KR101716750B1 - pH 버퍼구간을 이용한 광산배수 내 유용금속의 선택적, 연속적 회수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 pH에 따른 금속의 용해도 차이를 이용하여, 이종금속들이 용존되어 있는 광산배수로부터 이종 금속들을 각각 개별적으로 회수하는 방법을 제공한다. 즉, 본 발명에서는 특정 금속만 침전될 수 있도록, 광산배수의 pH를 고유범위로 조절함으로써 복수의 이종 금속을 각각 개별적으로 침전시켜 회수하는 복수의 회수단계를 수행한다. 그리고 pH값을 기준으로 2개의 회수단계 사이에는 버퍼단계를 수행한다. 버퍼단계는 광산배수의 pH를 2개의 회수단계에서 각각 회수되는 금속들이 함께 침전될 수 있는 공통범위로 조절하여 2개의 금속을 함께 침전시킨다. 버퍼단계를 수행함으로써 회수단계에서는 오히려 개별 금속의 순도를 향상시킬 수 있다.

Description

pH 버퍼구간을 이용한 광산배수 내 유용금속의 선택적, 연속적 회수시스템{APPARATUS FOR SEPARATING USEFUL METALS FROM MINE DRAINAGE USING pH BUFFER ZONE}

본 발명은 광산 환경 복원기술에 관한 것으로서, 특히 광산 배수 내에 포함되어 있는 철, 알루미늄 등의 유용 금속을 선택적으로 분리, 회수하기 위한 방법에 관한 것이다.

폐광으로 인한 환경오염은 지반 침하, 폐석과 광미의 유실로 인한 하천 매몰 및 토양의 중금속 오염, 갱구 유출수와 폐석 침출수에 의하 수질오염 등을 들 수 있다. 특히, 지하 폐광석 더미로부터 나오는 이른바 산성광산배수에 의한 수질오염 문제는 매우 심각한 문제이다.

산성광산배수의 정화방법은 크게 외부의 동력과 화학약품을 사용하는지 여부에 따라 적극적 처리법(actve treatment)과 소극적 처리법(passive treatment)으로 나뉘어진다.

적극적 처리법은 중화제를 이용한 pH조절, 이온교환과 흡착, 응집, 여과, 전기분해 등이 있다. 소극적 처리법으로는 ALDs(anoxic limestone drains), OLD(oxic limestone drains) 등의 석회석을 이용한 중화 처리방식과 호기성 및 혐기성 인공 소택지, SAPS(successive alkalinity-producing systems) 또는 RAPS 등이 있다.

종래에는 적극적 처리법보다는 소극적 처리법이 보다 많이 사용되었다. 그러나 최근에는 소극적 처리법의 한계가 분명해지면서, 적극적 처리방법을 적용하는 경우가 늘고 있다. 적극적 처리법은 처리효율이 우수하지만 화학약품, 인력, 동력이 지속적으로 투입되어야 하므로 유지비용이 비싸게 든다는 문제가 있다. 적극적 처리법이 보다 활성화되기 위해서는 경제성을 향상시킬 필요가 있다.

한편, 종래의 광산배수처리는 주로 수질오염 및 토질오염을 방지하기 위한 차원에서 이루어졌다. 그러나 광산배수에는 철, 알루미늄, 망간, 구리, 아연 등 산업적으로 활용가능한 유용 금속들이 다량 용존되어 있으므로 또 다른 자원으로 기능할 수도 있다. 즉, 소극적 개념의 환경복원을 넘어서 적극적인 개념에서 광산배수를 산업적으로 재활용하기 위한 노력이 필요한 시점이다.

적극적 처리법을 적용할 때 해결해야할 과제인 경제성을 향상시키는 문제와 광산배수를 산업적으로 재활용하는 것은 서로 통해 있다. 즉 적극적 처리법에서는 중화제를 사용하여 광산배수 내 용존금속의 침전을 가속화시키므로, 이 금속들을 선택적으로 분리회수하여 산업적으로 재활용하여 부가가치를 창출할 수 있다면 경제성을 향상시킬 수 있는 것이다.

그러나 다양한 금속이 혼재되어 있는 광산배수로부터 금속들을 선택적으로 분리하여 회수하는 것은 용이하지 않다.

광산배수 내 금속의 선택적 분리회수를 경제적으로 수행할 수 있는 기술개발이 요청된다.
[선행기술문헌]
대한민국 등록특허공보 제10-00999369호(공지일: 2010.12.17)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광산배수 내 다양한 금속을 선택적, 연속적으로 높은 순도로 회수하기 위한 광산배수 내 유용금속 회수시스템 및 회수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광산배수 내 유용금속 회수방법은, pH에 따른 금속의 용해도 차이를 이용하여, 이종금속들이 용존되어 있는 광산배수로부터 이종 금속들을 각각 개별적으로 회수하는 방법으로서, 특정 금속만 침전될 수 있도록, 상기 광산배수의 pH를 고유범위로 조절함으로써 상기 복수의 이종 금속을 각각 개별적으로 침전시켜 회수하는 복수의 회수단계; 및 pH값을 기준으로 2개의 회수단계 사이에서 수행되며, 상기 광산배수의 pH를 상기 2개의 회수단계에서 각각 회수되는 2개의 금속이 함께 침전될 수 있는 공통범위로 조절하여 상기 2개의 금속을 함께 침전시키는 적어도 하나의 버퍼단계;를 포함하여, 상기 회수단계에서 개별 금속의 순도를 향상시키는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 회수단계에서 상기 광산배수로부터 침전된 침전물 중 회수하고자 하는 상기 특정 금속의 함량은 적어도 75~99.9 중량% 이상이다.

