추출 야금

Extractive metallurgy

추출 야금학은 금속을 천연 광물 퇴적물에서 추출하는 과정과 방법을 연구하는 야금 공학의 한 분야이다.이 분야는 재료 과학으로, 다양한 용도에 적합하도록 순수 금속과 그 합금의 광석의 유형, 세척, 농축, 분리, 화학적 과정과 추출의 모든 측면을 망라합니다. 때로는 완제품으로 직접 사용하기 위해, 그러나 더 많은 경우 주어진 특성을 달성하기 위해 더 많은 작업이 필요합니다.응용 [1]프로그램입니다.

철 및 비철 추출 야금 분야는 금속을 추출하기 위해 채택된 공정에 따라 일반적으로 광물 가공, 수성 금속, 화성 금속 및 전기 금속의 범주로 분류되는 특수성을 가지고 있습니다.발생 및 화학적 요구 사항에 따라 동일한 금속을 추출하기 위해 여러 공정을 사용합니다.

광물 가공

주요 기사:광물 가공

광물 가공은 처음에 따라야 할 농도 과정에 따라 필요한 크기로 광석을 분해하는 것, 파쇄, 분쇄, 체질 등으로 구성된 유익성으로부터 시작된다.그 후 광석은 발생 형태 및 또는 관련된 추가 프로세스에 따라 불필요한 불순물로부터 물리적으로 분리된다.분리 프로세스는 재료의 물리적 특성을 활용합니다.이러한 물리적 특성에는 밀도, 입자 크기와 모양, 전기적 및 자기적 특성, 표면적 특성이 포함될 수 있습니다.주요 물리화학적 방법으로는 자기분리, 거품부선, 침출 등이 있으며, 이를 통해 광석에서 불순물 및 불필요한 물질을 제거하고 금속의 염기성 광석을 농축함으로써 광석 중 금속의 비율을 높일 수 있다.이 농축액은 습기를 제거하기 위해 가공되거나 금속을 추출하기 위해 그대로 사용하거나 취급하기 쉬운 추가 가공을 거칠 수 있는 모양과 형태로 제작됩니다.

광체에는 종종 둘 이상의 귀중한 금속이 포함되어 있습니다.원광석으로부터 2차 산물을 추출하는 다른 공정에서 이전 공정의 미행을 사료로서 사용할 수 있다.또한 농축액은 둘 이상의 귀중한 금속을 포함할 수 있다.그 농축액은 가치 있는 금속을 개별 성분으로 분리하기 위해 처리될 것이다.

하이드로메탈리

주요 기사:하이드로메탈리

하이드로메탈리는 광석에서 금속을 추출하기 위한 수용액과 관련된 과정과 관련이 있다.하이드로메탈 수술 공정의 첫 번째 단계는 용출이며, 이는 귀중한 금속을 수용액 및 또는 적절한 용매로 용해하는 것을 포함합니다.광석 고형물에서 용액을 분리한 후 금속상태 또는 화합물로서 귀중한 금속을 회수하기 전에 추출물을 여러 가지 정제 및 농축하는 과정을 거치는 경우가 많다.여기에는 강수, 증류, 흡착 및 용제 추출이 포함될 수 있습니다.최종 회복 단계에는 강수, 석출 또는 전기 금속 수술 과정이 포함될 수 있습니다.때로는 전처리 단계 없이 광석 재료에 대해 직접 하이드로메탈링 공정을 수행할 수 있다.더 자주, 광석은 다양한 광물 처리 단계에 의해, 그리고 때로는 화금속으로 전처리되어야 한다.[2]

화금속

주요 기사:화금속
고온 산화제로 Ellingham.

Pyrometallurgy이 화학 반응은 가스, 고체,과 녹은 재료 간에 발생한다 고온 공정을 포함한다.고체는 귀중한 금속이 포함된 후속 처리 또는 그들의 금속이나 금속성 원소 상태로 바뀌는 지시하다 혼합물을 만들기 위해 취급된다.는 가스와 고체가 있는Pyrometallurgical 과정과 작전을 볶하소가 특징이다는 녹은 제품을 만들어 프로세스 전체에게 제련 작업이라 한다.이 에너지는 높은 온도 고온 야금 과정을 유지하기 위해서 필요한 화학 반응의 발열 자연에서 파생될 수 있다.이산화황. 황화의 일반적으로 이 반응은 산화, 예를 들어 그러나, 종종, 에너지 그 과정에서 연료의 연소에 의해서 또는 일부 제철 프로세스의 경우 전기 에너지의 직접적인 응용 프로그램에 의해에 첨가되어야 한다.

