KR101640240B1 - 희토류 광산배수 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 희토류 광산배수 처리 방법에 관한 것으로, 희토류 원소의 추출시 발생되는 희토류 광산배수에 포함된 서로 다른 특성의 불순물인 중금속과 방사성 물질 및 유기물 모두를 제거하여 모든 종류의 오염물이 제거된 순도 높은 정화수를 회수함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 시스템은, 희토류의 추출시 발생되며 중금속과 방사성 물질 및 유기물이 포함된 희토류 광산배수를 공급하는 광산배수 공급부(10)와; 내부에 공간이 형성되며 상기 광산배수 공급부와 연결되어 광산배수를 공급받는 침전 반응기(21), 상기 침전 반응기의 내부에 담기며 상기 침전 반응기 내부에 공급된 희토류 광산배수로부터 중금속을 침전 처리하는 알칼리공급매질(24)로 이루어진 중금속 처리부(20)와; 상기 중금속 처리부의 침전 반응기와 연결되며 상기 중금속 처리부를 통해 중금속이 제거된 1차 처리수를 공급받는 흡착 반응기(31), 상기 흡착 반응기의 내부에 담기며 상기 흡착 반응기의 내부에 공급된 1차 처리수로부터 방사성 물질을 흡착 제거하는 흡착제(32)로 이루어진 방사성 물질 처리부(30)와; 상기 방사성 물질 처리부의 흡착 반응기와 연결되며 상기 방사성 물질 처리부를 통해 방사성 물질이 제거된 2차 처리수를 공급받아 2차 처리수로부터 유기물을 제거하는 유기물 처리부(40)로 구성된다. 본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 방법은, 희토류의 추출시 발생되며 중금속과 방사성 물질 및 유기물이 포함된 희토류 광산배수를 공급하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 공급되는 희토류 광산배수를 침전 반응기에 공급하고 상기 침전 반응기에 알칼리공급매질을 담아 상기 알칼리공급매질과 상기 희토류 광산배수의 알칼리 반응을 통해 상기 희토류 광산배수로부터 양이온의 중금속을 침전 제거하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 중금속이 제거된 1차 처리수를 흡착제가 담긴 흡착 반응기에 공급하여 상기 흡착제를 통해 상기 1차 처리수에 포함된 방사성 물질을 제거하는 제3단계와; 상기 제3단계를 통해 방사성 물질이 제거된 2차 처리수로부터 유기물을 제거하여 정화수를 회수하는 제4단계로 이루어진다.

Description

희토류 광산배수 처리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PURIFYING RARE EARTH MINE DRAINAGE}
본 발명은 희토류 광산배수 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 희토류 원소의 추출시 발생되는 광산배수에 포함된 중금속, 방사성 물질 및 유기물을 정화처리하는 희토류 광산배수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
희토류금속(rare earth metals)은 원자번호 57번인 란탄(La)부터 71번 루테튬(Lu)까지의 란탄족과 21번 스칸듐(Sc), 39번 이트륨(Y)을 포함하는 17종류의 원소를 총칭한다. 희토류금속들은 그 특유한 물리적, 화학적 성질때문에 금속, 화학, 소재 등 모든 산업분야에 있어서 광학유리 및 연마제, 형광재료, 안료, 자성재료, 금속첨가물, 세라믹스 구조 등으로 매우 다양하게 쓰이며 첨단산업소재의 비타민이라고 불리고 있다. 이와 관련하여 중국 등 희토류 생산국에서는 이들 금속을 자원무기화하려고 하고 있으며, 우리나라도 2010년 희토류를 신전략광물로 지정하였다.
희토류 생산과정의 주요 특징은 다음과 같다. 첫째, 희토류는 대게 이온화합물 등으로 존재하고 있기 때문에 비교적 복잡한 정제과정을 거쳐야 하며, 이는 상당한 기술을 요한다. 둘째, 추출을 위해 강한 화학약품을 많이 사용하게 되며, 따라서 추출과정에서 대량의 유해성 폐수가 발생한다. 셋째, 희토류금속은 방사능원소와 함께 부존하는 특성을 갖기 때문에 방사능 오염수도 대량으로 발생한다. 즉, 채광과 추출 과정에서 심각한 환경오염이 발생하고 재처리 및 정화 과정에 많은 비용이 들게 된다. 따라서 희토류금속의 안정적인 확보를 위하여 환경오염을 줄일 수 있는 새로운 희토류금속 정제기술이 필요한 실정이다.
