텅스텐광 개발을 위한 선광공정 설계 및 경제성 분석 = Beneficiation process design and feasibility study for development of tungsten ore|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the recent years, due to rising price of minerals and control of resource-rich countries, securing long-term perspective mineral resources is expected to be difficult. For these reasons, development of overseas resources and redevelopment of exhausted mines are becoming important issues. Tungsten is one of the ten rare earth metals, as recognized by the government of Republic of Korea in 2009, essential to the domestic industry. Tungsten is at a high risk because they are processed only in a number of countries. In particular, China accounts for more than 50% of world reserves and 80% of production. On top of that, various export regulations and high value-added policies are implemented to protect their domestic tungsten industry. Therefore, tungsten industry is highly dependent on production of China, regardless of price fluctuations.
In this work, for the development of tungsten ore in Korea, the development potential of the proposed mine was examined through the optimization of the unit separation technique, the process design, and the feasibility study.
Optimization study of unit separation technique was performed using design of experiments (DOE) based on response surface method (RSM). First, the key factors and levels of each separation technique were determined through literature reviews and preparatory experiments. Based on this, each separation technique was optimized through the central composite design (CCD), and the results of applying the level derived from the optimization were verified at the 95% confidence interval. As a result, the goodness of fit on a regression model of each separation technique was high. In the verification test for each separation technique, it was confirmed that the actual value and the predicted value exist between the 95% confidence interval. Therefore, it proved that the regression model of the unit separation technique obtained through RSM is fit.
A separation process for tungsten ore was developed by combining unit separation techniques optimized through RSM. Combinations of jig concentration, shaking table (Process A), jig concentration and flotation (Process B) were developed. The WO3 grade and recovery of the concentrates were 65.0% and 51.1% for the Process A and 65.3% and 74.0% for the Process B. And for the feasibility study, a beneficiation process capacity of 1,000 t/day for two processes was designed to estimate the scale of the processing equipment.
Based on the developed process, the cost required for mining development was calculated and the feasibility study was conducted. Investment costs are divided into capital expenditures and operating expenditure. For the capital expenditures, Process A was estimated at about 110 billion won and Process B was estimated at about 111.5 billion won. Operating costs were calculated at 40.32 and 40.99 won per ton of ore for Process A and B, respectively. Based on the estimated investment cost, net present value (NPV) and internal rate of return (IRR) analysis were conducted. In the case of Process A, it confirmed that it has exceeded break-even point in about eight years since the start of business (NPV) and IRR is estimated to be about 9% over 10 years, which is higher than the current interest rates. However, with the potential risks related to the longevity of mine for the 10-year project period should be taken into consideration. Process B is expected to turn profitable in 4 years, with profits of about 128.3 billion won after 10-year operation (NPV) and IRR was estimated at 28% in the final year. This high profit indicates the efficiency and competence of the developed beneficiation process. Thus suggesting that the development value of Process B to be high.

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국문 초록 (Abstract)

최근 광물 가격의 상승과 자원보유국의 자원통제로 장기적인 관점에서 광물 자원의 확보에 어려움이 따를 것으로 예상된다. 이에 활발한 해외자원개발 및 폐 광산의 재개발이 중요한 문제로 대두되고 있다. 텅스텐은 2009년 정부 지정 10대 희유금속의 하나로, 국내 산업에 필수적인 금속이다. 이러한 텅스텐은 특정 국가에 자원이 편중되어 있어 공급 위험도가 높다. 특히, 중국은 세계 매장량의 50% 이상, 생산량 또한 80% 이상을 차지하고 있다. 여기에 자국 텅스텐 산업 보호를 위해 각종 수출규제 및 고부가가치화 정책을 시행하고 있어, 텅스텐은 가격 등락에 관계없이 중국 의존도가 높은 금속이다.
본 연구에서는 국내부존 텅스텐광을 대상으로, 단위 선별기술의 최적화, 최적화된 단위 선별기술을 조합한 선광공정 설계 그리고 설계된 공정의 경제성 평가를 통해 해당 광산의 개발 가능성을 검토하였다.
실험계획법 기반 반응표면법을 통해 단위 선별기술 (비중선별, 부유선별)의 최적화 연구를 수행하였다. 먼저 문헌 조사와 예비 실험을 통해 각 선별기술에 대한 핵심 인자와 수준을 결정하였다. 이를 토대로 중심합성설계를 통해 단위 선별기술을 최적화하였으며, 최적화로 도출된 제원을 적용하여 95% 신뢰구간에서 검증을 수행하였다. 연구결과, 각각의 선별기술에 대한 적합도가 높은 회귀모델을 추정하였다. 또한 각 선별기술에 대한 검증 실험에서는 실측치와 예측치가 95% 신뢰구간 사이에 존재하는 것을 확인하여, 반응표면법을 통해 얻은 단위 선별기술의 회귀모델이 적합하다는 것을 증명하였다.
반응표면법을 통해 최적화된 단위 선별기술이 조합된 선별공정을 개발하였다. 지그선별과 요동 테이블이 조합된 선별공정 (Process A)과 지그선별과 부유선별이 조합된 선별공정 (Process B)을 개발하였으며, Process A는 정광의 WO3 품위와 회수율이 각각 65.0%와 51.1%, Process B는 각각 65.3%와 74.0%인 결과를 얻었다. 또한 경제성 분석을 위하여, 두 공정에 대한 1,000 t/day 규모의 선광공정을 설계하여 선광 장비의 규모를 추정하였다.
개발된 선광공정을 바탕으로 사업에 필요한 비용을 산정하고 사업 타당성 평가를 수행하였다. 비용은 투자비용과 운영비용으로 대별하였다. 투자비용의 경우, Process A는 약 1,100억 원, Process B는 약 1,115억 원으로 추산되었다. 운영비용은 Process A가 광석 톤당 40,320원, Process B가 40,990원 이었다. 추산된 사업비용을 바탕으로 NPV, IRR 분석을 수행하였다. Process A의 경우, 사업 시작 이후 8년 정도에 이르러 손익 분기점을 돌파한다는 것을 확인하였다. IRR은 10년간의 추정 수익률이 약 9% 정도로, 현재의 금리를 고려하면 높은 수치이다. 그러나 10년이라는 사업기간 동안 상주하는 광산의 위험을 고려한다면 신중하게 결정해야 한다고 판단된다. Process B의 경우, 4년 이후로는 흑자 전환으로, 10년 사업시점에서 수익이 약 1,283억 원 이었으며, IRR은 최종적으로 28%로 수렴하였다. 이러한 높은 수익은 개발된 선광공정이 효율적이고 체계적임을 의미하며, 개발 가치가 높은 것으로 판단된다.

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최근 광물 가격의 상승과 자원보유국의 자원통제로 장기적인 관점에서 광물 자원의 확보에 어려움이 따를 것으로 예상된다. 이에 활발한 해외자원개발 및 폐 광산의 재개발이 중요한 문제...

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