또한 본 발명에 따르면 상기 회수단계는 철을 침전시켜 회수하는 제1회수단계와, 알루미늄을 침전시켜 회수하는 제2회수단계를 구비하며, 상기 제1회수단계와 제2회수단계 사이에 상기 광산배수로부터 철과 알루미늄을 함께 침전시키는 버퍼단계를 구비한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 철을 회수하는 제1회수단계에서는 광산배수를 최고 pH3.5~4.0 범위로, 상기 알루미늄을 회수하는 제2회수단계에서는 최고 pH6.0~7.0 범위로, 그리고 상기 버퍼단계에서는 최고 pH6.0 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 제1회수단계에서는 산화가 완료된 후 초기 pH로부터 중화제를 공급하여 최고 3.5 내지 4.0까지 올리며, 버퍼단계에서는 제1회수유닛으로부터 배출된 초기 상태로부터 pH를 최고 6.0까지 상승시키고, 제2회수유닛에서는 버퍼유닛으로부터 배출된 광산배수의 pH를 최고 7.0까지 상승시킨다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 회수단계 또는 버퍼단계는 상기 광산배수에 중화제를 투입하여 pH를 조절하는 중화단계와, pH가 조절된 상기 광산배수에 응집제를 투입하여 광산배수로부터 석출된 금속 입자들을 응집시키는 응집단계 및 응집된 입자들을 침전시키는 침전단계를 구비한다.

한편, 상기한 방법을 구현하기 위한 광산배수 내 유용금속 회수시스템을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위한 광산배수 내 유용금속 회수시스템은, pH에 따른 금속의 용해도 차이를 이용하여, 광산배수에 용존되어 있는 이종의 금속들을 각각 개별적으로 침전시켜 회수하도록, 연속적으로 연결되어 있는 복수의 금속회수유닛을 구비하며, 상기 금속회수유닛은, 각각 특정한 금속을 회수하기 위한 복수의 회수유닛과, 상기 회수유닛 사이에 배치되어 양측에 인접한 상기 회수유닛에서 각각 회수되는 서로 다른 금속이 함께 침전되도록 하는 버퍼유닛을 구비하여, 상기 버퍼유닛의 침전조에는 이종 금속이 서로 혼재되어 침전됨으로써, 상기 버퍼유닛의 양측에 배치되는 상기 회수유닛의 침전조에는 특정의 단일 금속의 순도가 향상되는 것에 특징이 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 광산배수의 진행방향을 따라 첫 번째 상기 회수유닛에서는 침전물 중 철의 함량이 95 중량% 이상이며, 상기 버퍼유닛에서는 철과 알루미늄이 함께 침전되며, 두 번째 상기 회수유닛에서는 침전물 중 알루미늄이 함량이 85 중량% 이상이다.

본 발명에서, 상기 금속회수유닛은 광산배수에 중화제를 공급하여 pH를 조절하기 위한 중화조와, 상기 중화조로부터 광산배수가 유입되며 광산배수로부터 석출된 금속 입자를 응집하기 위한 응집제를 공급하는 응집조 및 상기 응집조로부터 배출된 광산배수가 수용되어 광산배수로부터 금속을 침전시키는 침전조를 구비한다.

그리고, 상기 중화조와 응집조는, 광산배수의 유입구 및 유출구가 형성되어 있는 외부조와, 상기 외부조의 내부에 설치되며 광산배수의 입구부와 출구부가 형성되어 있는 내부조와, 상기 내부조의 외면과 상기 외부조의 내면 사이에 설치되어 상기 외부조에서 상기 유입구와 연통되는 제1공간과 상기 유출구와 연통되는 제2공간을 상호 격리시키는 분리막 및 상기 내부조에 설치되는 교반기를 구비하여, 상기 외부조의 유입구로 유입된 광산배수는 상기제1공간, 내부조 및 제2공간을 순차적으로 거친 후 상기 외부조의 유출구로 배출된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 중화조로부터 유입 및 배출되는 광산배수의 pH를 측정하도록, 상기 중화조의 제1공간 및 제2공간에는 pH센서가 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 침전조는, 광산배수의 유입구와 유출구가 각각 상부에 형성되는 본체부와, 상기 본체부 내부의 공간을 상기 유입구가 배치된 제1영역과 상기 유출구가 배치된 제2영역으로 분리하며 상기 본체부의 하측에서만 상기 제1영역과 제2영역이 상호 연통되도록, 상기 본체부의 바닥으로부터 이격되게 설치되는 가림막을 구비하여 광산배수는 알파벳 'u'자 형으로 유동한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 침전조 본체부의 높이 방향을 따라 상호 이격되게 상기 제2영역에 설치되며, 상기 본체부 내 침전물의 부상을 억제하도록 상기 본체부의 높이방향과 교차되는 방향으로 배치되는 복수의 차단판을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한 상기 금속회수유닛 사이를 연결하는 연결라인을 더 구비히며, 상기 연결라인의 내부에는 상기 광산배수의 진행방향을 거스르는 방향으로 차단판이 설치되어 광산배수 내 침전물이 이동되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면 광산배수에 포함되어 있는 이종의 유용 금속들을 각각 개별적으로 분리하여 회수할 수 있다. 특히 회수되는 금속들의 순도가 향상되어 2차적 활용에 있어서 매우 유리하다.

또한 본 발명에서는 중화, 응집 및 침전 공정에 특화된 기계적 장치를 제공함으로써 광산배수 내 금속의 회수율을 상승시킬 수 있는 이점이 있다.

광산배수 내 유용금속을 회수하는 공정이 완료되는 시점에서 광산배수에 대한 환경처리도 완벽하게 수행될 수 있다.

