KR20240037548A - 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법은 규조, 스멕타이트 및 황철석을 포함하는 암석 또는 토양으로 이루어진 사면에 처리제를 투입하며, 본 발명에서 사용하는 처리제는 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액을 포함하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따른 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법은 규조, 스멕타이트 및 황철석을 포함하는 암석 또는 토양으로 이루어진 사면에 처리제를 투입하며, 본 발명에서 사용하는 처리제는 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액을 포함하는 것에 특징이 있다.
Description
본 발명은 환경오염 저감기술에 관한 것으로서, 특히 절취사면이나 성토사면을 안정화시키고, 사면 내 황철석 등으로부터 산성배수가 발생하는 것을 억제하기 위한 방법에 관한 것이다.
포항, 경주 지역에는 규조(diatom), 팽창성 점토광물인 스멕타이트(smectite) 및 황철석(pyrite)을 다량 함유하고 있는 신생대 이암이 많이 산출된다.
규조토(diatomaceous earth, diatomite)는 해양 혹은 육상 수중환경에 서식하던 규조의 껍질(diatom shell)을 많이 함유한 퇴적물(퇴적암) 혹은 퇴적물에서 발달된 토양을 말하는데, 도 1의 사진에 나타난 바와 같이, 규조 껍질은 규조가 죽은 후 유기물이 분해된 후에 남은 수화 실리카(hydrated silica)의 다공질 잔유물이다. 규조토는 다공질(high porosity), 낮은 투수율(low permeability), 낮은 건조비중(low dry density), 높은 흡착력(good adsorption capacity)을 갖는 특성이 있으며 벽돌, 여과재, 흡착제, 단열제, 토양개량재 등으로 다양하게 활용되고 있다. 반면 규조토는 높은 액성한계(liquid limit), 소성한계(plastic limit), 수분 함유량 등의 이유로 지표에 노출되어 젖음-건조(wet-dry)가 반복되면 풍화가 급속히 진행되고 쉽게 부서지는 특성이 있다.
팽창성 점토광물인 스멕타이트는 층간 전하량이 낮은 층상구조 광물이다. 따라서 수화된 양이온(hydrated cation) 및 물 분자가 용이하게 층간양이온을 교환하거나 침투할 수 있다. 스멕타이트의 팽창은 표면전하에 의한 입자간 반발력에 기인한다. 따라서 스멕타이트는 젖음-건조에 따라 팽윤-수축(swelling-shrinking)이 발생한다. 스멕타이트를 많이 함유하고 있는 이암이 지표에 노출되면 쉽게 풍화되고 물리적 안정성(비탈면 안정성)이 급속히 저하된다.
건설현장에서 지반굴착에 의하여 형성된 비탈면이 규조토를 많이 함유한 경우, 규조토가 지표환경에 노출되면서 비탈면이 쉽게 붕괴(land slliding)될 수 있다.
예컨대 포항, 경주 지역과 같이 규조, 스멕타이트와 함께 산성배수 유발물질로 알려진 황철석도 함유하고 있는 신생대 이암 분포지역에서 수행 중인 건설사업 현장에서는 도 2에 나타난 바와 같이 지반굴착 후 급속한 풍화에 의한 사면안정성 저해, 산성배수에 의한 환경오염 문제가 발생되고 있다.
사면을 보강하기 위해 소일네일, 옹벽 등 다양한 토목 공법이 적용되고 있지만, 문제의 근원적 해결을 위해서는 지반굴착면이 대기에 노출되는 시간을 최소화하고 대기와 접촉을 차단해아 한다. 대기 접촉 차단 방법으로 숏크리트, 식생피복이 시도되고 있지만, 황철석에서 발생한 산성배수에 의해 콘크리트가 부식되고 식생이 고사하는 등의 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지반 굴착면의 급속한 풍화에 의한 사면안정성 저해, 산성배수 발생에 의한 환경오염문제를 동시에 해결할 수 있는 방법을 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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법은, 규조와 황철석을 포함하는 암석 또는 토양을 포함하는 사면에 처리제를 투입하여 사면을 안정화 시키고 산성배수 발생을 방지하는 방법으로서, 상기 처리제는 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액을 포함하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 사면을 이루는 암석 또는 토양은 스멕타이트를 포함한다.
