KR20090002594A

KR20090002594A - 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20090002594A
Application number: KR1020070066080A
Authority: KR
Inventors: 김동진; 강훈서; 배동팔
Original assignee: 김동진; 강훈서
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-01-09
Also published as: KR100911354B1

Abstract

본 발명은 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 중금속을 함유한 항내수 또는 산화수를 활성탄소와 접촉시켜 항내수 또는 산화수에 함유된 중금속이 활성탄소에 흡착되어 제거되도록 하는 중금속 제거단계와; 상기 중금속이 제거된 항내수 또는 산화수를 CaO와 맥반석 분말에 통과시켜 항내수 또는 산화수의 pH가 6.5~7.5로 유지시키면서 활성탄소에 흡착제거되지 못한 미량의 중금속들을 침전시켜 정화하는 미량 중금속 침전단계와; 상기 미량의 중금속이 침전제거된 항내수 또는 산화수를 모래, 자갈, 활성탄소가 순차로 적층된 정제탱크에 통과시켜 정제하는 정제단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 회수방법 및 장치를 통해 항내수는 물론 산화수에 포함된 미량의 중금속까지 거의 완전하게 흡착, 침전시켜 제거할 수 있으며, 또한 정제수의 pH를 7.0에 가깝게 중화시키거나 약알카리화시킴으로써 수질, 지하수의 오염을 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

휴광, 폐광, 항내수, 산화수, 중금속, 회수, 정제

Description

폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECOVERING HEAVY METAL FROM A MINING PIT IN THE ABANDONED MINE}

본 발명은 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성탄소를 이용하여 휴광 및 폐광의 구갱도에서 배출되는 항내수와 광산 부근의 계곡에 적치된 폐석과 광미 등이 산화되면서 발생되는 산화수에 함유된 중금속을 적극적으로 회수할 수 있도록 개선된 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

현재, 국내에는 휴광 및 폐광이 다수 산재해 있고, 이들 휴ㆍ폐광으로부터 배출되는 물을 항내수라고 칭하고 있는데, 항내수에는 각종 중금속이 다량으로 함유되어 있어 정화되지 않고 무방비 상태로 배출되는 항내수가 수질오염 및 지하 중금속오염의 주원인으로 작용하고 있다.

따라서, 이러한 수질 및 지하수 오염의 주원인인 항내수의 처리가 심각한 사회문제로 대두고 있는 것이 현실이다.

이에, 본 출원인은 대한민국 특허 제2004-51415호 "항내수로부터 중금속을 회수하는 방법 및 그 장치"를 출원한 바 있으며, 2005.6.21.자로 등록받아 등록번 호 제498106호로 그 권리를 유지하고 있다.

그런데, 본 출원인에 의해 개시된 기술은 기존에 비해 매우 진보된 것이기는 하나 항내수에 함유된 CuSO₄, FeSO₄, PbSO₄ 등을 Zn의 첨가를 통해 치환시킴으로써 회수한 후 항내수를 그대로 배출하도록 한 방식이었기 때문에 pH가 매우 낮아 산성이며, ZnSO₄ 형태로 배출되기 때문에 중금속을 완전히 제거할 수 없다는 단점이 있었다.

뿐만 아니라, 광산 부근의 계곡에 적치된 폐석이나 광산 개발시 필요 광석을 채취하고 적치된 광미 등이 산화되면서 발생되는 산화수, 즉 계곡수에 함유된 중금속의 회수에는 다소 미흡하였다.

본 발명은 휴ㆍ폐광으로부터 배출되는 항내수에 함유된 Cu, Fe, Pb, Cd 등의 중금속은 물론 광산 부근의 계곡에 적치된 폐석이나 광산 개발후 적치된 광미 등의 산화로부터 발생된 산화수에 함유된 중금속들까지 활성탄소를 이용하여 보다 효율적이면서 완전하게 회수 제거할 뿐만 아니라 pH의 농도를 알카리화하여 정화시킴으로써 수질오염과 지하수 오염을 방지할 수 있도록 한 것을 그 주된 해결 과제로 한다.

