리 광석의 침출을 허용하는 염화물 침출 방법이 개발되었다. WO 2014/030048 호 및 WO 2015/059551 호는 고 염화물 농도(100 내지 230 g/L 염화물)의 사용으로 황동광의 부동태화(passivation)를 극복함으로써, SHE(표준 전극 시스템)에 비해 700 mV 초과의 용액 산화 전위에서의 작동을 허용하여, 황동광의 침출 속도의 증가로 더 높은 구리 회수의 제공을 교시한다.

실제로, 상업적 규모로 염화물 용액에서 구리 광석의 퇴적 침출은 무시될 경우, 공정의 경제적 생존성을 제한하게 될 제약에 의해 제한된다. 퇴적 침출 작업은 다른 구성을 사용하여 각각의 회로에서 구리 농도를 최적화한다. 이는 용매 추출 구조 및 운영에 대한 자본 비용을 최소화하고 구리 손실을 줄이기 위해 수행된다. 퇴적 침출 회로는 단일 수조를 갖는 시스템으로부터 ILS(중간 침출 용액) 수조로서 공지된 것을 포함한 다중 수조를 갖는 시스템에 이르기까지 다양하다. 이들은 PLS(pregnant leach solution: 진한 침출 용액)의 구리 테너(copper tenor)를 증가시키는 공정에서 중간 단계로서 포함된다.

황화 구리 광물 광물의 높은 염수 침출에서, 사전 침출 단계(WO 2016/094956 호에 개시됨) 또는 휴지 단계(WO 2015/059551 호에 개시됨)를 통한 구리의 예비용해 및 맥석 산(gangue acid)의 소비를 감소시키는 것이 있으며, 여기서 광석 및 용액은 퇴적물을 연속적으로 관개하기 전에 반응성 광석 광물의 용해를 촉진시키기 위해 일정 기간 동안 접촉 상태로 유지된다. 그 후, 각각의 경우에, 더욱 통상적인 황산 시스템과 비교하여 PLS에서 회로 산 균형 및 허용 가능한 더 낮은 산 농도의 유지를 요구하는 관개된 침출 상이 존재한다. 공정 회로에서 최소의 용액 세정으로 안정적인 작동 공정을 보장하기 위해서 더 낮은 산 농도가 필요하다.

정의

본 명세서에서 사용된 다음 표현은 문맥상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 설명된 그대로의 의미를 가진다:

광석 및 등급: 광석은 암석에서 경제적으로 추출될 수 있는 금속을 포함한 중요한 원소가 포함된 충분한 광물을 함유하는 암석 유형이다(Guilbert, John M. and Charles F. Park, Jr. (1986) The Geology of Ore Deposits, W. H. Freeman, p. 1. ISBN 0-7167-1456-6; 참조). 광석은 채광된 재료를 지칭하고 암석으로부터 광석 광물 또는 광석의 맥석 성분을 선택적으로 분리 및 회수하여 생성되는 농축물이 아니다. 재료는 채광된 대로, 즉, 원광(ROM)으로, 또는 분쇄 후 분쇄된 광석으로 처리될 수 있다. 광석을 분쇄하면 광석 광물의 노출 표면적을 증가시켜서 퇴적 침출 공정에 의해 함유된 금속의 추출 속도를 개선한다.

종래의 광석 괴상화(ore agglomeration): 퇴적 침출 공정에서 분쇄된 광석의 괴상화에 이어서 퇴적물의 구조화 후에 경화 단계를 수행하는 것이 일반적이다. 분쇄된 광석 입자는 괴상화 드럼에서 공정 용액과 산을 일정한 수분 함량으로 혼합된다. 괴상화 단계는 표면 장력의 작용에 의해 생성된 액체 브릿지(liquid bridge)의 형성에 의해 미세 입자가 더 거친 입자에 부착되게 한다. 퇴적물의 구조화 후 경화 단계는 광석 괴상화 동안 첨가된 산이 광석 광물과 반응하게 하고, 퇴적물의 후속 관개 동안 광석 광물로부터 금속의 용해를 촉진시킨다. 종래의 괴상화 공정은 미세 입자가 퇴적물 전체에 걸쳐 거친 입자에 부착되는 균일한 입자 괴상체의 형성을 초래하여 균일하고 투과성인 광석 층을 생성함으로써 광석 광물로부터 퇴적물 관개수 유동 및 금속의 용해를 촉진시킨다. 균일하고 안정한 입자 괴상체를 형성하기 어려운 광석의 처리에서, 결합제는 입자를 서로 결합시키기 위해 괴상화 단계 동안 첨가될 수 있다. 광석의 산 침출을 위한 전형적인 결합제는 폴리아크라미드와 같은 유기 중합체를 기본으로 한다.

본 발명과 관련된 기술 요소

구리의 염화물 퇴적 침출에서 광석 괴상화의 목적: 이후에 설명되는 구리의 퇴적 침출 방법은 분쇄된 광석 입자를 황산, 염화물, 구리 및 철의 활성 침출 시약과 혼합하기 위해 괴상화 공정을 사용할 수 있다. 광석 입자 주위에 표면 용액 필름을 생성하기 위해서 시약을 광석과 혼합하는 것은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 구리의 퇴적 침출 방법에서 괴상화 단계의 주요 장점이다. 종래의 광석 괴상화에 적용되는 바와 같이, 광석 괴상체의 형성 및 산과 광석 광물과의 반응은 이차적으로 중요하다. 이후에 설명되는 구리의 퇴적 침출 방법에서 광석 괴상화 공정은 시약이 모든 광석 입자 주위의 용액 필름에 균일하게 분포되게 한다. 용액 필름은 광석 입자 주위에 큰 반응성 표면적을 생성한다. 괴상화된 광석으로 퇴적물을 구성한 이후에 그리고 폭기 상태에서의 초기 휴지 기간 동안, 공기로부터 광석 입자 표면으로 산소의 질량 전달은 광석 입자를 둘러싸는 표면 필름을 통해 크게 증가하고 광석 광물로부터의 금속 용해는 용존 산소와 Cu(I)의 반응에 의해 산화제 Fe(III) 및 Cu(II)의 급속한 생성으로 인해 크게 향상된다. 광물 산화 및 산의 공급에 이용 가능한 향상된 표면적은 광석 괴상화 동안 열 발생 및 광석 온도의 증가를 촉진한다.

광석 습윤 주기: 광석 괴상화 단계가 완료된 후에, 염화물 침출은 5 개의 단계, 즉 (a) 경화, (b) 습윤, (c) 관개(irrigation), (d) 휴지(rest ) 또는 배수, 및 e) 세척 및 최종 배수 단계를 포함할 수 있다. 광석 습윤 단계는 퇴적물을 통한 관개 용액의 채널링을 방지하기 위해 수행된다. 경화 후에, 광석은 라피네이트 용액(raffinate solution)으로, 또는 10 내지 50 일, 전형적으로 20 일 동안 간헐적으로 관개된다. 이러한 기간 동안, 관개 시간은 표 A에 제시된 바와 같이 일련의 경화 또는 휴지 단계를 통합하면서 30 분에서 9 시간으로 꾸준히 증가한다. 표 A는 12 시간의 관개 주기 동안, 퇴적물이 첫 번째 날의 아침에 30 분 동안 관개된 후에 광석이 23.5 시간 동안 경화될 수 있음을 보여준다. 2 일부터 5 일까지 퇴적물은 아침에 30 분 동안 관개되고 동일한 기간 동안 12 시간의 경화 후에 다시 반복된다. 이러한 공정은 24 주기가 12 시간의 관개 및 12 시간의 경화로 수행되는 20 일째까지 관개/경화 주기 시간의 증가에 따라서 반복된다.

[표 a]

일단 관개가 시작되면 라피네이트 용액의 우선적인 흐름을 최소화하기 때문에 습윤 단계를 작동에 포함시키는 것이 중요하다. 이는 또한, 관개 전에 산을 광석에 보충하는데 사용될 수 있으며; 이는 준비 동안 미세물질을 생성하지 않고 괴상화 동안 충분한 수분을 흡수하지 않는 더욱 콤팩트한 광석에 특히 중요하다. 산은 공정에 중요하며, 맥석 광물 및 구리 광물 용해에 의한 소비를 충족시키기 위해 요구되는 만큼 충분한 양으로 공급되어야 한다.

5 단계의 완전한 퇴적 침출 주기는 예로서 다음의 기간을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다:

초기 광석 경화 또는 휴지 단계 - 45 일;

광석 습윤 - 20 일;

퇴적물 관개 - 360 일;

배수 단계 - 2 내지 20 일;

헹굼/세척 - 20 일;

배수 - 30 일;

총 퇴적물 침출 주기 - 495 일.

퇴적물은 초기 광석 경화 단계로부터 퇴적물 관개 단계의 완료까지 퇴적 침출 주기 동안 폭기된다. 회로 용액에서 높은 산화 전위를 촉진시키기 위해서 퇴적물의 헹굼 단계 및 최종 배수 동안 통기가 계속될 수 있다. 통기 속도는 전형적으로, 고 염소산 용액에서 황화 구리 광석을 침출시키기 위해서 6 m 퇴적물에 대한 퇴적물 면적의 0.05 내지 2.0 Nm³/h.m²의 범위, 바람직하게 0.1 내지 0.4 Nm³/h.m² 및 약 0.45 Nm³/h.m²의 범위이다. 폭기 속도는 침출될 광물의 산소 요구량과 퇴적물에 적재된 광석의 높이 또는 질량에 의해 결정된다.

산 제어

고염도 침출 회로에서, 공정은 산 괴상화로 시작하여 경화 및 휴지 단계가 이어진다. 이들 기간에 산은 맥석 산 반응에 의해 그리고 rxn 1로 나타낸 일반적인 반응에 따라서 휘동석(chalcocite), 코벨라이트(covellite) 및 황동광과 같은 황화 구리 광물로부터 구리의 가용화(solubilisation)에 의해 소비된다.

→ rxn 1

여기서, x, y 및 z는

경화 기간에서, 온도가 상승하고 반응물 농도가 높아져서, 두 인자 모두 동역학을 유발하므로 침출에 유리한 시간이다. 이를 통해 광석이 침출되는데 필요한 전체 시간이 단축되고 자본 및 운영 비용이 절약된다. rxn 1이 가능한 한 빨리 진행되기 위해서, 충분한 산이 (rxn 1에 따라서)필요한 반응물이기 때문에 공급되어야 한다. 이러한 경화/휴지 단계에서, 산은 또한, 산-가용성 맥석 광물과의 반응에 의해 소비된다. 이들 반응 속도는 또한, 승온에 의해 촉진된다. 구리 침출을 촉진하기 위해서, 이들 경쟁적인 맥석 반응을 만족시키는데 충분한 산이 요구된다.