본 발명의 일 예에서, 상기 규산나트륨 수용액을 먼저 투입하고, 상기 염화칼슘 수용액을 연속적으로 투입할 수 있다.
본 발명에서는 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액을 처리제로 사용하여, 규조, 스멕타이트 및 황철석을 포함하는 비탈면을 안정화시키고 산성배수의 발생을 억지한다.
즉 규산나트륨 수용액은 규조와 스멕타이트를 입단화하여 유효공극을 줄이며, 염화칼슘 수용액의 칼슘은 스멕타이트의 팽윤 및 수축을 줄임으로써 균열 형성을 방지한다. 또한 규산나트륨 수용액 및 염화칼슘 수용액은 황철석의 산화제인 3가 철이온을 침전제거하며, 황철석 표면에 피막을 형성하여 황철석이 산화제와 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 규조의 SEM 사진이다.
도 2는 이암 비탈면의 풍화에 의한 문제점을 설명하기 위한 사진이다.
도 3은 시험 대상 토양의 XRD 분석 결과이다.
도 4는 시험 대상 토양 내 규조의 SEM 이미지이다.
도 5는 시험 조건을 나타낸 표이다.
도 6은 시험 후 시료의 사진이다.
도 7은 시험 결과가 나타난 표이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
도 2는 이암 비탈면의 풍화에 의한 문제점을 설명하기 위한 사진이다.
도 3은 시험 대상 토양의 XRD 분석 결과이다.
도 4는 시험 대상 토양 내 규조의 SEM 이미지이다.
도 5는 시험 조건을 나타낸 표이다.
도 6은 시험 후 시료의 사진이다.
도 7은 시험 결과가 나타난 표이다.
※ 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.
본 발명은 규조, 스멕타이트 및 황철석을 포함하고 있는 암석(또는 토양)이 발달한 영역의 사면을 대상으로 한다. 즉 지표에 노출되어 대기와 접촉시 급속하게 풍화되는 규조와 스멕타이트에 의하여 사면의 안정성이 저하되는 것을 방지하며, 황철석의 산화에 의하여 산성배수가 발생되는 것을 미연에 방지하기 위한 방법을 제공한다.
먼저 규조와 스멕타이트를 포함하는 이암에 대하여 설명한다.
규조와 스멕타이트를 많이 함유한 이암은 낮은 건조 밀도(low dry density), 높은 공극률(large (interparticle) void ratio), 높은 수분 함유율(high water storage ability), 높은 마찰각(high friction angle), 높은 압축률(high compressibility), 낮은 전단강도(low shear strength), 높은 액성 및 소성 한계(high liquid and plastic limits) 특성을 가지고 있다. 또한 규조와 스멕타이트는 투수율(<10-6cm/s)은 낮지만 지표에 노출되어 젖음-건조가 반복되면 강도가 낮아지고 균열과 층간 박리가 쉽게 발달하여 물리적 안정성이 크게 저해되며 물성도 불안정하게 된다. 따라서 이암이 지표에 노출되어 젖음-건조가 반복되는 환경에 놓이게 되면 규조토의 수분함량이 환경과 연계되어 변하게 된다.
규조와 스멕타이트가 지표에 노출되더라도 물리적 안정성 저하를 최소화하기 위해서는 수분함량의 변동폭을 줄여야 하는데, 수분함량의 변동은 interparticle void에 따라 좌우된다. 즉 수분함량 변화와 관련이 있는 공극의 연결성을 차단하고 스멕타이트의 스웰링(swelling) 정도를 최소화하면 유효공극이 줄어서 수분함량 변화가 줄어든다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적인 산성배수 발생 억제와 관련하여, 이암 내 황철석의 작용에 대하여 설명한다.
황철석(FeS2)은 지반굴착 등에 의하여 지표환경에 노출되면 아래의 반응식과 같이 황산을 생성하며 우수, 지하수에 포함되어 산성배수를 형성한다.
