콩고산 구리 및 코발트 원광으로부터 황산 침출법에 의한 유용광물 추출 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 콩고민주공화국 카탕가지역으로부터 입수한 구리 및 코발트 원광으로부터 사전 광물학적 연구를 통하여 원광의 특성을 규명하고 입도조절을 통해 황산을 통한 침출법 적용 시 최적의 시료의 입도 크기를 확인 하고자 연구를 실시하였다. 또한 환원제의 첨가를 통해 주 목적 광물인 구리 및 코발트의 침출율 향상을 도모 하였으며 온도에 따른 침출 거동을 확인함으로써 현지에서 침출법 적용 시 최적의 침출 조건을 확인하기 위한 연구를 수행 하였다.

주사전자현미경(FE-SEM)과 전자현미경(EPMA)을 통한 원광의 분석 결과 전체적으로 풍화를 많이 받은 산화광으로 규명되었으며 원광을 시간별로 분쇄하여 X선 회절 분석기(XRD)를 통한 분석 결과 입도 사이즈가 200mesh 이상에서 구리 및 코발트 함유 광물인 Malachite(Cu2(OH)2CO3)와 Spherocobaltite(CoCO3)등이 확인되었다.

화학적 모델링을 위한 Stabcal Simulation을 통해 황산 침출법 적용 시 침출 거동을 예측하고 이를 토대로 환원제인 과산화수소(H2O2)를 첨가함으로서 코발트를 환원함으로서 침출율 향상을 도모하였다.


환원제인 과산화수소(H2O2)를 첨가하지 않고 0.36M～1.1M의 황산(H2SO4)을 이용하여 침출법을 적용 하였을 시 구리의 경우 약 80%, 코발트의 경우 15%의 회수율을 보였으나 0.008M～0.042M의 과산화수소를 환원제로서 첨가하였을 시 20℃에서 구리의 경우 90%이상, 코발트의 경우 80%이상의 침출율을 보였다.

온도와 원광의 입도 크기에 따른 침출 거동을 확인하기 위하여 10℃, 20℃, 30℃ 온도별로 원광을 입도별로 나누어 침출법 적용한 결과 100mesh이상의 원광에서는 침출율이 크게 차이가 없었으며 온도가 30℃일 때 침출율이 가장 좋은 것으로 확인 되었다.

30℃의 온도 조건에서 황산 0.36M, 과산화수소 0.025M, 원광의 입도크기가 125㎛에서 구리의 경우 90%이상, 코발트의 경우 90%이상의 침출율을 보여 최적의 침출 조건임을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구의 목적 1
• 제2절 연구의 내용 3
• 제2장 이론적 고찰 4
• 제1절 구리의 개요 4
• 1. 구리의 특성 및 용도 4
• 2. 구리의 부존 특성 4
• 3. 세계 구리 생산량 및 부존 현황 6
• 4. 국내의 구리 부존 현황 6
• 제2절 코발트의 개요 7
• 1. 코발트의 특성 및 용도 7
• 2. 코발트의 부존 특성 8
• 3. 세계 코발트 생산량 및 부존 현황 9
• 4. 코발트의 국내 소비량 10
• 제3절 구리 및 코발트 회수 기술 11
• 1. 구리 및 코발트 정제기술 12
• 가. 구리의 정제기술 12
• 나. 코발트의 정제기술 14
• 제4절 Leaching의 기본원리 및 응용 15
• 1. Leaching의 정의 15
• 2. Leaching의 응용 15
• 가. In situ leaching 16
• 나. Dump leaching 17
• 다. Heap leaching 18
• 라. Vat leaching 19
• 제3장 기초 실험 및 분석방법 20
• 제1절 기초 실험 20
• 1. 기초 실험재료 20
• 가. 광물학적 조사 20
• 나. 입도조절 31
• 2. 기초 실험방법 37
• 가. 콩고 구리-코발트광의 혼합산을 이용한 입도별 샘플 완전분석 37
• 나. 황산(H2SO4)을 통한 침출(Leaching) 실험 38
• 다. 과산화수소(H2O2) 첨가를 통한 침출 실험 39
• 라. 원광의 온도별 과산화수소(H2O2) 첨가를 통한 침출 실험 40
• 제2절 분석방법 41
• 제4장 유용광물의 용출을 위한 열역학적 모델링 44
• 제1절 Stabcal 프로그램에 의한 유용광물의 열역학적 모델링 해석 44
• 1. Stabcal 프로그램의 개요 44
• 2. 구리 및 코발트 침출을 위한 pH-Eh 모델링 해석 45
• 제5장 실험 결과 47
• 제1절 실험의 결과 및 분석 47
• 1. 콩고 구리-코발트광의 혼합산을 이용한 완전분석 47
• 2. 황산용액(H2SO4)을 통한 침출(Leaching) 실험 49
• 3. 과산화수소(H2O2) 첨가를 통한 침출율 향상 51
• 4. 원광의 입도별 온도 변화에 따른 과산화수소(H2O2) 첨가를 통한 침출 실험 56
• 제6장 결론 65
• 참고문헌 67
• (Abstract) 72