구리 양극 슬라임에는 막대한 양의 금과 은이 함유되어 있지만, 습식 염소화로 이를 회수하려면 화학적 정밀성과 환경적 엄격성 사이의 어려운 균형이 필요합니다. 구리 전해정제 잔류물에서 금, 은, 백금족 금속 및 기타 부산물을 회수하기 위한 완전한 수습금속 공정이 개발되었습니다.
이 글에서는 슬라임 처리의 지속 가능한 발전을 소개하며, 특히 귀금속과 셀레늄의 침출 최적화에 초점을 맞춥니다. 연속식 인라인 산화-환원 전위 (ORP) 모니터링을 활용하면 작업자는 침출 반응의 정확한 종말점을 파악할 수 있습니다. 이러한 정밀성은 고가의 시약 사용을 크게 줄이고, 회수율을 높이며, 전반적인 효율성을 향상시킵니다.
지속 가능한 개발은 현대 광물 처리의 핵심 요소가 되었습니다. 경쟁력을 유지하기 위해 광업 기업은 자원 회수 극대화와 수익성, 안전성, 운영 효율성을 향상시키는 기술 발전의 채택에 집중해야 합니다. 이러한 개선의 핵심 분야 중 하나는 전해정련 과정에서 방출되는 불용성 물질인 구리 양극 슬라임의 처리입니다. 이 슬라임은 구리, 금, 은, 셀레늄, 텔루륨, 백금족 금속이 복합적으로 섞인 혼합물입니다. 기존 회수 방법은 습식 염소화와 같은 고도화된 습식 제련 공정으로 대체되고 있으며, 이는 원소 염소 가스보다 더 안전하고 정밀한 대안을 제공합니다.
이 글은 Dr. Shijie Wang이 Rio Tinto Kennecott Copper Refinery에서 개발한 공정 화학과 기술 혁신을 소개하며, 이를 통해 더욱 간결하고 생산적인 금 침출 공정을 가능하게 합니다.
그림 1: 귀금속 공장의 슬라임 처리 물질 흐름도
현대 광물 처리의 핵심은 "총 자원 회수(Total Resource Recovery)"를 추구하는 데 있습니다. 주 구리 생산을 넘어, 금과 셀레늄 같은 고부가가치 원소를 효율적으로 분리해 내는 능력이 정련소의 장기 수익성과 환경 영향을 좌우합니다. 이 맥락에서 지속 가능한 개발은 다음에 중점을 둡니다:
이전에는 잔류물로 손실되던 미량 PGM과 셀레늄을 회수합니다.
탱크의 거품 발생과 과염소화를 비롯한 병목 현상을 제거합니다.
더 안전한 산화제 대안을 활용하고 화학 물질 배출을 줄입니다.
전해정련 공정에서는 불용성 물질—슬라임—이 전지의 바닥에 축적됩니다. 이러한 슬라임에는 Au, Ag, Se, Te, Pb 및 PGM이 다양한 농도로 포함되어 있습니다. 현대적으로 최적화된 회수 공정은 일반적으로 다음 단계를 따릅니다:
금 대 은 비율이 높은 슬라임에는 습식 염소화가 선호됩니다. 이 공정은 염산(HCl)에 넣은 슬라임의 교반 슬러리 내에 과산화수소(H2O)를 정량적으로 첨가하는 방식을 사용합니다.
반응 환경은 납 황산염을 염화물로 전환하는 동시에 금과 셀레늄을 산화 및 용해합니다. 그러나 이를 면밀히 모니터링하지 않으면 부반응으로 인해 시약이 촉매적으로 분해될 수 있습니다. 주요 화학 반응은 다음과 같습니다:
급격한 발포(종종 반응 5에서 발생하는 산소 발생으로 인해 생김)와 같은 운영 병목을 방지하고 염소가스 생성을 최소화하기 위해, 시약 투입량은 실시간 데이터에 기반하여 신중하게 제어되어야 합니다.
그림 2: 습식 염소화 공정의 제어 차트
습식 염소화 단계는 귀금속 공장의 핵심 가치 창출 요소입니다. 이 반응은 발열성이 매우 크고 가스가 급격히 발생하기 쉬우므로, 안전성과 효율성을 유지하기 위해 수동 샘플링만으로는 충분하지 않습니다. 정밀한 제어가 필요하며, 이는 두 가지 극단을 방지하기 위함입니다: 과소 침출은 고가의 금이 고체 잔류물에 남게 하고, 과도한 염소화는 과도한 시약 비용과 유해한 염소가스 발생으로 이어집니다.
