금침출 - 시안침출의 대안, thiosulfate leaching

광업에서 시안 침출(cyanide leaching)은 금과 은의 회수를 위해서 거의 한 세기 이상이 사용된 방법입니다. 시안 침출은 저렴하고 높은 회수율을 얻을 수 있는 효과적인 방법이지만, 시안의 독성과 환경적인 문제, 느린 반응속도 등으로 인해 시안이 아닌(non-cyanide) 대체 침출제의 개발이 대두되었습니다. 

시안 및 대체시약(non-cyanide) 침출 범위 (클릭시 확대)

 

Thiosulfate 화합물을 이용한 침출은 개중 하나로, 실제로 이 기술을 적용한 플랜트가 상용 운전되고 있습니다 (Goldstrike TCM* leach project by Barrick gold corporation). 현재 상용 운전중인 TCM leach project에서는 티오황산칼슘(calcium thiosulfate, CaTS, CaS₂O₃)이 사용되는 것으로 알려져 있습니다.

*TCM (total carbonaceous matter)

Thiosulfate 화합물의 단점

 

앞서 언급되었듯, 상용 운전 중인 플랜트는 한 곳입니다 (글 작성 시점 기준). 그만큼 실제 공정에 적용하기에는 아직까지 단점이 명확하기 때문이며, 대표적인 예시로 아래가 있습니다.

 

· 광석 표면의 부동태화: thiosulfate 화합물의 분해(산화)물이 광석의 표면에 흡착되어 침출액이 광석의 표면과 작용하는 것을 방해

· 높은 시약 손실: thiosulfate 화합물이 polythionate로 분해되어 공정 회수율을 저해하고 시약의 소모율을 증가시킴

· 후공정(CIP, CIL etc.)에서의 낮은 금 선택성**

**거의 불가능한 것으로 알려져 있으며, 대체 회수방법(레진 - RIP, RIL 등)이 필요

 

이에 따라, 전체적인 효율은 시안을 사용하는 공정에 비해 낮습니다.

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Thiosulfate 화합물을 이용한 침출

 

(1) 암모늄 계열(Ammonical thiosulfate)

 

티오황산염 화합물 중 암모늄 계열의 화합물들은 가장 일반적으로 연구되는 시안 대체시약입니다. 티오황산암모늄((NH₄)₂S₂O₃)을 사용하는 경우 특히 금의 산화에 촉매처럼 역할을 해주는 구리가 중요하며, 티오황산암모늄-금-구리간의 가장 이상적인 반응식은 아래와 같습니다.

 

티오황산암모늄을 이용한 금 침출 모식도

 

(2) 비암모늄 계열(Non-ammonical thiosulfate)

 

암모늄의 존재는 시안에 대한 우려에 비하여 훨씬 적지만, 암모늄이 없는 화합물을 사용함으로써 청정 공정을 구축하기 위해 연구되고 있습니다.  또한, 암모늄은 Cu²⁺(cupric) 이온의 안정성을 저해하고 Cu²⁺와 티오황산염간의 반응을 증가시킵니다. 이에 따라, 티오황산염의 손실을 감소시키고, 금의 용해 및 이온 교환 레진을 통한 회수율을 증가시키기 위해서 비암모늄 계열의 티오황산염 침출법을 개발하고 있습니다. 대표적으로 아래의 방법이 있습니다.

 

· In-situ Thiosulfate Leaching

· Thiosulfate pressure Leaching

· Calcium-Thiosulfate (CaTS) Leaching: TCM Leach project에서 상용 운전중인 방법