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문제 정의
- 각 실험들 중에 As제거효율이 가장 우수했던 T.S.P의 첨가에 따른 영향을 알아보았다.
- 상동광산 광물찌꺼기 부유선별의 경우 잘은 입도의 친수성 맥석광물이 함께 부유되는 것을 방지하기 위해서 이들이 응집되지 못하도록 분산상태에 두는 것이 효율적이라고 사료된다. 따라서 분산제 첨가를 통한 맥석 미립자의 분산효과가 필요하다고 판단되어 광물찌꺼기의 As제거 부유선별에서 유제품의 분산제로 사용되는 인산염인 Trisodium Phosphate(이하 T.S.P)의 첨가에 따른 영향을 알아보고자 본 실험을 진행하였다.
제안 방법
- 광물찌꺼기 내에서 황화광물인 황비철석의 형태로 존재하는 As를 제거하기 위한 기초 부유선별을 실시하였다. 선행 연구결과9)를 바탕으로 포수제로는 황화광물포수제로 잘 알려진 Potassium amyl xanthate(이하 K.
- 광물찌꺼기의 As제거를 위한 부유선별에서 각 조정제의 첨가를 통해 분산작용을 통한 미립입자의 부유 억제에 대한 효과를 알아보기 위해 T.S.P를 100 g/ton첨가하여 실험을 진행했으나 부선실험에서 음이온 포수제를 사용할 경우, T.S.P가 수용액속에서 해리되어 발생되는 인산음이온(PO43-)이 포수제의 광물표면에 대한 흡착을 방해할 수도 있으므로 적정 첨가량을 선정하기 위해 추가적으로 T.S.P 첨가량별 실험을 진행하였다. 앞선 실험에서와 동일 조건에서 T.
- 다음으로는 T.S.P첨가로 인한 미립자들의 분산을 통해 두 부상물의 실리카계열(SiO2) 함량의 변화를 파악하기 위해 X.R.F분석을 실시하였다. Table 7은 그 결과를 나타낸 것으로 조정제 첨가 없이 실시한 부선의 경우 부상물에서 SiO2함량이 42.
- X)를 300 g/ton 첨가하여 사용하였고 기포제는 DF250을 200 g/ton, 광액의 pH는 6, 광액의 농도 30%, 교반속도는 1500 rpm으로 부유선별 효율에 영향을 주는 인자들을 고정시킨 후에 부유시간과, 광액의 온도(30 ± 2℃) 등을 일정하게 선정하여 부유선별을 진행하였다. 다음으로는 각각의 조정제를 첨가하여 분산작용을 통한 실리카 계열 친수성 광물들의 부유를 억제하고, As제거효율을 높이기 위하여 앞선 실험과 동일한 조건에서 유제품의 분산제로 사용되는 인산염인 T.S.P를 포함하여 실리카 계열의 분산 및 부유억제에 효과적인 Sodium silicate, Sodium meta phosphate(이하 S.M.P)와 중금속 제거를 위해 토양세척에서 사용되는 Citric acid, Hydroxyl amine을 각 실험별로 100 g/t 첨가하여 그에 따른 효과를 보고자 각 시약별 부선실험을 진행하였다. 실험이 진행된 후 급광시료와 회수된 부상물, 침강물 시료는 여과, 건조 후 토양오염공정시험법으로 AAS를 이용해 화학분석을 진행하였고 시약의 효과를 확인하기 위하여 실체현미경을 이용한 관찰과 XRF분석, 입도분석을 진행하였다.
- 선행 연구결과9)를 바탕으로 포수제로는 황화광물포수제로 잘 알려진 Potassium amyl xanthate(이하 K.A.X)를 300 g/ton 첨가하여 사용하였고 기포제는 DF250을 200 g/ton, 광액의 pH는 6, 광액의 농도 30%, 교반속도는 1500 rpm으로 부유선별 효율에 영향을 주는 인자들을 고정시킨 후에 부유시간과, 광액의 온도(30 ± 2℃) 등을 일정하게 선정하여 부유선별을 진행하였다.
