광산 폐기물의 순환자원화 방안을 모색하기 위해 상동중석광산 광미를 대상으로 그의 물리적ㆍ화학적 특성, 광물학적 조성, 중금속 용출특성 및 분쇄특성, 그리고 그를 출발원료로 하여 포말법으로 제조한 세라믹 담체의 특성 등을 조사하였다. 광미의 화학적, 광물학적 특성은 심도별 큰 차이가 없고 광미의 중금속 용출량은 환경기준값 보다 낮아 광미 자체를 물질전환법에 의해 재활용하는데는 문제가 없다고 판단되었다. 그러나 광미의 median경(d$_{50}$ )은 10∼30$\mu\textrm{m}$ 이었다. 따라서 환경소재인 다공성 담체의 제조에 적합한 입도분포인 median경 3$\mu\textrm{m}$을 얻기 위해서는 슬러리 농도 40 vol% 기준일 때분산제인 PEI를 첨가하여 교반밀로 700 rpm으로 1시간이상 습식분쇄하여야만 가능함을 알 수 있었다. 그리고 광미 슬러리의 발포율을 3배로 하여 제조한 큐빅형 greenbody를 1,075$^{\circ}C$에서 90분 소결한 담체의 물성은 겉보기 밀도 0.52g/$cm^{3}$, 전체 기공율 80%, 열린 기공율72%, 기공의 크기분포가 30∼350$\mu\textrm{m}$이었다. 즉, 광산 폐기물인 광미를 출발원료로 하여 폐수처리용 환경소재로서 활용성이 매우 큰 매크로 기공을 가진 다공성 세라믹 담체를 제조 할 수 있었다.
광산 폐기물의 순환자원화 방안을 모색하기 위해 상동중석광산 광미를 대상으로 그의 물리적ㆍ화학적 특성, 광물학적 조성, 중금속 용출특성 및 분쇄특성, 그리고 그를 출발원료로 하여 포말법으로 제조한 세라믹 담체의 특성 등을 조사하였다. 광미의 화학적, 광물학적 특성은 심도별 큰 차이가 없고 광미의 중금속 용출량은 환경기준값 보다 낮아 광미 자체를 물질전환법에 의해 재활용하는데는 문제가 없다고 판단되었다. 그러나 광미의 median경(d$_{50}$ )은 10∼30$\mu\textrm{m}$ 이었다. 따라서 환경소재인 다공성 담체의 제조에 적합한 입도분포인 median경 3$\mu\textrm{m}$을 얻기 위해서는 슬러리 농도 40 vol% 기준일 때분산제인 PEI를 첨가하여 교반밀로 700 rpm으로 1시간이상 습식분쇄하여야만 가능함을 알 수 있었다. 그리고 광미 슬러리의 발포율을 3배로 하여 제조한 큐빅형 greenbody를 1,075$^{\circ}C$에서 90분 소결한 담체의 물성은 겉보기 밀도 0.52g/$cm^{3}$, 전체 기공율 80%, 열린 기공율72%, 기공의 크기분포가 30∼350$\mu\textrm{m}$이었다. 즉, 광산 폐기물인 광미를 출발원료로 하여 폐수처리용 환경소재로서 활용성이 매우 큰 매크로 기공을 가진 다공성 세라믹 담체를 제조 할 수 있었다.
This study focused on examining the possibility of recycling mine solid waste as environmental materials, especially for porous media. Basic properties including mineralogical compositions, chemical compositions, and particle size distribution of the tailings from the Sangdong W mine were checked. T...
This study focused on examining the possibility of recycling mine solid waste as environmental materials, especially for porous media. Basic properties including mineralogical compositions, chemical compositions, and particle size distribution of the tailings from the Sangdong W mine were checked. The mineralogical and chemical compositions of the tailings samples were not much different in depth. According to Korean Standard Leaching Test for Wastes(KSLT), concentrations of heavy metals leached from the tailings were below the standard values. As a result of particle size analysis, the median diameter (d$_{50}$) of the tailings was in the range of 10 to 30 ${\mu}{\textrm}{m}$. The stable tailings slurry made up of 3 ${\mu}{\textrm}{m}$ in d$_{50}$ was prepared using Attrition Mill. The milling condition was 40 vol% in slurry concentration, 700 rpm in stirring speed, and 1 hour in milling time. PEI was added as dispersing agent. Concentrated slurry was extended to 3 times by foaming method. In the case of 3 times foamed slurry, the total and open porosity of ceramic supports sintered at 1,075$^{\circ}C$ for 90 minutes was about 80% and 72%, respectively. Pore size was in the range of 30∼350${\mu}{\textrm}{m}$. Therefore, the tailings could be recycled starting material for environmental materials such as macroporous ceramic support.
