KR19980049232A - 석회석 채광중 발생되는 폐석으로부터 석회석과 점토를 분리하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석회석 채광 중 발생되는 폐석으로부터 석회석과 점토를 분리하는 방법에 관한 것으로 특히 석회석의 광물을 채취하는 과정에서 발생된 폐석에 대해 여러 단계의 분리, 선별을 거쳐 석회석과 점토로 분리한 후, 이들을 단일물품으로 재활용하거나 또는 시멘트제조시의 원료로 활용할 수 있는 적합한 연속공정을 개발함으로써, 자원의 낭비를 방지하고 석회석 채광시의 환경오염요인을 근본적으로 제거하도록 한 데에 그 특징이 있다.

Description

석회석 채광중 발생되는 폐석으로부터 석회석과 점토를 분리하는 방법

제 1도는 본 발명의 처리공정도.

본 발명은 시멘트제조용으로 사용하기 위해 석회석 광물을 채취하는 과정에서 발생된 폐석에 대해 여러 단계의 선별공정을 거쳐 석회석과 점토로 분리하여, 이들을 단일물품으로 재활용하거나 또는 시멘트제조시의 원료로 활용할 수 있도록 한 석회석 채광 중 발생되는 폐석으로부터 석회석과 점토를 분리하는 방법에 관한 것이다.

통상 시멘트제조용으로 사용하기 위한 석회석의 채광은 그 주종이 대규모의 채광방식인 노천채광방법을 채택하고 있는 바, 우리나라의 경우 석회석 광물의 매장상태는 대부분이 두꺼운 표토층(表土層)속에 매장되어 있거나, 석회석 층간에 포켓상(Pocket 狀) 또는 층상(層狀 혹은 Band 狀)으로 점토가 혼입된 형태로 되어 있다.

이와 같은 석회석 광물의 매장형태로 인하여 노천채광을 위한 발파 및 채광과정에서는 항상 점토가 혼입된 상태의 폐석이 다량으로 발생되었으나, 종래에는 상기한 폐석으로부터 석회석과 점토를 효과적으로 분리하는 수단이 개발되지 않아 이를 주변에 매립하거나 또는 투기(投棄)하는 것에 의해 그대로 폐기처분함으로써 귀중한 자원을 낭비하고 있는 실정이었다.

또한, 상기와 같은 폐기방식에 의해 버려진 폐석은 석회석 광산의 주변환경을 오염시키거나, 자연경관의 훼손, 생태계의 파괴 등을 야기하여 치명적인 환경공해의 한 요인으로 지적되고 있다.

한편, 시멘트를 제조함에 있어 주된 원료는 석회석이고, 부원료로써 다량의 점토와 규석, 철광슬래그, 석고 등 여러 가지의 다양한 첨가물등이 투입된다는 것에 착안하여 근래에는 석회석의 채광시 점토부분만을 선택적으로 분리채광한 후 이를 노천건조시켜 시멘트제조시의 부원료로 활용하는 방안이 일부에서 시도되고 있다.

그러나, 상기와 같은 점토만의 분리채광방식은 우리나라와 같이 계절변화에 따라 기후가 크게 달라지는 환경에서는 일부시기에만 국한되어 적용이 가능할 뿐만 아니라, 광물의 매장특성상 그 매장장소에 점토층이 대규모로 형성되는 경우는 상당히 희귀하여 상기한 점토만의 분리채광방식은 그다지 효과적이고 효율적이지 못하였다.

또한, 외국의 경우 채광시 발생되는 폐석량을 줄이고 석회석의 품위를 향상시키기 위한 방안으로서 물세척공정을 병행하는 방식이 이용되고 있으나, 이러한 방식에 의해서는 다량의 폐수가 생성되기 때문에 이를 재처리하기 비용의 증가는 물론 세척공정을 거친 점토의 탈수 및 건조문제, 그리고 우기(雨期)에의 처리문제 등 해결해야 할 과제가 산적되어 있어, 실제 적용하기에는 상당한 무리가 뒤따르는 실정이다.

한편, 일반적인 포오틀랜트시멘트의 제조에 있어 사용되는 원료로서 석회석의 품위는 CaO 기준 48.0wt% 이상의 것이 사용되고 있으며, 사용원료별 원단위는 석회석 80∼90wt%, 고령토 10∼15wt%, 철광석 1.0wt% 이하이고, 석고 및 규석은 적당량 사용되는 것으로 알려져 있다.

