코발트가 함유된 세멘테이션 침전물로부터 미반응 아연 회수를 위한 자력선별

Abstract

아연제련공정에서 코발트 이온과 같은 불순물을 침전시키기 위해 아연 분말을 투입하는 분리 정액 공정인 세멘테이션 공정을 이용한다. 코발트를 완벽하게 제거하기 위하여 구리와 안티몬이 세멘테이션 이전에 활성제로 첨가된다. 세멘테이션 후 발생한 침전물은 금속간 화합물 형태이며 미반응 아연 및 환원된 구리, 코발트, 안티몬을 포함한다. 이 침전물은 유가금속을 함유하고 있으나 적절한 회수 방법이 없어 적치되고 있는 실정이므로 본 연구는 침전물 중 미반응 아연을 회수하기 위하여 자력선별을 적용하였다.

먼저 아연제련공정 침출 모사액에 니켈을 첨가한 후 아연 분말을 첨가하는 세멘테이션을 통해 니켈, 구리, 코발트, 안티몬 그리고 미반응 아연을 포함하는 침전물을 얻었다. 세멘테이션시 모사액의 초기 농도는 아연 150g/L, 구리 200mg/L, 코발트 10mg/L, 니켈 240mg/L이며 85℃, pH 3.3-3.7, 200rpm, 아연 분말 투입량 1%의 조건에서 30분 이내에 구리, 안티몬, 코발트, 니켈의 99% 이상이 침전되었다. 생성된 침전물에 대해 10,000 Gauss의 자석봉을 이용하여 180분간 자력선별을 실시하였다. 전체 금속 성분 중 니켈 53.4%, 구리 56.7%, 코발트 48.2%, 안티몬 57.0%, 아연 11.9%가 자착물로 농축되었으며 88.1%의 아연이 비자착물로 농축되었다.

두 번째로, 아연 370mg/L, 코발트 70mg/L, 망간 4360mg/L의 농도인 구리원광 침출 모사액을 제조하였다. 코발트의 농도는 자력선별하기에 충분히 높았으며 활성제로 구리 200mg/L, 안티몬 140mg/L를 투입한 후 85℃, pH 3.3-3.7, 200rpm, 아연 분말 투입량 1%의 조건에서 세멘테이션을 실시하였다. 실험 결과 코발트, 구리, 안티몬의 99% 이상이 30분 이내에 침전되었으며 망간의 경우 아연보다 용해도가 높아 침전되지 않았다. 생성된 침전물에 2,000 Gauss의 자석봉을 이용하여 10분간 자력선별을 실시한 결과 전체 금속 성분 중 아연 10.5%, 구리 57.7%, 코발트 59.9%, 안티몬 59.9%가 자착물로 농축되었으며 비자착물로 아연 89.9%, 구리 42.3%, 39.9% 코발트, 40.1% 안티몬을 농축하였다.

비자착물이 세멘테이션 공정에서 아연 분말을 대신하여 재사용이 가능한지 확인하기 위해 회수된 비자착물을 구리원광 침출 모사액에 투입하였다. 비자착물 표면의 코발트가 재용해될 것을 고려하여 코발트의 초기 농도를 조절하였으며 370mg/L 아연, 40mg/L 코발트, 80mg/L 안티몬, 4360mg/L 망간, 200mg/L 구리의 농도를 가지는 모사액에 85℃, pH 3.3-3.7, 200rpm, 비자착물 투입량 1%의 조건에서 세멘테이션을 실시하였다. 실험 결과 5분-15분까지 코발트의 99% 이상이 침전한 후 재용해하여 30분에 92.5%가 침전하였으며 구리, 안티몬은 99% 이상 침전하였다.

침전물의 자력선별에 의해 회수된 비자착물은 미반응 아연을 포함하고 있으며 세멘테이션 공정의 아연 분말로써 재사용이 가능하므로 기존에 적치되던 침전물의 총량을 감소시킬 수 있다.|In the Zn metallurgy process, the purification process uses a cementation with Zn metal powder to precipitate the impurity metals such as Co ions. Before Co cementation, Cu and Sb were added as activators for complete removal of Co. After cementation, the precipitate is composed of unreacted Zn and reduced Cu, Co and Sb in the form of an intermetallic compounds. Most of these precipitates remain stored because there is no proper recovery method. Therefore magnetic separation was applied to recover unreacted Zn from the precipitate.

First, Ni was added to simulated Zn leach solution and precipitates containing Ni, Cu, Co, Sb and unreacted Zn were obtained by adding Zn metal powder to the solution. After the initial concentrations of the simulated solution were adjusted to 150g/L Zn, 200mg/L Cu, 10mg/L Co, 240mg/L Ni, respectively, the cementation experiment was performed at 85℃, pH 3.3-3.7, 200rpm, 1% of Zn metal powder and the result shows that more than 99% of Cu, Sb, Co, Ni were precipitated within 30min. The precipitates were separated with 10,000 Gauss magnetic bar for 180min. As a magnetic fraction, 53.4% Ni, 56.7% Cu, 48.2% Co, 57.0% Sb and 11.9% Zn were concentrated, whereas 88.1% Zn was recovered as a non-magnetic fraction.

Second, considering copper ore leach solution, simulated solution of copper ore leachate was prepared with initial concentration of 370mg/L Zn, 70mg/L Co, 4360mg/L Mn. The concentration of Co was high enough to ensure magnetism of the precipitate. The cementation experiment was performed at 85℃, pH 3.3-3.7, and 200rpm, and 200mg/L Cu and 140mg/L Sb as activators as well as 1% Zn powder were added to the solution. The result shows that more than 99% of Co, Cu, Sb were precipitated within 30min, and all Mn remained in the solution because it has higher solubility than Zn. As a result of magnetic separation of the precipitate with magnetic bar of 2,000 Gauss for 10min, it was found to concentrate 10.5% Zn, 57.7% Cu, 60.1% Co, 59.9% Sb into magnetic fraction and 89.5% Zn 42.3% Cu, 39.9% Co, 40.1% Sb into non-magnetic fraction.

In order to confirm that the non-magnetic fraction is reusable as cementation agent instead of Zn powder, the powder was added to the simulated solution of copper ore leachate. Cementation was performed with initial concentration of Co containing the amount of Co of the non-magnetic fraction under the following conditions : 370mg/L Zn, 40mg/L Co, 80mg/L Sb, 4360mg/L Mn and 200mg/L Cu, 85℃, pH 3.3-3.7, 200rpm, 1% of adding non-magnetic fraction. The result shows that more than 99% of Co was precipitated over 5min-15min, after that Co was redissolved and precipitated 92.5% at 30min.

Therefore, the results suggest that the non-magnetic fraction containing unreacted Zn, which was obtained from cementation precipitate by magnetic separation, can be reused as cementation reagents. This means that not only can the cementation precipitate be reused economically, but also the amount of waste can be reduced.