본 발명에 따른 과제 해결 수단으로, 중금속을 함유한 항내수 또는 산화수를 활성탄소와 접촉시켜 항내수 또는 산화수에 함유된 중금속이 활성탄소에 흡착되어 제거되도록 하는 중금속 제거단계와; 상기 중금속이 제거된 항내수 또는 산화수를 CaO와 맥반석 분말에 통과시켜 항내수 또는 산화수의 pH가 6.5~7.5로 유지시키면서 활성탄소에 흡착제거되지 못한 미량의 중금속들을 침전시켜 정화하는 미량 중금속 침전단계와; 상기 미량의 중금속이 침전제거된 항내수 또는 산화수를 모래, 자갈, 활성탄소가 순차로 적층된 정제탱크에 통과시켜 정제하는 정제단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법을 제공한다.

이때, 상기 활성탄소를 이용한 중금속 제거단계에서, 중금속이 흡착된 활성탄소는 별도 회수하여 탈수한 후 자소로에 넣고 완전연소시켜 재로 만든 다음 전해로에서 광종별로 회수하는 단계를 더 포함하는 것도 과제 해결 수단이 될 수 있다.

또한, 상기 미량 중금속 침전단계에서, CaO와 맥반석 분말에 의해 침전된 미량 중금속은 침전물을 수거하는 형태로 회수하여 치환공법에 의해 광종별로 분리 회수하는 단계를 더 포함하는 것도 과제 해결 수단이 될 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 정제단계에서, 정제된 항내수 또는 산화수의 pH는 6.5~7.5인 것도 그 과제 해결 수단이 될 수 있다.

아울러, 본 발명은 과제 해결 수단으로, 일측면 상단부에는 항내수 또는 산화수가 유입되는 유입구가 형성되고, 그 대향면 대응위치에는 배출구가 형성되며, 유입구로 유입된 항내수 또는 산화수를 바닥면으로 유도하여 바닥면으로부터 상부로 차오르도록 안내하는 유도통로가 형성되고, 내부에는 활성탄소가 장입된 다수의 흡수탱크와; 상기 흡수탱크와 동일구조로 형성되고, 서로 연결되며, 내부에는 CaO와 맥반석 분말이 순차로 장입된 정화탱크와; 상기 흡수탱크와 동일구조로 형성되고, 상기 정화탱크와 연결되며, 내부에는 모래, 자갈, 활성탄소가 순차로 장입된 정제탱크로 구성된 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 장치를 제공한다.

이때, 상기 흡수탱크에 장입된 활성탄소는 숯이고, 상기 정화탱크에 장입된 CaO는 맥반석을 800~1000℃로 가열할 때 얻어지는 것으로서 10~100mm의 크기를 갖는 것이며, 상기 맥반석 분말은 50mash~1mm 크기를 갖는 것이며, 상기 정제탱크에 장입된 모래는 90~100mash의 크기이고, 자갈은 밤 크기이며, 활성탄소는 숯인 것도 그 과제 해결 수단이 될 수 있다.

또한, 상기 흡수탱크, 정화탱크, 정제탱크의 바닥면에는 항내수 또는 산화수를 통과시키면서 장입된 활성탄소, CaO, 모래를 떠 받칠 수 있는 철사망이 설치된 것도 그 과제 해결 수단이 될 수 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법을 예시한 플로우챠트이며, 도 2의 (a),(b)는 본 발명에 따른 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법을 설명하기 위한 장치의 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법은 활성탄소 접촉 제거단계(S100), 미량의 중금속 침전 제거단계(S200), 정제탱크를 통한 정제단계(S300)로 이루어진다.

이때, 상기 활성탄소 접촉 제거단계(S100)는 활성탄소의 흡수력을 이용하여 흡수탱크 내부로 항내수 또는 산화수를 유입시킨 후 이들을 상기 활성탄소와 접촉시킴으로써 항내수 또는 산화수에 함유된 AgSO₄, ZnSO₄ 등 황산과 결합된 중금속은 물론 Cd, Fe, As 등을 1차적으로 흡수 제거하도록 한 것이다.

보다 구체적으로, 상기 활성탄소로는 다공질의 숯이 바람직하며, 상기 숯과 접촉되는 항내수 또는 산화수에 함유된 중금속들, 이를테면 Ag, Zn, Cd, Fe, As, Al 등이 상기 숯 속으로 흡착되면서 제거되게 된다.

여기에서, 유입되는 항내수 혹은 산화수의 수량에 따라 중금속 회수용 흡수탱크의 숫자를 조절하여 그 회수효율, 즉 중금속 제거효율을 더욱 높일 수 있다.

