IEG 환경지질연구정보센터

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Proceedings of the Annual Joint Conference, Petrological Society of Korea and Mineralogical Society of Korea

May 29~30, 2008, Busan, Korea

한국암석학회․한국광물학회 2008년 공동학술발표회 논문집 - 156 -

산화제를 이용한 산성광산배수 정화효과에 관한 연구

최승원¹･류충석¹･김영훈²･장윤득³･김정진^1,*･김성호¹

1안동대학교 지구환경과학과

2안동대학교 환경공학과

3경북대학교 지질학과

1. 서언

현재 광산배수를 처리하는 방법 중 적극적 처리방식은 광산배수를 모아 인위적으로 화학 약품을 첨가하는 기계적인 교란을 통해 중화 및 산화를 촉진시키는 방법을 사용하는 방법이 다. 석회나 가성소다, 탄산나트륨 등과 같은 알칼리제를 사용하여 광산배수의 pH를 높이고, 철과 같은 금속류를 높은 pH 조건하에서 산화시켜 금속 수산화물 형태로 미세한 침전을 형 성시킨 후 응집제를 이용하여 최종적으로 침전시키는 것이다. 그러나 석회석 가성소다 등으 로 pH를 증가시키더라도 산성광산배수로부터 제거할 수 없는 Mn, Mg, Zn을 제거 할 수 있는 정화방법을 고안할 필요가 있다. 이를 위해 경북 의성군 소재 옥동광산에서 발생하는 갱내수와 침출수를 채수하여 광산배수의 초기 특성뿐만 아니라 약 24시간 동안 시간 변화에 따른 배수의 특성변화를 모니터링하고 침전물을 채취하여 광물학적 특성을 연구하였다.

본 연구는 현재까지 일반적으로 사용하던 산성광산배수 정화처리 방법인 석회조을 이용 하여 pH를 증가시키는 방벙으로는 제거할 수 없었던 Mn, Zn, Mg 등의 중금속을 강력한 산화제를 이용하여 제거할 수 있는 방법을 찾는 것이다.

2. 연구방법

ICP․분석: 산성광산배수 화학적 특성과 중화실험 후 변화를 알아보기 위하여 양이온 (Al, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, K, Zn, Co, Na, Cd)분석을 실시하였다.

XRD 분석: 산화제와 반응 후 침전된 침전물시료에 대해 막자사발을 이용하여 80mesh 이하의 분말로 만든 후 X-선회절분석기를 이용하여 광물감정을 실시하였다.

산화제 실험: 야외에서 채수한 갱내수 및 침출수를 필터링한 후 250ml 투명 플라스틱병 에 각각 갱내수 200㎖ 10개, 침출수 200㎖ 10개의 총 20개의 시료를 만들었다. 각각의 시료 에 NaOCl과 H2O2 0.08, 0.2 0.4 0.8 1㎖를 첨가한 후 시간대별로 pH와 EC를 측정하고 각각 의 반응용액을 10㎖씩 채수하였다. 채수한 반응용액은 주사기 필터기를 이용하여 필터한 후 분석 전까지 냉장 보관하였다.

쌍안실체현미경관찰: 산화제와 주입 후 생성된 침전물에 대해 침전물의 형태, 광물들의 배열 상태 등을 관찰하기 위하여 쌍안실체현미경 관찰을 실시하였다.

주사전자현미경(SEM): 침전물에 대한 형태와 미세구조 연구를 위하여주사전자현미경 관 찰을 실시하였다.

3. 연구결과

갱내수: 갱내수의 초기 pH는 5.77, EC는 831uS/㎝ 약산성을 띠고 다량의 중금속 이온을 포함하고 있다. 분석한 결과 Mg(23.25mg/l), Ca(81.43mg/l), Mn(14.90mg/l), Zn(22.99mg/l), Na(12.04mg/l)가 다른 성분에 비해 높게 나타났고, K, Cd, Al, Fe, Co, Cu, Ni는 대체로 낮 은 값을 나타낸다

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침출수: 침출수의 초기 pH는 6.38, EC는 1920uS/㎝ 중성을 띠고 다량의 중금속 이온을 포함하고 있다. 분석한 결과 Mg(98.75mg/l), Ca(57.31mg/l), Mn(3.377mg/l), Zn(6.16mg/l), Na(18.27mg/l)가 다른 성분에 비해 높게 나타났고, K, Cd, Al, Fe, Co, Cu, Ni는 대체로 낮 은 값을 나타낸다

pH 와 EC 변화: NaOCl을 산화제로 사용한 반응실험에서는 pH와 EC가 증가하는 추세 를 보였고, H2O2를 산화제로 사용한 반응실험에서는 pH와 EC가 변화가 없었다.

양이온과 음이온 변화: 갱내수와 침출수의 NaOCl을 넣은 반응조에서는 Mg, Zn, Mn이 급격히 감소하였고, Na는 시간이 지날수록 상승하는 것을 볼 수 있었다. Mg, Zn, Mn의 경 우 산화제의 첨가량이 많을수록 더 많은 양을 제거되었으나 시간이 지남에 따라 산화제의 양에 관계없이 거의 제거되었다. H2O2를 산화제로 사용한 반응조에서는 Mg, Zn, Mn은 감 소하였으나, Na의 경우에는 소폭으로 상승하는 것을 볼 수 있었다. 대체적으로 H2O2를 산화 제로 사용한 반응조보다 NaOCl을 산화제로 사용한 반응조에서 더 많은 양의 중금속들이 산 화된 후 침전되어서 더 많은 중금속을 제거하였다.

침전물: 산화제와 반응 후 생성된 침전물은 외관상 흑회색이며 쌍안실체현미경 관찰결과 약간 붉은색을 나타낸다. X-선회절분석결과 대부분 Mangano-calcite이며 그 외 Calcite magnesian, Calcite 등의 광물을 포함하고 있다.

4. 결론

첫째, 소량의 산화제를 사용하여도 Mn 및, Mg, Zn의 제거 효율은 높다.

둘째, NaOCl의 경우 양이 많을수록 높은 pH를 나타내고 수산화물이 침전되는 속도도 빨라진다.

셋째, H2O2의 경우 중금속이 제거되는 시간은 NaOCl보다 많이 소요되지만 침전물이 생 성되지않는 특징이 있다.

넷째, 기존의 석회석을 이용한 방법과 같이 중금속 제거에 같이 사용되면 좀더 좋은 제 거 효과를 볼 수 있다

옥동광산과 같이 다량의 중금속을 포함하고 Mn의 농도가 특히 높은 산성광산배수를 발 생시키는 광산에서는 석회석을 이용하는 방법을 이용하여 pH를 높여 Fe나 Al을 제거한 후 산화제를 이용하여 Mn, Zn, Mg를 제거한다면 좀 더 효율적인 산성광산배수 처리방안이 될 것이다. 또한 산화제를 산성광산배수 200ml에 0.08ml를 주입하는 경우 1000ml의 산화제로 2,500,000ml의 광산배수를 처리할 수 있으며 반응조에서 반응시간을 증가시키면 이보다 훨 씬 더 많은 양의 산성광산배수에 포함된 중금속을 제거할 수 있을 것으로 판단된다.

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그림 1. 산화제와 산성광산배수의 반응 실험 침전된 침전물에 대한 X-선 회절분석

그림 2. 갱내수와 산화제와의 반응 시간에 따른 Mn과 Mg의 농도변화 (산화제 1-5: NaOCl, 6-10: H2O2)