FeS2 + 3.5O2 + H2O ---> Fe2+ + 2SO4 2- + 2H+ (1)
Fe2+ + 0.25O2 + H+ ---> Fe3+ + 0.5H2O (2)
Fe3+ + 3H2O ---> Fe(OH)3 + 3H+ (3)
FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O ---> 15Fe2+ + 2SO4 2- + 16H+ (4)
황철석의 산화반응은 미생물 작용과 순수 무기적인 반응의 복합과정이다. 황철석의 산화에 관여하는 미생물들은 Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus novellus, Sulfurlobus acidocaldarious, Leptospirillum ferrooxidans 등이 있다. 산화반응 초기에는 반응(1), (2), (3)이 우세하고 일정 농도 이상의 수소이온(H+)이 생성되면 반응(3)이 발생하지 않고 Fe3+는 황철석의 산화제로 작용하여 많은 양의 황산을 생성한다[반응(4)]. 미생물 작용에 의한 Fe2+의 산화는 용존산소에 의한 산화반응보다 수만에서 수십만 배 높은 것으로 알려져 있다. 또한 산성배수 생성(Fe2+ 산화)에 관여하는 미생물은 알카리환경보다 산성환경에서 활성이 더 높은 것으로 알려져 있다.
황철석을 함유한 암석으로부터 산성배수 발생을 억제하기 위하여 황철석의 산화제로 작용하는 O2, Fe3+ 자체를 제거하거나, 황철석과 산화제의 접촉을 차단하는 방법이 있다. 황철석 산화제인 O2는 유기물을 투입하고 미생물을 활성화시키고, Fe3+-compound 침전을 유도하여 제거할 수 있다. 그리고 황철석 표면에 안정한 피막을 생성시켜서 황철석과 산화제의 접촉을 차단할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 규조와 스멕타이트가 포함되어 있는 토양 또는 암석이 굴착 등에 의하여 지표로 노출된 경우 쉽게 풍화되어 사면의 안정성을 저해하게 되며, 이를 방지하기 위해서는 수분함유량의 변동폭을 줄이고 규조와 스멕타이트 내 유효공극을 줄여야 한다.
또한 황철석에 의한 산성배수의 발생을 억지하기 위해서는 황철석의 산화제로 작용하는 산소와 3가 철이온을 제거하거나, 황철석이 산화제와 접촉하는 것을 차단해야 한다.
본 발명에서는 위의 2가지 목적, 즉 사면 안정화와 산성배수 발생 억지를 위하여 처리제를 사면에 투입한다.
처리제는 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액으로 이루어진다.
규산나트륨 수용액은 pH11 이상으로 규산나트륨과 물을 혼합하여 제조되며,규산나트륨(Na2SiO3) 30~40 중량부와 물 60~70 중량부로 이루어진다. 그리고 규산나트륨은 SiO2/Na2O의 중량 비율은 3.3 ~ 3.4 정도로 이루어진다. 규산나트륨은 SiO2/Na2O의 중량 비율이 2일때 가장 점도가 낮고 알카리도가 감소 및 증가하면 점도가 올라간다. 본 예에서 점도가 너무 낮으면 규산나트륨 수용액을 사면에 주입시 사면으로부터 빠르게 이탈될 수 있고, 점도가 너무 높으면 주입이 어려워지는 문제가 있다. 이에 본 예에서는 중량 비율을 위의 범위로 조절한다.
규산나트륨 수용액은 현장에 사용할 경우 물을 다시 추가하여 희석해서 사용한다. 규산나트륨 수용액 중량 대비 3~10배 범위로 물을 추가할 수 있다. 그리고 규산나트륨이 토양 중량의 1~4%(중량) 비율로 처리 대상 토양에 주입한다.
규산나트륨의 투입량이 많아지면 사면 토사의 강도가 증가하는데, 투입량이 위 범위보다 높으면 사면에서 식생성장이 어려울 정도로 토사 강도가 높아지는 문제가 있다. 역으로 투입량이 위 범위보다 낮으면 처리제를 투입했을 때 얻을 수 있는 사면안정성이 확보될 수 없다. 이에 원활한 식생성장과 사면안정확보를 위하여 1-4% 비율이 적정하다.
토양 내 규조와 스멕타이트의 함량이 높을수록 규산나트륨을 많이 투입하는 것이 바람직하다. 참고로 토양의 중량은 규산나트륨이 투입되는 깊이와 면적을 고려하여 전체 체적을 상정한 후, 토양의 밀도를 고려하여 결정할 수 있다.
