Roasting(배소)

광석의 배소는 산화와 같은 광물의 화학조성을 변화시키기 위하여 가열에 의해서 광석을 처리할 때 이용되는 방법입니다. 광석 중에 포함되어 있는 휘발성분(H₂O, CO₂ 등)을 제거하는 조작인 하소(가소, calcination)와는 차이가 있으나, 배소 또한 보다 고온에서 증발되는 성분(S, As 등)을 제거하는 작용을 포함하고 있습니다.

reduction roasting of hematite

배소는 용융점 이하의 고온에서 화학조성 변화와 이에 수반될 수 있는 물리적 성질 변화를 일으키기 위하여 가열하는 것입니다. 이를 통해, 선광, 침출 등의 이어지는 공정에서 처리하기 쉬운 형태로 바꾸는 것입니다. 배소의 유형에는 다음이 있을 수 있습니다.

 

(1) Oxidizing roasting(산화배소)

 

산화배소는 가장 많이 도입되는 배소 형태입니다. 광석에 과량의 산소와 열을 줌으로써, 특히 황(S)과 같은 불순물을 부분 혹은 완전히 산소(O)로 대체되는 완전배소(dead roasting)의 과정을 거칩니다. 아래는 아연을 생산하는 과정에서 정광인 섬아연석(ZnS)을 산화배소를 통해 산화아연(ZnO)으로 변화킨 것입니다.

 

2ZnS_(s) + 3O_2(g) → 2ZnO_(s) + 2SO_2(g)

 

(2) Reduction roasting(환원배소)

 

환원배소는 산화배소와 반대로 환원제를 넣어줌으로써, 산화광/산화물을 저급 산화물이나 금속 상태로까지 환원시키는 법입니다. 아래와 같이 적철석(Fe₂O₃)을 자성이 있는 자철석(Fe₃O₄)으로 환원하는 배소가 있으며, 이러한 경우에는 자성을 갖도록 배소한다하여 자화배소라고도 합니다.

 

3Fe₂O_3(s) + CO_(g) → 2Fe₃O_4(s) + CO_2(g)

 

(3) Soda roasting(소다배소)

 

주로 소다회(soda ash, Na₂CO₃)를 이용한 배소법으로, 소듐(sodium)의 작용으로 많은 경우 물에 용해가 가능한 "나트륨염"의 형태로 변환시키는 것이 주목적입니다. 이 예로서는 텅스텐 제련에서의 철망간 중석((Fe, Mn)WO₄) 등으로부터의 텅스텐(W) 추출이 있으며, 이 밖에도 바나듐(V), 크롬(Cr) 등의 회수에 이용되는 방법입니다.

 

4(Fe, Mn)WO_4(s) + 8Na₂CO_3(s) + 3O_2(g) → 8Na₂WO_4(s) + 2Fe₂O_3(s) + 4MnO_2(s) + 8CO_2(g)

 

(4) Chlorization roasting(염화배소)

 

염화배소는 소다배소와 유사하게 광석 이외의 첨가제와 함께 배소함으로써, 금속화합물을 염화물(chloride)의 형태로 변환시키는 것입니다. 이 또한 많은 경우 물에 용해가 가능하며, 타이타늄(Ti) 등 여러 금속의 회수 공정에 사용됩니다.

 

2NaCl + MS + 2O₂ → Na₂SO₄ + MCl,4NaCl + 2MO + S₂ + 3O₂ → 2Na₂SO₄ + 2MCl₂