엘링엄 다이어그램은 가능한 반응을 분석하여 결과를 예측하는 유용한 방법입니다.

전기금속학

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전기금속학은 전해전지의 어떤 형태로든 일어나는 야금 과정을 포함한다.가장 일반적인 유형의 전기 금속 수술 공정은 전기 분해와 전기 정제이다.일렉트로인닝은 수용액에서 금속을 회수하기 위해 사용되는 전기분해 과정으로, 일반적으로 1개 이상의 수성 금속 수술 과정을 거친 광석의 결과물이다.관심 있는 금속은 음극에 도금되고 양극은 불활성 전기 전도체입니다.전기 정련은 불순한 금속 양극(일반적으로 제련 공정에서)을 용해하고 고순도 캐소드를 생성하는 데 사용됩니다.용융염 전기분해는 전해질 역할을 하는 용해된 소금에 귀중한 금속이 용해되어 셀의 음극에 모이는 또 다른 전기 금속 수술 과정입니다.용융염 전해 프로세스는 전해질과 금속이 모두 용해된 상태로 유지하기에 충분한 온도에서 수행됩니다.전기금속의 범위는 하이드로메탈리와 (용융염 전기분해의 경우) 열금속학의 영역과 상당히 겹친다.또한 전기화학적 현상은 많은 광물 가공 및 수금 공정에서 상당한 역할을 한다.

이온 금속학

주요 기사:이온 금속학

금속의 광물 가공과 추출은 에너지 집약적인 공정으로 대량의 고체 잔류물과 폐수 생산도 면제되지 않으며, 추가적인 처리와 폐수도 필요합니다.또한 금속에 대한 수요가 증가함에 따라 야금업계는 1차(예: 광물 광석) 및/또는 2차(예: 슬래그, 테일링, 도시 폐기물)의 금속 함량이 낮은 재료 공급원에 의존해야 한다.따라서 채굴 활동과 폐기물 재활용은 보다 선별적이고 효율적이며 환경 친화적인 광물 및 금속 가공 경로의 개발로 발전해야 합니다.

광물 처리 작업은 우선 대상 광물상을 농축하고 정의된 원료와 물리적 또는 화학적으로 관련된 불필요한 물질을 배제하기 위해 필요하다.그러나 이 공정에서는 약 30GJ/t의 금속이 요구되고 있으며, 이는 미국에서 [3]채굴에 소비되는 총 에너지의 약 29%를 차지합니다. 한편, 화금류는 온실가스 배출과 유해한 연도 분진의 중요한 생산지입니다.하이드로메탈리는 선택성이 [4]낮은 HSO24, HCl, KCN, NaCN과 같은 다량의 리시바이어트를 섭취하는 것을 수반한다.게다가 일부 국가의 환경적 우려와 사용 제한에도 불구하고, 시안화는 여전히 광석에서 금을 회수하는 주요 공정 기술로 여겨지고 있다.수은은 또한 분명한 독성에도 불구하고 저개발 국가의 장인 광부들에 의해 광물로부터 금과 은을 농축하기 위해 사용된다.바이오 하이드로 금속법은 박테리아, 곰팡이 등 생물체를 이용하는데, 이 방법은 대기 중의 O2, CO2의 투입만을 필요로 하지만, 낮은 고체 대 액체 비율과 긴 접촉 시간을 필요로 하기 때문에 시공간 수율이 현저히 감소한다.

이온금속학은 이온성 액체(IL) 및 딥 공정용제(DES)와 같은 비수성 이온성 용제를 사용하며, 이를 통해 예를 들어 침출 및 일렉트로잉의 야금 단위 작업을 통합하여 금속을 효과적으로 회수하는 폐쇄 루프 플로우 시트를 개발할 수 있습니다.비수성 환경에서 적당한 온도에서 금속을 가공할 수 있으므로 금속의 사양을 제어하고 불순물을 허용하며 적절한 용매성 및 전류 효율을 얻을 수 있습니다.이것에 의해, 종래의 가공 루트가 심플해져, 금속 가공 플랜트의 사이즈를 큰폭으로 삭감할 수 있습니다.