또한 유용금속을 회수하여 재이용하는 것을 통해 간접적으로 광산배수의 환경적 처리의 경제성을 향상시킬 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 내 유용금속 회수시스템의 개략적 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 중화조 및 응집조를 설명하기 위한 개략적 일부 분해 사시도이다.
도 3은 중화조 및 응집조의 개략적 종단면도이다.
도 4는 중화조 및 응집조의 개략적 횡단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 침전조의 개략적 일부 분해 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 침전조의 개략적 종단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 연결라인의 개략적 종단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 채용되는 침전조의 개략적 일부 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 침전조의 개략적 종단면도이다.
도 10은 또 다른 형태의 침전조의 개략적 종단면도이다.
도 11은 버퍼유닛이 없는 경우의 철과 알루미늄의 회수율을 나타낸 그래프이다.
도 12는 버퍼유닛이 있는 경우의 철과 알루미늄의 회수율을 나타낸 그래프이다.
도 13은 위 2개의 실험에서 각각 회수된 철과 알루미늄의 순도를 비교한 그래프이다.
※※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

종래기술에서도 설명하였지만 기존에는 광산배수를 단지 산성을 띠고 중금속을 다량 함유한 환경 오염물질로만 취급하였다. 따라서 환경오염물질인 광산배수를 어떻게 경제적으로 정화처리할 수 것인지가 해당 업계의 유일한 관심사였다. 그러나 최근에는 광산배수가 환경오염물질이지만 유용금속을 다량 함유한 또 다른 자원이라고 인식이 변화되고 있다. 이에 환경처리와 유용금속의 회수를 함께 수행할 수 있는 방법에 대하여 활발한 모색이 이루어지고 있다. 물론 기존에도 광산배수로부터 유용금속을 회수하는 것에 대하여 학술적인 접근은 있었지만, 최근에는 실제 산업적 활용의 차원에서 유용금속의 회수가 연구되고 있다는 점에서 차이가 있다.

유용금속의 회수 및 이용은 자원의 재활용으로서의 의미와 함께, 광산배수를 정화처리하는데 있어서 경제성을 간접적으로 향상시키는 데에도 의미가 있기 때문이다. 문제는 광산배수로부터 유용금속을 회수하는 것이 경제적 타당성이 있는지 여부이다.

광산배수로부터 유용금속을 회수하는 기술에서 경제적 타당성을 만족하기 위한 내부적 요건은 크게 2가지이다. 즉 회수율과 순도이다. 위 2가지 요건 중에서 경제성의 관점에서 보다 중요한 것은 순도이다.

본 발명에서는 회수율과 순도를 최고로 향상시킬 수 있는 광산배수 내 유용금속 회수방법 및 회수시스템(이하, '유용금속 회수방법 및 회수시스템'이라 함)을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 유용금속 회수방법 및 회수시스템에서는 pH에 따른 금속별 용해도의 차이를 이용하여, 금속들을 개별적, 연속적으로 침전시켜 회수한다.

유용금속 회수방법은 복수의 회수단계와 적어도 하나의 버퍼단계를 수행한다.

회수단계는 광산배수 내 타겟 금속을 개별적으로 회수하는 단계로서 pH 범위에 따라 복수 번 행해지게 된다. 즉, 광산배수에는 다양한 금속이 포함되어 있는데, 회수단계는 각각의 금속들을 별도로 분리하기 위한 것이다. 본 실시예와 같이 광산배수로부터 철과 알루미늄 2개의 금속만을 회수하고자 하는 경우, 회수단계는 2번 수행하게 된다. 즉 광산배수에 중화제를 투입하여 광산배수를 철이 침전되는 pH 구간으로 설정하여 철을 침전시키고 분리해 낸다. 철의 침전이 완료되면 다시 광산배수에 중화제를 투입하여 알루미늄이 침전될 수 있도록 광산배수의 pH를 상승시킨다. pH가 상승되면 알루미늄이 침전되므로 이를 분리해 낸다.

또한 망간도 회수하고자 하는 경우에는 알루미늄의 침전이 완료된 후 다시 중화제를 투입하여 pH를 상승시켜 망간을 침전 및 분리한다. 즉, 본 발명에서는 단계적으로, 순차적으로 중화제를 투입하여 pH 범위를 단계적으로 상승시킴으로써 해당 금속을 별도로 침전 분리해 낸다.

그리고 버퍼단계는 pH 범위가 겹치는 구간에서 2개의 금속을 함께 침전시키는 것이다. 자세히 설명한다.

금속들이 침전되는 pH 범위는 일부 겹치는 구간이 있기 마련이다. 또한 자연 현상은 수학과 달리 언제나 예외가 존재하기 때문에 학술적으로 보고된 pH 영역을 일부 넘는 범위에서도 금속은 침전될 수 있다. 예컨대, A금속은 pH 2~4에서 침전이 일어나고, B금속은 pH 3~5에서 침전이 일어나는 것으로 보고되어 있다고 하자. 그러면 pH3~4 구간에서는 A금속과 B금속이 함께 침전되는 구간이다. 그리고 pH4를 넘어서는 일부 구간, 예컨대 pH 4.1~4.3 구간에서도 A금속이 일부 침전될 수 있다. 마찬가지로 pH2.7~2.9 구간에서도 B금속이 일부 침전될 수 있다. 즉 학술적, 이론적으로 이미 구간보다 더 넓은 구간에서 두 개의 금속이 함께 침전될 수 있다.

버퍼단계에서는 광산배수의 pH를 두 개의 금속이 함께 침전되는 구간으로 조절하여 두 개의 금속을 함께 침전시킨다. 즉, 버퍼단계에서 두 개의 금속이 함께 침전될 수 있는 조건을 적극적으로 만들어 주는 것이다. 그러면 pH값을 기준으로 버퍼단계의 양 옆에 존재하는 회수단계에서는 오히려 개별 금속의 순도가 향상될 수 있다. 즉, 철 회수단계에서는 알루미늄의 침전이 최소화되고 거꾸로 알루미늄 회수단계에서는철의 침전이 최소화된다. 매우 간단한 방법이지만 금속의 순도를 향상시키는 측면에서는 매우 획기적인 방법이다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 pH값을 기준으로, 복수의 회수단계와 2개의 회수단계 사이에 버퍼단계를 구비한다.

