Carbonation-assisted liberation and integrated recovery of refractory Au/Ag associated with PbSO₄ and BaSO₄ in copper anode slime processing
본 연구는 구리 양극 슬라임 내의 PbSO₄ 및 BaSO₄를 가용성 탄산염으로 전환하여 갇혀 있는 Au와 Ag를 유리 및 회수하는 동시에, 시약 재활용을 가능하게 하고 폐기물을 최소화하는 탄산화 보조 습식 제련 공정을 제시한다.
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구리 제련이라는 산업 현장에서는 구리 양극 슬라임(copper anode slime)이라 불리는 부산물이 전해조 바닥에 축적됩니다. 이 슬러지는 전통적인 의미의 폐기물이 아닙니다. 이는 금, 은, 그리고 다양한 백금족 원소를 포함한 농축된 보물 창고입니다. 수십 년 동안 금속 공학자들은 이러한 가치 있는 물질들을 추출하기 위해 복잡한 화학 공정을 개발해 왔습니다. 표준적인 접근 방식은 암모니아를 사용하여 은을 용해한 다음, 금을 회수하기 위해 다른 처리를 거치는 것입니다. 그러나 이 방법은 끈질긴 잔류물을 남깁니다. 이 남겨진 슬러지 내부에서는 금과 은의 미세 입자들이 황산납과 황산바륨의 매트릭스 안에 갇히게 됩니다. 이 황산염 화합물들은 보호막처럼 작용하여 귀금속을 가두고, 표준 화학 물질로는 접근하기 어렵게 만듭니다. 만약 이 잔류물을 단순히 제련소로 다시 보낸다면 귀금속을 회수할 수는 있지만, 그 과정에서 주석이나 바륨 같은 원치 않는 원소들이 슬래그로 유입되어 효율성이 떨어지는 순환 구조를 만들게 됩니다.
대예 비철금속(Daye Nonferrous Metals Co., Ltd.)과 푸저우 대학교(Fuzhou University)의 연구진은 이 특정한 문제를 해결하기 위한 새로운 화학적 전략을 개발했습니다. 그들의 연구는 귀금속을 파괴하지 않으면서도 그 보호용 황산염 껍질을 깨뜨리는 데 초점을 맞추고 있습니다. 황산염을 직접 용해하려고 시도하는 대신(이는 매우 어려운 일입니다), 그들은 탄산화 전환(carbonation conversion)이라고 불리는 공정을 사용합니다. 간단히 말해, 이들은 잔류물에 탄산나트륨을 포함한 용액을 투입합니다. 이 화학 제제는 황산염과 자리를 바꾸어, 녹이기 어려운 황산납과 황산바륨을 탄산납과 탄산바륨으로 변환시킵니다. 이 새로운 탄산염 형태는 훨씬 더 용해되기 쉽습니다. 변환이 완료되면, 연구진은 해당 물질을 염산으로 처리합니다. 산은 새로 형성된 탄산염을 쉽게 용해시켜 납과 바륨을 액체 상태로 방출하는 동시에, 금과 은은 고체 형태로 남겨두어 황산염의 감옥으로부터 자유롭게 만듭니 다.
이 연구는 이 방법이 매우 효과적임을 입증합니다. 연구팀이 암모니아 침출 잔류물에 이 공정을 적용했을 때, 납의 94.43%, 바륨의 98.24%를 제거할 수 있었습니다. 이 제거 작업은 단순히 물질을 깨끗하게 하는 것이 아니라, '해방'에 관한 것이었습니다. 납과 바륨이 제거되자, 잔류물 안에 갇혀 있던 금이 접근 가능한 상태가 되었습니다. 연구진은 이 정제된 잔류물을 산화 염화물 용액으로 처리하였으며, 이를 통해 금의 98.33%를 성공적으로 추출해 냈습니다. 그러나 은은 다르게 반응하여, 이 단계에서 부분적으로만 제거되었기에 완전히 회수하기 위해서는 암모니아를 이용한 별도의 최종 처리가 필요했습니다. 또한 이 공정은 납과 바륨을 서로 분리하여, 판매하거나 재사용할 수 있는 각각의 순수한 황산염 제품으로 회수할 수 있는 능력도 증명되었습니다.
이 혁신의 핵심적인 부분은 화학 물질을 스스로 재활용하여 폐기물을 줄이고 새로운 시약을 사용하는 필요성을 낮추는 능력입니다. 이 공정은 탄산나트륨과 황산나트륨이 풍부한 액체 흐름을 생성합니다. 연구진은 이 액체를 냉각함으로써 황산나트륨을 결정 형태로 결빙시켜 추출할 수 있으며, 남은 용액에는 다음 라운드의 공정에 다시 사용할 수 있을 만큼 충분한 탄산나트륨이 여전히 포함되어 있다는 것을 발견했습니다. 또한 그들은 탄산나트륨 결정 자체도 회수하여 공정의 시작 단계로 되돌릴 수 있었습니다. 이러한 폐쇄 루프(closed-loop) 설계 덕분에 시스템은 새로운 화학적 투입을 거의 필요로 하지 않으며 폐수 발생도 최소화합니다. 연구진은 이러한 재활용이 여러 차례의 사이클 동안 작동하여, 높은 효율성을 유지하면서도 화학적 균형을 안정적으로 유지할 수 있음을 확인했습니다.
최종 결과는 까다로운 혼합 폐기물을 일련의 가치 있는 분리된 흐름으로 바꾸는 효율적인 흐름을 만들어냅니다. 이 공정은 금이 풍부한 농축물, 은이 풍부한 흐름, 그리고 순수한 납과 바륨 황산염 제품을 산출합니다. 또한 경제적으로 타당하다면 추가로 처리할 수 있는 비스무트와 안티모니 같은 다른 회수 가능한 원소들이 농축된 잔류물을 남깁니다. 연구진은 고집스러운 황산을 용해 가능한 탄산염으로 전환하고, 작업에 사용된 화학 물질을 재활용함으로써, 효율적이면서도 환경을 고려한 방법을 만들어냈습니다. 이 접근 방식은 운영의 환경적 발자국을 최소화하면서 구리 양극 슬라임으로부터 귀금속 회수를 극대화할 수 있는 실질적인 방법을 제시합니다.
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