또한, 이러한 원료를 조합하면 시멘트제조용으로 투입되는 시점에서의 화학성 분조성은 CaO 40∼45wt%, SiO₂10∼15wt%, MgO 4.0wt% 이하, Al₂O₃5.0wt% 이하, Fe₂O₃2∼3wt%, 강열감량 35∼40wt% 수준이 되며, K₂O 및 Na₂O성분은 적을수록 유리하다.

그러나, 우리나라의 시멘트용 석회석 채광장에서 석회석과 점토의 혼입으로 된 폐석의 발생량은 전체 석회석 채광량의 약 10wt%에 달하는 것으로 집계되고 있는 바, 상기 폐석의 화학성분조성비를 조사한 것에 의하면 CaO 20∼40wt%, MgO 2∼7.0wt%, Al₂O₃5∼10wt%, Fe₂O₃2.0∼5.0wt%, 강열감량 20∼35wt% 수준으로, 이는 CaO 품위가 낮고 SiO₂의 품위가 지나치게 높으며 화학성 분조성의 불균일성 등으로 인하여 그대로 시멘트의 원료로서 사용은 불가능한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 석회석의 채광시 발생되는 폐석으로 인해 야기 되고 있던 여러 문제점들을 효과적으로 해소하기 위하여 연구개발된 것으로, 특히 석회석의 광물을 채취하는 과정에서 발생된 폐석에 대해 여러 단계의 분리, 선별을 거쳐 석회석과 점토로 분리한 후, 이들을 단일물품으로 재활용하거나 또는 시멘트제조시의 원료로 활용할 수 있는 적합한 연속공정을 개발함으로써, 자원의 낭비를 방지하고 석회석 채광시의 환경오염요인을 근본적으로 제거하도록 한 석회석 채광 중 발생되는 폐석으로부터 석회석과 점토를 분리하는 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

이하에서 본 발명에 대해 첨부된 도면 제1도의 처리공정도를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 석회석의 채광 중 발생되고 있는 석회석 및 점토의 혼입으로 이루어진 폐석을 재활용하기 위해 이로부터 석회석과 점토를 분리하는 것에 있어서, 수집된 폐석에 대해 그리즐리(grizzly) 또는 진동스크린(vibration screen) 또는 트롬멜(trommel)등의 선택사용이 가능한 선별기로써 1단계 또는 다단계의 순차적인 분리, 선별공정을 수행하여 상기 폐석으로부터 석회석과 점토를 분리하되, 상기 분리, 선별공정에 적용되는 선별기는 다단계일 경우 후 분리선별공정으로 갈수록 작아지는 입도구간을 갖도록 설정하여 이를 통과하지 못한 폐석은 석회석으로, 통과한 폐석은 점토로 구분할 수 있도록 한 것이다.

이를 좀 더 자세히 설명하면, 시멘트용으로 사용하기 위한 석회석의 채광은 그 주종이 대규모의 채광방식인 노천채광방법을 채택하고 있는 바, 이 경우 폐석에 혼입되는 점토는 채광시의 발파 및 수집과정에서 석회석과 혼합되어 생성되는 것이므로 이때 발생된 폐석은 괴상(塊狀)의 폭 넓은 입도범위를 갖게 된다.

이러한 폐석을 사용가능한 석회석과 점토로 분리하기 위해서는 폐석의 입도를 적절한 단계별로 분리, 선별하는 공정을 수행한 후 입도구간별로 분리된 산물에 대해 화학성분조성비를 조사하여 시멘트원료로 활용할 수 있는 지의 여부를 확인한 상태에서 선별기의 입도구간을 설정한 다음, 상기 선별기로 폐석을 투입한 후 이를 작동시켜 석회석과 점토를 분리하고, 분리가 효과적으로 이루어지지 않는 범위의 석회석 및 점토로 이루어진 폐석은 그대로 시멘트의 부원료로 활용하도록 한 것이다.

즉, 본 발명에서는 첨부도면 제1도의 처리공정도와 같이 3단계의 분리, 선별 공정을 채택하였는 바, 우선 1단계에서는 선별기의 입도구간을 200mm로 설정한 후 이를 작동시켜 상기 선별기를 통과하지 못한 폐석은 수집하여 석회석으로 분리하고, 통과한 폐석은 다음 분리, 선별공정으로 공급한다.