경화/휴지 기간의 말기에, 전형적으로(이들로 제한되지는 않음) 공정에 용해될 가능성이 있는 구리의 최대 50%가 용해되고 대부분의 쉽게 용해되는 맥석 광물은 침출되었다. 후속 관개 침출 단계에서, 이러한 구리는 침출되는 구리의 다른 50%와 함께 전해채취(EW)와 조합된 용매 추출(SX)에 의해 용액으로부터 재생된다. 이러한 공정은 EW에서 도금된 구리 1 몰당 1 몰의 산을 생성한다. 이러한 산은 용매 추출을 통해 퇴적 침출로 복귀한다.

→ rxn 2

따라서, 모든 가용화된 구리가 회수되는 관개 침출 단계 동안, 순 양성 산 생성(net positive acid production)이 있을 수 있다. 표 1은 50% 추가 구리의 침출에 대한 산 요구량 및 조합된 용해성 구리에 대한 SX/EW 단계의 산 생성에서 상이한 유형의 광물에 대한 차이를 예시한다.

[표 1]

그 결과, 모든 잔류 구리가 황동광인 경우, 이러한 상황에서 산 균형은 중성이며, 그렇지 않으면 모든 다른 황화 구리에 대해 산 양성이다.

황동광에 대한 균형의 중립성은 실제로 사실이 아니다. 이는 침출되는 구리의 몰에 대해서, 1 몰의 철이 황동광으로부터 또한 침출되기 때문이다. 예를 들어, 낮은 헤드 등급은 약 0.4% 구리와 동일할 것이다. 이러한 관개 단계에서 구리의 약 30%가 가용화되는 것으로 간주되면, 그러한 낮은 등급에서도 1.2 kg_Cu/ton_ore에 해당한다. 이는 1.1 kg_{Fe (II)}/ton_ore를 생성할 것이다. 그러한 용해성 철에 대한 이러한 공정으로부터 유일한 출구는 침출된 광석(ripios)이 침출된 파일(leach pile )로부터 제거되어 리피오스 덤프(ripios dump)로 보내질 때 침출 광석(리피오스)의 잔류 수분을 통하는 것이다.

전형적인 수분 함량은 약 10%(v/m)이다. 이는 평형 상태에서 용액의 철분이 생성되는 양이 배출되는 양과 동일하게 11 g/L이 되어야 함을 의미한다. WO 2015/059551 호의 공정은 침출의 말기에서의 세척 단계를 예상한다. 이러한 세척은 전형적으로 용해된 염의 70%를 보유할 것이다. 이는 공정에 요구되는 염화나트륨의 양을 줄이는데 최적화 단계이지만, 이는 또한, 철의 평형 농도가 공정을 떠나는 양과 같아지도록 생성된 양이 36 g/L이어야 함을 의미한다. 테스트에서, 용해도 제약은 이러한 공정에서 총 용해성 철이 약 5 g/L에서 평형을 이루는 것으로 나타났다(도 1 참조). 세척 후에, 배출 농도는 1.5 g/L(또는 0.15 kg/t_ore)이다. 이는 생성된 철의 1.1 kg/t_ore 중에서 철의 86%가 침전될 것으로 예상됨을 의미한다. 철은 3 가지 침전 반응에 의해 회로에서 침전된다:

→ rxn 3

→ rxn 4

→ rxn 5

제 1 철은 제 3 철로 변환되고 반응 3, 4 및 5에 따라서 침전물을 형성하도록 반응한다. 반응 3 및 4는 자로사이트(jarosite)의 형성이다. 이들 반응은 순수한 산 생성이며, 용매 추출(SX)과 전해채취(EW)의 조합에 의해 구리가 회수될 때 관개된 퇴적 침출 단계에서 황동광의 용해로 인한 전체 순수한 산 생성을 설명한다.

반응 5는 메타시데로나트라이트(metasideronatrite)의 형성이다. 이에 대한 순수 반응은 산을 생성하지 않는다. 이들 세 가지 반응 사이의 분리는 예측하기 어렵다. 이는 균형과 속도 모두에 의존한다. 칼륨 자로사이트의 경우에, 분리는 공정에서 용해되는 다른 광물((예를 들어, 견운모(sericite))로부터 용액으로 칼륨이 얼마나 많이 침출되는지에 의존한다.

다른 광석의 경우에, 크리브(cribs)(2m x 2m 정사각형 칼럼)의 큰 광석 샘플에 고 염화물 퇴적 침출 공정이 수행될 때 형성되는 자로사이트의 양이 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

테스트는 "개방 회로(open circuit)"에서 수행되었다. 즉, 용액은 테스트 컬럼을 통해 한 번 통과되고 재생되지 않았다. 이는 일반적으로, 공급액의 철 농도가 최대 포화 농도(약 5 g/L)이고 칼럼 통과 당 첨가되는 소량의 추가 총 용존 염(TDS)만이 존재하여 0.9% 자로사이트가 용액으로부터 침전될 수 있는 최소량의 철을 나타내기 때문에 소량의 침전물 형성을 초래한다.

0.9% 자로사이트는 대략 3.3 kg/t_ore의 침전된 철과 동일하다. 이는 황동광만으로 생성된 철의 양의 ~ 3배 더 높다. 이러한 철의 일부는 침출된 철 함유 맥석 광물에서 비롯된다. 자로사이트 침전의 경우에, 산화 및 침전된 각각의 철 1 몰에 대해서, 1/2 몰의 산(H₂SO₄)이 생성되고; 따라서 이러한 양의 자로사이트는 3 kg/t_ore의 산을 생성한다. 순수한 효과는 황동광에서 생성된 추가 철이 자로사이트에 어느 정도로 전달될 가능성이 있으며, 따라서 황동광에 대해 표 1에 나타낸 산 균형은 0이 아니라, 실제로는 자로사이트로서 침출된 철의 침전의 결과로써 생성된 산으로 인해 양수의 값일 수 있다.

초기 경화 단계에서 충분히 높은 구리 용해, 황화물 광물로부터 구리의 추가 용해 및 전해채취(EW)와 조합된 용매 추출을 통한 회수가 산-발생(acid-generating)될 가능성이 있다는 것이 확립되었다. 과량의 산은 다음에서 발생한다:

1. 구리 광물이 휘동석 및 코벨라이트인 경우에, 경화 및 관개 단계 동안 침출된 구리에 대해 만들어진 총 EW와 비교한 관개 단계에서 추가 구리 광물을 침출하기 위한 산 요구량 사이의 불균형;

2. 구리 광물이 반동석인 경우에, 경화 및 관개 단계 동안 침출된 구리뿐만 아니라 일부 철 침전(자로사이트)에 대해 만들어진 총 EW와 비교한 관개 단계에서 추가 구리 광물을 침출하기 위한 산 요구량 사이의 불균형;

3. 구리 광물이 황동광인 경우에 자로사이트 침전.

도 1과 관련하여 언급된 광석에 대한 적용은 두 가지 이유로 약간 상이하다. 높은 맥석 산 소비는 경화/휴지 단계에 의해 달성되는 이점을 무효화하고 광석은 우라늄을 함유한다. 우라늄은 용액(예를 들어, 150 g/L)에서 고 염화물로 용해되지만, 고 염화물 및 고농도의 염화철 복합물로 인해 용액에서 회수하기가 매우 어렵다. 이는 관개된 예비-침출 단계의 필요성을 초래한다. 이는 완료하는데 적어도 200 일이 소요되고 또한, 상당한 양의 구리를 침출시킬 뿐만 아니라 쉽게 용해되는 맥석 광물을 고갈시킨다. 고 염화물 농도에서 관개된 침출물의 두 번째 부분은 주로 광석 부분의 주요 구리 광물인 이차 황화 구리(코벨라이트, 반동석)의 용해로 인해 높은 구리 용해를 초래한다. 2 차 황화 구리 광물(표 1에 따름)의 침출 및 전해채취(EW)로 생성된 자로사이트 형성 및 산은 높은 산 생성을 초래한다. 이는 예비-침출로부터의 산 용해성 맥석 광물의 감소와 함께, 고 염화물 침출 공정에 대해 예측되는 바와 같이, PLS에서 높은 산 테너를 초래한다. 이는 이후에 논의되는 바와 같이 가용성 구리 회수에 어려움을 야기한다.

구리 용매 추출은 산 농도에 민감하다. 이는 그러한 추출이 구리와 산(H⁺) 사이의 평형에서 작동하기 때문이다. 유기물과 접촉하는 수성 상(aqueous phase)이 낮은 산을 가진 높은 구리 테너를 갖는 조건하에서 유기물에 구리가 적재된다. 구리는 높은 산을 갖는 수성 상과 접촉하여 유기물을 벗겨 낸다. 이러한 민감도는 상승된 염화물 농도에서 양성자 이온(H⁺)의 활성이 실질적으로 증가하기 때문에 매우 고 염화물 농도(100 내지 150 g/L)에서 더욱 두드러진다.

낮은 염화물 환경에서, 약 7 g/l Cu의 통과 당 추출을 목표로 하는 것이 최적이다. 이는 약 1:1의 유기물 대 수성 유동을 초래한다. 유기물 중의 추출제의 양은 유기물 점도가 적당하고 양호한 상 분리가 달성될 수 있는 정도이다. 이는 좋은 조작성, 낮은 유기물 손실(opex) 및 최소 자본 지출을 제공한다. 환경에서, 전형적인 PLS 산도는 2 내지 4 g/l이고 산 전달로부터 산의 라피네이트 농도는 12 내지 15 g/L이다.

고 염화물 퇴적 침출 작업(전형적으로 100 g/L 내지 180 g/L)에서, 7 g/l의 구리 전달은 산이 라피네이트로 전달되고 양성자 활성이 증가하기 때문에 달성하기가 매우 어렵다. pH는 양성자 활성의 직접적인 측정값이다. 20 g/l의 염화물과 12 g/l의 유리 산에서, 측정된 pH는 ~ 1인 반면에, 동등한 산이지만 150 g/l의 염화물에서 측정된 pH는 ~ 0.2이다.

고 염화물 침출 공정에서 구리 전달을 위한 목표는 PLS에서 매우 낮은 산과 조합된 5 g/l 이하일 필요가 있다. 5 g/l 구리 델타(copper delta)에서, 이는 SX 회로의 크기가 7 g/L과 동일한 구리 전달 듀티(duty)에서 40% 더 커야 함을 의미한다. 이는 자본 및 운영 비용 증가로 이어진다. 고 염화물 조건하에서 PLS의 산도가 증가하면 이러한 문제는 급격히 악화된다.

본 발명의 목적은 용매 추출(SX)에 의해 용액으로부터 효율적인 구리 회수를 달성하고 구리 손실 및 운영 비용 증가를 발생시키는 회로로부터의 용액 세정을 최소화하거나 제거하기 위해서 회로 내의 산 농도가 제어되는 구리 함유 광석의 염화물 침출 방법을 제공하는 것이다.

