Research Paper

Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers. 30 April 2025. 71-80
https://doi.org/10.32390/ksmer.2025.62.2.071

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 중화처리시설 개요

  • 연구 방법

  •   중화 실험 및 수질분석

  •   금속침전물 양 계산

  •   중화 침전물 양 측정 및 광물 감정

  •   지구화학 모델링

  •   SO4 분석 자료 및 현장 모니터링 자료 수집

  • 연구 결과

  •   pH 변화에 따른 용존금속의 거동 및 침전물 생성

  •   이론 및 중화 침전물 양 비교

  •   지구화학 모델링 및 침전물 광물 감정

  •   현장 중화 반응조 평가 및 의의

  • 결 론

서 론

산성광산배수(Acid Mine Drainage, AMD)는 전 세계적으로 광산 지역의 주요 수질오염원으로 인식되고 있다. 이러한 환경 문제에 대응하기 위해 다양한 수질개선 방법이 적용되고 있으며, 현장 조건에 따라 물리화학적 방식 또는 자연정화방식 등이 선택적으로 활용되고 있다(Kefeni et al., 2017; WV Mine Drainage Task Force Symposium, 2025). 우리나라의 경우, 과거에는 유량이 적은 폐광산 광산배수에 대해 주로 자연정화 방식을 적용해왔다. 그러나 최근 오염도가 높은 광산배수의 처리를 위해 Ca(OH)2 (이하 소석회) 혹은 NaOH와 같은 화학약품을 이용한 적극적인 수질개선 사업이 증가하고 있다(Cheong et al., 2019). 이러한 접근법은 일광광산, 대덕탄광, 옥동광산, 울진광산, 삼보광산 등의 폐광산에서 대표적으로 적용되고 있다.

중화제에는 소석회를 포함해서 여러 종류가 있으며 사용하는 중화제에 따라서 슬러지 특성 또한 영향을 받는다(Skousen et al., 1990; Masindi et al., 2017). 소석회는 경제성과 우수한 중화성능으로 인해 광산배수 처리에 널리 사용되는 약품이다(Envirobay, 2025; Zendelska et al., 2022). 소석회는 물에 용해되면서 수산화 이온(OH)을 생성하여 pH를 상승시키고, 이를 통해 용존 금속(Me2+)을 제거하는 원리로 작용한다(식 1, 2).

(1)
Ca(OH)2+H+Ca2++H2O+OH
(2)
Ca(OH)2+Me2+Me(OH)2+Ca2+

소석회 처리 효율을 높이기 위해 폭기 또는 과산화수소수 투입 등 산화공정을 포함시킨다(Leavitt, 2010; Smoyer, 2013; WV Mine Drainage Task Force Symposium, 2025; Evans et al., 2020). 그러나 소석회를 이용한 처리방식은 몇 가지 주요한 기술적 문제점을 가지고 있다. 소석회 중 일부가 미 반응상태로 침전물중에 포함될 수 있다(Envirobay, 2025; Mend, 2013). 일부 소석회는 광산배수 내 용존 CO2와 반응하여 방해석을 생성할 수 있다(식 3). 고농도의 황산염이 존재하는 경우에는 석고(CaSO4·2H2O) 침전물이 형성되어 스케일 문제를 발생시킨다(식 4). 미 반응 소석회 발생과 2차 광물의 생성은 의도하지 않은 소석회의 소모를 의미하며 또한 침전물 증가를 의미한다는 점에서 처리 비용상승과 연관된다. 전통적인 소석회 중화공정에서 일부 슬러지를 반송하여 소석회 사용을 줄이고 슬러지 발생을 줄이기 위한 고밀도슬러지 공정들이 과거부터 개발되어 현장에 적용하고 있다(Aubé and Zinck, 1999)

(3)
Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O
(4)
Ca2++SO42+2H2OCaSO4·2H2O

일광광산 광산배수 처리시설은 semi-active 시설로 2017년도에 준공을 하고 가동을 시작했다. 그러나 침전조 규모에 비하여 슬러지의 발생량이 커서 빈번하게 슬러지를 제거하고 있는 실정이다. 현재까지 일광광산 광산배수에 대한 오염도 평가, 수처리 시스템 제안, 슬러지 평가 등 연구가 수행되어 왔지만 소석회 중화처리에 따른 슬러지 발생 관련 연구는 미흡한 실정이다(Choi, 2005; Kang et al., 2010; Cheong et al., 2019; Cheong et al., 2022a).