다음 2단계에서는 선별기의 입도구간을 50mm로 설정한 후 이를 작동시켜 상기 1단계를 통과하여 투입된 폐석을 분리하는 것에 의해 상기 선별기를 통과하지 못한 폐석은 수집하여 석회석으로 분리하고, 통과한 폐석은 다음 분리, 선별 공정으로 공급한다.

다음 3단계에서는 선별기의 입도구간을 20mm로 설정한 후 이를 작동시켜 상기 2단계를 통과하여 투입된 폐석을 분리하는 것에 의해 상기 선별기를 통과하지 못한 폐석은 수집하여 석회석으로 분리하고, 통과한 폐석은 점토로 분리하는 것이다.

이때, 상기와 같은 각 단계마다의 분리, 선별공정에서는 폐석자체를 그대로 분리, 선별하는 건식방법과 함께 분리의 효과의 효율성을 높이기 위해 물을 투입하는 습식방법이 선택적으로 적용될 수 있으며, 분리, 선별공정의 단계와 입도구간은 수집되는 폐석의 조건에 따라 가변적인 조정이 가능하다.

이러한 공정을 적용하기 위해 강원도 지역의 서로 다른 시멘트용 석회석 채광에서 3가지의 폐석시료를 채취한 바, 이들에 대한 화학성분조성은 다음의 표-1과 같았으며, 각 시료에 대한 분리, 선별공정을 수행한 실시예는 아래와 같다.

[표-1] 폐석의 화학성분조성

[실시예 1]

상기의 시료 (i)을 이용하여 본 발명을 수행한 바, 먼저 1단계인 입도구간이 200mm로 설정된 선별기에서는 투입된 시료 (i)로부터 상기 선별기를 통과하지 못하여 분리된 산물의 대부분은 석회석이며, 이들 석회석의 표면에 묻은 점토는 그 양이 극히 미세하여 석회석의 화학성분조성에는 그다지 영향을 끼치지 못하였다.

또한 200mm 이상의 크기로 분리된 석회석의 산출량은 총중량의 6.12wt%로써 화학성분조성은 다음의 표-2와 같이 불순물의 혼입량이 매우 적은 상태를 나타내었다.

다음 2단계인 입도구간이 50mm로 설정된 선별기에서의 선별산물은 그 산출양이 총중량의 24.65wt%이고, 화학성분조성은 다음의 표-2와 같이 CaO 49.65wt%였다.

다음 3단계인 입도구간이 20mm로 설정된 선별기에서의 선별산물은 그 산출량이 총중량의 15.69wt%이고, 화학성분조성은 다음의 표-2와 같이 CaO45.69wt%로서 상기의 1단계 및 2단계보다는 3단계에서의 효과가 낮았으나, 이들 분리된 산물의 전체 평균값은 시멘트의 주원료로 사용할 수 있는 정도의 석회석 품위를 갖는 양호한 것으로, 폐석으로부터 석회석만의 우수한 분리효과를 나타내었다.

[표-2] 폐석의 처리단계별 생성량과 화학성분조성 분석결과

즉, 상기의 표-2에서와 같이 각 분리, 선별공정의 선별기에서 암석류로 분리된 산물은 모두 석회석으로 재사용 가능한 정도의 품위를 갖추고 있으나, 전체 투입된 폐석중의 회수량은 46.46wt% 정도이므로 이들만을 재활용한다면 경제성에서 크게 불리할 수 있다.

이에 따라 3단계의 분리, 선별공정인 20mm이하의 입도구간을 통과한 폐석에서는 그 산물의 대부분이 점토로 이루어지게 되므로 이에 대한 화학성분값을 측정하여 시멘트의 부원료인 점토를 대체하는 원료로서의 사용가능성을 검토한바, 그 화학성분조성은 다음의 표-3과 같다.

[표-3] 폐석분리후 20mm이하 입도 산출물의 화학성분조성

즉, 상기와 같은 화학성분조성을 갖는 점토는 시멘트용 석회석 채광 중 발생되는 폐석 및 폐토의 발생량을 10wt% 정도로 추정할 경우 전체 석회석 채광량의 약 5.35wt%가 발생되는 바, 일반적인 포오틀랜트시멘트의 원료에 본 실시예에서 최종 분리된 산물인 점토를 전량 투입하여 시멘트제조시의 부원료로 사용한 경우에도 조절된 시멘트원료 투입시의 화학성분조성은 다음의 표-4와 같으며, 이러한 화학성분조성은 기존의 시멘트원료로서 점토를 사용하는 것에 대비하여 화학성분조성상의 차이가 거의 없으므로 사용상 전혀 문제점이 없었다.