위의 설명으로부터, 용매 추출에 의해 용액으로부터 효율적인 구리 회수를 달성하기 위해 퇴적 침출 공정 회로에서 산 농도를 제어하는 것이 중요하다는 것이 명백하다. 고 염화물 퇴적 침출 공정(100 내지 180 g/L)에서 용매 추출에 의한 용액으로부터의 효율적인 구리 회수는 PLS에서 낮은 산 농도 유지에 의존한다. 용매 추출 공정에 전달되는 PLS의 산 농도는 10 g/L 미만, 바람직하게 7 g/L 미만, 더 바람직하게 5 g/L 미만이어야 한다는 것이 실험에 의해 입증되었다.

광석 괴상화 단계에 산 첨가를 제한하지 않아서, 구리 광물 용해가 산에 의해 제한되지 않고, 광석 경화 동안 달성되는 구리 용해가 최대가 되도록 하는 것이 유리하다.

잔류 산 가용성 맥석 광물에 의해 소비되는 산의 양을 최대화함으로써 PLS에서 산 농도를 제어하기 위해 복수의 퇴적물 또는 퇴적물의 섹션에서 침출이 수행되는 퇴적 침출 공정 회로 구성이 채택될 수 있다.

2 개 이상의 침출 단계가 사용되면, 바람직하게 침출 용액은 퇴적물에 광석을 적재하고 퇴적물로부터 광석을 제거하기 위해 역류된다.

위에서 언급한 접근법은 적철광 및 견운모(sericite)와 같은 항상 느린 침출 맥석 광물이 남아 있다는 사실에 의존한다. 그러한 광물의 용해 속도는 일반적으로 산 테너에 비례한다. 이들 광물은 풍부하고 그들의 용해 정도가 낮기 때문에, 침출 주기 동안 광물이 눈에 띄게 줄어들지 않는다.

광범위하게 말하면, 위에서 언급한 목적은 퇴적물에서 산 가용성 맥석 광물의 성질 및 구리 광물 용해에 필요한 산의 양을 고려하고 그에 반응하여 괴상화 단계 동안 산의 첨가를 조정함으로써 달성될 수 있다. 이는 경화 단계에서 구리의 회수가 최대화되게 한다.

괴상화 동안 요구되는 산의 양은 각각의 맥석 광물의 반응 속도 및 함유된 구리 광물의 용해에 필요한 산, 즉 첨가되는 산의 양이 경화 단계의 요구를 충족시키도록 최적으로 제어되는 것을 고려하여 계산될 수 있다.

경화 단계에서 침출된 구리는 회로 PLS에 전달되고, SX 단계에서 PLS로부터 이러한 구리의 추출에 의해 복귀된 산은 침출 주기 동안 퇴적물 관개에 사용되는 라피네이트로 복귀된다. 이러한 공정은 라피네이트에서 과량의 산을 생성하여 양의 산 균형을 생성할 수 있다. 과량의 산은 퇴적물에 광석을 적재하고 퇴적물에서 광석을 제거하는 침출 용액의 역류 순환 방법을 사용하여 복수의 퇴적물 또는 퇴적물의 섹션에서 침출이 수행되는 퇴적 침출 공정 회로 구성을 채택함으로써 퇴적 침출 주기에서 맥석 광물 용해에 의해 제거될 수 있다.

라피네이트에 첨가되는 산의 양은 따라서 괴상화 동안 첨가된 산의 양에 의존한다. 유사하게, 괴상화 동안 첨가된 산의 양은 침출 주기 동안 맥석의 존재하에서 구리 용해에 대한 요건을 충족시키기 위해 라피네이트에 첨가된 산에 의존한다.

괴상화 동안 및 후속 휴지 또는 경화 기간 동안 구리의 용해는 광석 괴상화 동안 첨가된 산의 양을 제한함으로써 제한될 수 있으며, 이에 따라 관개 단계 동안 더 큰 범위의 산 소비를 보장하고 SX 추출 단계에서 구리 제거 및 라피네이트로 산의 복귀 이후의 침출 주기 동안 과량의 산 생성을 보장한다.

광석 경화 이후 크리브의 초기 관개로부터 수집된 제 1 PLS는 높은 산 함량(> 10 g/L) 및 높은 구리 함량(> 20 g/L)을 가질 수 있다. 그렇다면, 제 1 PLS는 경화 단계 이전의 후속 퇴적물의 광석 괴상화에 사용될 수 있다. 이들 값은 예시적이며 비-제한적이다.

위에서 언급된 공정에 대한 대안으로서, 침출된 광석(리피오스)으로 제거된 산의 양을 증가시키기 위해서 침출 주기의 말기에서 세척 양을 감소시키는 것이 가능하다. 그러나 이는 구리 및 염화나트륨의 가용성 손실이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 이는 매출 손실 증가와 운영 비용 증가를 의미한다.

본 발명의 2 개의 실시예가 첨부 도면의 도 2 내지 도 7 및 도 8 내지 도 12를 각각 참조하여 본 명세서에서 추가로 설명되며;
도 2는 반응기의 일반화된 도면이며,
도 3은 퇴적 침출 공정의 표준 회로를 도시하며,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 작동되는 다중-단계 퇴적 침출 공정을 개략적으로 도시하하며,
도 5는 PLS, ILS 및 라미네이트의 매개변수에 있어서 시간에 대한 유리 산 프로파일의 곡선을 반영하며,
도 6은 역류 순환을 갖는 본 발명에 따른 공정 흐름을 예시하며,
도 7은 도 6과 유사하지만 병류 순환을 가지며,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 작동되는 공정에 대한 일반적인 흐름도를 도시하며,
도 9는 도 8의 공정을 더 상세히 도시하며,
도 10은 3 L/h.m²의 관개 속도에서 PLS 관개 속도의 함수로서 산, 구리 및 철 농도를 보여주는 PLS 농도 프로파일을 그래프로 반영한 것이며,
도 11은 일정한 pH에서 맥석 산 소비량을 결정하기 위한 테스트 반응기를 예시하며,
도 12는 시간에 대한 pH의 함수로서 하이포진 광석(hypogene ore) 유형에 대한 맥석 산 소비량을 그래프로 도시하며,
도 13 내지 도 27은 테스트 작업에 사용된 회로 및 그러한 테스트 작업에서 발생하는 데이터에 관한 것이다.

본 발명의 제 1 실시예는 도 2 내지 도 7을 참조하여 이후에 설명되는 반면에 본 발명의 제 2 실시예는 도 8 내지 도 12를 참조하여 이후에 설명된다.

실시예 1 - 다단계 퇴적 침출 작업

도 2는 전형적인 반응기(10)를 도시한다. 반응물(C)에 대한 질량 균형은 반응기 위에서 수행될 수 있다. 간략함을 위해서, 부피 유입(12)과 유출(14)은 동일하다고 가정한다. 또한, 실제 퇴적물이 놀랍게도 잘 혼합되기 때문에, 반응기(10) 내의 반응물의 농도는 반응기(즉, 잘 혼합된 반응기)로부터의 배출물에서와 동일한 것으로 가정된다.

반응물(C)에 대한 질량 균형은 다음과 같다:

In = out + 반응 손실

F.Ci = F.Co + rV

여기서: F는 유량이고; C_i는 입구 농도이고; C_o는 출구 농도이며; V는 반응기 부피이고; r은 산 사용률이며, 이러한 경우에 앞서 정의한 바와 같이 산 농도(C_o)에 비례한다.

따라서, r = kC_o이며, 여기서 k는 해당 광물에 대한 속도 상수이다.

식은 다음과 같이 재-작성될 수 있다:

F.Ci = F.Co + k.Co.V

V/F는 시간 단위를 가지며 평균 체류 시간 또는 τ로 공지되어 있다.

식은 다음과 같이 재-작성될 수 있다:

인자(k)는 상수이고, τ는 단위 면적당 일정한 관개 속도에서 일정한 퇴적 층에 대한 상수이다. 이는 산의 입구 농도의 백분율 변환(Co/Ci)이 입구 농도에 관계없이 일정함을 의미한다.

도 3은 PLS의 약 50%가 CuSX 최적화를 위해 우회되는 표준 퇴적 침출 회로(18)의 흐름도이다. 도 3에서 단일 퇴적물(20)이 사용된다. 대조적으로, 도 4에 도시된 공정(24)에서, 각각 2 개의 퇴적물(20A 및 20B)이 존재한다.

두 공정(도 3 및 도 4)에서, 동일한 양의 구리가 CuSX 단계(30)로 전달되고, 이러한 구리의 전달은 산 테너를 7 g/L만큼 증가시킨다.

도 3의 흐름도에서, PLS(32)의 산은 y g/L로 설정된다. 이어서 라피네이트(34)는 y + 7 g/L의 산을 함유한다. 우회(36) 및 라피네이트(34)는 38에서 재조합되어 (2y + 7)/2의 평균 산 농도를 제공한다. 이는 변환이 50%인 것으로 가정되는 퇴적물(20)을 통과한다. 이러한 변환은 식(A)으로 나타낸 바와 같이 산 농도에 관계없이 발생할 것이다.

정상 상태에서, 공정(18)은 균형을 이루어야 하며, 따라서:

y(PLS에서) = 50%.(2y + 7)/2

따라서, y = 3.5 g/L의 산이다.

PLS는 도 3의 예에서 절반으로 분리된다. 이는 도 4의 예와의 용이한 비교를 위한 것이다. PLS가 분리되지 않으면, 여전히 동일한 PLS 산 농도를 초래할 것이다. 그러나 라피네이트의 산 증가는 3.5 g/l이다.

도 4의 흐름도에서, PLS(32)의 산은 또한 y g/L로 설정된다. PLS는 이미 도 3의 예의 1/2이다. PLS(32)는 CuSX(30)에 전달되고 7 g/L의 산이 액체로 전달된다. 이어서, 생성된 액체(라피네이트)(34)는 y + 7 g/L의 산을 함유한다. 이는 변환이 50%인 것으로 가정되는 퇴적물(20B)을 통과한다. 그런 다음 추가 50% 변환이 발생하는 퇴적물(20A)을 통과한다.

정상 상태에서, 공정(24)은 균형을 이루어야 하며, 따라서:

y(PLS에서) = 50%.50%.(y + 7)

따라서 y = 2.3 g/L의 산이다.

공정이 3 단계로 확장되어야 한다면,

y(PLS에서) = 50%.50%.50%(y + 10.5), 및

따라서 y = 1.5 g/L의 산이다.

따라서, 2 개 이상의 ILS 42 단계로 공정을 작동시킴으로써, 구리 용매 추출 단계로 전달되는 PLS 46의 산의 양은 공정에 해로운 영향을 주지 않으면서 상당히 감소될 수 있다. 공정의 효과의 예는 도 5에 표시된 것처럼 파일럿 플랜트의 과염수 섹션(100 내지 150 g/L 염화물)에 대한 유리 산도의 변화에 의해 볼 수 있다.

본 발명의 공정 다중단계 구현은 공정 흐름이 도 6 및 도 7에 각각 도시된 바와 같이 광석과 역류이거나 광석과 병류가 되도록 구성될 수 있다.