그리고 회수단계 및 버퍼단계는 각각 중화단계, 응집단계 및 침전단계로 이루어진다. 중화단계는 중화제를 투입하여 광산배수의 pH를 원하는 수준으로 형성하기 위한 단계이다. 응집단계는 pH가 조정된 광산배수에 응집제를 투입하여 석출된 금속입자들을 상호 응집시킨다. 침전단계는 응집된 금속입자들을 침전조에 가라앉혀서 분리하는 것이다.

위에서 설명한 유용금속 회수방법은 아래에서 설명할 유용금속 회수시스템에 의하여 최적으로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 내 유용금속 회수시스템에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광산배수 내 유용금속 회수시스템의 개략적 도면이다.

도면을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회수시스템(500)은 복수의 금속회수유닛(101, 102, 103)을 구비한다. 복수의 금속회수유닛은 다시 회수유닛(101, 103)과 버퍼유닛(102)으로 나누어진다. 앞의 회수방법과 연동하면 회수유닛(101,103)은 회수단계가 수행되는 유닛이고, 버퍼유닛(102)은 버퍼단계가 수행되는 유닛이다.

복수의 회수유닛(101,103)은 각각 특정한 금속들을 개별적으로 침전시키기 위한 것으로서, 특정 금속이 침전되도록 pH가 조절된다. 예컨대 본 실시예의 경우, 참조번호 101로 표시된 회수유닛(101)에서는 pH를 제1범위로 조절하여 철만 침전시키는 것을 목적으로 한다. 그리고 참조번호 103으로 표시된 회수유닛(103)에서는 pH를 제1범위보다 높여서 알루미늄만을 침전시키는 것을 목적으로 한다.

버퍼유닛(102)은 회수유닛(101,103) 사이에 배치되어 양측의 회수유닛(101,103)에 침전되는 금속의 순도를 높이는 기능을 한다. 버퍼유닛의 기능에 대해서는 앞에서 버퍼단계를 자세하게 설명하였는 바 생략하기로 한다.

본 발명에서는 회수유닛에서 침전되는 금속의 순도, 즉 침전물 중 단일 금속의 함량이 적어도 75~99.9중량% 범위로 형성되는 것을 목적으로 한다.

버퍼유닛(102)에서는 2개의 금속이 함께 침전되어 혼합되고 별도의 분리하여 회수하지 않기 때문에 금속의 회수율 측면에서는 약점으로 작용한다. 물론 다른 실시예에서는 이들을 상호 분리할 수도 있다. 그러나 분리를 위한 추가적인 공정이 금속의 분리회수에 따른 이익보다 큰 경우라면, 이들을 분리하지 않고 함께 혼합된 상태로 사용할 수 있는 용도를 찾는 것이 오히려 바람직하다. 결국 개별 금속의 회수율로만 따지면 버퍼유닛은 회수율을 저하시키게 된다.

그러나 광산배수 내 유용금속의 회수의 경제성에 보다 큰 영향을 미치는 것은 금속의 순도이다. 리싸이클링 업계에서는 폐기물을 단일 금속으로 재활용할 때 경제성이 가장 높게 보장된다. 예컨대 폐솔더를 다시 솔더로 재활용하는 것보다는 주석과 구리로 각각 분리하여 회수할 때 경제성이 향상된다. 또한 회수되는 단일 금속의 순도를 높이면 경제성은 획기적으로 높아진다. 광산배수 내 유용금속의 회수에서도 위의 논리는 그대로 적용된다. 따라서 본 발명에서는 회수유닛과 버퍼유닛을 구별하여 회수유닛에서 단일 금속의 순도를 향상시키는 것을 목적으로 삼았다.

광산배수는 광산의 광종에 따라서 다양한 금속들이 용존될 수 있다. 본 발명에 따른 유용금속 회수시스템에서는 광산배수의 특성에 따라 회수하는 금속의 종류와 개수가 다를 수 있다. 본 실시예에서는 철과 알루미늄만을 회수한다.

따라서 2개의 회수유닛(101,103)이 필요하고, 이들 사이에 하나의 버퍼유닛(102)이 개재된다.

회수유닛(101,103)과 버퍼유닛(102)은 그 목적과 기능이 다를 뿐, 물리적, 기계적 구성은 완전히 동일하다. 즉, 금속회수유닛(101,102,103)은 중화조(10)와 응집조(30) 및 침전조(50)를 구비한다. 광산배수의 흐름을 따라 중화조(10)가 첫 번째로 배치되고, 이후에 응집조(30)와 침전조(50)가 순차적으로 연결된다. 앞의 회수방법과 연결시키면, 중화조는 중화단계를, 응집조는 응집단계를, 침전조는 침전단계를 각각 수행할 수 있는 장소를 제공한다.

중화조(10)에서는 광산배수의 pH를 원하는 수준으로 조절한다. 이를 위하여 중화조(10)에는 NaOH와 같은 중화제가 공급되며, 광산배수와 중화제를 교반시킨다. 응집조(30)에서는 광산배수의 pH가 조절됨에 따라 용존되어 있던 금속이 석출되는데, 응집제를 공급하여 금속 입자들이 서로 얽혀서 응집되게 한다. 입자가 커지면서 침전이 가속화된다. 마지막으로 침전조(50)에서는 응집된 입자들이 침전되어 배출된다.

중화, 응집 및 침전으로 이루어지는 프로세스는 회수유닛(101,103) 및 버퍼유닛(102)에서 모두 동일하며, 단지 각 유닛(101,102,103)에서 pH 조건만 다를 뿐이다. 본 실시예에서, 철을 회수하기 위한 제1회수유닛(101)은 광산배수의 pH를 최고 3.5~4.0 범위까지 조정하며, 버퍼유닛(102)은 pH를 최고 6.0까지로 높이며, 알루미늄을 회수하기 위한 제2회수유닛(103)에서는 pH를 상승시켜 최고 pH 6.0~7.0 범위로 상승시켜 조정한다. 즉, 제1회수단계에서는 산화가 완료된 후 초기 pH로부터 중화제를 공급하여 최고 3.5 내지 4.0까지 올리며, 버퍼단계에서는 제1회수유닛으로부터 배출된 초기 상태로부터 pH를 최고 6.0까지 상승시키고, 제2회수유닛에서는 버퍼유닛으로부터 배출된 광산배수의 pH를 최고 7.0까지 상승시킨다.