- P)와 중금속 제거를 위해 토양세척에서 사용되는 Citric acid, Hydroxyl amine을 각 실험별로 100 g/t 첨가하여 그에 따른 효과를 보고자 각 시약별 부선실험을 진행하였다. 실험이 진행된 후 급광시료와 회수된 부상물, 침강물 시료는 여과, 건조 후 토양오염공정시험법으로 AAS를 이용해 화학분석을 진행하였고 시약의 효과를 확인하기 위하여 실체현미경을 이용한 관찰과 XRF분석, 입도분석을 진행하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 시료는 강원도 영월군 상동읍에 위치한 상동중석광산 구폐재댐에 적치되어 있는 광물찌꺼기로써 선행조사 결과에 따르면 구폐재댐 광물찌꺼기는 As의 오염이 매우 심각하고 As의 존재형태로는 황화광물인 황비철석(FeAsS)의 형태로 존재하고 있는 것으로 알려져 있다9). Table 1은 시료의 X.
이론/모형
- 이는 상동광산 광물찌꺼기의 경우 실리카 계열 광물들의 함량이 높고 Ca계열의 광물도 다량 포함하고 있는 시료임을 보여준다. 다음으로는 실제 시료의 As함량과 여타 중금속들의 함량을 파악하기 위해 토양오염공정 시험법으로 화학분석을 진행하였고 결과는 Table 2와 같다. 분석결과 Cd, Cu, Pb, Zn의 경우 함량이 토양오염공정 1지역 우려기준치 미만으로 함유되어 있어 위험성이 적었으나 As의 경우 함량이 약 285 ppm으로 1지역 우려기준치는 물론, 대책 기준치조차 크게 초과함으로써 상동광산 광물찌꺼기의 As오염의 정도가 매우 심각하며 이에 따라 광물찌꺼기의 As제거를 위한 공정이 필요함을 확인 할 수 있었다.
성능/효과
- 1. 친수성 맥석미립자의 분산을 통해 As제거율을 높이고 부상물의 무게비를 줄이기 위해 유제품의 분산제로 사용되는 인산염인 T.S.P를 포함하여 실리카 계열의 분산 및 억제에 효과적인 Sodium silicate, S.M.P와 중금속 제거를 위해 토양세척에서 사용되는 Citric acid, Hydroxyl amine을 첨가하여 부유선별한 결과, T.S.P를 첨가한 부선의 경우 As제거율이 92.74%, 부상물 무게비 2.26%로 가장 효과적이었다.
- 2. T.S.P를 첨가한 부선의 부상물을 실체현미경으로 관찰한 결과 응집체의 양이 T.S.P를 첨가하지 않은 실험의 부상물보다 상대적으로 적었다.
- 3. T.S.P 첨가 없이 진행한 부유선별의 경우 부상물의 평균입도가 19.34 um, 10 um이하의 양이 약 40.2%로 작은 미립자들이 많은 부유한 반면 T.S.P를 첨가한 경우 부상물의 평균입도는 176.8 um, 10 um이하의 양은 약 6.5%로 상대적으로 미립자의 부유가 억제되었음을 확인 하였다.
- 4. 실제 각 실험 부상물의 실리카(SiO2)함량 비교해본 결과, T.S.P를 첨가하지 않은 경우 부상물의 실리카(SiO2)함량은 약 42,74%로 석영과 같은 실리카계열 맥석입자가 많이 부유했음을 확인하였고 T.S.P를 첨가함으로써 실리카(SiO2)함량이 약 29.56%로 크게 감소함을 확인하였다.
- 5. 추가적으로 T.S.P첨가량에 따른 부유선별을 진행한 결과 100 g/ton에서 As제거율이 가장 좋았으며 첨가량을 100 g/ton 초과하여 첨가할 경우 점진적으로 As제거 효율이 감소하는 경향을 확인하였다.