이온 유체에 의한 금속 추출

DES는 일반적으로 값싸고 안전한 두세 가지 성분으로 구성되어 있으며, 종종 수소 결합 상호작용을 통해 각각의 개별 성분보다 낮은 녹는점과 함께 공정 혼합물을 형성할 수 있습니다.DES는 일반적으로 100°C 미만의 온도에서 액체이며, 훨씬 저렴하고 환경 친화적이면서도 기존 IL과 유사한 물리 화학적 특성을 보인다.대부분은 염화콜린과 수소 결합 공여체(예: 요소, 에틸렌 글리콜, 말론산)의 혼합물 또는 염화콜린과 수화 금속염의 혼합물이다.다른 콜린염(예: 아세트산염, 구연산염, 질산염)은 합성 [5]비용이 훨씬 높거나 합성해야 하며, 이러한 음이온에서 제조된 DES는 일반적으로 [6]염화콜린보다 점성이 훨씬 높고 전도율이 높을 수 있다.이로 인해 도금 속도가 낮아지고 투척력이 떨어지며 염화물 기반 DES 시스템이 여전히 선호됩니다.예를 들어 혼합 금속 산화물 매트릭스에서 Zn 및 Pb를 선택적으로 회수하기 위해 릴린([7]염화콜린과 요소의 1:2 혼합물)이 사용되었습니다.마찬가지로, 에탈린(염화콜린과 에틸렌 글리콜의 1:2 혼합물)은 [8]강철의 전기 연마 시 금속 용해를 촉진합니다.DES는 또한 Cu/Zn 및 Ga/[9]As와 같은 복합 혼합물에서 금속을 회수하고 [10]광물에서 귀금속을 회수하는 유망한 결과를 보여주었다.복합혼합물로부터 금속을 리옥시바인트와 [11]산화제로서 DES를 조합하여 전기담합을 [12]통해 회수할 수 있는 반면 금속이온은 일렉트로잉을 통해 용액에서 동시에 분리할 수 있다는 사실도 입증되었다.

이온합금법에 의한 귀금속 회수

귀금속은 경제적 가치가 높은 희귀하고 자연적으로 발생하는 금속 화학 원소입니다.화학적으로 귀금속은 대부분의 원소보다 반응성이 떨어지는 경향이 있습니다.그것들은 금과 은을 포함하지만, 소위 백금족 금속이라고 불리는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금도 포함합니다.해당 숙주 광물에서 이러한 금속을 추출하려면 일반적으로 가공 경로로 pyrometally(예: 로스팅), hydrometally(시아닌화) 또는 둘 다 필요하다.초기 연구에 따르면 에탈린의 금 용해율은 산화제로 요오드를 첨가함으로써 더욱 향상된 시안화 방법에 비해 매우 양호한 것으로 나타났다.공업공정에서 요오드는 전기촉매로서 이용될 가능성이 있으며, 전기화학셀의 양극에서 전기화학적 산화에 의해 환원된 요오드화물로부터 연속적으로 제자리에서 회수된다.전극 전위를 조정함으로써 음극에 용존금속을 선택적으로 퇴적시킬 수 있다.또한 이 방법은 간지의 일부(예: 황철광)가 더 느리게 [13]용해되는 경향이 있기 때문에 더 나은 선택성을 제공합니다.

일반적으로 많은 직교질 퇴적물에 더 풍부한 백금광물인 스페릴라이트(PtAs2)와 몬샤이트(PtTe2)는 특히 요오드 산화에 강한 디설피드(피라이트), 디아르세니드(스페릴라이트) 또는 디텔루라이드(칼라바이트 및 몬샤이트) 광물이기 때문에 에탈린에서 동일한 조건에서 반응하지 않습니다.백금 광물의 용해가 일어나는 반응 메커니즘은 아직 연구 중입니다.