중화, 응집 및 침전으로 이루어지는 프로세스를 효과적으로 수행하는 것은 금속의 회수율을 증대시키는데 있어서 매우 중요하다. 이를 위하여 본 발명에서는 중화조와 응집조의 구성과 침전조의 구성을 독특하게 설계하였다.

중화조와 응집조의 기본적 구성은 동일하므로 도면을 참고하여 함께 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 중화조 및 응집조를 설명하기 위한 개략적 일부 분해 사시도이며, 도 3은 중화조 및 응집조의 개략적 종단면도이고, 도 4는 중화조 및 응집조의 개략적 횡단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 중화조(10)와 응집조(30)는 이중조 형태로 구성된다. 즉, 외부조(21)가 마련되고, 그 내측 중앙에 내부조(22)가 설치된다. 외부조(21)의 일측 상부에는 유입구(21a)가 형성되며, 반대편 에는 유출구(21b)가 형성된다. 유출구(21b)가 유입구(21a)보다 낮은 위치에 배치된다. 내부조(22)에도 외부조(21)와 대응되는 위치에 각각 입구부(22a)와 출구부(22b)가 형성된다. 다만, 내부조(22)의 입구부(22a)는 하부에 배치되며, 출구부(22b)는 상부에 배치되는 점에서 차이가 있다.

그리고 외부조(21)는 한 쌍의 분리막(23)에 의하여 제1공간(24) 및 제2공간(25)으로 상호 격리된다. 분리막(25)은 판 형상으로 내부조(22)의 양측에서 각각 외부조(21)의 내면까지 이어진다. 제1공간(24)은 외부조(21)의 유입구(21a) 및 내부조(22)의 입구부(22a)와 연통되며, 제2공간(25)은 외부조(21)의 유출구(21b) 및 내부조(22)의 출구부(22b)와 연통된다.

그리고 내부조(22)에는 교반기(26)가 회전가능하게 설치되어 중화제(또는 응집제)와 광산배수가 상호 혼합되게 한다. 교반기(26)는 외부의 모터(29)와 연결된 회전축(27)과, 회전축(27)의 하부에 횡방향으로 설치되는 블레이드(28)를 구비한다. 실시예에 따라서는 교반기(26)의 회전축(27)이 중공형으로 형성되어, 회전축(27)의 내부를 통해 중화제 또는 응집제를 공급할 수 있다.

상기한 바와 같이 중화조(10)와 응집조(30)를 이중조 형태로 구성한 것은 중화제 또는 응집제와 광산배수 사이의 교반 효율을 높이기 위함이다. 교반 효율을 높이는 데에는 충분한 수리학적 체류시간이 요청된다. 본 발명에서는 체류시간을 높이기 위해서, 이중조 형태로 구성하고, 분리막을 설치하였으며, 광산배수가 상하방향을 따라 지그재그 형태로 흐르게 하였다.

즉, 본 실시예에서 채용하는 중화조 및 응집조의구성에 따르면, 광산배수는 외부조(21)의 상측에 배치된 유입구(21a)를 통해 제1공간(24)으로 유입된 후, 하방으로 이동하여 내부조(22)의 입구부(22a)를 통해 내부조(22)로 유입된다. 내부조(22)에서 교반기(26)에 의하여 중화제 또는 응집제와 충분히 교반된다. 하부로 유입된 광산배수는 내부조(22)의 상방으로 이동하여 출구부(22b)를 통해 제2공간(25)으로 배출된다. 제2공간(25)을 거치면서 다시 약간 하방으로 이동하여 유출구(21b)를 통해 배출된다. 상기한 구성을 통해 광산배수는 중화조 및 응집조에서 횡방향 및 상하방향을 따라 지그재그로 유동됨으로써 체류시간이 늘어나며, 결과적으로 중화제 또는 응집제와 충분히 혼합될 수 있다.

그리고 중화조(10)에는 제1공간(24) 및 제2공간(25)에 각각 pH센서(14,15)가 설치된다. 즉, 광산배수가 유입될 때의 pH가 측정되고, 중화제와 혼합된 후 배출되기 전의 pH가 각각 측정된다. 응집조(30)에는 pH센서가 필요하지 않다.

중화조(10)와 응집조(30) 사이에는 파이프라인(p)을 통해 연결된다.

중화조(10) 및 응집조(30)를 거치면서 광산배수 내에는 금속 입자들이 석출 및 응집된다. 광산배수는 응집조에서 배출되어 파이프라인(p)을 통해 침전조(50)로 유입된다. 침전조(50)에서는 석출 및 응집된 금속을 침전시켜 광산배수로부터 분리되게 한다.

침전조(50)에 대하여 도면을 참고하여 설명하기로 한다. 도 5는 도 1에 도시된 침전조의 개략적 일부 분해 사시도이며, 도 6은 도 1에 도시된 침전조의 개략적 종단면도이다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 침전조(50)는 본체부(51), 가림막(52) 및 복수의 차단판(60)을 구비한다.

본체부(51)는 광산배수를 일정 시간 수용하면서 광산배수로부터 금속이 침전되는 공간을 제공한다. 본체부(51)의 상부 양측에는 각각 유입구(51a)와 유출구(51b)가 형성된다. 유입구(51a)가 유출구(51b)보다 높은 위치에 배치된다. 그리고 본체부(51)의 하부는 침전물이 잘 모일 수 있도록 직경이 점차 좁아지는 콘 형상으로 형성된다. 콘 형상의 최 하부에는 침전물이 배출될 수 있는 배출구(52)가 형성된다.