본 연구에서는 일광광산 광산배수를 대상으로 소석회 중화처리 과정에서 발생하는 침전물에서 금속부분, 2차 광물 그리고 미 반응 소석회의 구성 비율을 평가하는데 초점을 맞추었다. 주요 연구 내용은 1) 소석회 중화 pH에 따른 용존 금속 제거, 2) 광산배수내 용존 금속 농도를 이용한 금속 수산화물 양 계산, 3) 중화 pH 7~10 범위에서의 침전물 양 측정, 4) 중화실험 및 현장 중화반응조 침전물 양 비교 및 광물 감정 이었다. 이를 통해 일광광산의 광산배수 처리 과정에서의 슬러지 발생 현상을 이해하고 그 의의를 제시하였다.

중화처리시설 개요

연구지역은 부산광역시 기장군에 위치한다. 일광광산 수질정화시설 설계 자료에 따르면 산성광산배수는 갱구로 유출되며, 유량은 평상시 약 100 m3/d이나 우수기에는 700 m3/d 이상 유출되는 것으로 보고되고 있다. 중화처리 공정은 유량조정조(58 m3), 중화반응조 1(120 rpm) 및 2(60 rpm) (2세트: 4.87 m3/조), 침전조 1 및 2(2세트: 1,023 m3/조), 호기성 소택지(91 m2)로 구성된다(Fig. 1). 중화반응조는 고속 반응조와 저속 반응조로 구성되며, 조사 당시 두 라인이 모두 가동 중이었다. 20% 액상 소석회를 저장하는 약품 저장고(3 m(D) × 3.5(H)) 2기가 설치되어 있다.

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Fig. 1.

Flowchart of the AMD treatment facility.

계측 제어반이 설치되어 있고 원수(갱내수) 유량, 약품저장조 수위 및 중화조/방류부 pH가 자동기록된다. 액상 소석회는 중화반응조 내에 삽입된 pH 센서로 목표 pH가 유지되도록 자동으로 주입된다. 침전조의 슬러지는 수중 펌프로 인발하여 필터프레스로 탈수하고 일정 시간 보관하고 외부로 반출한다.

연구 방법

중화 실험 및 수질분석

본 중화실험은 pH 증가에 따른 광산배수의 용존 성분 농도 변화 및 침전물 발생 pH 구간을 파악하기 위해 수행하였다. 광산배수 원수 500 mL를 비이커에 담아 자석 교반기(250 rpm)로 혼합하면서 20%(w/v) 액상 소석회를 주입하여 pH 3, 5, 7, 9 및 11 중화수를 제조하였다. 부유물질이 침강한 후 상등수를 채수하여 분석용 시료로 사용하였다. pH 측정은 Orion사의 Star A215 pH meter로 하였다. 수질분석 시료는 0.45 μm 여과지로 여과하였다. 양이온 분석을 위해 여과된 시료에 농질산을 첨가한 후, ICP-OES(Thermo Scientific ICS-6000, USA)를 이용하여 Fe, Al, Mn, Cu, Zn, Ca, Mg, Na, K를 분석하였다.

금속침전물 양 계산

원수의 Fe, Al, Mn, Cu, Zn 성분 수질분석 결과(Table 1)를 이용하여 금속성분이 수산화물 상태로 침전하는 것으로 가정하고 이론적으로 식 5에 의해서 금속 수산화물 양을 계산하였다(USEPA, 1983). 현장 광산배수 유량을 100 m3/d으로 설정하여 하루 발생량을 구하였다. Fe 성분의 농도를 이용한 Fe 수산화물 양 계산과정을 수록하였다.

(5)
Mppt=Cmetal ×MWM(OH)nMWmetal ×f

여기서 Mppt : 금속수산화물 침전물 양(g)

Cmetal : 금속농도(mg/L)

MWM(OH)n :금속수산화물 분자량(g/mol)

MWmetal : 금속분자량(g/mol)

f : 유량(m3/d)

Fe의 경우 55.85 g/mol, Fe(OH)₃=106.87 g/mol 이므로

Fe(OH)3 수산화물 = 167 mg/L × 1.914 = 319.6 mg/L = 0.319 g/L

유량 100 m3/d 기준시 Fe(OH)3 수산화물 양 = 319.6 mg/L × 100 m3/d = 31.96 kg/d

중화 침전물 양 측정 및 광물 감정

본 회분식 중화침전실험은 3.1.과 동일하게 원수와 액상 소석회를 이용해서 pH 7, 8, 9 및 10 중화를 수행하였다. 24시간 경과 후 각각의 중화수 용기의 침전물을 전량 회수하여 100℃ 건조로에서 건조한 뒤 무게를 측정하고 침전물 발생량(g/L)을 산출하였다. 동일 실험을 2회 수행하고 평균값을 사용하였다.