이러한 실정에 맞춰 희토류금속을 자원화하기 위한 추출기술들이 제안되고 있다. 현재 희토류금속을 함유하고 있는 광물은 20여종으로 알려져 있으나 광석으로서 실제 공업적으로 사용할 수 있는 것은 Monazite, Bastnasite, Allanite 그리고 Xenotime 정도이다. 광석으로부터 희토류금속의 추출방법은 Monazite와 Xenotime의 경우 진한 황산법과 알카리법이 상용화되어 있다. 진한 황산법은 낮은 비용으로 처리할 수 있지만 공해문제가 비교적 심한 반면 알카리법은 오토클레이브(autoclave)가 필요하고 비용이 많이 드나 인산소다가 회수되는 장점이 있다. 한편 Bastnasite는 배소 후 염산침출 방법이 주된 추출공정으로 이용된다.
한편, 희토류 금속의 추출시 희토류 광산배수가 발생되며, 이에는 각종 중금속, 방사성 물질, 유기물이 포함되어 있다.
즉 희토류 광산배수에는 각종 오염물질이 포함되어 있기 때문에 그대로 방류하거나 재사용할 수 없으며 따라서 희토류 추출 기술은 희토류 광산배수의 정화를 위한 기술을 필요로 한다.
종래 기술에 의한 희토류 광산배수 처리 방법은 대개 알칼리제를 이용한 중금속 이온의 침전 처리만을 거친다. 폐수에는 중금속뿐만 아니라 방사성 물질과 유기물이 함께 존재하는데 방사성 물질과 유기물은 알칼리화에 따른 침전 처리 공정에서 제거되기 어렵기 때문에 다량의 방사성 물질과 유기물이 존재하는 상태를 정화 처리한 것이라 하고 있는 실정이다.
등록특허 제10-0500730호 등록특허 제10-1058567호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 희토류 원소의 추출시 발생되는 희토류 광산배수에 포함된 서로 다른 특성의 불순물인 중금속과 방사성 물질 및 유기물 모두를 제거하여 모든 종류의 오염물이 제거된 순도 높은 정화수를 회수할 수 있는 희토류 광산배수 처리 시스템 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 시스템은, 희토류의 추출시 발생되며 중금속과 방사성 물질 및 유기물이 포함된 희토류 광산배수를 공급하는 광산배수 공급부와; 내부에 공간이 형성되며 상기 광산배수 공급부와 연결되어 광산배수를 공급받는 침전 반응기, 상기 침전 반응기의 내부에 담기며 상기 침전 반응기 내부에 공급된 희토류 광산배수로부터 양이온의 중금속을 침전 처리하는 알칼리공급매질로 이루어진 중금속 처리부와; 상기 중금속 처리부의 침전 반응기와 연결되며 상기 중금속 처리부를 통해 중금속이 제거된 1차 처리수를 공급받는 흡착 반응기, 상기 흡착 반응기의 내부에 담기며 상기 흡착 반응기의 내부에 공급된 1차 처리수로부터 음이온의 방사성 물질을 흡착 제거하는 흡착제로 이루어진 방사성 물질 처리부와; 상기 방사성 물질 처리부의 흡착 반응기와 연결되며 상기 방사성 물질 처리부를 통해 방사성 물질이 제거된 2차 처리수를 공급받아 2차 처리수로부터 유기물을 제거하는 유기물 처리부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 방법은, 희토류의 추출시 발생되며 중금속과 방사성 물질 및 유기물이 포함된 희토류 광산배수를 공급하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 공급되는 희토류 광산배수를 침전 반응기에 공급하고 상기 침전 반응기에 알칼리공급매질을 담아 상기 알칼리공급매질과 상기 희토류 광산배수의 알칼리 반응을 통해 상기 희토류 광산배수로부터 양이온의 중금속을 침전 제거하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 중금속이 제거된 1차 처리수를 흡착제가 담긴 흡착 반응기에 공급하여 상기 흡착제를 통해 상기 1차 처리수에 포함된 음이온의 방사성 물질을 제거하는 제3단계와; 상기 제3단계를 통해 방사성 물질이 제거된 2차 처리수로부터 유기물을 제거하여 정화수를 회수하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 시스템 및 방법에 의하면, 희토류 원소의 추출시 발생되는 희토류 광산배수에 포함된 서로 다른 특성의 불순물인 중금속과 방사성 물질 및 유기물 모두를 제거하여 모든 종류의 오염물이 제거된 순도 높은 정화수를 회수하므로 오염물이 포함된 정화수로 인한 환경오염을 방지하고 오염물의 정화 처리를 위한 별도의 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 희토류 원소의 추출시 발생되는 폐수의 처리 시스템 및 처리 공정도.