This study focused on examining the possibility of recycling mine solid waste as environmental materials, especially for porous media. Basic properties including mineralogical compositions, chemical compositions, and particle size distribution of the tailings from the Sangdong W mine were checked. The mineralogical and chemical compositions of the tailings samples were not much different in depth. According to Korean Standard Leaching Test for Wastes(KSLT), concentrations of heavy metals leached from the tailings were below the standard values. As a result of particle size analysis, the median diameter (d$_{50}$) of the tailings was in the range of 10 to 30 ${\mu}{\textrm}{m}$. The stable tailings slurry made up of 3 ${\mu}{\textrm}{m}$ in d$_{50}$ was prepared using Attrition Mill. The milling condition was 40 vol% in slurry concentration, 700 rpm in stirring speed, and 1 hour in milling time. PEI was added as dispersing agent. Concentrated slurry was extended to 3 times by foaming method. In the case of 3 times foamed slurry, the total and open porosity of ceramic supports sintered at 1,075$^{\circ}C$ for 90 minutes was about 80% and 72%, respectively. Pore size was in the range of 30∼350${\mu}{\textrm}{m}$. Therefore, the tailings could be recycled starting material for environmental materials such as macroporous ceramic support.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 광산 폐기물의 재활용을 통한 부가가치 향상뿐만 아니라 환경정화용 소재개발이라는 일석이조의 효과를 모색하고자, 금속광산폐기물 중 최대의 양이 적치되어 있는 상동중석광산의 광미를 대상으로 그의 특성을 파악하고 이를 출발원료로 폐수처리용 부재로 적합한 다공성 세라믹 담체를 개발하였다.
제안 방법
1은 광미를 출발 원료로 하여 슬러리 포말법으로 다공성 세라믹 담체를 제조하는 공정을 나타낸 것이다. 출발원료의 분쇄특성을 파악하기 위하여 고려소재개발(주)의 회부식 교반밀(attrition mill, 1l 용)을 사용한 습식"B쇄를 실시하였고 그의 분쇄산물인 슬러리의 특성을 측정하였다. 이때 슬러리의 점도측정은 Viscometer DV-H+(BrookfieldInc.
상동중석광상 광미의 구성광물 및 화학성분은 각각 X선회절분석 (네덜란드 Philips 社의 PW3710)과 화학 습식분석을 실시하여 파악하였다. 광미의 흡열반응과 발열반응이 일어나는 온도와 중량감소 파악하기 위해 TG-DTA(Rheometric 사, STA-1660)분석을 실시하였다. 광미의 pH 값은 -100 mesh 입도의 시료 10 g을 취하여 삼각 플라스크에 넣고 증류수 50 m/을 넣어 1 시간동안 교반한 후에 orion 1230 pH meter로 측정하였다.
광산 폐기물의 순환자원화 방안을 모색하기 위해 상동 중석광산 광미를 대상으로 그의 물리적·화학적 특성, 광물학적 조성, 중금속 용출특성 및 분쇄특성, 그리고 포말법으로 제조한 세라믹 담체의 특성 등을 조사한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
상동중석광상 광미의 구성광물 및 화학성분은 각각 X선회절분석 (네덜란드 Philips 社의 PW3710)과 화학 습식분석을 실시하여 파악하였다. 광미의 흡열반응과 발열반응이 일어나는 온도와 중량감소 파악하기 위해 TG-DTA(Rheometric 사, STA-1660)분석을 실시하였다.
한편 출발원료로 사용된 광미의 입도분포는 D90이 150㎛면서 D50이 47 ㎛정도이므로 담체 제조용으로 적합한 입도와 슬러리 점도를 파악하기 위하여 분산제인 PEI를 첨가하지 않은 경우와 첨가한 경우에 대해 광미의 분쇄특성과 분쇄산물인 슬러리의 특성을 조사 하였다.
대상 데이터
본 연구를 위해 약 400만톤의 광미가 적치되어 있는 상동중석광산 구광미장(Table 1)에서 21m 심도로 총 6개 지역의 시주를 실시하였다. 획득한 수직시주코아를 실험실에서 1.
본 연구를 위해 약 400만톤의 광미가 적치되어 있는 상동중석광산 구광미장(Table 1)에서 21m 심도로 총 6개 지역의 시주를 실시하였다. 획득한 수직시주코아를 실험실에서 1.5m 간격으로 상중하 3개씩 총 240개의 코어형태로 시료를 채취하여 광미의 특성을 파악하고, 이를 다공성 세라믹 담체 제조의 출발원료로 사용하였다. 세라믹 담체 제조시 사용한 슬러리 분산제는Polyethyleneimine(PEI), 슬러리 발포제는 Sodium lauryl salfate(SLS) 그리고 슬러리 포말의 경화제는 수용성 epoxy였다.
데이터처리
)을 이용하였다. 또한 포말법으로 제조한 담채의 특 성을 파악하기 위해 영상분석 ((Union社 Zoom Microscope System, DZ2)과 ASW C20에 근거하여 물성측정을 실시하였다, 그리고 모든 시료의 입도분석은 Master-sizer S(영곡 MalverwfrfX 사용하여 실시하였다.
