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산화 납-아연 광석의 부유선광에서 황화나트륨의 역할 및 메커니즘

산화된 납-아연 광물(세루사이트, 앵글사이트, 스미스소나이트, 헤미모르파이트 등)은 친수성 표면을 가지고 있어 크산테이트 집진제를 사용하여 직접 부유선별할 수 없습니다. 황화나트륨을 첨가하면 광석이 황화되어 이후 크산테이트의 흡착이 가능해집니다. 황화 및 활성화 기능 외에도 황화나트륨은 선택적 침전 억제, 슬러리 pH 조절 및 시약 제거 기능도 제공하므로 산화된 납-아연 처리에서 매우 중요한 시약입니다.

I. 황화 및 활성화

  1. 반응 메커니즘
    황화나트륨은 물에서 가수분해되어 S²⁻ 및 HS⁻ 이온을 생성하며, 이 이온들은 산화된 납-아연 광물의 표면 금속 이온과 용해-침전 반응을 통해 소수성 황화물 막을 형성합니다.

세루사이트:
PbCO₃ + 2HS⁻ → PbS + CO₂ + H₂O (설명 반응식; 이미지 자리 표시자)

스미스소나이트:
ZnCO₃ + 2HS⁻ → ZnS + CO₂ + H₂O (설명 반응식; 이미지 자리 표시자)

형성된 PbS 막은 밀도가 높고 안정적이며, 잔테이트를 단단히 흡착하여 산화된 납에 황화물과 같은 부유성을 부여합니다. ZnS 막은 느슨하고 산화 및 박리되기 쉽습니다. 따라서 황화나트륨만으로는 산화된 아연을 부유시키기에 불충분하며, 추후 아민 집진제를 이용한 2차 활성화가 필요합니다.

  1. 응용 가치
    황화나트륨이 없으면 산화 납-아연의 전체 회수율이 낮습니다. 적절한 황화 처리를 하면 납 회수율이 크게 증가합니다. 황화 처리는 산화 광석 부유선광의 필수 조건입니다. 실제로 황화 처리를 위해 황화나트륨을 먼저 첨가한 후, 선택적 납 부유선광을 위해 잔테이트를 첨가합니다.

II. 선택적 억제

  1. 섬아연석 및 황철석과 같은 불순물의 감소
    펄프 내 과잉 S²⁻는 갈레나, 스팔레라이트, 황철석 표면을 코팅하여 크산테이트 흡착을 방해하고 억제 효과를 나타냅니다.
    대량 납 부유선별 단계에서는 산화된 납만 활성화시키기 위해 적절한 양의 황화나트륨을 사용합니다. 과량의 황화나트륨은 납의 생성을 억제하는 동시에 1차 섬아연석의 생성을 크게 억제하여 아연-납 분리를 가능하게 합니다.
    아연 부유선별 단계에서는 납 광미를 철저히 세척하여 잔류 황화나트륨 농도를 낮추고 침전물 생성을 억제한 후, 아민 집진제를 사용하여 아연을 회수해야 합니다.
  2. 복용량 규정
    투여량 부족: 얇고 불완전한 황화물 막, 낮은 납 회수율.
    적정 투여량: 산화 납의 완전 활성화 및 섬아연석의 적절한 억제, 최적의 분리 효과.
    과다 투입: 과잉 S²⁻는 산화 납과 섬아연석 모두를 억제하여 납과 아연 회수율을 급격히 떨어뜨립니다.

III. 펄프 조절

  1. pH 조절
    황화나트륨의 가수분해는 강알칼리성 용액을 생성하며, 이는 펄프의 pH를 8.5~11의 바람직한 범위로 자연스럽게 유지시켜 줍니다. 이러한 알칼리성 환경은 황화물 막의 산화적 분해를 방지하여 황화 안정성을 향상시킵니다.
  2. Eh 제어
    환원성 황화 이온은 펄프의 산화 전위를 낮춰 PbS 피막의 산화적 비활성화를 방지합니다. 고도로 산화된 광석의 경우, 환원제로 일정량의 황화나트륨을 과량으로 유지해야 합니다.
  3. 유해 중금속 이온의 침전
    펄프 내의 유리 Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ 및 Fe³⁺ 이온은 맥석 광물을 비선택적으로 활성화시켜 선택성을 저하시킵니다. S²⁻는 이러한 이온들을 황화물로 침전시켜 간섭을 제거하고 불필요한 시약 소모를 줄입니다.
  4. 슬라임 분산
    알칼리 가수분해 생성물은 미세한 점액질을 부드럽게 분산시켜 대상 광물 표면의 점액질 코팅을 완화합니다.

IV. 억제/탈착 작용
납-아연 혼합 산화 정광을 생산할 때, 다량의 황화나트륨(S²⁻)을 고농도로 첨가할 수 있습니다. S²⁻는 광물 표면에 흡착된 잔테이트를 경쟁적으로 치환하여 집광제를 완전히 제거합니다. 세척 및 재펄프화 후, 단계적 황화 및 분리 공정을 적용하여 고착된 납-아연 혼합물(intergrowth)을 분리합니다. 이는 복잡한 다금속 산소-황화물 혼합 광석 부유선광 공정에서 흔히 사용됩니다.

V. 황화나트륨이 납 광물과 아연 광물에 미치는 영향의 차이

  1. 산화납(세루사이트)은 조밀한 PbS 막을 형성하며, 적정량의 황화나트륨이면 안정적인 부유선별이 가능하고, 과량일 경우 부유선별 효율이 저하됩니다. 크산테이트 기반의 대량 납 부유선별에 적합합니다.
  2. 산화 아연(스미소나이트)은 느슨한 ZnS 막을 형성하며, 황화나트륨만으로는 부유시킬 수 없습니다. 황화나트륨은 전처리 용도로만 사용되며, 옥타데실아민이나 도데실아민과 같은 양이온성 집진제가 필요합니다. 잔류 황화나트륨은 산화 아연의 부유선별 효율을 크게 저하시킵니다.

VI. 주요 산업 현장 실무 팁

  1. 분할 첨가: 분쇄 단계와 조부유선별 단계 모두에 첨가하여 황화 반응 접촉 시간을 연장합니다.
  2. 납 부유선별 잔여물은 아연 부유선별 전에 잔류 황화나트륨을 줄이기 위해 희석 및 세척 과정이 필요합니다.
  3. 산화 정도가 높고 점토 함량이 높은 광석의 경우, 환원제(철 분말) 및 분산제(헥사메타인산나트륨)와 혼합하여 황화물 막을 안정화시키십시오.

부작용: 독성이 있는 황화수소(H₂S) 가스 발생 - 환기 필요; 과다한 시약 사용으로 비용 증가; 폐수 내 황화물 농도 기준치 초과.
특별 참고 사항: NaHS를 사용할 경우, 쉽게 분해됩니다.


게시 시간: 2026년 7월 13일