구리전해채취 - 전기동의 생산: IsaKidd Process™

현재, 전해채취를 통한 전기동의 생산 공정은 IsaKidd Process™(현재 Glencore가 Trademark 소유)가 가장 대표적입니다. 이는, 아래와 같은 경과를 통해 발전된 형태의 프로세스입니다. (Isa Process™와 Kidd Process™ 모두 구리의 전해정련 공정에서부터 시작한 것이나, 지금 이 공정은 전해정련과 전해제련 구분없이 적용하고 있음)

 

공정의 발전 및 역사

 

· (1978) 최초로 Stainless-Steel Cathode를 사용하기 시작한 Isa Process™의 개발 - MIM in Townsville, Australia

· (1980) Isa Process™의 상업화

· (1985) Kidd Process™의 개발 - Kidd Creek Refinery in Timmins, Canada

· (1992) Kidd Process™의 상업화

· (2006) Xtrata가 두 프로세스를 소유 및 이를 IsaKidd Process™로 발전

· (2013) Glencore의 Xtrata 인수

 

IsaKidd Process™의 전신인 두 공정은 기존 공정과 비교하였을 때, 아래의 장점이 있습니다.

 

· (Permanent stainless steel starter sheet의 사용*) 기존에는 일회성의 copper starter sheet를 사용하며 이 위에 구리를 전착시켜 생산

· (CSM**과 같은 자동화의 공정 적용) 기존 방법은 copper starter sheet에 전착된 것을 수작업으로 떼어내어야 했음 - 노동집약적

· (고순도의 구리 생산) Copper starter sheet는 전착과정에서 휘는(warp) 경향이 있으며, 이는 LME 기준 등의 specification을 만족시키기 어려움

 

*Stainless Steel을 구리를 전착시키기 위한 음극으로 처음 사용하기 시작 

**CSM: Cathode Stripping Machine

 

ICSG(International Copper Study Group)의 조사에 따르면, IsaKidd Process™을 적용하여 생산하는 구리는 전세계 생산량의 약 60%을 차지하고 있습니다. (The World Copper Factbook 2011)

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Isa Process™ & Kidd Process™ 차이점

 

아래의 두 프로세스의 주요한 차이는 ① 헤더바(header bar)의 재질, ② wax의 사용 유무 그리고 ③ CSM(Cathode Stripping Machine)의 구조입니다.

 

(1) Isa Process™

 

· Cathode header bar: Stainless steel

· Wax use: Wax를 cathode 하단에 발라, 음극의 양면에 전착되는 구리가 달라붙지 않도록 하여 분리된 2개의 전기동 (copper cathode) 생산

· CSM: U-Type으로 feed line과 discharge line 사이를 관통하는 컨베이어가 있음(traverse conveyor). 공정상의 특성으로 인해 wax를 바를 수 있도록 디자인되어야 함 

 

(2) Kidd Process™

 

· Cathode header bar: Solid copper welded on stainless steel sheet - 전압손실을 최소화

· Wax use: Wax를 cathode 하단에 바르지 않기 때문에, 음극의 양면에 전착되는 구리가 서로 붙으며 V-형태의 copper cathode 생산*

· CSM: Carousel type(공항의 수하물 컨베이어 벨트와 같이 원형으로 회전하는 형태)

 

*Wax는 최종 산물(copper cathode)을 오염시키는 원인이므로, wax 없이 생산하도록 프로세스 설계

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Cathode Stripping 순서 및 구성: Cathode Stripping Machine

 

Copper cathode를 mother plate로부터 분리하기 위해서, 자동화된 시스템이 CSM(Cathode Stripping Machine)을 사용합니다. 아래는 간단한 Cathode stripping 순서 및 CSM의 구조를 나타낸 것입니다.

 

① Copper Cathode Receiving: 구리가 충분히 전착된 음극을 크레인(crane)을 이용하여 feed Line으로 옮김 

② Copper Cathode Washing: 음극에 남아있는 전해액을 씻어냄

③ Cathode to Stripping: Robot을 이용하여 stripping machine이 있는 곳으로 cathode를 이동시킨 후 전기동과 음극을 분리

④ Cathode to Refurbishment: 구리를 떼어낸 음극을 다시 전해조에 넣기 이전, 전처리를 위하여 discharge line으로 옮김

⑤ Copper Cathode Refurbishment: 구리가 전착 후에 잘 떼어질 수 있도록 표면을 처리함(polishing 등)

⑥ Copper Cathode Stacking: 떼어낸 전기동을 쌓아 적당한 무게가 나가도록 bundle을 만들도록 함

⑦ Copper Cathode to Weigh & Packing