가림막(52)은 판 형상으로 본체부(51)의 중앙에 설치되어 본체부(51) 내측 공간을 제1영역(53) 및 제2영역(54)으로 분할한다. 제1영역(53)은 유입구(51a)가 배치된 영역이며, 제2영역(54)은 유출구(51b)가 배치된 영역이다. 다만, 가림막(52)은 콘 형상의 본체부(51) 하측까지는 연장되지 않고 바닥에서 이격되어 있으므로 제1영역(53)과 제2영역(54)이 완전히 격리되는 것은 아니며 본체부(51)의 하부를 통해 연통된다. 즉 광산배수는 유입구(51a)를 통해 유입되어 제1영역(53)에서 하방으로 이동하며, 가림막(52)을 통과하여 제2영역(54)으로 유입된 후 상방으로 이동하여 유출구(51b)를 통해 배출된다. 크게 보면 알파벳 'U'자 형으로 유동되면서 체류시간이 늘어난다.

차단판(60)은 2가지 목적을 가진다. 첫 째 광산배수의 침전조 내의 체류시간이 길어지게 하는 것이며, 둘 째 침전물이 상측으로 부상하여 침전조로부터 배출되는 것을 방지하기 위한 것이다.

차단판(60)은 본체부(10)의 높이방향을 따라 상호 이격되게 복수 개 설치된다. 본 실시예에서는 제1영역(53)과 제2영역(54)에 모두 설치된다.

제1영역(53)에 설치되는 차단판은 주로 광산배수의 체류시간을 늘리는 것을 목적으로 하며, 제2영역(54)에 설치되는 차단판은 체류시간 연장과 침전물의 부상 억제라는 2가지 목적을 모두 수행한다. 다른 실시예에서는 제2영역(54)에만 차단판이 설치될 수도 있다.

차단판(60)은 판 형상으로 본체부(51)의 높이 방향에 대하여 교차하는 방향으로 배치된다. 즉 수평하게 배치될 수도 있고, 도면에 나타난 것처럼 경사지게 배치될 수도 있다. 복수의 차단판(60)이 가로 막고 있기 때문에 광산배수는 직선적으로 이동하지 못한다. 차단판(60)의 측면, 즉 차단판(60)의 일측과 가림판(52) 사이와 차단판(60)의 타측과 본체부(51) 내주면 사이에 통로부(55)가 형성되어 광산배수가 통과할 수 있다. 더욱이 차단판(60)의 양측에 모두 통로부가 형성되는 것이 아니라, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 차단판(60)에는 일측과 타측에 번갈아 가면서 통로부(55)가 형성된다. 따라서 광산배수는 지그재그 방향으로 유동하게 된다. 즉, 제1영역(53)에서는 하방으로 유동하면서 지그재그 형태의 경로를 가지며, 제2영역(54)에서는 상방으로 유동하면서 마찬가지로 지그재그 형태로 유동하게 된다. 결국 광산배수는 침전조(50)에 머무는 시간이 길어지면서 금속이 침전조의 바닥에 충분히 침전될 시간을 확보하게 된다.

또한 도면을 참고하면, 제1영역(53)과 제2영역(54)의 차단판(60)들은 가림막(52)으로부터 멀어질수록 하향으로 경사진 것과, 상향으로 경사진 것이 서로 교대로 배치된다. 그리고 통로부(55)는 차단판(60)에서 가장 낮은 부분쪽에 형성된다.

따라서 제1영역(53)에서는 광산배수가 하방으로 흐르기 때문에 차단판(60)의 낮은 쪽에 통로부(55)가 형성되면 광산배수의 흐름은 자연스럽게 지그재그 형태로 형성된다. 제2영역(54)에서는 광산배수가 상방으로 역행하여 올라가는 흐름을 형성한다. 고체로 석출된 금속 입자들은 침전조(50)의 하부로 가라앉아야 하지만, 자중이 충분하지 않거나 광산배수의 흐름이 빠를 경우에는 광산배수와 함께 상향으로 이동하는 경우도 있다. 그러나 본 발명에서는 상향으로 흐르는 광산배수에 역행하는 경사진 방향으로 차단판(60)이 가로 막고 있으므로 금속 입자들은 차단판(60)에 부딪치면서 에너지를 잃고 다시 침전하게 된다. 복수의 차단판(60)이 배치되므로 금속 입자들은 침전조(50)에 가라앉게 된다. 즉, 제2영역(54)에 배치된 차단판(60)은 광산배수의 흐름을 지그재그 형태로 만드는 기능과 함게, 침전물이 광산배수의 유동을 따라 부상하는 것을 억제하는 기능을 한다.

한편, 침전조(50)에는 탁도계(57)와 펌핑라인(58)이 설치된다. 탁도계(57)는 침전조(50) 내부(특히 중상부)에 설치되어 광산배수의 탁도를 측정한다. 침전조의 탁도가 일정 수준 이상이면 침전물이 많이 쌓여 있음을 의미한다. 침전물이 계속 쌓이게 되면 일부가 외부로 배출될 수 있으므로 펌핑이 필요하다.

펌프(미도시)와 연결되어 있는 펌핑라인(58)은 침전조(50)의 하측 콘부에 배치된다. 펌프는 일정 시간 간격으로 주기적으로 가동되거나, 또는 탁도계(57)와 연동하여 일정 탁도 이상이 되는 경우 가동될 수 있다. 침전물은 침전조 하부의 배출구(52)를 통해서 배출될 수도 있지만, 상기한 바와 같이 펌핑라인(58)을 통해 강제 배출될 수도 있다.

한편, 본 발명에서는 금속회수유닛(101,102,103) 사이를 연결하는 연결라인(70)에서 금속이 상호 혼합되는 것을 방지하기 위한 구성을 채용한다.