역류 작동은 퇴적물(20C)의 최종 단계가 라피네이트(34)로 관개된다는 점에서 병류 작동에 비해 장점을 가진다. 라피네이트는 가장 낮은 구리 테너를 가지므로 리피오스에 대한 가용성 구리 손실을 최소화한다.

실시예 2: 괴상화 동안 첨가된 산의 제어 및 최적화 과잉 산 제어

도 3 내지 도 7에 도시된 임의의 회로에서, (예로서)PLS(32) 또는 라피네이트(34)는 괴상화기로 다시 순환되어 가용성 구리, 철 및 산을 제공할 수 있다. 경화/휴지 단계에서 pH를 감소시키고 황화 구리 침출(rxn 1)을 위한 산화제를 생성하기 위해서 광석 괴상화에 산이 필요하다. 산화제로서 철과 구리가 필요하다. 산화제의 효과는 농도에 따라 증가한다.

공정에 대한 전형적인 단순화된 일반적인 흐름도가 도 8에 도시된다. 이는 괴상화를 위한 용액이 PLS로부터 취해지는 2 단계 공정을 도시한다.

도 9는 도 8의 공정을 더 상세히 도시한다.

광석 층의 관개시, 휴지 기간 및 광석 경화 이후에, 제 1 배수 용액 또는 초기 PLS는 매우 높은 농도의 구리, 철 및 산을 함유하는 것으로 밝혀졌다. 공정의 추가 최적화는 광석 괴상화 단계에서 이러한 초기 PLS 또는 "제 1 플러시(first flush)"를 먼저 이용하여 후속 경화/휴지 단계에서 산화제(가용성 구리 및 철)의 레벨을 증가시키고, 둘째로 산 전략에 맞춰서 과량의 산이 존재하면, 후속 광석의 괴상화에 첨가된 새로운 산의 양은 산에 의해 무시될 수 있다. 이는 침출 단계에서 과량의 산을 경감시키는데 도움이 된다.

이는 0.79% 구리 등급, 황동광으로서 70% 구리 및 9mm 통과 약 80%의 파쇄 크기를 갖는 하이포진 광석을 처리하는데 사용된 파일럿 플랜트에서 2m x 2m x 8m 크리브 테스트(crib test)에 대해 도 10에 제시된 결과에 의해 예시된다.

도 10에 제시된 결과는 예외적으로 높은 농도의 산(80 g/L)(A), 구리(55 g/L)(B) 및 철(35 g/L)(C)을 함유한 크리브(G10/2)의 광석 층에 초기 배수 용액 또는 제 1 PLS이 남아있는 것을 보여준다. 이러한 PLS 용액은 라피네이트 대신에 새로운 광석 배치의 괴상화에 효율적으로 사용되고, 높은 산, 구리 및 철 농도를 이용하는 이점에 의해서 광물 침출을 촉진하여 광석 배치에 대한 새로운 산 첨가를 감소시킬 수 있다. 사용된 PLS의 부피는 광석 괴상화에 필요한 수분 함량을 기준으로 한다. 이러한 예에서 전형적인 값은 약 0.07 m³/t이고; 이는 3 L/h.m²의 관개 속도에서 광석으로부터 배출된 PLS의 첫 10 일에 대응한다. 용액 중의 철은 폭기 조건하에서 광석 괴상화 및 후속 경화 공정 동안 제 2 철로 산화되어 구리 광물 침출에 기여한다. 높은 구리 농도는 철 이온 산화를 촉진하여 용액 산화 전위를 증가시키고 경화 기간 동안 구리 광물 침출 속도를 증가시킨다. 용액 중의 과량의 제 2 철은 반응 3, 4 및 5로 각각 나타낸 바와 같이, 이러한 공정 동안 자로사이트 또는 메타시데로나트라이트(metasideronatrite)로서 침전될 것으로 또한 예상된다. 이는 용액에서 철의 농도를 낮추고 전형적으로 라피네이트에서 예상 평형 농도로 철 레벨을 유지하지만 150 g/L의 염화물을 갖는 용액에서 약 5 g/L로 제한되지는 않는다.

맥석 산 소비량( GAC )의 결정 및 퇴적 침출에 산 첨가의 제어

염화물 침출에 필요한 산은 광석 괴상화 동안 새로운 농축 산으로서 또는 라피네이트 용액에 보충 산(make-up acid)으로서 첨가된다. 광석 괴상화 단계를 이용한 작업에서, 산은 광석에 대한 농축된 산의 첨가에 의해 그리고 단지 라피네이트 용액의 산으로서 제공된다. 라피네이트 첨가는 괴상화된 광석에 대해 지정된 최종 수분 함량을 달성하도록 제어된다.

광석 괴상화 없이 광석 침출의 경우에, 퇴적물을 관개하는데 사용되는 라피네이트 스트림에 산이 제공된다.

요구되는 산은 맥석 광물에 의해 소비된 산 및 구리 광물을 침출하는데 필요한 산으로부터 계산된다. 광물 침출 중 산 소비 속도는 용액의 산 농도와 온도에 의존한다.

맥석 광물 침출에 의해 소비되는 산을 결정하기 위한 테스트 방법이 개발되어, 특정 광석 유형에 대해서 맥석 산 소비량(GAC)이 용액 pH, 산 농도 및 온도의 함수로서 결정될 수 있다. 이들 GAC 테스트의 결과는 맥석 광물을 고속, 중속 및 저속으로 침출하기 위한 산 요구량을 계산하는데 사용되는 모델 매개변수를 결정하는데 사용되었다. 따라서, 용액에서 과도한 산 농도를 생성하지 않으면서 산 요구를 충족시키기 위해서, 특정 광석 유형에 대해 GAC가 결정되고 광석 괴상화 및 라피네이트에 대한 산 첨가가 제어될 수 있다. 구리 용해에 필요한 산의 양은 구리 등급, 테스트에 의해 결정된 예상 구리 용해, 및 예를 들어 반응 1로 나타낸 바와 같이 침출 반응에 의해 정의된 광석 광물학 및 반응 화학량론을 고려함으로써 계산될 수 있다. 이러한 데이터는 광석 괴상화 동안 요구되는 산 첨가 및 라피네이트에서 요구되는 산 농도를 결정하여 광물 침출을 유지하고 구리 용해를 최대화하고 PLS에서 산의 최적 농도를 유지하여 SX에 의한 효율적인 구리를 허용하는데 사용된다.

괴상화 동안 최적의 산 첨가 결정

구리 함유 광석은 광범위한 광물을 함유한다. 황철석 및 황동광과 같은 황화물 광물은 GAC 테스트의 낮은 Eh 조건에서 침출되지 않는다. 황산에 의해 침출된 맥석 광물은 전형적으로, 금속 산화물 및 카보네이트 및 다양한 칼륨-철-마그네슘-알루미늄 실리케이트를 포함한다. 맥석 광물과의 산 반응은 다음과 같이 광물의 화학량론적 용해를 초래한다고 가정된다:

방해석: CaCO₃ + 2H⁺ → Ca^{2 +} + CO₂ + H₂O

아염소산염: Mg₃Fe₂Al₂Si₃O₁₀(OH)₈ + 16H⁺ → 3Mg^{2 +} + 2Fe^{2 +} + 2Al^{3 +} + 3SiO₂ + 12H₂O

K-장석: KAlSi₃O₈ + 4H⁺ → K⁺ + Al^{3 +} + 3SiO₂ + 2H₂O

고형석: Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 6H⁺ → 2Al^{3 +} + 2SiO₂ + 5H₂O

광석에서 산과 맥석 광물 사이의 화학 반응은 이온을 용액으로 방출한다. 용액이 상대적으로 희석되고 황산염 광물 침전이 무시될 수 있을 때, 맥석과의 반응에 의해 소비된 산의 양은 다음과 같이 수학적으로 표현된 이온으로 방출된 총 전하의 합으로부터 계산될 수 있다:

여기서, Δ[H⁺]는 소비된 H⁺(양성자)의 양(mol/L)이고 Δ[K⁺], Δ[Fe^{2 +}], Δ[Al³⁺] 등은 반응 중 이온 농도(mol/L)의 변화이다. 합은 반응 동안 방출된 모든 양이온에 대한 것이다. 염화물 농도의 변화(Δ[Cl^-])는 광석에서 NaCl의 용해를 보정하기 위한 계산에 포함되며, Na⁺ 양이온(및 Cl^- 음이온)을 용액으로 방출하지만 산을 소비하지 않으며, pH 프로브로부터 KCl의 누출 가능성이 있어서 K⁺ 양이온(및 Cl^- 음이온)을 용액으로 방출하고 산을 소비하지 않는다.

산 소비는 g-H₂SO₄/L에서 49 Δ[H⁺] 또는 kg-H₂SO₄/t_ore에서 49 Δ[H⁺] V/M이며, 여기서 V는 반응기의 용액 부피이고 M은 광석의 무게(kg)이다. 맥석-산 반응 과정 동안 용액 조성물이 여러 번 공지될 때, 산 소비는 반응 시간의 함수로서 계산될 수 있다.

반응 동안 용액 중의 산의 농도는 수학적으로 다음과 같이 표현된, 전체 전하 균형으로부터 계산될 수 있다:

여기서, [H₊]는 용액(mol/L)에서 H((H⁺ 및 HSO_{4 -}로서)의 양성자 농도 또는 총 농도이다. 황산염 농도[SO₄ ^2-]는 용액의 황 농도[S]로부터 공지되어 있다.

용액 중 산의 농도는 g-H₂SO₄/L 중 y 49[H⁺]이다. 산 농도는 반응 동안 시간의 함수로서 계산될 수 있다.

반응기에서 용액의 pH는 농축된 산을 반응기에 첨가함으로써 맥석-산 반응 동안 일정하게 유지된다. pH를 유지하기 위해 첨가된 산은 시간의 함수로서 기록되고 kg-H₂SO₄/t-ore로 표시된다.

일정한 pH를 유지하기 위해서 첨가된 산은 맥석과의 반응에 의해 소비되는 산과 동일하지 않다. 실제로, 일정한 pH를 유지하기 위해서 첨가된 산은 일반적으로 맥석과의 반응에 의해 소비되는 산보다 일반적으로 더 낮아서 낮은 pH에서 증가하며, 이는 다음과 같이 설명될 수 있다. 산 H₂SO₄는 용액에서 용해되어 산성 화학 종 H⁺ 및 HSO₄ ^-를 생성하지만 H⁺만 (그의 활성을 통해)용액 pH에 영향을 준다. HSO₄ ^-는 pH에 영향을 미치지 않기 때문에, pH를 유지하기 위해서 첨가해야 하는 산의 양은 소비되는 산의 양보다 더 많다. 지구화학적(geochemical) 모델 EQ3/6은 pH1 및 pH2에서 H₂SO₄ 용액에서 HSO₄ ^-의 비율이 각각 약 40% 및 20%임을 예측한다. 맥석-산 반응 동안 용액으로 양이온의 방출은 HSO₄ ^-의 백분율을 증가시킬 것으로 예측된다. 이러한 결과는 pH1에서 일정한 pH를 유지하기 위해서 첨가된 산의 양이 맥석과의 반응에 의해 소비되는 산의 양의 두 배가 될 수 있음을 시사한다. 언급된 바와 같이, 일정한 pH를 유지하기 위해서 첨가된 산은 맥석 반응 과정 동안 직접 측정된다. 첨가된 산은 또한, 용액 조성 데이터로부터 계산될 수 있고 그렇게 함으로써 그 데이터의 일관성에 대한 점검을 제공한다. 주어진 반응 기간 동안 첨가된 산은 식(1)로부터 계산된, 그 기간에 소비된 산과 식(2)로부터 계산된, 그 기간의 말기와 시작에서 용액 중 산의 농도 사이의 차이의 합으로 계산되며, 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:

(3)

일정한 pH를 유지하기 위해서 첨가된 산은 kg-H₂SO₄/t-ore에서 49 Δ[H⁺]_pH V/M이다.

