초미세분쇄 - 기계화학(Mechanochemistry)적 반응유도

결정의 화학적 결합구조의 변화는 온도나 시약 등 뿐만 아니라 파분쇄 반응으로도 발생할 수 있으며 회전밀(Tumbling Mill), 그 중에서도 가장 일반적인 볼밀이 흔히 사용됩니다. 특히 shaker mill 혹은 planetary mill과 같이 광석을 아주 곱게 가는 경우 더욱 효과적일 수 있습니다. 메카노케미스트리는 서로 다른 두 물질을 갈아서 합성시키거나, 광석의 화학조성을 변화시켜 공정상 가공하기 쉽도록 변형시키는 연구도 많이 이루어지고 있습니다.

기계화학반응 이후 물질의 합성은 단순히 막자와 사발(pestle and mortar)만을 이용하는 경우에도 발생

 

우선, 기계화학적인 방법을 이용하는 경우 물, 기름과 같은 용매(solvent)가 필요없고, 이에 따라 유입되는 불순물의 종류나 양도 적어지는 장점이 있습니다. 따라서, 암모니아(ammonia), 나노 단위의 합금 등을 제조하는 등, 상용화 연구가 이루어지고 있습니다.

 

아래에서는 이러한 메카노케미스트리가 광업 및 제련업에서 어떻게 적용시키고자 하는지와 예시를 간략하게 소개하겠습니다.

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(1) Copper ore sulfidization

 

산화 혹은 황화 구리광석(Copper ores)의 부유선별(flotation) 혹은 다른 연계 공정상의 효율을 높이기 위해 황과 같이 분쇄함으로써 구리광석을 황화(sulfidization)시키는 방법이 연구되고 있습니다.

 

(2) Lithium ore

 

리튬광석(Lithium ores) 중 하나인 스포듀민은 여러 결정형태가 있으나 광상에서 주로 발견되는 α-spodumene은 꽤나 다루기가 어려운 광석입니다. 이 광석을 처리하기 위하여 일반적으로 이용되는 방법은, 900~1100˚C에서 가소(calcination)처리하여 결정상을 β-spodumene으로 바꾸는 것으로 시작합니다. 에너지가 많이 필요한 공정인만큼, 기계화학적인 처리를 통해 스포듀민의 결정상을 변형시킴으로써 이 공정을 개선시키려는 노력이 이루어지고 있습니다.

 

(3) Nickel laterite

 

니켈의 주광상 중 하나인 라테라이트 또한 고온고압 침출법(Pressure Leaching)을 사용하는 등 에너지가 많이 소요됩니다. 니켈 라테라이트 또한 온도를 위한 에너지, 산 소모량 등을 개선하기 위하여, 화학조성을 변형시킴으로써  공정을 개선하려는 노력이 이루어지고 있습니다.

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위의 광석들과 같이 기존에 에너지 소모량이 심했던 광석, 이 외에도 기존에 개발이 어려웠던 광석을 기계화학적 방법을 도입하여 개선하려는 노력이 이루어지고 있습니다. 다만, 볼밀 등 분쇄기기 또한 광업분야에서 에너지가 거의 가장 많이 소모되는 장비임을 고려해야할 것입니다.