- 6. 평균 As함량이 285 ppm인 상동광산 광물찌꺼기의 As제거를 위한 부유선별에서 T.S.P를 첨가하지 않은 경우 침강물의 As함량이 19.5 ppm이였으나 T.S.P를 첨가함으로써 침강물의 As함량을 16.4 ppm까지 더욱 낮출 수 있었다.
- . Table 1은 시료의 X.R.F분석 결과로써, SiO2의 함량이 60.89%으로 대부분을 이루고 있었으며 Fe2O3와 CaO, Al2O3 또한 10% 내외로 높은 함량을 나타내었다. 이는 상동광산 광물찌꺼기의 경우 실리카 계열 광물들의 함량이 높고 Ca계열의 광물도 다량 포함하고 있는 시료임을 보여준다.
- F분석을 실시하였다. Table 7은 그 결과를 나타낸 것으로 조정제 첨가 없이 실시한 부선의 경우 부상물에서 SiO2함량이 42.74% 정도로 상당히 높은 함량을 나타낸 반면, T.S.P를 첨가한 부선의 경우 부상물의 SiO2함량이 29.56%로 상대적으로 크게 감소함을 확인할 수 있다. 즉 광물찌꺼기의 As제거를 위한 황화광물 부선에서 T.
- 5에 나타내었다. 결과를 보면 T.S.P를 50 g/ton 첨가하였을 경우 T.S.P를 첨가하지 않은 실험과 As제거율이 크게 차이가 나지 않았지만 100 g/ton을 첨가할 경우 As제거율이 향상되었으며 그 이상을 첨가할 경우 오히려 As의 제거율이 감소되는 경향을 확인하였다. 따라서 As제거를 위한 부유선별에서 T.
- P를 첨가하지 않은 실험과 As제거율이 크게 차이가 나지 않았지만 100 g/ton을 첨가할 경우 As제거율이 향상되었으며 그 이상을 첨가할 경우 오히려 As의 제거율이 감소되는 경향을 확인하였다. 따라서 As제거를 위한 부유선별에서 T.S.P를 조정제로 첨가할 경우 분산효과를 통해 실리카계열의 맥석입자들의 우발적인 부유를 억제하는 효과를 확인하였지만 100 g/ton을 초과하여 과하게 첨가할 경우 오히려 As제거 효율이 감소하므로 적정첨가량에 유의해야 할 것으로 판단된다.
- 5%로, 상대적으로 크게 감소하였다. 따라서 T.S.P를 첨가함에 따라 미립입자의 부유가 분산을 통해 억제되는 결과를 확인 할 수 있었다.
- 1은 각 조정제 종류에 따른 부유선별 실험의 As제거율과 부상물의 무게비를 나타낸 것이다. 먼저 조정제를 첨가하지 않은 부유선별에서는 As제거율이 88.78%로 나타났으며 부상물의 무게비는 2.52%였다. 반면에 각각의 조정제를 첨가한 실험에서는 전체적으로 As제거율이 첨가하지 않았던 실험에 비해 증가하였고 특히 T.
- 2%로 절반에 가까운 양이었으며 이는 부선 효율을 저하 시킬 수 있는 입도구간의 맥석입자들이 함께 동반 부유하였음을 확인 할 수 있다. 반면 Fig. 4와 Table 6은 T.S.P를 첨가한 부상물의 입도분석 결과로써 부상물 평균입도가 176.8 um로 매우 커지는 것을 확인하였고 10 um이하의 양도 부상물 전체의 약 6.5%로, 상대적으로 크게 감소하였다. 따라서 T.
- 52%였다. 반면에 각각의 조정제를 첨가한 실험에서는 전체적으로 As제거율이 첨가하지 않았던 실험에 비해 증가하였고 특히 T.S.P를 첨가한 실험에서 As제거율이 92.74%로 가장 크게 증가하였으며 다음으로 S.M.P, Sodium Silicate, Citric Acid, Hydroxyl Amine 순으로 As제거율이 높았고 대게 인산염계열의 조정제가 As제거율 증가에 효과적이었다. 부상물 무게비의 경우 Hydroxyl Amine을 첨가한 실험을 제외하고, 모든 실험에서 조정제를 첨가하지 않은 부유선별의 부상물 무게비보다 줄어들었으며 이는 조정제의 첨가를 통해 As의 농축이 더 잘 이루어졌다고 할 수 있다.