식(3)으로부터, 반응기에 첨가되는 산의 양은 용액 중 황산염 농도의 변화로부터 계산될 수 있다. 이러한 간단한 관계는 산과 맥석 사이의 반응이 용액의 황산염 농도를 변화시키지 않는다는 사실의 결과이다.

모델링 목적으로, 맥석 광물에 의한 산 소비에 대한 특정 반응 속도는 다음에 의해 주어진다:

여기서 R_Ga는 맥석 변환율(α_Ga1, α_Ga2 및 α_Ga3) 그리고 최종 산 소비량(g_Ga1, g_Ga2 및 g_Ga3)(kg-acid/t-ore)을 각각 갖는 고속, 중속 및 저속 반응을 나타내는 세 항의 합으로서 표현되는 특정 반응 속도(kg-acid/t-ore.s)이다. 3 가지 유형의 산 소비량 각각에 대해서, 맥석 변환은 0에서 1로 변하고 산 소비량은 반응이 진행됨에 따라 0에서 g까지 변한다. 3 가지 유형의 산 소비량은 다양한 맥석 종: 예를 들어, 고속(방해석), 중속(아염소산염 및 흑운모) 및 저속(카올리나이트, K-장석 및 견운모)을 대표하는 것으로 간주될 수 있다.

맥석에 의한 산 소비량은 반응의 경과 시간에 걸쳐 식(4)에 의해 주어진 반응 속도를 적분함으로써 얻어진다:

여기서, GAC는 kg-acid/t-ore 단위의 산 소비량이다.

3 가지 유형의 산 소비량 각각에 대해서, 반응 동안 맥석 변환율은 다음과 같이 아레니우스 형태(Arrhenius form)로 표현된다:

여기서, k_Ga는 속도 상수((L/mol)^nH/s), E_Ga는 활성화 에너지(cal/mol), d_p는 광석 입자 크기(mm), d₀는 특징적인 광석 입자 크기(10 mm로 취함), [H⁺]는 양성자 농도(mol/L), T는 온도(K), R은 보편적 가스 상수(1.986 cal/mol.K), 그리고 n_p, n_H 및 n_α는 각각 입자 크기, 산 농도 및 맥석 변환에 대한 지수이다. 식(5)에 나타낸 바와 같이, 맥석에 의한 산 소비 속도는 양성자 활성도 또는 pH보다는 양성자 농도의 항목으로 표현된다.

맥석-산 반응 동안 용액으로 방출된 양이온의 농도는 다음과 같이 표현된다:

여기서, [C]는 양이온 농도(mol/L)이고 Y_C1, Y_C2 및 Y_C3은 소비된 산의 몰당 방출된 양이온의 몰수(mol-C/mol-acid)로서 표현된, 3 가지 부류의 산 소비자 각각에 대한 양이온 방출 인자이다. 예를 들어, 방해석이 유일한 고속 반응 맥석 종이면, 양이온 Ca^{2 +}에 대한 방출 계수는 Y_Ca1 = 1이다. 마찬가지로, 아염소산염이 유일한 중속 반응 맥석 종이면 양이온 Mg^{2 +}, Fe^{2 +} 및 Al^{3 +}에 대한 방출 계수는 각각, Y_Mg2 = 0.375, Y_Fe2 = 0.25 및 Y_Al2 = 0.25이다.

산과 맥석 광물 사이의 반응에 의해 유리된 원소의 최종 중량은 광석 내의 원소의 중량보다 작게 제한된다:

여기서, W_C는 원소의 원자량이고 G_C는 광석에 있는 원소의 등급(kg-C/t-ore)이다.

양이온 방출 인자는 전하 균형 고려사항에 의해 제한된다:

식(4) 내지 (7)에서 모델 매개변수, 즉 k_Ga, E_Ga, g_Ga, Y, n_p, n_H 및 n_α는 모델 계산된 산 소비량 및 용액 조성을 GAC 테스트로부터 측정된 데이터에 맞춤으로써 결정된다.

실험 GAC 결정은 도 11에 도시된 바와 같이 장치(100)를 사용하여 수행된다. 상기 장치는 4.5 L의 오버플로우 출구(104)가 장착된 5.5 L 반응 용기(102)를 포함하며, 이 용기에는 2750 g의 광석 샘플(106)(샘플의 크기는 더 큰 크기의 분율로 증가됨)이 배치된다. 반응 용기(102)는 튜브를 통해 3 L 측면 반응기(110)에 연결된다. 윤활제(5300 mL)의 대부분은 이러한 연결된 시스템으로 도입되고 펌프(116)를 통해 측면 반응기(110)로부터 반응 용기(102)로 일정한 속도로 순환되어 중력을 통해 측면 반응기(110) 내로 다시 흐른다.

일단 5300 mL의 윤활제가 시스템 내에 있으면, 윤활제는 반응기(102, 110) 아래의 히터(118)에 의해 온도에 도달된다. pH(120) 및 최종 부피(122)는 200 mL의 철-함유 산 용액(124)을 첨가하여 5500 mL의 최종 부피를 제공함으로써 필요한 출발 값으로 조정된다.

반응기(102 및 110)로부터 공기를 배제하고 반응기(102, 110) 내로 질소(126)의 흐름을 도입함으로써 환원 분위기가 반응 표면 위에 유지된다. 반응기는 반응기(102, 110)로부터 질소의 양의 변위를 허용하도록 밀봉된다. 용액 샘플은 측면 반응기(110)로부터 규정된 시간 간격으로 취해지고 컴퓨터(130)를 사용하여 원소의 선택에 대해 분석된다. pH 및 용액 산화환원 전위 값은 컴퓨터(130)에 시간에 따라 기록된다.

도 12는 도 11에 도시된 테스트 장치(100)로부터 얻어진 결과를 그래프로 도시한다. 시간에 따른 산 소비는 pH 값(pH1(C), pH1.5(B) 및 pH2(A))에 대해 예시된다. 산 소비량은 용액 pH, 즉 용액 중의 산 농도에 의해 크게 영향을 받는다는 것이 명백하다.

또한, 산 소비 속도에 대한 광석 샘플의 온도의 영향 및 그의 상이한 분쇄 크기의 영향을 결정하기 위해서 반응기(100)를 사용할 수 있다.

방법 GAC 테스트 반응기를 사용하여 얻어진 전형적인 결과는 도 12에 도시된다. 결과는 산 소비가 용액 pH 또는 용액 내의 산 농도에 의해 어떻게 강한 영향을 받는지를 보여준다. 나타낸 바와 같이, 입자 크기 및 온도의 함수로서 산 소비 속도를 결정하기 위해서 상이한 분쇄 크기에서의 광석 샘플의 온도 및 테스트의 효과가 수행될 수 있다.

도 13 내지 도 23을 참조한 다음의 설명은 전술한 바와 같이 본 발명의 양태와 관련하여 수행된 테스트에 관한 것이다.

예 1: 본 발명의 방법의 통합 파일럿 플랜트 기술 평가에 대한 설명

파일럿 규모로 본 발명의 공정의 상업적 적용을 복제하기 위해 9 개의 크리브 및 용매 추출 플랜트를 통합한 통합 파일럿 플랜트가 설립되었다. 이러한 공정은 동적 "레이스 트랙(race track)" 스타일 퇴적 침출 작업을 사용하여 다양한 저급 황동광 광석을 처리하도록 설계되었다. "레이스 트랙" 스타일 퇴적물은 다중 섹터로 구성된다. 새로운 섹터가 적층되고 가장 오래된 침출된 섹터가 패드에서 제거된다. 패드는 재사용된다.

각각의 크리브는 대략 40T의 광석을 함유하고, 4 m²의 단면적, 7.5 m의 작동 높이, 10 m의 전체 높이를 가진다. 크리브는 9 개 섹터를 갖는 상업 작동을 시뮬레이션하기 위해 작동된다. 상업적 퇴적물과 마찬가지로, 공정은 완성된 크리브로부터 침출 잔류물을 주기적으로 제거하고 빈 크리브에서 잔류물을 신선한 광석으로 교체하는 방식으로 역동적이다.

3 개의 별도의 작동 단계가 수행되었다. 테스된 광석 샘플에 함유된 주요 황화 구리 광물 및 맥석 광물의 조성 범위 및 작동에 대한 간략한 설명이 표 1에 요약된다.

[표 1]

* CSR - 구리 소스 비율(이러한 광물에 함유되는 총 구리의 백분율)

광석 샘플은 3 단계 분쇄 회로에서 분쇄된다. 분쇄된 광석은 크리브에 적재되기 전에 괴상화된다. 염화나트륨(염), 산 및 라피네이트(또는 다른 구리, 철 및 산 함유 공정액)는 괴상화 공정에서 광석에 첨가된다. 그런 다음 괴상화된 광석은 빈 크리브 내에 배치되고, 이후에 관개가 시작되는 기간 동안 경화된다. 관개 주기의 종료 시, 각각의 크리브는 배수되고 물로 관개하여 세척되고 다시 배수되어 최종적으로 비워진다. 그런 다음 빈 크리브는 새로운 괴상화된 광석을 수용할 수 있도록 준비된다.

단계 I 및 단계 II는 작동의 개시 및 초기 데이터 수집뿐만 아니라 단계 III 폐쇄 회로 작동을 위한 추가 크리브의 구성을 포함한다.

단계 III 작동에서, 저급 광석은 0.3% Cu만큼 낮은 구리 등급 및 황동광(CSR 75%의 황동광)와 관련된 함유된 구리의 최대 75%를 포함한다. 작업은 미적재 샘플 처리 전에, 45 일의 경화 기간, 20 일의 습윤 기간, 360 일의 관개, 20 일의 세척 및 30 일의 배수(총 475 일)로 구성된다.

