2020. 8. 13. 12:40ㆍGeology & Mining/Geology (지질)
구리(Copper)는 전성 및 연성의 특성을 가지고 있는 금속원소입니다. 또한, 뛰어난 열과 전기 전도성을 가지고 있으며 부식에 대한 내성 및 항균성을 가지고 있습니다. 이러한 구리는 지각 상에서 다양한 형태로 존재합니다. 주로 황화광(황동석, 반동석, 휘동석, 코벨라이트), 탄산염광(남동석, 공작석), 규산염광(규공작석, 디옵테이즈) 혹은 자연구리(Native Copper)의 상태로도 발견됩니다.
아래는 구리 광상의 형태에 따른 생산지와 그 생산 비중을 나타내고 있습니다.
아래는 이러한 구리 광석들이 모여있는 광상과, 대표적인 광물들입니다.
| I. Copper Deposit: 구리광상 |
구리 광산은 두 유형의 광상, PCD(Porphyry Copper Deposite)와 SSCD(Sediment-hosted Stratabound Copper Deposit)에서 생산 및 공급되는 구리가 약 80% 이상입니다*. (PCD가 60%, SSCD가 20%를 차지)
*ICGS The World Copper Factbook 2019
(1) PCD (Porphyry Copper Deposit)
반암동광상은 열수(Hydrothermal Fluid)와 함께 혹은 열수가 침입한 이후에 반암이 관입하며 형성된 것입니다. 초기에 저품위의 황화광이 대규모로 퍼져있으며, 이후 표성부화광상(Supergene Enrichment Deposit) 또는 2차 황화광 부화대(Secondary Sulfide Enrichment)*를 형성하는 특징이 있습니다.
따라서, 반암동광상에서는 황화광과 산화광이 함께 산출되기도 하여, 공정 설계시 각각을 선별하여 황화광은 주로 건식제련을 위한 정광(Concentrate)으로 산화광은 습식제련을 통한 전기동(Copper Cathode)으로 생산하여 판매하는 경우도 있습니다**.
**[참고] 전해채취 - 전해조의 구성 및 금속 석출량 계산
[참고] Supergene Enrichment or Secondary Sulfide Enrichment
2차 황화광 부화대라고 하며 이는, 황화광을 다량 함유하는 광체가 지표 혹은 지표부근, 산화환경에 노출될 때 광물의 금속 성분들이 용해 및 추출(침출)되어 지하수에 의해 하부로 이동되며 환원환경인 지하수대에서 재침전 및 농집된 곳(현상)을 지칭합니다.
① Gossan
˙광상의 최상부에 위치하며 거의 철 수산화물, 주로 갈철석(Limonite, Fe(OH)3), 만이 남아있는 상태.
˙유용광물들은 모두 용해되어 아래로 이동하여 상대적으로 공극이 많음.
② Leached Zone
˙고산 바로 아래에 위치하여, 고산에 비하여 금속성분들이 비교적 덜 용해되어 황화광이 아직 남아있는 상태.
③ Oxide Zone
˙유용광물이 용해 및 하부로 이동된 후, 주변의 환경(지하수, 주변의 암석 등)에 의하여 산화광(탄산염, 규산염 등)을 형성
˙공작석(Malachite), 남동석(Azurite) 및 규공작석(Chrysocolla)이 주를 이루며, 경우에 따라 황화광도 존재
④ Enrichment Zone
˙지하수면의 하부, 환원환경하에 이차황화광물이 부화되는 곳.
˙철성분이 상대적으로 적은 황화동광인 휘동석(Chalcocite), 반동석(Bornite) 및 코벨라이트(Covellite)가 주를 이룸.
⑤ Primary Mineralization Zone
˙원암이 풍화되지 않은 채로 존재하는 곳으로, 1차 황화광물인 황동석(Chalcopyrite) 및 황철석(Pyrite)이 주를 이룸.
(2) SSCD (Sediment-hosted Stratabound Copper Deposit)
| II. Copper Ore: 구리광석 |
(1) Sulfide Ore
황화동광은 산화동광(혹은 탄산염, 규산염광)과는 다르게 황산만으로 용해하기에는 시간이 오래 소요됩니다. 저품위의 황화광의 경우 Heap Leaching, Dump Leaching 등으로 황산침출(이후 산화동광과 같이 SX-EW 습식제련법)으로 처리하기도 하나, 고품위의 황화동광은 주로 건식제련을 이용하여 생산되는 구리의 원광이 됩니다. 아래는 대표적인 황화동광입니다.
Chalcopyrite (황동석)
Primary Sulfide Ore
화학성분: CuFeS2
황화동광 중 가장 흔한 광석 중 하나.
세계적으로 가장 많이 분포하는 구리광상인 반암동광상(PCD)에서 반동석과 함께 산출.
순수한 황동석은 약 34.5%의 구리를 함유.
Bornite (반동석)
Primary Sulfide Ore
화학성분: Cu5FeS4
황동석과 함께 반암동광상에서 산출.
순수한 반동석은 63.3%의 구리를 포함.
Chalcocite (휘동석)
Secondary Sulfide Ore
화학성분: Cu2S
열수광상에서 일차황화광으로 발견되는 경우도 있음.
대부분의 경우 산화대 아래의 이차황화물부화대 부근에서 발견됨.
순수한 휘동석은 약 66.6%의 구리를 포함.
(2) Others: Oxide, Hydroxide, Carbonate, and Silicate Mineral
산화동광(혹은 탄산염/규산염광)은 구리광산의 산화대에서 발견됩니다 (편의상 아래와 같이 탄산염, 규산염 등으로 나누지 않고 산화광으로 불리기도 함). 실온에서 황산만으로도 쉽게 용해가 가능하며, 산 소모량이 많이 요구될 경우 알칼리 침출법으로 처리하기도 합니다. 품위가 상대적으로 높은 경우에는 광석을 교반시켜 침출하는 Tank(Agitation) Leaching을 이용하며, 이후에는 용매추출 및 전해채취를 통해 구리 금속을 생산합니다.
Malachite (공작석)
Carbonate/Hydroxide Ore
화학성분: CuCO3(OH)2
산화동광 중 구리 생산을 위한 주요 원료임.
남동석, 침철석, 방해석 등과 공생하는 경우가 많음.
탄산염의 근원이 되는 석회석 주변에 위치한 구리광상에 존재.
순수한 공작석은 약 58%의 구리를 함유.
Chryscolla (규공작석)
Silicate Ore
화학성분: CuSiO32H2O
산화동광 중 구리 생산을 위한 주요 원료이며, 공작석 등과 함께 산화대에서 산출.
순수한 규공작석은 약 33.9%의 구리를 함유.
Azurite (남동석)
Carbonate/Hydroxide Ore
화학성분: Cu2(CO3)2(OH)2
공작석과 마찬가지로, 탄산염의 근원이 되는 석회석 주변에 위치한 구리광상에 존재.
산화대에서 발견됨.
순수한 남동석은 약 55.3%의 구리를 포함.
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