도 2는 본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 시스템에 적용된 흡착 반응기의 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 방법의 공정도.
도 1에 의한 본 발명에 따른 희토류 광산배수 처리 시스템은, 광산배수(희토류 원소의 추출시 발생되는 폐수) 공급부(10), 광산배수 공급부(10)로부터 공급되는 광산배수로부터 양이온의 중금속을 처리하는 중금속 처리부(20), 중금속 처리부(20)를 통과한 1차 처리수(중금속이 처리된 폐수를 말함)로부터 음이온의 방사성 물질을 처리하는 방사성 물질 처리부(30) 및 방사성 물질 처리부(30)를 통과한 2차 처리수(방사성 물질이 처리된 폐수를 말함)로부터 유기물을 처리하는 유기물 처리부(40)로 구성된다.
광산배수 공급부(10)는 희토류의 추출시 발생되는 희토류 광산배수(이하 "광산배수"라 약칭함)가 저장되는 공급조(11), 공급조(11)에 저장된 광산배수를 이송하는 펌프(12)(수중 펌프 등 다양한 제품의 사용이 가능함) 및 펌프(12)에 의해 이송되는 광산배수를 중금속 처리부(20)에 공급하는 공급관(13)으로 구성되며 아울러 공급관(13)을 개폐하는 밸브가 함께 구성될 수 있다. 공급조(11)는 내부에 광산배수의 교반을 위한 교반기가 갖추어질 수 있다.
중금속 처리부(20)는 광산배수에 포함된 양이온의 중금속(Pb, Cd, Cu, Zn, Mn 등) 및 음이온의 불소(F)를 침전에 의해 처리하는 것이며, 이 과정에서 일부 방사성 물질(Th, U 등)이 함께 처리된다.
중금속 처리부(20)는 내부에 공간이 형성된 침전 반응기(21), 중금속의 침전을 위한 매질로서 알칼리공급매질(24)(PASwos, porous air stones waste oyster shell)로 구성된다.
침전 반응기(21)는 광산배수의 유입을 위한 유입포트(22)와 1차 처리수의 토출포트(23)가 구비된 탱크 구조이며, 알칼리공급매질의 투입을 위한 알칼리공급매질 투입포트가 갖추어지거나 개폐식 도어가 구성되고 또한 침전물의 배출을 위한 드레인포트가 구성된다. 침전 반응기(21)는 예를 들어 상하부가 개방된 침전반응기 본체, 상기 침전반응기 본체의 상부와 하부에 각각 결합되는 상하부 덮개로 구성될 수 있다.
도면에서 유입포트(22)는 저부에서 상부를 향하도록 형성되고 토출포트(23)는 상부에서 측방향을 향하도록 형성되었으나 이에 한정되는 것은 아니다.
알칼리공급매질(24)은 침전 반응기(21)의 내부에 일정량이 담겨 사용되며 이 사용량은 중금속의 오염 농도 등에 따라 달라지는 것이므로 구체적인 수치로 한정하지는 않는다.
알칼리공급매질은 CaO와 CaCO3의 혼합물로 이루어지며, CaO는 물과 반응하여 알칼리물질로 변화되는 것으로 널리 알려져 있고 양이온의 중금속(Pb, Cd, Cu, Zn, Mn 등)을 알칼리화(pH 9~12)하여 침전되도록 한다. 상기 CaO와 CaCO3는 중량기준으로 95~98중량%, 2~5중량%가 혼합되어 이루어지며 상기 비율을 벗어나면 중금속의 pH 조절이 어렵거나 오래 걸린다. CaCO3는 알칼리성 물질로서 CaO와 혼합되면 보다 오랫동안 알칼리를 공급한다.