도 7은 도 1에 도시된 연결라인의 개략적 종단면도이다.

도 7을 참고하면, 연결라인(70)은 파이프라인 내부에 복수의 차단판(71)을 설치한 것이다. 차단판(71)은 파이프라인의 내주면으로부터 연장형성되며, 광산배수의 진행방향에 거스르는는 방향으로 경사지게 배치된다. 이 차단판(71)은 파이프라인의 길이방향을 따라 서로 이격되어 복수 개 배치된다. 또한, 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 차단판(71)은 파이프라인의 상측으로부터 연장형성된 것과 하측으로부터 연장형성된 것이 교대로 배치된다.

선행 금속회수유닛에서 석출되었지만 침전조에서 가라앉지 않고 광산배수 내에 잔존하는 금속 입자가 복수의 차단판(71)에 의하여 가로막힘으로써 후행 배치된 금속회수유닛으로 이월되는 것이 방지된다.

한편, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 광산배수의 흐름방향을 따라 먼저 배치된 금속회수유닛(101)이 마지막에 배치된 금속회수유닛(103)에 비하여 높은 곳에 배치되어 있다. 전체적으로 보면 9개의 조가 연속적으로 배치되는데, 설치 높이가 점점 낮아진다. 즉, 광산배수가 중력에 의하여 흘러갈 수 있도록 배치하였다. 이를 통해 외부 동력의 사용을 최소화할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 광산배수로부터 금속의 회수율과 순도를 높이기 위하여 다양한 구성을 채용하였다.

첫 째, 단일 금속을 침전시키는 회수유닛들(101,103) 사이에 두 개의 금속이 함께 침전되는 버퍼유닛(102)을 배치하여, 회수유닛에서 회수되는 개별 금속의 순도를 향상시켰다. 더욱이 금속회수유닛 사이의 연결라인에는 차단판을 형성하여 금속이 이월되는 것을 방지하였다.

둘 째, 금속의 회수율을 향상시키기 위하여, 금속회수유닛을 중화조와 응집조 및 침전조의 조합으로 구성하였다. 이러한 조합으로 인하여 광산배수의 중화, 응집 및 침전이 안정적으로 이루어진다. 특히 중화조, 응집조 및 침전조는 제한된 공간이지만 광산배수의 경로를 길게 형성함으로써 광산배수가 충분한 시간 동안 중화제 또는 응집제와 교반되게하고, 충분한 시간 동안 침전조에서 가라앉을 수 있도록 하였다. 이러한 구성을 통해 금속의 회수율이 향상될 수 있다.

지금까지, 침전조에 설치되는 차단판(60)이 경사지게 배치되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 이는 일 예에 불과하며 다양한 형태의 차단판이 설치될 수 있다. 예컨대 도 8 및 도 9와 같은 형태로 차단판을 설치할 수도 있다.

도 8은 다른 실시예에 채용되는 침전조의 개략적 일부 분해 사시도이며, 도 9는 도 8에 도시된 침전조의 개략적 종단면도이다.

도 8 및 도 9를 참고하면, 차단판(81)은 평행하게 배치될 수 있다. 그리고 통로부가 차단판의 일측과 좌측에 교대로 배치되지 않고 차단판의 양측에 모두 형성될 수도 있다. 차단판은 광산배수의 흐름을 지그재그 경로로 만들어 체류시간을 길게 연장하는 것과, 침전물, 금속입자들의 부상을 억제하는 것의 목적을 가진다. 이러한 목적 중 어느 하나에만 부합된다면 다양한 형태의 차단판이 채용될 수 있다.

또한 도 10을 참고하면 또 다른 형태의 침전조가 개시된다. 도 10에 도시된 침전조에서는 가림판을 사이에 두고 제1영역과 제2영역에 각각 차단판이 설치되는 것은 앞의 예들과 동일하다.

그러나 도 10에서는 제1영역 및 제2영역 각각에서 광산배수가 완벽하게 지그재그 형태로 유동되도록 하였다. 즉, 본체부(51)의 내주면으로부터 하방으로 경사지게 연장형성된 차단판(82)과, 가림막(52)으로부터 하방으로 경사지게 연장형성된 차단판(83)이 높이방향을 따라 교대로 배치된다. 도 10에 도시된 형태가 광산배수의 흐름을 가장 길게 가져갈 수 있을 것으로 기대한다.

그리고 도시하지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에서는 첫 번째 금속회수유닛(101) 전단에 산화조를 설치하거나, 또는 중화조에 중화제를 투입하기 전에 먼저 산화제를 투입할 수도 있다. 즉, 광산배수에는 2가 철과 3가 철이 함께 용존되어 있는데 2가 철을 모두 3가 철로 산화시켜 철이 단일한 pH 범위에서 침전될 수 있도록 한다. 또한 3가 철로 전환되면 수산화물 형태로 침전시키기에 유리하다.

본 발명의 효과를 알기 위하여 본 발명의 연구진은 동일한 광산배수를 대상으로 하여 버퍼유닛의 유무에 따른 금속의 회수율과 순도를 실험하였다.

광산배수는 와룡산업의 광산배수를 시료로 선택하였다. 2개의 실험에서 각각 철과 알루미늄을 회수하였다. 첫 번째 실험에서는 버퍼유닛이 없이 2개의 회수유닛(철, 알루미늄)만 운용하였고, 두 번째 실험에서는 회수유닛들 사이에 버퍼유닛을 배치하였다. 그리고 버퍼유닛을 위치시킨 실험에서는 첫 번째 실험에 비하여 철 회수유닛에서의 pH를 더 낮게하였고, 역으로 알루미늄 회수유닛에서의 pH는 더 높게하였다. 그리고 그 중간 영역의 pH 구간은 버퍼유닛에서 커버하도록 하였다. 실험결과를 도 11 내지 도 13의 표에 나타내었다.