이렇게 하여, 항내수 혹은 산화수에 포함된 중금속이 1차적으로 제거되면 이어 아직도 제거되지 못한 미량의 중금속을 침전시켜 제거하는 침전 제거단계(S200)가 수행된다.

상기 침전 제거단계(S200)는 흡수탱크에서 활성탄소, 즉 숯에 의해 완벽하게 흡수 제거되지 못하고 잔류되는 극소량의 중금속들, 이를테면 AsSO₄, CdSO₄, AlSO₄, PbSO₄ 등은 흡수되지 않고 남게 되며, 특히 이들이 숯에 흡착될 때에 잔류하게 되는 SO₄에 의해 항내수 혹은 산화수의 pH는 강산을 유지하게 된다.

즉, 활성탄소에 의해 중금속의 1차 흡수 제거후에도 항내수 혹은 산화수의 pH는 2.7~3.0 정도를 유지하게 되는데 이것은 아직 회수되지 않은 중금속이 남아 있다는 증거이며, 또한 남아 있는 중금속은 쉽게 필터링되지 않음은 물론 pH가 6.7~7.0이 되지 않으면 쉽게 침전되지도 않아 완전히 제거하기 어렵다.

따라서, 본 발명에서는 상술한 바와 같은 침전 제거단계(S200)를 정화탱크에서 수행토록 하여 이러한 잔류 중금속들까지도 침전 제거시키도록 한 것으로, 이를 위해 중금속이 1차 제거된 항내수 혹은 산화수를 CaO와 맥반석이 혼합된 분말에 통 과시켜 그 pH를 6.7~7.0에 가깝게 바꾸어 줌으로써 그에 포함된 미량의 중금속들을 완전하게 침전제거시키게 된다.

이때, 정화탱크의 하부에는 맥반석에 약 800~1000℃의 열을 가할 때 생성되는 직경 10~100mm의 CaO를 약 20cm 정도로 깔고, 그 위에 50mash에서 1mm에 해당되는 크기의 맥반석분말을 장입한 후 상기 항내수 혹은 산화수를 흡수탱크의 하부에서 상부를 향해 공급하여 CaO와 맥반석 분말을 통과하도록 함으로써 뿌연 침전물을 유발시키게 되며, 이는 산과 결합된 중금속이 CaO와 접촉하여 pH의 급변화를 초래하고 이를 통해, 예컨대 PbSO₄와 같은 것이 SO₄가 사라짐으로 인해 Pb만이 남으면서 침전되는 것이라 할 수 있다.

이와 같은 과정을 통해 미량의 중금속까지 제거되게 되면, 이어 정제탱크를 통해 정제하는 단계(S300)가 수행된다.

상기 정제단계(S300)는 미량의 중금속까지 제거된 항내수 혹은 산화수를 고운모래, 밤크기의 자갈, 활성탄소를 대략 30cm의 두께로 순차 적층한 상태에서 하측에서 상측으로 통과시킴으로써 침전수를 정화시켜 pH 6.5.0~7.5 정도의 정화수로 만들 수 있게 된다.

이때, 항내수 혹은 산화수는 고운모래와 밤자갈을 거치면서 정화되고 활성탄소를 통해 최종적으로 정제되는 과정을 거치게 되는 것이다.

이후, 상기 활성탄소를 이용한 중금속 제거단계(S100)에서 중금속들을 흡착한 활성탄소만을 따로 수거하여 탈수한 후 자소로에 넣고 완전연소시켜 재(Ash)로 만들고, 이를 다시 전해로에 넣어 광종별로 회수함으로써 활성탄소에 흡착된 중금속들을 얻을 수 있다.

이때, 상기 재는 거의 중금속으로서 pH가 14에 이르기 때문에 용융이 불가하다. 따라서, 재를 거름틀에 담고 위에서 물을 살포하게 되면 알카리 성분은 하단으로 흘러가고 붉게 남는 물질이 생기는데 이를 전해로에 넣어 분해함으로써 광종별 회수가 가능하게 된다.

뿐만 아니라, 상기 미량의 중금속 침전단계(S200)를 거치면서 CaO와 맥반석 분말에 침전된 미량의 중금속들도 이들 CaO와 맥반석 분말을 회수한 후 치환공법에 의해 광종별로 분리 회수할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 회수방법을 설명하기 위한 장치 구성에 대하여 도 2의 (a), (b)를 참조하여 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명 회수방법을 수행하기 위한 장치는 다수개의 흡수탱크(100)와, 정화탱크(200) 및 정제탱크(300)를 포함한다.