ORP 모니터링은 용액의 산화 상태를 지속적이고 실시간으로 보여주는 지표를 제공합니다. 염소화 환경에서 "산화력"은 용존 산화제의 농도와 금속 용해의 진행 정도와 직접적으로 상관됩니다.
측정은 pH/ORP 복합 센서를 사용하여 수행됩니다. pH 유리 전극이 산도를 모니터링하는 동안, 백금(Pt) 측정 전극은 전자를 주거나 받는 역할을 합니다.
산화 환경에서는 용액이 백금에서 전자를 "끌어당겨" 양(+)의 밀리볼트(mV) 전위를 생성합니다.
안정적인 기준 전극과의 이러한 전압 차이는 H2O2 공급을 자동화하는 데 필요한 세밀한 데이터를 제공합니다. 금이 용해됨에 따라 mV 측정값은 예측 가능하게 변하며, 이를 통해 침출 주기의 디지털화된 "지문"을 얻을 수 있습니다.
습식 염소 처리 탱크 내부의 조건은 민감한 계측 장비에 매우 열악한 것으로 잘 알려져 있습니다. 고농도 염산, 마모성 부유 고형물, 그리고 염화납이 저울을 형성하려는 경향은 센서 오염이나 기준 접합부 중독으로 빠르게 이어질 수 있습니다. 지속적인 수동 개입 없이 연중무휴 24시간 측정 신뢰성을 보장하기 위해, 현대적인 시설에서는 자동화된 센서 유지보수 시스템을 활용합니다:
그림 4의 다이어그램은 측정 지점에 EasyClean™ 세정 시스템이 통합된 모습을 보여줍니다. ORP 측정값과 H2O2 투입량의 실시간 기록은 그림 5에 나타나 있습니다.
그림 4: ORP 측정 시스템의 개요
인라인 모니터링의 궁극적인 목표는 반응의 동역학적 종말점을 식별하는 것입니다. H2O2가 추가되면 ORP 값은 상승합니다. 일반적으로 700mV 이상에서 관찰되는 mV 곡선의 평탄부는 금이 HAuCl4.로 완전히 착물화되었음을 나타냅니다.
이 곡선을 실시간으로 추적함으로써 작업자는 완료와 동시에 "종료 확인" 단계로 전환할 수 있습니다.
이와 같은 데이터 기반 접근 방식은 과도한 약품 투입에 대한 "안전 여유"를 없애고, 시약 비용을 크게 줄이는 동시에 잔류액에서의 금 손실을 절대 최소화할 수 있도록 보장합니다.
그림 5: 인라인 ORP 측정
전통적인 수작업 침출 방식에서 자동화된 완전 습식 제련 회수 방식으로의 전환은 정련 공정의 진화에서 중요한 도약을 의미합니다. 구리 아노드 슬라임에서 귀금속을 회수하는 일은 더 이상 "무차별적인" 화학 약품 투입의 문제가 아니라, 정밀 제어의 영역입니다.
첨단 기술, 특히 지능형 인라인 ORP 모니터링과 자동 센서 유지보수를 통합함으로써, 정련소는 가혹한 공정 환경이 지닌 본질적인 과제를 극복할 수 있습니다.
실시간으로 금 침출 반응의 반응 속도론적 종말점을 정확히 파악할 수 있는 능력은 세 가지 측면 모두에 이익을 제공합니다:
경제적 | 운영 | 환경 |
| H2O2 및 HCl과 같은 고가의 시약 사용량을 크게 줄이면서 금, 은, PGMs의 회수율을 극대화합니다. | 디지털화된 로직과 예측 진단을 통해 탱크 발포와 수동 샘플링 지연과 같은 공정 병목을 제거합니다. | 액체 산화제 사용과 화학물질 사용량 감소를 통해 안전성을 향상시키며, 제련 성능을 글로벌 지속가능성 프레임워크에 부합시킵니다. |
궁극적으로 데이터 기반 습식 제련으로의 전환은 원자재 가격 변동과 강화되는 규제 환경 속에서도 정련소가 경쟁력을 유지하도록 보장합니다. 이러한 지능형 센서 시스템을 도입함으로써 "총 자원 회수"는 개념적 목표에서 운영 현실로 나아가며, 귀금속 생산의 지속 가능하고 수익성 있는 미래를 확보합니다.