토양에 주입된 규산나트륨 수용액은 토양 내 성분들과 반응하여 3차원 Si-O-Si 혹은 Al-O-Si 중합체를 형성(geopolymerization)하며, 토양입자와의 반응에 의하여 중화(pH 5~9)되면 부정형 실리카겔(Si-O-Si)을 생성하기도 한다. 또한 토양의 공극수 내에 존재하는 Ca2+ 이온과 반응하여 용해도가 매우 낮고 안정한 칼슘실리케이트수화물(3CaO·2SiO2·3H2O)을 생성한다. 중합체 및 실리카겔이 형성되면 토양입자들이 바인딩되어 입단을 형성함으로써 규조토의 유효공극(공극의 연결성)을 감소시키는 역할을 한다.
염화칼슘 수용액은 물에 CaCl2를 녹여서 제조한다. 염화칼슘의 양이 중요하며, 물의 양은 1~5배 정도로 다양하게 조절할 수 있다. 토양에 투입되는 염화칼슘의 양은 SiO2 투입량과 토양의 수용성 Ca의 농도에 따라 결정되는데, 토양에 투입되는 SiO2에 대하여 염화칼슘은 0.5 ~ 2.0 범위(몰 비율)로 투입될 수 있다. 몰비를 중량비를 환산하면 대략 1~4 범위 정도이다. 다만 처리 대상 토양 내 수용성 Ca의 함량이 높을 경우 CaCl2/SiO2의 몰비는 1.5 - 2.0이 되는 것이 바람직하다. 칼슘실리케이트수화물(3CaOㆍ2SiO2ㆍ3H2O)의 CaO과 SiO2 몰비는 1.5이다. 처리대상 토사가 수용성 Ca를 많이 함유하고 있으면 몰비 1.5보다 낮게 투입하고 수용성 Ca를 적게 함유하고 있으면 몰비 1.5 이상 투입한다. 몰비 1.5 이상은 투입된 Ca가 칼슘실리케이트수화물 생성뿐만 아니라 입자에 흡착된 Na를 교환하는데 소요되는데 필요한 량을 감안한 것이다.
염화칼슘 수용액으로부터 공급된 Ca2+는 스멕타이트의 표면의 음전하에 흡착되어 있던 Na+와 교환된다. 칼슘은 2가 이온으로 1가 이온인 나트륨보다 결합력이 강하므로 확산이중층(diffuse double layer)의 두께가 줄어들어 팽창-수축 정도가 줄어든다. 팽창-수축율이 저하되면서 수분 함유량의 변동폭을 줄일 수 있다.
한편, 산성배수 발생 억지와 관련하여 처리제의 작용을 설명한다.
토양에 주입된 규산나트륨 수용액은 토양 내 산성 공극수를 중화시켜 pH를상승시킨다. 중성 pH 조건에서 황철석의 산화제인 Fe3+ 이온은 iron hydroxide silicate 형태로 침전되어 제거된다. 또한 규산나트륨 수용액에 의하여 토양 공극수가 산성에서 중성 혹은 알카리 환경으로 바뀜으로서 미생물에 의한 Fe3+ 생성이 저감된다. 즉 황철석의 산화제를 제거하는 작용을 한다.
또한 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액의 투입으로 실리카겔, calcium silicate hydrate, iron hydroxide silicate 등이 황철석 표면에 침전된다. 이 침전물은 황철석의 표면에 피막을 형성하여 산화제(3가 철이온 및 산소)와 황철석 사이의 접촉을 차단하여 산성배수 생성을 억제하게 된다.
처리제는 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액을 함께 혼합하지 않고, 규산나트륨 수용액을 토양에 먼저 투입하고, 연속적으로 염화칼슘 수용액을 투입한다. Ca이온은 토사 입자에 신속하게 흡착되고 흡착된 후에는 화학적 활성도가 낮아진다. 반면 규산나트륨은 상대적으로 느린 속도로 폴리머를 형성하고 입단을 만든다. 상대적으로 반응속도가 느린 규산나트륨을 먼저 투입하고 고화되기 전에 Ca를 투입하면 효율적인 칼슘실리케이트수화물(3CaOㆍ2SiO2ㆍ3H2O) 생성을 기대할 수 있기 때문이다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 방법을 시험하였고, 이하 시험 과정 및 결과에 대하여 설명하기로 한다.