도 11은 버퍼유닛이 없는 경우의 철과 알루미늄의 회수율을 나타낸 그래프이며, 도 12는 버퍼유닛이 있는 경우의 철과 알루미늄의 회수율을 나타낸 그래프이고, 도 13은 위 2개의 실험에서 각각 회수된 철과 알루미늄의 순도를 비교한 그래프이다.

도 11 내지 도 13의 그래프를 참고하면, 철과 알루미늄의 회수율의 측면에서는 버퍼유닛이 없는 경우가 더 효과가 좋다는 것을 알 수 있다. 그러나 순도를 보면 버퍼유닛이 있는 경우와 없는 경우 철은 99%와 95%로 4%의 차이를 보이고, 알루미늄은 94%와 89%로 4% 정도의 차이를 보인다.

즉, 버퍼유닛이 없는 경우 철 회수유닛에 알루미늄이 더 많이 포함되고, 역으로 알루미늄 회수유닛에는 철이 많이 포함된다는 것이다. 이렇게 되면 전체적으로 회수율이 올라간다고 하여도 금속들을 다시 분리해야 하는 문제가 생기므로 결코 경제적이지 못하다. 이에 반하여 버퍼유닛이 있는 경우에는 순도가 증가하게 되므로 금속의 재활용 측면에서는 훨씬 유리하다. 순도는 1%만 향상되더라도 매우 큰 향상이다. 본 실험을 참고하면 4% 이상의 순도 차이를 보이므로 금속의 재활용 측면에서는 현격한 차이라고 볼 수 있다. 더욱이 회수율도 버퍼유닛이 없는 경우와 비교하여 미량의 차이에 불과하므로 버퍼유닛을 설치하는 것이 기술의 산업적 효율과 경제성의 측면에서 훨씬 유리하다고 할 것이다.

또한 상기한 바와 같이 광산배수로부터 유용금속을 회수하는 과정이 종료되면 광산배수 내 금속이 제거됨과 동시에 광산배수가 중화되어 정화처리가 완료된다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

500: 광산배수 내 유용금속 회수시스템
101: 제1회수유닛
102: 버퍼유닛
103: 제2회수유닛
10: 중화조, 30: 응집조, 50: 침전조
70: 연결라인 60,71,81,82,83: 차단판

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. pH에 따른 금속의 용해도 차이를 이용하여, 광산배수에 용존되어 있는 이종의 금속들을 각각 개별적으로 침전시켜 회수하도록, 연속적으로 연결되어 있는 복수의 금속회수유닛을 구비하며,
   상기 금속회수유닛은, 각각 특정한 금속을 회수하기 위한 복수의 회수유닛과, 상기 회수유닛 사이에 배치되어 양측에 인접한 상기 회수유닛에서 각각 회수되는 서로 다른 금속이 함께 침전되도록 하는 버퍼유닛을 구비하여,
   상기 버퍼유닛의 침전조에는 이종 금속이 서로 혼재되어 침전됨으로써, 상기 버퍼유닛의 양측에 배치되는 상기 회수유닛의 침전조에는 특정의 단일 금속의 순도가 향상되며,
   상기 회수유닛은, 광산배수에 중화제를 공급하여 pH를 조절하기 위한 중화조와, 상기 중화조로부터 배출된 광산배수가 수용되어 광산배수로부터 금속을 침전시키는 침전조와, 상기 중화조와 침전조 사이에 설치되며 금속 침전물을 응집시키는 응집제를 상기 광산배수에 공급하기 위한 응집조를 구비하며,
   상기 중화조는,
   광산배수의 유입구 및 유출구가 형성되어 있는 외부조와, 상기 외부조의 내부에 설치되며 광산배수의 입구부와 출구부가 형성되어 있는 내부조와, 상기 내부조의 외면과 상기 외부조의 내면 사이에 설치되어 상기 외부조에서 상기 유입구와 연통되는 제1공간과 상기 유출구와 연통되는 제2공간을 상호 격리시키는 분리막 및 상기 내부조에 설치되어 광산배수와 중화제를 상호 교반하는 교반기를 구비하여,
   상기 외부조의 유입구로 유입된 광산배수는 상기 제1공간, 내부조 및 제2공간을 순차적으로 거친 후 상기 외부조의 유출구로 배출되며,
   상기 중화조로부터 배출되는 광산배수의 pH를 측정하도록, 상기 중화조의 제제2공간에는 pH센서가 설치되고,
   상기 침전조는,
   광산배수의 유입구와 유출구가 형성되는 본체부와, 상기 본체부 내부의 공간을 상기 유입구가 배치된 제1영역과 상기 유출구가 배치된 제2영역으로 분리하며 상기 본체부의 하측에서만 상기 제1영역과 제2영역이 상호 연통되도록, 상기 본체부의 바닥으로부터 이격되게 설치되는 가림막을 구비하는 것을 특징으로 하는 광산배수 내 유용금속 회수시스템.
9. 제8항에 있어서,
   광산배수의 진행방향을 따라 첫 번째 상기 회수유닛에서는 침전물 중 철의 함량이 95 중량% 이상이며, 상기 버퍼유닛에서는 철과 알루미늄이 함께 침전되며, 두 번째 상기 회수유닛에서는 침전물 중 알루미늄이 함량이 85 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 광산배수 내 유용금속 회수시스템.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제8항에 있어서,
    상기 중화조로 유입되는 광산배수의 pH를 측정하도록, 상기 중화조의 제1공간에는 pH센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 광산배수 내 유용금속 회수시스템.
14. 삭제
15. 제8항에 있어서,
    상기 본체부의 높이 방향을 따라 상호 이격되게 상기 제2영역에 설치되며, 상기 본체부 내 침전물의 부상을 억제하도록 상기 본체부의 높이방향과 교차되는 방향으로 배치되는 복수의 차단판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광산배수 내 유용금속 회수시스템.

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