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admin

2016-12-28 06:22:55

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금속제련[extractive metallurgy]

금속의 제련법에는 탄소환원, 수소환원, 용융염전해, 전해채취 등 다양한 방법이 있다. 단순히 물질을 원소별로 나누는 조작으로 할 때 이상적인 것으로 질량분석기(물질을 이온화하고 전기장을 걸어서 진공 속에서 가속, 자기장에 의해 궤도를 돌면 이온의 질량과 전가수(電價數)에 의해 구부러진 정도가 다르기 때문에 이온종이 분리된다)라는 장치가 있으나 경제적으로는 적당하지 않다.

실제의 제련프로세스는 그 금속이 환원되기 쉬운점 등 화학적성질은 어떤가, 생산규모는 어떤 정도가 적당한가, 광석 중에 어떤 형태로 얼마나 포함되어 있는가, 어떤 불순물이 광석에 포함되어 있는가, 어떤 용도로 쓰이고 그것을 필요로 하는 순도는 어느 정도인가, 부산(副産)되는 유가물(有價物)은 어떤 것이 있는가, 리사이클의 비율은 어떤가, 입지국의 정치경제적 상황은 어떤가 등 많은 요소를 기초로 하여 가장 효율적이고 경제적인 방법이 선택된다.

화학적성질에서 제련방법을 분류해 본다. 금, 은은 금속상태에서 광맥 속에 발견되는 것도 많은데, 그 경우는 환원할 필요가 없다. 그러나 현실적으로는 농축이나 금, 은, 백금속의 분리에 복잡한 공정을 필요로 한다. 다음으로 비교적 환원되기 쉽고 주로 황화광으로 채굴되는 그룹으로 구리, 납, 아연, 카드뮴, 니켈을 들 수 있다. 구리는 황화물을 산화시킴으로써 조금속이 얻어지고, 제련이 쉽다는 이유로 인류가 일찍부터 이용하였다.

납, 아연은 황화물을 구워서 산화물로 한 후 코크스 등으로 탄소환원한다. 아연은 휘발하기 쉽기 때문에 일단 아연증기로 한 것을 회수하고 다시 증류하여 카드뮴을 분리한다. 니켈은 구리와 함께 채굴되는 경우가 많은데, 구리를 분리하는 공정을 거친 후 황화물을 산화배소하고 다시 탄소환원하거나 황화물 그대로를 전기분해하여 금속을 얻는다. 산화물의 광석을 탄소환원하여 조금 속을 얻는 그룹으로 철 주석, 실리콘을 들 수 있다.

또 철과 합금(페로얼로이)으로 페로니켈, 페로크롬, 페로망간, 페로실리콘이 탄소환원에 의해 제조된다. 탄소에서는 환원하기 어려운 그룹인 티탄, 지르코늄, 하프늄, 니오브, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐 등에서는 일단 할로겐화물로 한 후 마그네슘, 나트륨 등으로 환원된다. 다시 환원되기 어려운 그룹인 알루미늄, 나트륨, 마그네슘, 칼슘은 이들의 산화물 또는 할로겐화물을 용융염전해로서 금속을 얻는다.

습식법(☞습식제련)에서는 이온화경향이 작은 금속은 수용액에서의 전해채취가 가능해진다. 수소보다도 이온화경향이 작은 금속인 금, 은, 백금속, 구리, 비스무트, 비소, 안티몬은 쉽게 전해채취할 수 있다. 또 수소보다 이온화경향이 커져도 납, 주석, 니켈, 코발트, 철, 크롬, 아연, 망간까지는 수소과전압을 이용하여 전해채취, 전해정제가 가능하다.

다른 금속제련의 부산물로서 분리․정제되는 금속도 많다. 구리, 납제련에서는 니켈, 비소, 안티몬, 비스무트, 셀렌, 텔루르, 은, 금, 백금속이 부산된다. 게르마늄을 부산하는 구리, 아연광석도 있다. 인듐, 갈륨, 탈륨도 아연, 납제련으로 부산된다. 니켈제련에서는 코발트, 구리가, 몰리브덴제련에서 레늄이 얻어진다. 바나듐은 자철석에서 철을 제련할 때 슬래그로 농축된다.

금속을 다시 정제하는데는 금속융체 속의 불순물을 용제로 흡수시키거나 진공 제거하는 방법이 철강정련 등 대규모인 정련프로세스에서 이루어진다. 구리, 납, 니켈, 주석에서는 수용액을 이용한 전해정제가 이루어지고 있다.

실리콘에서는 일단 염화물이나 수소화물로부터 정제하고 다시 금속에 환원하는 방법이 취해진다. 그 밖에 재결정법, 존멜팅 등의 정제법이 있는데 소규모 생산에 적합한 방법이다. ☞비철금속제련