또한, 알칼리공급매질(24)과 중금속의 반응성과 알칼리 생산능력의 향상을 위하여 알칼리공급매질(24)은 입자상의 에어스톤(공극을 갖는 입자물질)에 알칼리제가 함침되어 사용된다. 에어스톤의 입도는 직경이 20~30mm이다. 즉 알칼리공급매질(24)은 에어스톤(24a) 및 에어스톤(24a)의 기공에 함침되는 알칼리제의 반응층(24b)으로 구성된다.
알칼리공급매질의 Packing density는 50~60kg/㎥(권장조건 : 56kg/㎥)이다.
알칼리공급매질은 에어스톤 1개당 알칼리공급매질을 함침할 수 있는 내부 규격(Φ6mmㅧH18mm, 체적 0.51mL)에 알칼리제 0.6-0.9g(권장조건 : 0.7g)을 주입하여 사용한다.
방사성 물질 처리부(30)는 중금속 처리부(20)의 침전 반응기(21)와 관로를 통해 연결되는 흡착 반응기(31), 흡착 반응기(31)의 내부에 담기며 1차 처리수(중금속, 불소 등이 처리된 폐수)에 포함된 방사성 물질을 흡착 제거하는 흡착제(32)(PUCMDS, Polyurethane Coal mine drainage sludge)로 구성된다.
도 1과 도 2에서 보이는 것처럼, 흡착 반응기(31)는 예컨대 상하부가 개방된 흡착반응기 본체(31a), 흡착반응기 본체(31a)의 상하부에 각각 분리 가능하게 체결구를 통해 조립되는 상하부 덮개(31b,31c)로 구성되며, 수밀성 확보를 위하여 고무 등을 재질로 하는 밀폐링이 사용된다. 또한, 1차 처리수의 유입포트(33), 2차 처리수(방사성 물질이 흡착 제거된 폐수)의 토출포트(34), 방사성 물질의 드레인 포트가 구성되며, 이들 포트는 도면에 도시된 위치로 한정되는 것은 아니다.
흡착 반응기(31) 내부에는 흡착제(32)가 담기며, 흡착 반응기(31) 내부에 유입된 1차 처리수가 흡착제(32)를 통과하는 중에 음이온의 방사성 물질이 흡착되며, 흡착 반응기(31)의 내부를 하나의 공간으로 하여 흡착제(32)가 담길 수 있지만 하나 이상의 선반(35)을 통해 흡착제(32)를 2단 이상으로 담아 다수의 흡착 공간을 형성함으로써 흡착성능을 향상함과 아울러 원활한 수류를 형성한다. 선반(35)은 수류 확보를 위하여 다공성이되 흡착제(32)가 유실되지 않는 망 등이 구성될 수 있다.
흡착제(32)는 석탄광산 배수 처리시 발생되는 부산물인 입자상의 슬러지를 이용하며 1~3㎛의 입도가 바람직하다. 이와 같이 폐기물인 슬러지를 자원화함으로써 폐기물의 처리 비용을 절감하고 폐기물에 의한 환경오염을 예방할 수 있다.
흡착제(32)는 슬러지와 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl diisocyanate, MDI) 및 폴리올을 재료로 한다. MDI와 폴리올은 슬러지가 방사성 물질을 흡착하기 위한 기공을 갖기 위하여 사용된다.
흡착제(32)는 입자상의 슬러지 : MDI : 폴리올이 2 : 0.9~1.1 : 0.9~1.1의 중량비율, 바람직하게 2 : 1 : 1로 사용되며, 이는 최적의 공극률 형성에 따른 흡착성능 향상을 위한 비율이다.
흡착제(32)의 제조 공정은 다음과 같다.
1. 재료 혼합 및 공극 형성.
1~3㎛의 슬러지와 MDI 및 폴리올을 상기 비율로 교반기에 넣고 상온(20~25℃)에서 80-120 rpm의 속도로 20~40분, 바람직하게 100rpm의 속도로 30분 동안 교반하며 이 과정을 통해 입자상의 슬러지에 있는 CO2가 날아가게 되어 공극이 형성된다.