1. 처리대상 토양
규조, smectite, 황철석을 함유하고 있는 경북 포항 지역의 미고결 이암을 대상으로 안정화 및 산성배수 발생억제 시험을 실시하였다. 처리대상 토양은 XRD 분석 및 SEM 관찰을 통하여 광물조성과 XRF 분석을 통한 화학조성을 파악하였다(도 3 및 도 4). 산성배수 발생개연성을 파악하기 위하여 황의 함량과 NAG pH를 측정하였다. 또한 물과 반응 후 pH, 수용성 양이온과 음이온 함량을 측정하였다.
XRF 분석결과 처리대상 시료는 SiO2 63.93%, Al2O3 12.24%, Fe2O3 4.88%, CaO 2.93%, MgO 1.58%, K2O 2.26%, Na2O 0.55%, TiO2 0.56%, MnO 0.05%, P2O5 0.18%, ignition loss 10.04%로 나타났다. 시료는 smectite, 석영(quartz), 장석(feldspar), 석고(gypsum)가 주구성광물이며(그림 3) SEM 분석에서 다량의 규조가 관찰되었다.
2. 시험방법
실증시험에서는 포항시 건설현장에서 채취한 이암, Na2SiO2(water glass), CaCl2를 활용하였다. 규산나트륨 수용액은 규산나트륨고 물을 중량비 33:67로 혼합하여 Na2SiO2 33%(1.39g/cm3) 수용액을 형성하였과, 이를 다시 물에 희석하여 제조하였다. 염화칼슘 수용액은 증류수에 CaCl2를 용해하여 제조하였다. 이암 125g을 대상으로 도 5의 표와 같은 조건으로 규산나트륨 수용액을 먼저 살포하고, 연속적으로 염화칼슘 수용액을 살포하였다. 대조군(ID 1)에 대해서는 증류수만 살포하였다.
도 5의 표에서 %는 중량을 기준으로 한 % 농도이다. 예컨대 3.3% 규산나트륨수용액은 33% 규산나트륨 용액에 물을 10배 공급하여 희석함으로써 3.3% 농도로 맞춘 것이다. 염화칼슘 수용액의 농도도 염화칼슘을 물에 녹인 중량 기준의 %농도를 의미한다. 도 5의 표의 조건대로 처리제를 투입한 후, 35°C 오븐에서 처리된 토양을 1주일 동안 보존(incubation)하였다.
또한 보존한 시료 일부를 취하여 50ml 증류수를 시료에 주입 후 1주일 동안 35°C 오븐에서 건조 시키는 젖음-건조 싸이클을 4회 반복하고 이에 따른 팽창-수축, 균열 생성(물리적 풍화)을 관찰하고 기록하였다. 4회 젖음-건조 반복 후 시료의 NAG pH(15% H2O2 100ml와 1g 시료를 반응시키고 용액의 pH 측정)를 측정하여 처리에 따른 산성배수 발생 억제효과를 확인하였다. 처리제를 투입 후 4회 젖음-건조를 반복한 후의 시료 사진은 도 6에 나타나 있으며, 도 7의 표에 시험 결과를 나타내었다.
3. 처리에 따른 풍화양상 변화
도 7의 표를 참고하면, 11% Na2SiO3 수용액으로 처리한 시료(이암에 투입된 Na2SiO3 농도 3.7%) 는 처리에 따라 시료의 부피가 증가하였으며 처리제의 CaCl2 농도가 증가할수록 부피증가가 크게 나타났다. 미처리 이암 시료는 젖음-건조에 따라 팽윤(swelling)과 수축(shrinking)으로 34.1% 부피변화가 나타났다. 처리제의 Na2SiO3와 CaCl2 농도가 증가할수록 젖음-건조에 따른 부피변화가 감소하고 6.6% Na2SiO3과 5% CaCl2 (처리후 이암의 2.2% Na2SiO3과 1.7% CaCl2) 이상 처리강도에서 젖음-건조에 따른 부피변화가 나타나지 않았다. Na2SiO3와 증류수 처리 시료에서 균열이 관찰되었으며 무처리(증류수 처리)와 CaCl2 처리 시료에서 균열이 발생하지 않았거나 미세 균열이 발생하였다(도 6). 처리강도(Na2SiO3와 CaCl2 농도)가 증가할수록 풍건시료의 수분함량이 증가하였다.