이때, 각 탱크의 양측면 상단부에는 유입구(110,110',210,310)와 배출구(120,120',220,320)가 형성된다.

또한, 각 탱크의 유입구(110,110',210,310)와 연결되는 측면의 일부에는 대략 'ㄴ' 형상의 유도통로(130,130',230,330)가 형성된다.

그리고, 상기 유도통로(130,130',230,330)의 바닥면 상부는 개방되어 각 탱크로 연통되게 형성되며, 이 개방된 부위에는 철사망(400)이 얹혀진다.

그리하여, 상기 흡수탱크(100)의 철사망(400)에는 활성탄소, 예컨대 숯이 적 층되어 충만되고, 상기 정화탱크(200)의 철사망(400)에는 20cm의 CaO와 맥반석 분말이 순차 적층되며, 상기 정제탱크(300)의 철사망(400)에는 모래, 자갈, 활성탄소(숯)가 각각 30cm의 두께로 순차 적층된다.

이 상태에서, 항내수 혹은 산화수(계곡수)를 먼저 흡수탱크(100)의 유입구(110)로 흘려 보내게 되면 항내수 혹은 산화수는 유입구(110)를 통해 유도통로(130)를 통해 흡수탱크(100)의 바닥쪽으로 흘러간 뒤 철사망(400)을 거쳐 상부로 솟아 오르면서 활성탄소, 즉 숯을 통과하게 된다.

이때, 이러한 구조의 흡수탱크(100)는 필요에 따라 다수개 설치될 수 있으며, 나머지 정화탱크(200) 및 정제탱크(300)의 경우도 마찬가지이다.

활성탄소를 통과하면서 항내수 혹은 산화수에 함유되어 있던 중금속들이 1차적으로 흡착제거되게 되고, 이어 공급된 항내수 혹은 산화수가 흡수탱크(100)에 충만되면서 배출구(120)를 통해 배출되게 된다.

배출된 항내수 혹은 산화수는 정화탱크(200)의 유입구(210)로 들어가게 되고, 상기 흡수탱크(100)에서와 동일한 방식으로 정화탱크(200)의 바닥면으로부터 서서히 충만되면서 그 내부에 장입된 CaO와 맥반석 분말을 통과하게 되고, 이 과정에서 미량의 중금속들까지 모두 침전되면서 완전하게 제거되게 된다.

이와 같은 과정을 통해 미량의 중금속들까지 침전제거된 항내수 혹은 산화수는 배출구(220)를 통해 배출되고, 연하여 설치된 정제탱크(300)의 유입구(310)로 들어간 뒤 상술한 과정과 동일한 과정을 거쳐 자갈, 모래, 활성탄소(숯)을 차례로 거친 후 배출구(320)를 통해 배출되게 되면 최종 배출되는 항내수 혹은 산화수의 pH는 6.5~7.5가 되게 되며, 또한 포함된 중금속은 완전히 제거된 상태를 유지하게 된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명에 따른 회수방법 및 장치의 효용성을 확인하기 위하여, 경남 함안군 군북면 절골광산 폐항도내 pH 2.7~3.0의 항내수를 채집하여 본 발명 장치를 통해 중금속 제거실험을 실시하였다.

우선, 실험을 위해 0.3m × 0.3m × 0.3m 크기의 흡수탱크 7개를 만들고, 그 속에 활성탄소로 숯을 가득 채웠다.

또한, 상기 흡수탱크와 동일크기의 정화탱크 3개를 만들고, 그 내부에 CaO를 20cm 정도 얇게 깐 후 그 위에 50mash 크기의 맥반석 분말을 가득채웠다.

아울러, 상기 흡수탱크와 동일크기의 정제탱크 2개를 만들고, 그 내부에 90~100mash 크기의 모래, 밤 크기의 자갈, 숯을 각 30cm의 두께로 순차 적층한 다음 이들 흡수탱크와 정화탱크 및 정제탱크들을 본 발명 장치 설명에서와 동일한 방식으로 연결한 후 최초 흡수탱크의 유입구를 통해 수집된 샘플수, 즉 pH 2.7~3.0의 항내수를 유입시켰다.