상기 교반속도와 시간은 재료들의 균일한 혼합과 공극 형성을 위한 조건이며, 상기 조건을 벗어나면 공극률이 낮아 흡착성능이 떨어지거나 재료가 파괴된다.
2. 건조.
전 공정을 통해 공극을 형성한 흡착제 가공물의 안정화를 위하여 건조 공정을 거친다.
건조 조건은 상온(20~25℃)에서 2시간 30분~3시간 30분(권장조건 : 3시간)이다.
3. 가공.
건조가 완료된 흡착제는 넓은 범위의 입도로 가공될 수 있으며 슬러지의 최초 입도인 1~3㎛ 입도의 흡착제로 가공하기 위하여 파쇄, 분쇄 및 입도선별 공정을 거친다.
흡착제(32)는 공극률 0.5~0.6(권장조건 : 0.57)이며, Packing density 600~650kg/㎥(권장조건 : 617kg/㎥)이다.
이와 같이 제조된 흡착제의 특성은 표 1과 같다.
Properties Data
Bulk density(g mL-1) 0.24
pH 7.68
pHzpc 5.8
BET surface area(m2g-1) 23.0
Pore size(nm) 48
Goethite(wt.%)
Calcite(wt.%)
SO4 2-(wt.%)		 60.67
16.33
5.11
표면 강도 1GPa
유기물 처리부(40)는 오존을 이용하여 유기물을 제거하는 것이며 오존발생기(41), 내부에 2차 처리수와 오존이 투입되어 오존에 의해 2차 처리수에 포함된 유기물을 제거하는 오존 반응기(42)로 구성된다.
오존 발생기(41)는 공지의 제품이며 오존을 오존 반응기(42)에 공급한다. 2차 처리수에 대한 오존처리효율은 39.3mg CODCr/g O3 이었다.
오존 반응기(42)는 내부에 공간이 형성된 탱크이며 전술한 침전 반응기(21)나 흡착 반응기(31)와 동일한 구조 등 다양한 구조가 가능하며 오존 투입포트, 정화수 토출포트, 드레인 포트, 오존 배출부 등이 구성될 수 있다. 상기 오존 배출부를 통해 배출되는 오존의 정화를 위하여 정화기가 함께 갖추어질 수도 있다.
유기물 처리부(40)는 오존 발생기(41)로 한정되지 아니하며 광촉매 살균기 등 유기물을 제거하는 모든 구성이 사용 가능하다.
본 발명은 광산배수, 1차 처리수, 2차 처리수, 정화수의 특성(유량, 온도 등)을 검출하기 위한 센서가 갖추어질 수 있다. 또한 광산배수 공급부(10) 이외의 구성에도 1차 처리수, 2차 처리수, 정화수의 흐름을 위한 펌프가 갖추어질 수 있다.
본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 방법은 중금속의 침전 처리 - 방사성 물질 처리 - 유기물 처리 공정으로 이루어지며 각 공정은 다음과 같다.
(S10) 희토류 광산배수 공급.
희토류의 추출시 발생되는 희토류 광산배수는 물, 중금속, 방사성 물질, 유기물 등이 혼합된 상태이며, 공급조(11)에 저장된 광산배수는 펌프(12)를 통해 중금속 처리부(20)의 침전 반응부(21)에 공급된다.
(S20) 중금속 침전 처리.
침전 반응기(21) 내부에는 알칼리공급매질(24)이 담겨 있으며, 광산배수는 중금속 처리부(20)의 침전 반응기(21) 내부에 공급된다.
광산배수는 알칼리공급매질(24) 내의 알칼리제의 반응층과 반응하며, 이 과정에서 알칼리제가 물과 반응하여 pH를 증가시킴으로써 양이온의 중금속이 침전 반응기(21)내에 침전된다(이 과정에서 일부 방사성 물질도 침전된다). 광산배수의 체류시간(HRT)은 2시간 30분 ~ 3시간 30분(권장조건 : 3시간)이다. 침전 반응의 조건은 22~28℃(권장조건 : 25℃)이다.
본 공정을 통해 초기 공급된 광산배수는 중금속 침전물과 1차 처리수로 구분된다.
하기의 표 2는 본 공정에 의한 중금속의 처리 메카니즘을 나타낸 것이다.