안정화처리에 따른 시험 결과를 종합하면 Na2SiO3는 이암을 구성하고 있는 세립자들을 응집하여 입단을 형성한다. Na2SiO3 농도 증가하면 입단형성은 촉진되나 시료의 수용성 Na+ 농도가 증가하여 팽창성 광물인 스멕타이트의 팽윤-수축을 유발하여 균열이 발생된다. 즉 Na2SiO3는 입단형성을 통한 이암의 풍화억제 효과와 팽창-수축에 의한 풍화촉진 효과를 동시에 가지는 것으로 판단된다. CaCl2 처리는 시료의 수용성 Ca2+농도를 증가시켜 광물표면에 흡착되어있는 Na+이온을 교환하여 확산이중층의 두께를 감소시킨다. 확산이중층의 두께 감소는 팽윤-수축에 수반된 균열 생성을 억제한다. 또한 CaCl2 처리는 안정한 calcium silicate hydrate의 생성을 유도하여 안정한 입단을 유도한다. 처리제(Na2SiO3, CaCl2 ) 농도가 높을수록 입단형성을 통한 안정화 효과가 높으며 Na2SiO3와 CaCl2를 혼합하여 사용하면 효과가 높게 나타난다.
4. 처리에 따른 산성배수 발생억제
시험 결과를 참고하면, 처리제의 CaCl2 농도에 상관없이 Na2SiO3 농도가 증가함에 따라 NAG pH가 2.6에서 4.8로 증가하였다. 이는 Na2SiO3 처리에 의하여 생성된 silicate polymer가 산성배수 발생원인 광물인 황철석 표면을 코팅하여 황철석 산화제인 O2, Fe3+의 표면접촉을 차단한 결과로 보인다. 또한 Na2SiO3 수용액은 알카리로서 황철석 산화제인 Fe3+를 Fe(OH)3로 침전제거하고 발생된 산성배수를 중화시켜 산성배수의 발생을 저감하였다. 즉 Na2SiO3 처리농도가 증가함에 따라 처리대상 이암의 산성배수 발생개연성이 저감되었다. 3.7% Na2SiO3(처리 후 이암 내 농도)로 처리한 이암(NAG pH 4.7 - 4.8)은 산성배수 발생개연성이 매우 낮은 것으로 나타났다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액을 처리제로 사용하여, 규조, 스멕타이트 및 황철석을 포함하는 비탈면을 안정화시키고 산성배수의 발생을 억지한다.
즉 규산나트륨 수용액은 규조와 스멕타이트를 입단화하여 유효공극을 줄이며, 염화칼슘 수용액의 칼슘은 스멕타이트의 팽윤 및 수축을 줄임으로써 균열 형성을 방지한다. 또한 규산나트륨 수용액 및 염화칼슘 수용액은 황철석의 산화제인 3가 철이온을 침전제거하며, 황철석 표면에 피막을 형성하여 황철석이 산화제와 접촉되는 것을 방지한다.
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.
Claims (6)
- 규조와 황철석을 포함하는 암석 또는 토양을 포함하는 사면에 처리제를 투입하여 사면을 안정화 시키고 산성배수 발생을 방지하기 위한 방법으로서,
상기 처리제는 규산나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법. - 제1항에 있어서,
상기 사면을 이루는 암석 또는 토양은 스멕타이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법. - 제1항에 있어서,
상기 규산나트륨 수용액을 먼저 투입하고, 상기 염화칼슘 수용액을 연속적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법. - 제1항에 있어서,
상기 처리제의 규산나트륨에서 SiO2/Na2O의 중량 비율이 3.3 ~ 3.4 범위인 것을 특징으로 하는 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법. - 제1항에 있어서,
상기 규산나트륨은 상기 처리제가 주입되는 토양의 중량 대비 1~4%의 비율로 투입되는 것을 특징으로 하는 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법. - 제1항에 있어서,
염화칼슘은 상기 사면의 토양에 투입되는 규산나트륨의 SiO2에 대하여 0.5 ~ 2.0(몰 비율) 범위로 투입되는 것을 특징으로 하는 비탈면 안정화 및 산성배수 발생억제 방법.
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