이론/모형
광미의 pH 값은 -100 mesh 입도의 시료 10 g을 취하여 삼각 플라스크에 넣고 증류수 50 m/을 넣어 1 시간동안 교반한 후에 orion 1230 pH meter로 측정하였다. 한편 광미의 유해성 평가시험은 국내폐기물용 출시험법 (KSLT)로 실시하였다. Fig.
성능/효과
1) 광미의 중금속 용출량은 환경기준값보다 낮게 측정되었다. 따라서 광미 자체를 물질전환법에 의해 재활용하는데는 문제가 없다고 판단되었다.
2) 광미의 화학적, 광물학적 특성은 심도별 큰 차이가 없고 median경 (d%)은 평균 10~30㎛으로 그 자체를 시멘트 부원료, 자기충전 콘크리트의 대체 혼화재 등으로 사용할 수 있으나 환경소재인 다공성 담체의 제조에 적합한 입도분포와 슬러리 점도를 얻기 위해서는 슬러리 농도 40vol% 기준일 때, 분산제인 PEI를 시료 중량기준으로 4.0% 첨가하고 교반밀로 1 시간정도 습식분쇄를 통한 전처리가 필요한 것으로 조 사되었다.
이때 담체의 소성조건은 1,075℃에서 90분이었다. 2배 발포한 포말 슬러리로 제조한 담체는 겉보기 밀도 0.86g/cm% 전체 기공율 68%; 열린 기공율 62%, 물흡수율이 72%, 그리고 3배 발포한 포말 슬러리로 제조한 담체는 겉보기 밀도 0.52 g/cmt 전체 기공율 80%, 열린 기공율 72%, 물흡수율이 139%로 슬러리의 발포율이 증가하면 담체의 겉보기 밀도는 감소한 반면에 기공율과 물흡수율이 증가하였다. 한편 기공의 크기는 30~350㎛이었다.
3) 광미 슬러리의 발포율을 3배로 하여 제조한 담체의 물성은 겉보기 밀도 0.52 g/cm: 전체 기공율 go%, 열린 기공율72% 그리고 기공의 크기분포가 30-350 ㎛이었다.
S program을 이용하여 XRD분석자료로부터 구한 구성광물의 평균함량을 나타낸 것이다. 구성광물의 함량은 심도에 따라 다소 차이는 있으나 주 구성광물인 석영 45%, 녹니석 15%, 코디엘라이트(Mg2Al4Si5O18)14%, 그리고 아노르다이트(CaA12 Si2O8) 16% 등이 함유되어 있으며 부 구성광물로는 앨바이트, 캐올리 나이트 (A】2Si205(OH)4), 엔스테 타이트 (MgSiO3), 방해석 (CaCOG 등이 소량 함유되어 있음을 확인하였다. Fig.
따라서 광산 폐기물인 광미를 출발원료로 하여 폐수 처리용 환경소재로서 활용성이 매우 큰 매크로 기공을 가진 다공성 세라믹 담체를 제조 할 수 있었다.
분류되고 있다. 따라서 광산 폐기물인 광미를 출발원료로 하여 폐수처리용 환경소재로서 활용성이 매우 큰 매크로 기공(maciupore)을 가진 다공성 세라믹 담체를 제조 할 수 있었다.
따라서 상동중석광산 광미로 다공성 담체를 제조하기에 적합한 입도와 슬러리 점도를 제조하기 위해서는 회분식 교반밀에 분산제인 PEI를 시료 중량기준으로 4.0% 첨가하고 1시간정도 습식분쇄하면 가능함을 알 수 있었다.
3의 입도분석결과를 근거로 구 광미 적치장에 대한 위치 및 심도별 광미시료의 입도 분석 결과이다. 적치장의 위치와 심도에 따라 입도범 위는 수㎛에서 수백㎛까지 매우 넓은 편이나 심도별 median경 (d50)은 10-30 ㎛ 이었고 심도가 깊어질수록 광미의 median경은 작아지는 경향이 있다. 특히 심도 18.
3)에서 확인되었듯이 방해석 (CaCQj)과 사장석 (plagioclase)계 열인 아노르다이트(CaA12Si2O8)가 존재하기 때문이다 (Table2 참조). 한편 pH값은 지역 및 심도에 따라 약 간의 차이는 있으나 평균 8.8 전후의 염기성을 띠고 있으며, 전반적으로 심부로 가면서 약간 염기성이 증가하는 경향을 보이고 있다. 이동훈 등(2000)의 연구결 과에 의하면 상동광산 광미적치장에서 배출되는 침출 수의 pH는 계절별(1997년 2월, 6월, 9월)로 약간의 차이는 있으나 평균 pH 7.
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