Figure 112014047409014-pat00001
(S30) 방사성 물질 처리.
(S20) 중금속 침전 처리 공정을 거치면 중금속이 처리된 1차 처리수는 방사성 물질 처리부(30)의 흡착 반응기(31)에 공급된다. 흡착 반응기(31)의 내부에는 흡착제(32)가 담겨 있다.
1차 처리수는 흡착제(32)와 반응하며, 이 과정에서 1차 처리수에 포함된 방사성 물질은 흡착제(32)에 흡착되어 1차 처리수로부터 제거된다.
흡착 반응을 위한 공탁체류시간(EBCT)은 50분~70분(권장조건 : 60분)이다.
본 공정이 완료되면 방사성 물질[흡착제(32)에 흡착된 상태]과 2차 처리수(물, 유기물)가 분리된다.
(S40) 유기물 처리.
2차 처리수는 오존 반응기(42) 내부에 공급되며 또한 오존 반응기(42) 내부에는 오존 발생기(41)에서 생성된 오존이 공급되어 유기물의 제거 반응이 일어나 정화수가 만들어진다. 오존 처리를 위한 체류시간(HRT)은 2시간 30분 ~ 3시간 30분이다.
본 발명에 의한 희토류 광산배수 처리 방법은 광산배수 공급, 중금속 처리, 방사성 물질 처리, 유기물 처리의 공정이 스텝(step)식으로 이루어질 수 있고 또는 플로우(flow)식으로 이루어질 수도 있다.
<실시예>
1. 희토류 광산배수 공급.
희토류 광산배수의 중금속, 방사성 물질 및 유기물의 양은 하기의 표 3과 같다. 본 실험에 사용된 희토류 광산배수의 유량은 20L/일이다.
2. 중금속 처리.
알칼리공급매질(24)은 중량기준 CaO 97%와 CaCO3 3%가 혼합된 알칼리물질이 22mm 입도의 입자상 물질(에어 스톤)에 함침된 것이며, Packing density 56kg/㎥이다.
상기 알칼리공급매질에 대하여 광산배수의 체류시간을 3시간으로 하여 양이온의 중금속을 처리하였다.
3. 방사성 물질 처리부.
흡착제(32)는 입경 2㎛의 슬러지와 MDI 및 폴리올을 중량 기준 2 : 1 : 1의 비율로 준비하고 상기 비율로 교반기에 넣어 100rpm의 속도로 30분간 교반하였으며 이 과정을 통해 CO2를 배출하여 공극을 형성하였다. 공극률(Porosity)은 0.57이다. 활동량(activity volume)은 0.833L이다.
이어서 3시간 동안 건조한 후 입도 선별을 통해 2㎛ 입도의 흡착제를 준비하였다. Packing density는 617kg/㎥이다.
이렇게 제조된 흡착제(32)를 이용하여 중금속이 제거된 1차 처리수로부터 방사성 물질을 제거하였으며, 공탁체류시간을 1시간으로 하여 방사성 물질을 제거하였다. 또한 pH 5일 때 흡착 성능과 반응속도가 가장 높은 것으로 확인되어 공탁체류조건을 pH 5로 유지하였다.
4. 오존 유기물 산화.
공지의 오존 유기물 산화장치를 사용하였고 방사성 물질이 제거된 2차 처리수에 오존을 공급하고 체류시간을 3시간으로 하여 유기물을 제거하였다. 오존을 이용하여 유기물을 산화 시 pH 6.5-7.2, 온도 20-25℃이었다.
이와 같은 공정을 100일간 1일 각 1회씩 실시한 결과를 표 3에 나타내었다.
Figure 112014047409014-pat00002
R1은 알칼리공급매질을 이용한 중금속 처리 공정 후의 결과이고, R2는 흡착제를 이용한 방사성 물질 처리 공정 후의 결과이며, R3는 오존 산화에 의한 유기물 처리 공정 후의 결과이다.
표 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의해 희토류 광산배수를 처리한 결과 중금속과 방사성 물질 및 유기물 모두 원수에 비하여 상당량 저감되었음을 알 수 있다.
