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admin

2017-01-12 12:44:51

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습식제련[hydrometallurgy]

금속을 수용액이나 유기용매에 화학용해시키는 과정을 포함하는 제련방법의 총칭. 간단히 습식법으로 부르는 경우도 있다. 실제의 제련프로세스에서는 건식제련법과 조합시키는 방법도 많다. 습식제련으로 금속의 광석에서 추출․환원까지를 일관하여 하는 경우, 조금속의 정제를 목적으로 제련공정의 일부만을 습식제련으로 하는 경우 등 다양하다.

습식제련의 개요를 용해, 분리, 채취의 각 단계로 나누어 정리해 본다. 우선 목적으로 하는 금속을 용액에 용해하는 프로세스에서는 산으로 용해시키는 것이 가장 일반적인 방법이다. 산으로는 염가인 황산이 자주 쓰인다. 또 배소등을 하고 용해 전에 광석 속의 목적성분을 용해에 사정이 좋은 상태로 해 두는 것도 자주 쓰인다(예∶습식아연제련). 그 밖에도 암모니아나 알칼리로 용해하는 방법(알루미나의 순도를 올리는 바이어법), 목적금속을 선택적으로 용해하는 약제를 사용하는 방법(금은의 청화제련), 또 기화시킨 원료를 용액에 흡수시키는 등 많은 방법이 있다. 광석에서의 침출속도가 늦은 경우는 가압솥(오토클레이브)이 쓰이고 있다. 광석의 불용잔사는 필터프레스로 교축하거나 시크너로 침전제거한다.

용액에서 목적금속을 농축하거나 불순물을 제거하거나 다른 유가금속을 분리하거나 하는 방법에도 많은 것이 있다. 수용액 중의 수소이온농도(소위 pH)와 산화환원의 정도를 조정하여 각 성분의 화학적 상태를 변화시키는 것이 기본으로 되는데, 여기에 특정한 이온끼리나 액제와의 침전반응(예를들면 염화은, 황산은), H2S 흡입에 의한 황화물 침전의 생성 등을 조합하여 금속의 분리․농축을 한다. 최근에는 용매추출법 또는 이온교환수지 등에 의해 다종의 금속이온을 마찬가지의 프로세스로 분리할 수 있도록 되어 있다. 이것은 폐액처리에도 유용한 방법이다. 용매추출에서는 금속이온과 친화력이 높은 약제(예를들면 D2EHPA)를 케로신 등의 유상(油相∶용매)에 넣어 두고 금속이온이 들어간 수용액과 접촉시키면 금속이온은 유상으로 이행한다. 이행하는 비율은 수용액의 pH와 금속이온의 종류에 따라 다르기 때문에, 수용액의 pH를 콘트롤함으로써 목적금속의 추출과 새로운 수상(水相)으로 탈리가 가능해진다. 이온교환수지법도 마찬가지로 수용액의 pH를 제어하여 이온의 수지로 착탈한다. 또 반투막을 이용하여 목적하는 금속이온만 막을 투과시키는 방법도 연구되고 있다. 미생물에 특정이온의 산화환원을 침식시켜 농축하거나 하는 방법도 있다.

수용액에서 금속을 채취하는 방법으로는 전해채취에 의한 방법, 목적금속보다 이온화경향이 큰 금속과 치환하는 방법(예를들면 아연치환), 고압의 수소를 가하여 환원하고 금속미분말을 석출시키는 방법 등이 있다. 또 화합물 형태로 침전시키는 것을 건식처리로 환원하는 경우도 많다.

조금속의 정제에는 전해정제가 쓰이고 있다. 조금속을 양극으로 하여 전기분해하면 음극에 의해 순도가 높은 금속이 석출한다. 전해액에는 산과 그 금속의 염과의 용액이 자주 사용되나 금속에 따라 각각 특징이 있다. 목적금속보다 이온화경향이 큰 금속은 전해액에는 용해하지만 음극에서는 석출하기 어렵다. 또 이온화경향이 작은 금속은 용해하지 않고 양극니(陽極泥)로서 남는다. 그러나 이온화경향이 서로 비슷한 금속이 금속이 전해액에 축적되어 있으면 음극을 오염시키기 쉬우므로 전해액을 정화하는 공정이 필요하게 된다. 이온격막이나 이온투과막 등을 이용하여 불순물의 혼입을 저감시키거나 정제의 효율을 올리는 고안도 있다.

일반적으로 말해 건식제련과의 비교에서는 처리량에 대응하여 공장의 부지면적을 많이 필요로 한다. 반응속도가 늦고 전기를 많이 필요로 하는 프로세스가 많다는 등의 단점을 들 수 있다. 또 광석으로 처리하는 경우 그 잔사가 공해의 근본이 되지 않도록 배려할 필요가 있다. 장점으로는 일반적으로 얻어지는 금속의 순도다 높다, 소규모 생산에 적합하다, 매우 치밀한 분리․회수가 가능하다는 것 등을 들 수 있다.