황화물 광물로부터의 금속 회수 이오노메탈리

금속 황화물(예를 들어 황철광2 FeS, 비소철광 FeAsS, 찰카피라이트 CuFeS2)은 일반적으로 수성 매체 또는 고온에서 화학적 산화에 의해 처리된다.실제로 알루미늄, 크롬과 같은 대부분의 비금속은 높은 에너지 수요를 수반하는 고온에서 화학적으로 환원되어야 하며, 때로는 대량의 수성 폐기물이 생성되기도 합니다.예를 들어 수성배지 중 카르카피라이트는 표면효과([14][15]폴리술피드종의 형성)에 의해 코벨라이트나 카르코사이트보다 화학적으로 용해되기 어렵다.Cl 이온의 존재는− 형성되는 황화물 표면의 형태를 변화시켜 황화물 광물이 패시베이션([16]passivation)을 방지함으로써 더 쉽게 침출될 수 있도록 하는 것으로 제안되었다.DES는 높은 Cl− 이온 농도와 낮은 수분 함량을 제공하면서도 높은 추가 염분 또는 산 농도의 필요성을 줄여 대부분의 산화물 화학을 회피합니다.따라서, 황화물 광물의 전기 용해는 금속 이온 용액에 방출되어 용액에서 회수될 수 있는 패시베이션 층이 없는 DES 매체에서 유망한 결과를 보여주었다.

황화구리 광물에서 에탈린을 사용하여 구리를 추출할 때, 칼코사이트(CuS2)와 코벨라이트(CuS)가 황색 용액을 생성하여 [CuCl4]2− 착체가 형성됨을 나타낸다.한편, 칼카피라이트로부터 형성되는 용액에서는 음극에서 환원2+ Fe종이 생성되어 용액 중에 Cu종과+ Cu종이 공존한다2+.20wt의 혼합 DES를 사용하면 카르카피라이트로부터 구리(97%)를 최적으로 회수할 수 있습니다.ChCl-oxalic acid % 및 80 wt.에탈린 %[17]

이오노메탈러리를 이용한 산화물 화합물로부터의 금속 회수

산화물 매트릭스로부터의 금속 회수는 일반적으로 미네랄산을 사용하여 이루어집니다.그러나 DES에서 금속산화물의 전기화학적 용해는 pH [18]중성용액에서 최대 10,000배 이상 용해를 증가시킬 수 있다.

연구에 따르면 ZnO와 같은 이온 산화물은 ChCl:말론산, ChCl:요소 및 에탈린에서 높은 용해도를 보이는 경향이 있으며, 이는 예를 들어 TiO와2 같은 HCl. 코발렌트 산화물의 수용성과 유사할 수 있지만 거의 용해성을 보이지 않는다.금속 산화물의 전기화학적 용해는 HBD로부터의 양성자 활동, 즉 산소 수용체 역할을 하는 양성자의 능력과 온도에 크게 좌우된다.ChCl:oxalic acid 및 ChCl:lactic acid와 같은 낮은 pH 값의 공정 이온성 유체는 높은 pH(예: ChCl:acetic [19]acid)보다 높은 용해성을 허용한다고 보고되었다.따라서 예를 들어 다른 카르본산을 [20]HBD로 함으로써 다른 용해도 얻을 수 있다.

아웃룩

현재, 실질적인 전기 화학 조건 하에서 대부분의 이온 액체의 안정성은 알려지지 않았으며, 용해성 및 사양 모델에 공급되는 금속 이온 열역학에 대한 데이터가 거의 없기 때문에 이온 유체의 근본적인 선택은 여전히 경험적이다.또한 사용할 수 있는 Fourbaix 다이어그램, 표준 산화환원 전위, 규격 또는 pH 값에 대한 최소한의 지식도 없습니다.이온성 유체를 포함하는 문헌에 보고된 대부분의 프로세스는 기술 준비 수준(TRL) 3(실험 개념 증명) 또는 4(실험실에서 검증된 기술)를 가지고 있으며, 이는 단기 구현에 불리한 사항이라는 점에 유의해야 합니다.그러나 이오노메탈리는 환경 친화적인 용제, 온실가스 배출 감소, 부식성 및 유해 시약 방지 등을 고려하기 때문에 보다 선별적이고 지속 가능한 방법으로 금속을 효과적으로 회수할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

레퍼런스

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추가 정보

  • 길크리스트, J.D.(1989)'추출 야금', 퍼가몬 프레스
  • Mailoo Selvaratnam, (1996) : "화학 학습에 대한 가이드 어프로치"