10 : 광산배수 공급부, 11 : 광산배수 공급조
12 : 펌프, 20 : 중금속 처리부
21 : 침전 반응기, 24 : 알칼리공급매질
30 : 방사성 물질 처리부, 31 : 흡착 반응기
32 : 흡착제, 40 : 유기물 처리부
41 : 오존 발생기, 42 : 오존 반응기

Claims (4)

  1. 희토류의 추출시 발생되며 중금속과 방사성 물질 및 유기물이 포함된 희토류 광산배수를 공급하는 광산배수 공급부(10)와;
    내부에 공간이 형성되며 상기 광산배수 공급부와 연결되어 광산배수를 공급받는 침전 반응기(21), 상기 침전 반응기의 내부에 담기며 상기 침전 반응기 내부로 공급된 희토류 광산배수로부터 양이온의 중금속을 침전 처리하는 알칼리공급매질(24)로 이루어진 중금속 처리부(20)와;
    상기 중금속 처리부의 침전 반응기와 연결되며 상기 중금속 처리부를 통해 중금속이 제거된 1차 처리수를 공급받는 흡착 반응기(31), 상기 흡착 반응기의 내부에 담기며 상기 흡착 반응기의 내부에 공급된 1차 처리수로부터 방사성 물질을 흡착 제거하는 흡착제(32)로 이루어진 방사성 물질 처리부(30)와;
    상기 방사성 물질 처리부의 흡착 반응기와 연결되며 상기 방사성 물질 처리부를 통해 방사성 물질이 제거된 2차 처리수를 공급받아 오존이나 광촉매를 통해 2차 처리수로부터 유기물을 제거하는 유기물 처리부(40)를 포함하고,
    상기 알칼리공급매질(24)은 공극이 구비되며 20~30mm 직경인 입자상의 에어스톤(24a) 및 에어스톤(24a)의 기공에 함침되는 알칼리제의 반응층(24b)으로 이루어지고,
    상기 흡착제는 석탄광산 배수 처리시 발생되는 부산물로서 1~3㎛ 입도의 슬러지, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl diisocyanate, MDI) 및 폴리올을 중량비율로 2 : 0.9~1.1 : 0.9~1.1로 혼합하고 20~25℃에서 80-120 rpm의 속도로 20~40분간 교반하는 제1단계, 상기 제1단계 후 교반물을 20~25℃에서 2시간 30분~3시간 30분간 건조하는 제2단계, 상기 제2단계를 거친 건조물을1~3㎛ 입도로 파쇄하는 제3단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 희토류 광산배수 처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 흡착 반응기는 내부 공간이 다공성의 선반을 통해 2단 이상으로 구획되고 상기 흡착제가 상기 선반에 담겨 2단 이상의 흡착 처리가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 희토류 광산배수 처리 시스템.
  3. 삭제
  4. 희토류의 추출시 발생되며 중금속과 방사성 물질 및 유기물이 포함된 희토류 광산배수를 공급하는 제1단계와;
    상기 제1단계를 통해 공급되는 희토류 광산배수를 침전 반응기에 공급하고 상기 침전 반응기에 알칼리공급매질을 담아 상기 알칼리공급매질과 상기 희토류 광산배수의 반응을 통해 상기 희토류 광산배수로부터 양이온의 중금속을 침전 제거하되, 공극이 구비되며 20~30mm 직경인 입자상의 에어스톤(24a) 및 에어스톤(24a)의 기공에 함침되는 알칼리제의 반응층(24b)으로 이루어진 알칼리공급매질을 매개로 하여 양이온의 중금속을 침전 제거하는 제2단계와;
    상기 제2단계를 통해 중금속이 제거된 1차 처리수를 흡착제가 담긴 흡착 반응기에 공급하여 상기 흡착제를 통해 상기 1차 처리수에 포함된 방사성 물질을 제거하되, 석탄광산 배수 처리시 발생되는 부산물로서 1~3㎛ 입도의 슬러지, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl diisocyanate, MDI) 및 폴리올이 중량비율로 2 : 0.9~1.1 : 0.9~1.1로 혼합되어 이루어진 흡착제를 매개로 하여 방사성 물질을 제거하는 제3단계와;
    상기 제3단계를 통해 방사성 물질이 제거된 2차 처리수로부터 오존 또는 광촉매를 통해 유기물을 제거하여 정화수를 회수하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 광산배수 처리 방법.
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