III 단계 작동 스케줄은 45 일마다 크리브의 적재 및 미적재를 허용하도록 설계되어, 상업적 동적 패드 작동 및 산업용 액체 취급을 시뮬레이션한다. 정상 상태의 불순물 농도 및 가능한 작동 문제의 식별을 얻기 위해서 이러한 폐쇄가 필수적이었다. 폐쇄 회로에서 작동을 유지하고, 세척수를 재도입하여 잔류 수분 및 증발로 인해 손실된 새로운 라피네이트를 생성시켰다. 물 첨가 속도는 0.11 m³/T 광석으로 유지되었다. 신선한 보충 수가 적재된 유기물을 세척하여 염화물을 제거하고, 전술한 본 발명의 방법에 따라 잔류 광석을 세척하는데 사용되었다.

파일럿 플랜트는 상업적 퇴적 침출 작업을 모방하도록 신중하게 제어된 출력 및 입력을 갖는 폐쇄 시스템으로서 작동된다. 즉, 입력 및 출력이 제어되어 첨가된 담수가 증발에 의해 손실된 물, 침출된 잔류물(또는 리피오스)의 수분 손실 및 공정 용액 세정에서 손실된 물의 교체(불순물을 낮추기 위해 필요한 경우)를 정확히 균형잡도록 제어된다. 파일럿 플랜트의 공정 흐름도는 도 13에 도시된다. 파일럿 플랜트의 주요 구성 요소 및 작동은 다음과 같이 요약된다:

- 라피네이트 탱크 1: 용매 추출((SX) 7)에서 복귀 라피네이트의 저장. 1 m³ 라피네이트 공급 탱크(2A-I)를 분리하기 위한 공급물을 각각의 크리브(3A-I)에 공급한다. 공정의 작동 산 요구량을 충족시키기 위한 필요에 따라서 보충 산이 라피네이트 탱크에 첨가될 수 있다.

- 진한 침출 용액(PLS) 4 & 5: 각각의 크리브(3A-I)로부터의 PLS 용액은 1 m³ PLS 탱크(4A-I)에 수집된다. PLS는 탱크(4A-I)로부터 PLS 유지 탱크(5)로 전달된다.

- 높은 Cu PLS 6: 광석 경화 이후에 크리브의 초기 관개로부터 수집된 제 1 PLS는 높은 구리 함량을 가진다. 이러한 초기 PLS는 유지 탱크(6)에 수집된다. 보충 산은 탱크(6)에 높은 구리 PLS로 첨가될 수 있다. SX로부터의 세정 수가 탱크(6)에 높은 구리 PLS로 첨가될 수 있다.

- 광석 괴상화 8: 광석이 괴상화 드럼에서 괴상화된다. 탱크(1)로부터의 라피네이트가 광석에 첨가된다. 필요에 따라 목표 산 첨가 및 총 염 첨가를 충족시키기 위해서 산 및 고체 염이 첨가된다. 높은 구리 PLS 6은 구리 및 산(높은 Cu PLS에 함유됨)을 광석 괴상화로 직접 복귀시킬 수 있도록 광석 괴상화에 사용될 수 있다. 산과 함께 괴상화된 광석에서 높은 구리 함량은 초기 휴지 단계에서의 광석 경화 동안 구리 용해를 개선할 수 있다. 괴상화된 광석은 필요할 때 적재 크리브(3A-I)로 전달된다.

- 크리브(3A-I)에서 광석 침출: 괴상화된 광석이 크리브에 쌓인다. 이는 경화되게 한다(초기 휴식 기간). 그런 다음 관개가 시작된다. 광석의 습윤을 보장하기 위해서 관개가 천천히 시작된다. 낮은 구리 라피네이트를 용매 추출 공정으로부터 크리브의 최상부로 펌핑하여 관개가 수행된다. 액체는 드립퍼 네트워크(dripper network)를 통한 적용에 의해 크리브 표면에 분배된다. 용액은 각각의 크리브 내의 광석을 통해 투과된다. 동시에 각각의 크리브의 베이스 내로 공기가 유입된다. 구리는 공정 액 내의 산과 공기 중의 산소의 조합에 의해 용해된다. 관개 액은 크리브의 베이스에 전달된다. 이제 증가된 구리 함량을 가지며 PLS(진한 침출 용액)로 불린다. 이는 수집되어 용매 추출 공정으로 전달된다.

- 광석 침출 이후에, 라피네이트를 갖는 광석의 관개가 중지된다. 광석 층이 배수되게 한 다음, 광석은 세척수로 세척하여 혼입 염화물(염) 및 용해된 구리를 회수한다. 세척된 침출 광석 잔류물이 크리브로부터 폐기물로 제거된다.

- 용매 추출(SX) 7: 구리는 용매 추출에 의해 PLS로부터 회수된다. 구리는 2 개의 추출 단계(E1 및 E2)에서 유기물에 적재된다. 이어서, 적재된 유기물은 2 단계 세척(L1 및 L2)에서 물로 세척된다. 적재된 유기물의 스트리핑 후에 고급 전해질의 염화물 함량이 <50 ppm이 되도록 혼입된 수용액을 제거하기 위해서 세척이 필요하다. 세척 단계 이후에, 적재된 유기물은 S1에서 스트리핑되어 구리를 고급 전해질(7b)에서 회수한다. 적재된 유기물 스트리핑을 위해 소비된 전해질은 유지 탱크(7c)로부터 제공된다. 필요하다면, 보충 산이 보유 탱크(7c)에서 소비된 전해질에 첨가되어 적재된 유기물의 완전한 스트리핑에 필요한 양으로 산 농도를 증가시킬 수 있다. 고급 전해질이 구리 회수를 위해 회로에서 제거되고 소비된 전해질이 회로로 복귀된다. 적재된 유기물의 세척 효율은 이전의 설명에서 언급한 바와 같이 세척 단계의 수를 3으로 증가시킴으로써 개선될 수 있다. 증가된 세척 효율은 적재된 유기물 세척에 필요한 세척수 부피를 감소시켜, 침출된 광석 잔류물의 세척을 위한 물의 증가를 허용하여 광석 잔류물에서 혼입된 용액의 변위에 의해서 염화물 및 구리의 회수를 증가시킨다.

1 단계, 2 단계 및 3 단계의 작동 매개 변수는 표 2에 요약된다.

[표 2]

입력 및 출력을 보여주는 파일럿 퇴적물에 대한 단순화된 질량 균형 다이어그램이 도 14에 도시된다. 광석, 산 및 물 균형에 대한 전형적인 값이 표 3에 나타나 있다.

[표 3]

II 단계 작동을 위한 입력 및 출력을 보여주는 파일럿 플랜트 질량 균형 요약

침출 면적 파일럿 플랜트 흐름도의 구성이 도 15에 도시된다. 이는 파일럿 플랜트 작업에 사용된 광석이 주로 황동광이고 낮은 구리 헤드 등급을 갖기 때문에 허용 가능한 흐름도이다. 흐름도의 주요 측면은 용매 추출을 통해 낮은 산 라피네이트가 생성된다는 것이다. 이러한 낮은 산 라피네이트는 모든 섹터(이 경우에 크리브) 전반에 분포된다. 낮은 산 테너(acid tenor)는 맥석 침출 속도를 최소화한다.

광석이 더 높은 등급을 가지면, 특히 함유된 구리가 주로 코벨라이트, 휘동석 또는 반동석(bornite)과 같은 2 차 구리 광물이면, 침출에서 증가된 맥석 산 소비를 선호하는 흐름도가 전술한 바와 같이 사용될 수 있다. 그러한 흐름도는 도 16에 도시된다.

도 16의 옵션은 도시된 바와 같이 작동될 수 있거나, 도시된 바와 같이 제 1의 4 개의 크리브와 대조적으로 제 2의 4 개의 크리브로부터의 액체에서 용매 추출 작동으로 작동될 수 있다. 단계의 수는 2 개에서 3 개로 확장될 수 있거나 필요한 것으로 간주될 수 있는 만큼 확장될 수 있다.

예 2: 산 균형

이전 설명은 공정 전반에 걸쳐 산의 균형을 맞출 필요성을 명시한다. 경화 단계 동안 구리 용해를 달성하기 위해 괴상체로부터 시약으로 산이 필요하다. 구리 용해를 위한 침출 단계 동안 시약으로 산이 또한 필요하다. 용해된 구리를 구리 금속으로 전해채취함으로써 산이 생성된다. 이러한 산은 용매 추출을 통해 공정으로 다시 전달되며 침출 단계 동안 공정으로 모두 전달된다.

공정의 침출 단계에서, EW에 의해 생성된 산의 양은 맥석 및 황화 구리 광물과의 반응에 의해 여전히 소비되는 산의 양뿐만 아니라 침출된 광석이 세척된 후에 수분에 남겨진 산의 양에 의해 상쇄될 필요가 있다.

이상적인 작동에서, 침출에 필요한 산의 양과 EW 매칭 및 작동의 침출 단계에 의해 생성된 산의 양에서는 산 중성이다. 이러한 경우에, 산 균형이 달성되도록 산 소비 및 공급이 균형을 이룬다. 침출 단계에서 일부 산이 첨가될 필요가 있다면 이 또한 허용된다. 피할 필요가 있는 것은 침출 단계에서 맥석과 황화 구리 광물 침출에 의해 소비되는 것보다 EW에 의해 복귀되는 산이 더 많은 상황이다. 이는 최종 세척 단계에서의 폐쇄 회로 작동이므로 과량의 산이 축적되기 때문이다. 공정액에서 증가된 산의 농도는 용매 추출 공정에 유해할 수 있는데, 이는 유기물(양성자/구리 평형)에 구리의 적재를 보조하기 위해서 공급물에 낮은 산 테너를 갖는 것에 의존하기 때문이다.

예 1에서, 표 3은 II 단계 작동을 위한 크리브 주위의 균형을 보여준다. 첫째, 침출된 광석을 세척한 후에 침출 공정을 떠나는 수분 중의 산의 양이 매우 적다는 것을 알 수 있으며(0.05 kg/t_ore), 따라서 이는 추가 논의에서 무시될 것이다. 둘째, 침출 단계가 평균적으로 산성인 것을 알 수 있다. 침출 동안 pH를 제어하기 위해서 소량의 산(1.15 kg/t_ore)이 첨가되었다. 이는 이상적이며, 이러한 광석 조합이 공정에 공급되어 이러한 방식으로 처리되면, 산의 관점에서 문제가 없을 것이다.

표 4는 각각의 크리브에 대한 산 소비 및 구리 용해를 보여준다.

[표 4]

II 단계에 대한 개별 CRIB 구리 및 산 데이터

표 4의 데이터는 각각의 크리브에 대해 경화 단계 및 침출 단계 모두에 사용된 산뿐만 아니라 침출된 구리를 보여준다. 또한, EW에 의해 생성되어 공정으로 다시 전달되는 산의 양을 보여준다.

데이터는 G10/2 크리브를 제외하면, 일반적으로 거의 모든 크리브가 침출 동안 산성 음성임을 보여준다. 상업적인 작동으로 이러한 특정 광석을 연장된 시간 동안 처리하면, 회로 내에 산이 형성될 것이다. 작동은 회로를 산-중성 상태로 만들기 위해 괴상화 단계로 공급되는 산을 감소시키거나, 사용된 흐름도(도 15)와 반대로 도 16에 도시된 것과 같은 흐름도를 사용할 필요가 있는데, 이는 맥석 산 소비를 증가시키고 공정을 산 중성 또는 산 결핍 상태 되돌리는 것을 도울 수 있기 때문이다. 후자는 경화 단계의 구리 침출 성능을 유지하기 때문에 바람직하다.