- P, Sodium Silicate, Citric Acid, Hydroxyl Amine 순으로 As제거율이 높았고 대게 인산염계열의 조정제가 As제거율 증가에 효과적이었다. 부상물 무게비의 경우 Hydroxyl Amine을 첨가한 실험을 제외하고, 모든 실험에서 조정제를 첨가하지 않은 부유선별의 부상물 무게비보다 줄어들었으며 이는 조정제의 첨가를 통해 As의 농축이 더 잘 이루어졌다고 할 수 있다. 실험결과 T.
- 다음으로는 실제 시료의 As함량과 여타 중금속들의 함량을 파악하기 위해 토양오염공정 시험법으로 화학분석을 진행하였고 결과는 Table 2와 같다. 분석결과 Cd, Cu, Pb, Zn의 경우 함량이 토양오염공정 1지역 우려기준치 미만으로 함유되어 있어 위험성이 적었으나 As의 경우 함량이 약 285 ppm으로 1지역 우려기준치는 물론, 대책 기준치조차 크게 초과함으로써 상동광산 광물찌꺼기의 As오염의 정도가 매우 심각하며 이에 따라 광물찌꺼기의 As제거를 위한 공정이 필요함을 확인 할 수 있었다. Table 3은 원광시료를 충분히 해쇄하여 체가름을 통해 입도분석을 진행한 결과로써 500 mesh이하의 입도를 가진 시료가 전체의 50%이상으로 대부분이 매우 미세한 입자들로 구성되어 있음을 알 수 있다.
- 부상물 무게비의 경우 Hydroxyl Amine을 첨가한 실험을 제외하고, 모든 실험에서 조정제를 첨가하지 않은 부유선별의 부상물 무게비보다 줄어들었으며 이는 조정제의 첨가를 통해 As의 농축이 더 잘 이루어졌다고 할 수 있다. 실험결과 T.S.P를 첨가한 실험이 가장 효과적이었는데 T.S.P는 Na3PO4의 화학식을 가지는 인산염의 한 종류로서 유제품의 분산제로 사용될 뿐만 아니라 청관제, 세척제, 윤활제, 세정제, 얼룩제거제 및 식품에도 사용되어지는 화합물이다. 무기질 이온을 이용한 분산제의 작용기작은 분산제의 종류에 따라 약간씩 다르지만 대부분 입자표면의 전기적 반발력을 증가시켜 분산의 안정화를 유지시키며 T.
- Table 4는 각 실험별 침강물의 As함량을 나타낸 것이다. 조정제를 첨가하지 않았던 부유선별의 경우 침강물의 As함량이 약 19.5 ppm였으며 조정제를 첨가한 모든 실험에서도 침강물의 As함량을 1지역 우려기준치인 25 ppm 이하로 낮출 수 있었다. 특히 T.
- 56%로 상대적으로 크게 감소함을 확인할 수 있다. 즉 광물찌꺼기의 As제거를 위한 황화광물 부선에서 T.S.P를 조정제로 첨가함에 따라 실리카 계열 미립입자의 응집체 형성을 억제하고 분산작용을 통해 우발적인 부유를 방지하는 결과를 확인하였다. 따라서 As제거율을 향상시키고 부상물의 무게비를 감소시키는 조정제로서 T.
- 5 ppm였으며 조정제를 첨가한 모든 실험에서도 침강물의 As함량을 1지역 우려기준치인 25 ppm 이하로 낮출 수 있었다. 특히 T.S.P를 첨가한 실험의 경우 침강물 As함량이 16.4 ppm으로 가장 성적이 좋았으며 토양 세척제인 Hydroxyl Amine을 첨가한 부선을 제외하고는 각 조정제를 첨가할 경우 부유선별 후 침강물 As함량이 더욱 낮아지는 결과를 확인하였다.
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