연구자들은 광석에서 20μm 미만으로 측정되는 귀중한 미세 물질을 보다 효율적으로 분리하는 새로운 방법을 개발하고 있다. 이 공정은 원하는 물질의 입자를 기포에 부착하여 거품 형태로 회수하는 과정을 포함한다.
매우 미세한 물질들을 다루는 것은 광업분야의 큰 도전 과제이다. 먼저 광석은 잘게 부숴지고 마이크로미터 범위까지 곱게 분쇄되어야 한다. 이 과정은 광석의 표면적을 증가시켜 맥석으로부터 광물 입자들을 분리시키다.
이 초기 단계에서 부유 거품(froth flotation)은 부유 시약에 의해 소수화된 광물과 금속이 수성 슬러리(slurry) 내의 기포 표면에 부착하는 능력에 따라 입자들을 분리하는 데 도움이 된다. 이러한 기포 입자 집합체는 광액(슬러리)의 표면으로 운반되어 거품으로 들어간 다음 제거된다. 표면으로 떠오르지 않는 광석의 나머지 물질은 부유 광미(flotation tailings)를 형성한다.
초미세 입자 회수를 위한 도전
부유 거품(froth flotation)의 크기가 20μm(=0.02mm)에서 200μm 사이인 입자는 효율적으로 처리할 수 있지만, 더 작은 입자를 처리하는 데에는 아직 큰 진전이 없다. 미세 입자 및 초미세 입자들은 기포와의 충돌 및 부착 효율이 낮아 쉽게 뜨지 않으며 귀중한 광물의 손실을 유발한다. 또한 상대적으로 높은 표면적 때문에 이러한 작은 입자들은 처리에 더 많은 시약을 필요로한다.
EU가 자금을 지원하는 FineFuture 프로젝트는 귀중한 초미세 물질들이 더이상 폐기되지 않도록 분말도를 높은 비율로 회복할 수 있는 독창적인 해결방안을 개발하고 있다.
"크기가 20μm보다 작은 입자를 회수하는 능력은 매우 중요하다. 아직은 많은 에너지와 물을 소비하지 않고 효율적으로 포집할 수 있는 기술이 없기 때문이다. 우리의 첨단 에너지 효율적인 솔루션은 자원 손실을 크게 줄여 EU 광산 산업계의 경쟁력을 높일 수 있다.” - 프로젝트 코디네이터 Kerstin Eckert
친환경 및 유지
FineFuture 프로젝트는 미립자 부유에 대한 기본 이해를 높이는 것을 목표로 한다. 이 프로젝트의 획기적인 기술 솔루션들은 광미 퇴적물(tailing deposits) 재처리를 통해 자원 가치를 높이는 지속 가능한 경로를 제공하는 동시에 천연 퇴적물 및 광산 폐기물에서 중요한 새로운 원료들을 발굴하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
연구자들은 최신 기술보다 우수한 성능, 20% 에너지 절약 및 30% 물 절약 효과를 입증하는 방법을 제시하기 위해 노력하고 있다.
정전 흡인력 및 더 작은 기포 생성
Eckert는 "이 연구의 중점은 거품들과 미세 입자들 사이의 표면 상호 작용을 효과적으로 제어하여 부착 가능성을 선택적으로 향상시키는 것"이라고 설명한다. 지금까지 연구자들은 수집 시약, 억제제 및 광물 간의 상호 작용을 설명하는 방법을 시험해 왔다.
FineFuture 프로젝트팀은 또한 탄산염 광물의 부유 선별도를 향상시키는 방법을 보고했다. 비이온성 첨가제의 사용은 포수제(collector) 소비량의 감소를 유발했다. 이 프로젝트는 기포와 실리카 기반 입자 사이에 정전 흡인력을 유발하는 새로운 포수제뿐만 아니라 임계 유착 농도 주변에서 기포 흡착의 동역학을 설명하는 새로운 방정식을 개발했다.
미세 입자 부유의 문제를 극복하기 위한 효과적인 전략은 기포 크기를 줄이고 기포-입자 상호 작용을 활성화시키는 반응기-분리기 셀로 알려진 특수 유형의 부유 선광 셀(reactor-separator cells)을 사용하는 것이다. 연구자들은 이 분야에서 진전을 이루어냈다. 특히, 그들은 수중 공기 미세 분산 생성기의 사용을 포함하여 극소기포(microbubbles)를 생성하기 위한 다양한 기술을 보고했다. 이 발생기를 사용하여 수행된 부유선광(flotation) 테스트는 극소기포(microbubbles)의 추가가 석영 입자(quartz particles)의 회수를 촉진한다는 것을 보여주었다.
새로운 마이닝 패러다임으로
"FineFuture 프로젝트는 콜로이드 및 인터페이스 과학, 유체 역학, 물리학, 광물처리, 화학 공학, 전기 공학, 컴퓨터 과학 및 고급 수학을 병합하는 학제 간 및 최초의 연구 접근 방식을 적용한다.우리의 획기적인 개념과 기술은 경제적이고 환경친화적인 방식으로 작은 알갱이들로 구성된 천연 광산 퇴적물을 개발하는 방향으로 채굴 패러다임을 전환할 것이다."