G10/2 광석과 다른 광석 사이에는 두 가지 주요 차이점이 있다. 첫째는 헤드 등급(head grade)이다. 이러한 광석은 평균 구리 함량보다 높고 합리적인 용해와 결합하여 EW가 평균 산보다 더 높은 산을 생성한다는 것을 의미한다. 둘째, 맥석과 구리 광물에 의해 침출 단계에서 소비되는 산의 양은 6.6 kg/t에 불과했다. 이는 이러한 기간에 생성된 3.7 kg/t의 구리를 침출하는데 필요한 산의 양보다 더 적다. 이는 맥석 광물이 산과의 반응성이 낮고 아마도 자로사이트(jarosite)와 같은 산 생성 화합물의 침전이 있었음을 시사한다.

이러한 실시예는 공정에서 산이 생성되지 않도록 보장하기 위해 제어가 필요할 수 있고 맥석 광물 침출 거동의 이해가 산 요구를 예측하는데 중요하다는 것을 보여준다. 이러한 이해는 최적의 가치를 위해 침출 기간 동안 적절한 흐름도 구성과 결합될 필요가 있다. "최적 값"은 전형적으로 구리 값이 산 비용보다 상당히 높기 때문에 침출될 수 있는 최대 구리의 양이다.

예 3: 산 균형 - 경화 단계와 구리 용해의 최종 범위 사이의 상호 작용

여분의 산을 II 단계의 괴상화 단계에 첨가하고 산이 황동광 침출의 비례 증가에 영향을 미쳤다면, II 단계 크리브에 대한 산 균형이 어느 시점에서 산이 양성이 될지를 추정할 수 있다.

[표 5]

구리와 관련된 경화 단계에서 산 소비가 30% 증가한 것으로 가정한 II 단계에 대한 개별 크리브 구리 및 산 데이터

표 5는 경화 단계에서 소비된 산이 30%까지 증가되면, 최종 결과는 9 개의 크리브 중 8 개가 침출 단계에서 산 양성이 될 것이라는 것을 보여준다. 이는 흐름도를 다단계 접근 방식으로 변경해야 한다. 흐름도 구성의 변경에 추가하여, 경화 단계에서 첨가된 산의 양의 일부 감소는 그러한 발생을 방지하고 구리 용해를 제한하기 위해 필요할 수 있다.

이들 광석은 합리적으로 높은 비율의 황동광을 가진다. 황동광은 휘동석 및 코벨라이트와 같은 다른 구리 황화물 광물보다 느린 속도로 침출되는 것으로 공지되어 있다. 침출 단계의 말기에서 침출되는 것이 대부분의 황동광이라고 가정하는 것이 합리적이다. 황동광 침출은 용액으로 유리되는 모든 Cu^{2 +}에 대해 4 개의 양성자(H⁺)를 필요로 한다. 그러나 EW에서 구리 금속(Cu)으로 도금된 모든 Cu^{2 +}에 대해 2 개의 양성자(H⁺)만이 생성된다. 이는 침출 단계에서 발생하는 구리 침출의 최종 범위가 이들 광석에 대해 증가되면, 경화 단계에서 더 높은 구리 용해가 달성되었음에도 불구하고 낮은 맥석 산 소비 광석과 침출이 도 15에 표시된 흐름도에 따라 작동하는, 공정이 침출에서 산 음성으로 복귀되는 지점이 있음을 의미한다.

표 6은 이들 동일한 광석에 대한 일부 컬럼 침출 결과를 보여준다. 이들 컬럼은 부분적으로 작동 조건 때문에 그리고 부분적으로 컬럼이 양호한 용액 분포를 갖기 때문에 크리브보다 더 양호하게 수행된다. 성능 변경 이유에 대한 세부사항은 이러한 논의와 관련이 없다. 그러나 이들 컬럼은 경화 단계에서 훨씬 더 높은 구리 용해를 얻음에도 불구하고 크리브 G10/2에 사용된 광석을 포함한(칼럼 MK104 참조), 그들의 침출 단계에서 모두 산성 음성이었음을 보여주는데, 그 이유는 침출 단계에서 달성된 추가 침출과 이전 단락에서 논의된 결과적인 산 요구 때문이다.

[표 6]

II 단계 크리브 프로그램에 사용된 동일한 광석의 칼럼 침출에 대한 개별 칼럼 침출 구리 및 산 데이터

예 4: II 단계 크리브 데이터의 추정

최대 성능에서 이들 광석에 대한 경화와 침출 단계 구리 용해 사이에 이상적인 분리가 무엇인지에 대한 표시를 얻기 위해서 II 단계 크리브 데이터를 추정할 수 있다. 이들 광석 유형에서 구리 용해의 최대 목표는 ~ 85%이다. 그것이 일어나고 맥석 산 요건이 동일하게 유지되면, 경화 단계에서 침출될 수 있는 총 구리의 최대 백분율을 추정할 수 있지만 침출 단계에서 공정을 여전히 산 중성으로 남아있게 할 수 있다. 이는 광석 구리 헤드 등급에 대한 경화 단계 구리 용해의 비율에 관한 강한 경향이 있음을 보여주는 도 17에 도시된다. 낮은 헤드 등급에서 모든 구리는 경화 단계에서 침출될 수 있으며 침출 단계는 여전히 산 중성으로 남아 있을 것이다. 이는 EW에 의해 생성된 산의 양이 침출된 구리 질량에 정비례하기 때문에 의미가 있다. 따라서, 낮은 헤드 등급에서 소량의 산만이 EW에 의해 생성되고 이러한 산은 침출 단계에서 잔류 산 가용성 맥석 광물에 의해 소비된다. 등급이 증가할 때, EW로부터 산을 상쇄하기 위한 맥석 산 요구가 충분하지 않기 때문에, 증가된 양의 황동광이 침출 단계에서 침출될 필요가 있다.

추세 선이 데이터에 맞춰지지만, 광석의 맥석 광물 조성이 샘플들 사이에서 변하기 때문에 데이터가 흩어지고, 따라서 산 균형이 수렴되는 지점도 그러하다. 이는 맥석 광물의 침출 거동에 대한 지식과 이해가 공정을 최적화하는데 중요하다는 것을 강조하기 때문에 중요하다.

이러한 플롯(plot)은 대부분의 구리 광물이 반동석(bornite), 휘동석 또는 코벨라이트인 경우 다르게 보일 것이다. 이들 광물에 대해서 침출에 필요한 양성자 수(H⁺)는 각각 2.4, 2 및 2이다. 따라서, 구리를 침출시키는데 필요한 양성자와 EW에서 생성된 양성자 사이의 차이는 거의 없거나 전혀 없다. 따라서 침출 단계 동안 지속적인 맥석 산 수요에 더 의존하여 산 양성이 되는 것을 방지할 수 있다. 대안적으로, 경화 단계 구리 침출은 더 낮을 필요가 있다.

이러한 도표의 추세 선은 다단계 침출 공정이 사용되는 경우에 상향으로 이동될 것이다.

예 5: 맥석 산 소비량 추정

도 18의 결과는 2 개의 상이한 광석 유형을 처리하는 III 단계 파일럿 플랜트 작동에서 크리브 G5(B) 및 G7(A)의 작동으로부터의 총 산 소비량을 보여준다. 크리브에 적재된 2 개의 광석 유형의 광물학(mineralogy)이 표 7에 표시된다. 결과는 광석 유형 D(크리브 G7 단계 III)와 비교하여 광석 C 형(크리브 G5 단계 III)의 더 높은 흑문모 및 아염소산염 함량을 보여준다. 흑운모 및 아염소산염은 전형적으로, 다른 규산염 광물에 비해 더 빠른 속도로 침출되는 GAC의 주요 원인으로 밝혀졌다.

[표 7]

맥석 광물 함량을 강조하는 광석 유형 C와 D의 광물학

총 산 소비량은 구리 광물 침출을 위한 산, 및 맥석 광물 침출(GAC)을 위한 산을 포함한다. 구리 광물 침출에 대한 산 요구량은 침출된 구리의 질량과 함께 도 19에 도시된다. 동일한 기간 동안 달성된 구리 추출은 참고를 위해 도 20에 도시된다.

특정 광석 유형 및 구리 등급에 대한 맥석 산 소비량(GAC)은 총 산 소비량으로부터 구리 추출을 위한 산 요구량을 감산함으로써 본 발명의 방법에서 추정될 수 있다. 이러한 결과는 본 발명의 방법의 경우에 실제 GAC 요구량과 유사한 순 산 소비량(NAC)을 제공한다. 크리브 G5 및 G7 단계 III에 대한 계산된 맥석 산 소비량은 도 21에 도시된다.

SX 파일럿 플랜트의 스트리핑 단계(S1)(도 13에 도시됨)에서 구리는 높은 산 함량을 갖는 소비된 전해질을 사용하여 적재된 유기물로부터 스트리핑된다. 구리는 전해채취에 의해 구리 회수로 순환되는 수성 고급 전해액으로 전달된다. 유기물 상의 구리는 산으로 대체되고 산 함량이 높은 결과적인 스트리핑된 유기물은 구리 추출 단계(E1)로 재순환되며, 여기서 구리는 도 13에 도시된 바와 같이 PLS에서 추출된다. 따라서, SX 공정은 PLS로부터 구리 추출 이후에 산을 라피네이트 용액으로 복귀시킨다. 라피네이트의 산은 더 많은 구리 광물을 침출하고 침출 주기 동안 GAC 요구량을 충족시키는데 사용된다.

광석 괴상화에서 크리브 G7 단계 III(매우 낮은 GAC를 갖는 광석 유형 D)에 대한 초기 산 첨가는 11.3 kg/T였다. 크리브 G5 단계 III(낮은 GAC를 갖는 광석 유형 C)의 경우에, 광석 괴상화에서 산 첨가는 10.6 kg/T였다. 크리브 G7 단계 III의 경우에, 용액에서 초기 산 농도는 경화 단계에서 광석 유형 D의 GAC 속도가 낮아서 크리브 G5 단계 III보다 더 높았다. 크리브 G7 단계 III에서 광석 관개시 초기 산 농도가 높을수록 산 소비량이 증가했다. 그러나 일단 규산염 맥석 광물이 고갈되면 산 소비율은 감소한다. 크리브 G5 단계 III의 경우에, 크리브 G5 단계 III에서 광석 유형 C의 GAC가 높음에도 불구하고 초기 산 농도는 비교적 낮았으며 초기 소비량은 크리브 G7 단계 III보다 더 낮았다. 그러나, 산 라피네이트로 관개할 때, 크리브 5 단계 III의 경우에 250일의 침출 말기 쪽으로 크리브 G7에 대한 GAC가 12.9 kg/T인 크리브 G5 단계 III에 비해 11.8 kg/T가 되도록 GAC 속도가 분명히 더 높았다. 이들 추세는 도 22에 도시된 두 크리브의 해당 PLS 산 농도 프로파일 및 도 23에 도시된 해당 PLS pH 프로파일에 반영된다.