[표-4] 분리된 점토를 시멘트 부원료로 사용할 때, 배합원료의 화학성분조성

[실시예 2]

상기 [실시예 1]에서와 동일한 공정을 사용하여 시료 (ii)에 대해 실험하였으며, 이때의 실험결과는 다음 표-5와 같이 석회석으로 선별된 산물의 중량은 45.81wt%이고, 전체 산물의 중량 중 CaO의 품위가 48.51wt%인 양호한 석회석을 분리하였으며, 최종 분리된 산물인 점토로서의 발생량은 54.19wt%였다.

[표-5] 시료(ii)에 대한 선별실험 산물의 화학성분조성

상기의 표-5와 같은 산물 중 석회석은 그대로 시멘트의 원료로 사용하고 점토분을 시멘트의 부원료로 사용하는 경우 상기 점토의 화학성분조성은 다음의 표-6과 같으며, [실시예 1]에서의 시료(i)의 결과와 마찬가지로 시멘트 부원료로서의 사용가능함을 알 수 있었다.

[표-6] 분리된 점토를 시멘트 부원료로 사용할 때 배합원료의 화학성분조성

[실시예 3]

상기 [실시예 1]에서와 동일한 공정을 사용하여 시료(iii)에 대해 실험하였으며, 이때의 실험결과는 다음의 표-5와 같이 석회석으로 선별된 산물의 중량은 44.49wt%이고, 전체 산물의 중량 중 CaO의 품위가 47.97wt%인 양호한 석회석을 분리하였으며, 최종 분리된 산물인 점토로서의 발생량은 55.51wt%였다.

[표-7] 시료(iii)에 대한 선별실험 산물의 화학성분조성

상기 표-7과 같은 산물 중 석회석은 그대로 시멘트의 원료로 사용할 수 있는 점토의 화학성분품위를 갖추고 있으나, 점토분 중에는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃등과 같은 화학성분이 시료(i) 및 시료(ii)보다는 다소 높게 나타났다. 그러나, 이를 시멘트의 부원료로 사용하는 경우 상기 점토의 화학성분조성은 다음의 표-8과 같으며, 상기 [실시예 1]에서의 시료(i) 및 [실시예 2]에서의 시료(ii)의 결과와 마찬가지로 시멘트 부원료로서의 사용가능함을 알 수 있었다.

[표-8] 분리된 점토를 시멘트 부원료로 사용할 때, 배합원료의 화학성분조성

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명은 석회석의 채광 중 발생되는 폐석으로부터 석회석과 점토를 용이하게 분리하여 이들을 단일물품이나 시멘트의 원료로써 재활용할 수 있어, 자원의 낭비를 방지하고 석회석 채광시 발생되는 폐석에 의해 야기되던 환경오염의 원인을 근본적으로 제거하는 등 매우 우수한 효과를 갖는 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 석회석의 채광 중 발생되고 석회석 및 점토의 혼입으로 이루어진 폐석을 재활용하기 위해 이로부터 석회석과 점토를 분리하는 방법에 있어서,

   수집된 폐석에 대해 그리즐리 또는 진동스크린 또는 트롬멜 등의 선택사용이 가능한 선별기로써 1단계 또는 다단계의 순차적인 분리, 선별공정을 수행하여 상기 폐석으로부터 석회석과 점토를 분리하되,

   상기 분리, 선별공정에 적용되는 선별기는 후 분리, 선별공정으로 갈수록 작아지는 입도구간을 갖도록 설정하여 이를 통과하지 못한 폐석은 석회석으로, 통과한 폐석은 점토로 구분할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 석회석 채광 중 발생되는 폐석으로부터 석회석과 점토를 분리하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 폐석에 대한 분리, 선별공정은, 입도구간이 200mm로 설정된 선별기로 수거된 폐석을 투입하는 1단계의 분리, 선별공정과; 상기 1단계의 선별기를 통과한 폐석을 입도구간이 50mm로 설정된 선별기로 재투입하는 2단계의 분리, 선별공정과; 상기 2단계의 선별기를 통과한 폐석을 입도구간이 20mm로 설정된 선별기로 재투입하는 3단계의 분리, 선별공정으로; 이루어지는 것을 특징으로 하는 석회석 채광 중 발생되는 폐석으로부터 석회석 점토를 분리하는 방법.