침출 - Acidic leachate(산 침출제)

광석(ROM) 또는 정광(Concentrate)에 포함되어 있는 금속 성분을 녹이는 침출 공정에서 선택 및 사용되는 용매는 주로 무기산입니다. 또한, 목적하는 금속 성분을 녹일 수 있고, 녹인 금속을 이온 형태로 유지할 수 있는  침출제가 선택되어야 합니다. 이 때, 금속 또는 화합물이 산에 녹을 수 있는지에 대한 여부는 표준환원전위로 확인할 수 있습니다. 대표적으로, 아래의 구리(Copper, Cu)를 예시로 들 수 있습니다.

 

[예시] 구리 침출을 위한 용매

구리 산화광과 다르게 구리는 황산(H₂SO₄)에 녹지 않으며, 질산(HNO₃)으로 녹일 수 있습니다. 이는, 황산은 수소이온(H⁺)을 이용하여야 하는 반면, 질산은 NO₃^-에 의해서 구리가 용해되기 때문입니다.

 

Reduction Half-Reaction	E0 (V)			Remark
NO3-(aq) + 2H+ + e- → NO2(g) + H2O	0.80			Oxidizing Agent
Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)	0.34
2H+(aq) + 2e- → H2(g)	0			Reducing Agent

위의 표준환원전위를 이용하여 대략적인 반응을 계산한 결과는 아래와 같습니다. (정확한 반응식이 아닌, Gibbs Free Energy가 양수인지 음수인지만 간단히 파악)

 

 

 

△G=-nFE이므로, 반응식 (1.1)과 (1.2)의 합을 통해 기전력이 음수인 황산은 구리를 용해시킬 수 없으며, 기전력이 양수인 질산은 구리가 용해됨을 알 수 있습니다*.

*깁스 자유에너지(Gibbs Free Energy, △G)는 0보다 작은 경우 자발적, 큰 경우 비자발적 반응을 나타냄

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산 침출제: Acidic leachate

 

아래의 산은 광업 혹은 산업 현장에서 쉽게 접할 수 있는 산의 종류입니다.

 

(1) 산 침출제

 

산은 흔히 아래와 같이 무기산(inorganic acid)과 유기산(organic acid)로 구별합니다.

 

- 무기산(inorganic aicd): 무기물질로 이루어진 산의 총칭으로, 일반적으로 탄소 원자를 함유하지 않은 산(탄산은 예외)

- 유기산(organic acid): 유기화합물 중 산성을 띄는 것으로 가장 흔한 유기산은 카르복실기(-COOH)를 가지는 산

 

대부분 광업현장에서 사용되는 산은 무기산인 경우가 많습니다. 무기산은 흔히 광산((鑛酸, mineral acid)으로도 불리는데, 이는 광물에서도 산이 생성되기 때문입니다. 무기산은 강산, 유기산은 약산으로 구별되는데,강산과 약산의 구별법은 해당 링크에서 확인하실 수 있습니다. 아래는 대표적인 무기산입니다.

- 황산(Sulfuric acid, H₂SO₄)

- 염산(Hydrochloric acid, HCl)

- 질산(Nitric acid, HNO₃)

- 인산(Phosphoric acid, H₃PO₄)

- 불산(Hydrfluoric acid,  HF)

 

다음은 대표적인 유기산입니다.

 

- 아세트산(Acetic acid, CH₃COOH)

- 시트르산(Citric acid, CH₂COOH-C(OH)COOH-CH₂COOH)

 - 옥살산(Oxalic acid, (COOH)₂)

 

(2) 혼산(Mixed acid)

 

위의 산 침출제와 다르게 혼산은 일반적으로 시료 내에 있는 물질들을 정량하기 위하여 사용되는 산입니다. 대표적인 혼산인 왕수 이외에도 그 비율을 반대로 혼합한 역왕수, 황산을 추가로 첨가하는 황왕수 등이 있습니다.

 

2-1) 왕수(Aqua Regia, HCl + HNO₃)

 

농염산과 농질산을 3:1의 비율로 혼합한 혼산입니다. 아래의 그림과 같이, 농염산과 농질산을 섞는 즉시 수 초 이내에 노란색으로 변하며, 이내 곧 주홍색으로 변합니다.

Aqua Regia 색 변화 (King's water)

 

이는, 염산과 질산이 반응하며 생성하는 NOCl_(g)와 Cl_2(g)에 의한 영향입니다.