관개 시 용액에서의 초기 산 농도는 광석 괴상화에서의 산 첨가 및 광석의 GAC 요구량에 의존한다. 첨가량이 너무 적으면 구리 광물 침출에 이용 가능한 초기 유리 산이 제한될 것이다. 첨가량이 너무 높으면 침출 단계에서 PLS에 과량의 산을 초래하여 용매 추출에 의한 구리 추출에 악영향을 미칠 것이다. 도 21 및 도 22에 제시된 산 소비량 및 용액 산 농도의 변동은 본 발명의 공정에 허용되는 작동 매개변수 내에 있다. 결과는 광석 GAC와 산 첨가의 작은 차이가 PLS의 산 농도에 어떻게 영향을 미치는지를 보여주고 침출된 광석 유형의 GAC와 구리 광물 침출에 필요한 산을 이해하는 것이 중요함을 보여준다.

예 6: 상이한 산 농도에서 PLS 용액 pH에 대한 염화물 농도의 효과

산성도의 함수로서 용액 pH에 대한 염화물 농도의 효과는 도 24에 제시된 결과에 나타나 있다. 결과는 낮은 염화물 농도(<5 g/L 염화물)에서 유리 산 농도가 용액 pH 1.5에서 4 g/L임을 보여준다. 고 염화물 농도(150 g/L)에서의 대응하는 pH는 약 pH 0.8이다. 용매 추출의 효율성은 PLS pH에 의존한다. SX 단계에서 최대 구리 추출 효율을 달성하기 위한 이상적인 PLS pH는 약 pH 1.5이다. 구리 추출 효율은 PLS pH 1 미만으로 손상된다. 따라서, 고 염화물 PLS에서 유리 산성도는 가능한 한 10 g/L 미만, 바람직하게 7 g/L 미만, 더 바람직하게 2 g/L 미만, 이상적으로 1 g/L이어야 한다는 것이 명백하다.

예 7: 경화 단계에서 구리 회수에 대한 광석 괴상화에서 산 첨가의 효과

일련의 1 m 컬럼 테스트는 예를 들어, 특정 광석 유형의 경우 경화 단계에서 구리 광물 용해가 높고 산 첨가에 의해 제한되며, 광석 괴상화에 대한 산 첨가의 증가는 구리 회수에 유리하다는 것을 보여준다. 10 kg/T의 광석에 대한 일정한 염 첨가가 사용되었고 황산 첨가가 10 kg/T로부터 21 kg/T의 광석으로 변하는 결과가 도 25에 도시된다. 광석 괴상화 이후의 경화 단계는 50일 동안 지속되었다. 경화 단계에서 침출된 구리를 나타내는 초기 구리 용해는 산 첨가가 증가함에 따라 약 30%로부터 80%로 증가하였다. 전체 구리 회수율은 70일 총 침출 기간에서 라피네이트 용액으로 20 일의 관개가 이루어진 경우에 78%로부터 98%로 증가했다.

예 8: 상이한 광석 유형에 대한 구리 용해 곡선의 예

본 명세서에서 설명된 고 염화물(150 g/L 염화물) 퇴적 침출 방법에 의한 구리 용해는 도 26에 제시된 결과에서 상이한 광석 유형에 대해 도시된다. 결과는 본 발명의 요약에서 설명된 고 염화물(150 g/L) 침출 방법을 사용한 6 m 컬럼 테스트에 대한 것이다. 광석 괴상화에서 광석에 대한 산 첨가, 전체 산 소비량 및 NAC(총 산 소비량이 구리 침출에 사용된 산보다 적음 - 이러한 산은 구리 추출 이후에 SX로부터 라피네이트로 복귀됨)가 표 8에 나타나 있다. 결과는 산 첨가가 제한되지 않는 경화 단계에서 본 발명의 방법에 의해 달성될 수 있는 높은 구리 회수율을 예시한다. 결과는 또한, 달성된 전체 구리 회수와 비교하여 경화 단계에서 구리 회수의 중요성을 보여준다. 결과는 40 내지 75% 범위의 황동광으로서 구리 소스 비율(CSR)을 갖는 낮은 등급의 고 황동광 광석(0.3% 내지 0.6% Cu)에 적용된다.

[표 8]

예 9: 괴상화에서 수분 - 경화 성능에 대한 효과

전술한 예는 경화 단계에 첨가된 산의 양의 최적화 및 이의 흐름도의 최적화에 대한 그의 관련성을 논의한다. 이러한 산을 첨가하는 방법이 경화 성능에도 영향을 준다는 것이 결정되었음을 아는 것이 중요하다.

공정 액은 수분을 제공하기 위해 광석 괴상체로 재순환된다. 광석 층에서 이러한 액체 부피는 광물 침출을 위한 산화제의 발생이 발생하는 반응기 용액 부피를 나타낸다. 단위 시간당 생산되는 산화제의 양은 액체의 부피의 함수이다. 이러한 산화제는 황화 구리 광물의 산화를 담당하여 구리의 가용화를 유도한다. 이용 가능한 액체의 양이 제한되면, 불충분한 산화제가 생성될 수 있으며, 이는 광물 침출의 범위를 제한할 것이다. 그 효과는 광석 및 맥석 광물 모두에 대한 산 요구량을 고려하여 금속 용해에 대한 요건을 충족시키는데 불충분 한 산이 이용될 수 있도록 광석에 산 첨가를 제한하는 것과 유사하다. 그러나, 너무 많은 공정 액이 괴상체로 재순환되면, 이는 괴상화 강도에 부정적인 영향을 미치며, 따라서 가스 및 액체 흐름 모두에 대한 퇴적물의 투과성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 도 27은 괴상화 동안 이상적인 양의 수분(A)이 공급되는 컬럼과 비교하여 괴상화 동안 제한된 수분(B)이 공급되는 컬럼에 대한 침출 성능의 차이를 보여준다. 추세로부터, 불충분한 수분이 구리 용해를 얼마나 제한하는 지가 분명하다.

이러한 예의 중요성은 비록 경화 단계 구리 침출이 (이러한 경우에서와 같이)산 또는 수분을 감소시킴으로써 변경될 수 있음을 보여 주지만, 침출 상은 구리 침출에서 효율적이지 않기 때문에 이는 따라하지 않는다. 이는 공정 최적화를 위해서 침출에서 과도한 산에 대응하도록 흐름도를 수정하는 것이 최대 구리 회수를 보장하는 최적의 해결책인 이유이다. 경화 단계의 제한은 최후 수단의 옵션으로서만 고려되어야 한다.

Claims (17)

1. 경화 단계에서 구리 용해를 최대화하여 전체 구리 회수율을 증가시키도록 고 염화물 퇴적 침출 공정(100 내지 180 g/L의 염화물)에서 산 균형을 조절하는 방법으로서,
   a) 산 및 공정 용액이 퇴적물을 형성하기 위해 적층 이전에 광석과 조합되는 괴상화 단계;
   b) 퇴적물의 광석에서 구리의 일부를 침출시키기 위한 통기되지만 관개되지 않은 경화 단계; 및
   c) 잔류 구리 광물이 침출되고 전해채취 단계가 이어지는 용매 추출 단계에 의해 진한 침출 용액으로부터 구리가 회수되는 관개된 침출 단계를 포함하며,
   용매 추출 단계로 전달되는 진한 침출 용액에서의 산 농도는 용매 추출 단계에서 진한 침출 용액으로부터 효과적인 구리 회수를 허용하기 위해서 10 g/L보다 적은,
   산 균형을 조절하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   경화 단계에서의 구리 용해는 적어도 30%인,
   산 균형을 조절하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   경화 단계 및 관개 침출 단계에서의 전체 구리 용해는 40%보다 큰,
   산 균형을 조절하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   퇴적물은 퇴적물 섹션으로의 광석 적재 및 퇴적물 섹션으로부터의 광석 제거에 대해 역류로 퇴적물 섹션에 침출 용액을 순환시켜 관개된 퇴적물 섹션의 수에 비례하여 맥석 광물 용해에 의한 산 소비량을 증가시킴으로써 관개된 침출 단계에서 과잉의 산이 제거되는 복수의 퇴적물 섹션을 포함하는,
   산 균형을 조절하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   퇴적물은 복수의 퇴적물 섹션을 포함하며 라피네이트 용액은 퇴적물 섹션의 병류 관개(co-current irrigation)에 사용되는,
   산 균형을 조절하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   진한 침출 용액에서 산 농도는 7 g/L보다 더 낮은,
   산 균형을 조절하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   진한 침출 용액에서 산 농도는 2 g/L보다 더 낮은,
   산 균형을 조절하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   용매 추출 단계 동안 생성된 라피 네이트는 1 g/L보다 적은 구리 함량을 가지는,
   산 균형을 조절하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 구리 함량은 0.5 g/L보다 적은,
   산 균형을 조절하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    관개된 침출 단계의 완료 후에 퇴적물이 세척되는,
    산 균형을 조절하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    공정에 첨가된 산의 양은 맥석 광물에 의해 소비된 산 및 구리 광물을 침출시키는데 필요한 산으로부터 계산되는,
    산 균형을 조절하는 방법.
12. 제 1 항에 있어서,
    공정에 첨가된 산의 최적 첨가는 광석에서 산-가용성 맥석 광물 및 구리 광물의 함량에 의해 결정되는,
    산 균형을 조절하는 방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    최적의 구리 침출에 필요한 산은 괴상화 단계 동안 광석에 첨가되는,
    산 균형을 조절하는 방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    퇴적물을 관개하는데 사용되는 라피네이트 용액에 대한 산 첨가는 관개된 침출 단계에서 광물 침출에 의해 증가된 산 요구량을 충족시키기 위해 수행되는,
    산 균형을 조절하는 방법.
15. 제 12 항에 있어서,
    경화 단계가 이어지는 퇴적물의 초기 관개로부터 수집된 제 1 진한 침출 용액은 후속 경화 단계 동안 제 1 진한 침출 용액 중의 산 함량을 이용하기 위해서 괴상화 단계 동안 광석에 첨가되는,
    산 균형을 조절하는 방법.
16. 제 12 항에 있어서,
    괴상화 단계 동안 광석에 첨가된 산은 경화 단계에서 구리 광물 및 맥석 광물 용해를 위한 요구량에 의해 결정되는,
    산 균형을 조절하는 방법.
17. 제 11 항에 있어서,
    용액 pH, 산 농도, 온도 및 광석 입자 크기 중 적어도 하나의 함수로서 특정 유형의 광석에 대해 맥석 광물에 의해 소비되는 산을 결정하기 위한 테스트를 수행하는 이전 단계를 포함하는,
    산 균형을 조절하는 방법.
    

Images