이때, 통과시킨 유량은 항내수가 흡수탱크의 바닥면으로부터 상부까지 차롤라 오는데 걸리는 시간이 약 30분 정도되는 유량으로 한정하였다.

이렇게 한 후 최종 정제탱크의 배출구로부터 배출되는 정제수를 받아 pH를 측정하였더니 그 pH가 6.8~7.0 정도였고, 그 성분을 분석한 결과 상기 폐광의 주광 물인 CuSO₄의 잔량도 전무하였으며, 특히 맥반석을 통과하는 폐수에 활성산소의 발생량이 증가된 것을 확인하였는 바, 이로부터 정제수는 음료로 사용해도 전혀 문제가 되지 않을 정도로 정제되었음을 확인하였다.

도 1은 본 발명에 따른 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법을 예시한 플로우챠트,

도 2의 (a),(b)는 본 발명에 따른 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법을 설명하기 위한 장치의 예시도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....흡수탱크 110,110',210,310....유입구

120,120',220,320....배출구 130,230,330....유도통로

200....정화탱크 300....정제탱크

400....철사망

Claims

중금속을 함유한 항내수 또는 산화수를 활성탄소와 접촉시켜 항내수 또는 산화수에 함유된 중금속이 활성탄소에 흡착되어 제거되도록 하는 중금속 제거단계와;

상기 중금속이 제거된 항내수 또는 산화수를 CaO와 맥반석 분말에 통과시켜 항내수 또는 산화수의 pH가 6.5~7.5로 유지시키면서 활성탄소에 흡착제거되지 못한 미량의 중금속들을 침전시켜 정화하는 미량 중금속 침전단계와;

상기 미량의 중금속이 침전제거된 항내수 또는 산화수를 모래, 자갈, 활성탄소가 순차로 적층된 정제탱크에 통과시켜 정제하는 정제단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법.
청구항 1에 있어서;

상기 활성탄소를 이용한 중금속 제거단계에서, 중금속이 흡착된 활성탄소는 별도 회수하여 탈수한 후 자소로에 넣고 완전연소시켜 재로 만든 다음 전해로에서 광종별로 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법.
청구항 1에 있어서;

상기 미량 중금속 침전단계에서, CaO와 맥반석 분말에 의해 침전된 미량 중금속은 침전물을 수거하는 형태로 회수하여 치환공법에 의해 광종별로 분리 회수하 는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법.
청구항 1에 있어서;

상기 정제단계에서, 정제된 항내수 또는 산화수의 pH는 6.5~7.5인 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 방법.
일측면 상단부에는 항내수 또는 산화수가 유입되는 유입구(110)가 형성되고, 그 대향면 대응위치에는 배출구(120)가 형성되며, 유입구(110)로 유입된 항내수 또는 산화수를 바닥면으로 유도하여 바닥면으로부터 상부로 차오르도록 안내하는 유도통로(130)가 형성되고, 내부에는 활성탄소가 장입된 다수의 흡수탱크(100)와;

상기 흡수탱크(100)와 동일구조로 형성되고, 서로 연결되며, 내부에는 CaO와 맥반석 분말이 순차로 장입된 정화탱크(200)와;

상기 흡수탱크(100)와 동일구조로 형성되고, 상기 정화탱크(200)와 연결되며, 내부에는 모래, 자갈, 활성탄소가 순차로 장입된 정제탱크(300)로 구성된 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 장치.
청구항 5에 있어서;

상기 흡수탱크(100)에 장입된 활성탄소는 숯이고,

상기 정화탱크(200)에 장입된 CaO는 맥반석을 800~1000℃로 가열할 때 얻어 지는 것으로서 10~100mm의 크기를 갖는 것이며, 상기 맥반석 분말은 50mash~1mm 크기를 갖는 것이며,

상기 정제탱크(300)에 장입된 모래는 90~100mash의 크기이고, 자갈은 밤 크기이며, 활성탄소는 숯인 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 장치.
청구항 5에 있어서;

상기 흡수탱크(100), 정화탱크(200), 정제탱크(300)의 바닥면에는 항내수 또는 산화수를 통과시키면서 장입된 활성탄소, CaO, 모래를 떠 받칠 수 있는 철사망(400)이 설치된 것을 특징으로 하는 폐광 항내수로부터 중금속을 회수하는 장치.