또한 현장 중화반응조 1(Fig. 1)에서 유출되는 방류수를 3회(10시, 13시, 17시) 채수한 후 상기 방법으로 침전물 발생량(g/L)을 산출하였다. 위의 회분식 중화실험 침전물 양과 연속적으로 중화반응이 일어나는 현장 중화반응조 침전물 양과 비교하였다. 중화실험 침전물과 현장 침전조 침전물을 건조한 후 XRD 분석을 통해 광물 감정을 수행하였다.

지구화학 모델링

지구화학 모델링 소프트웨어인 Geochemist's Workbench(GWB) 프로그램을 이용해서 pH–loga[Ca] 다이아그램을 작성하였다. 이때 원수의 SO4 농도는 한국광해광업공단 자료를 이용했다. SO4 활동도(activity) 농도는 Table 1에 나와 있는 원수내 양이온 성분 농도를 고려하여 GWB로 구하였다. 석고 형성에 소모된 황산염 농도를 1,000~2,500 mg/L로 특정하고 석고 및 방해석 영역을 도출하였다. 모델링 시 대기와 평형상태를 반영하여 loga[CO2(aq)] = ‒3.5를 적용하였고, 수온은 25℃로 설정하였다.

SO4 분석 자료 및 현장 모니터링 자료 수집

원수의 SO4 농도 자료, 액상 소석회 저장고 수위 및 중화반응조 pH 모니터링 기록을 한국광해광업공단으로부터 수집하였다. SO4 자료는 2020년~2022년 기간 분기별 자료로서(Fig. 4) GWB 모델링에 사용하였다. 소석회 수위 및 중화반응조내 pH 기록 자료는 3건(2020년 6월 1일, 7월 2일, 8월 2일)으로 24시간 동안 매 시간 기록된 자료였다. 소석회 수위 차를 이용해서 24시간 소석회 투입량을 추정하였다.

연구 결과

pH 변화에 따른 용존금속의 거동 및 침전물 생성

회분식 중화실험 결과를 Table 1에 수록하였으며, pH 변화에 따른 금속성분 농도를 Fig. 2에 제시하였다. Fe 및 Al 성분은 pH 5에 도달하면서 급격하게 감소하였고, Fe는 pH 7에서 대부분 제거되었다. Al의 경우, pH 11에서 농도가 다시 증가하여 강알칼리 환경에서 용해도가 증가하는 Al 고유의 특성이 나타났다. Cu, Zn, Mn 성분은 각각 pH 3, 5, 7부터 감소하기 시작하여 pH 9에서 최저 농도를 보였다. Aguiar et al.(2010), Khorasanipour et al.(2011)Wang et al.(2019)이 수행한 연구에서도 이번 연구처럼 pH에 따른 용존금속의 거동 추세를 확인할 수 있었다. 이러한 유사한 연구 결과들은 금속별 고유의 용해도적(Ksp)에 따른 결과이다(Alpers et al., 1994; Nordstrom and Alpers, 1999). 언급한 용존 금속들은 pH 9 전 후 에서 낮은 농도로 제거됨으로 이때 침전물이 가장 많이 누적되는 것을 예상할 수 있다. Ca 성분은 pH 7까지 선형적으로 증가하다가 그 후부터는 완만한 농도 변화를 보였다. 완만한 농도 구간은 Ca 성분이 석고 및 방해석을 형성하는데 소모되면서 농도 증가가 지연되는 완충효과(buffering)로 판단된다(Nordstrom, 2020). 한편 K 성분은 농도 자체가 낮고 Na 및 Mg 성분은 pH 중화 범위에 도달할 때까지 농도 변동이 거의 없어서 침전물 생성에 기여도는 미약한 것으로 평가할 수 있다.

Table 1.

Concentrations of dissolved components as a function of pH changes (unit in mg/L)

pH
1)2.6 3 5 7 9 11
K 2.99 1.36 0.66 0.37 0.65 0.58
Na 9.9 13.4 10.2 11.3 10.0 9.8
Mg 16.7 17.6 19.1 18.7 18.3 3.1
Ca 86 174 329 397 411 429
Fe 167 149 9 <0.30 <0.30 <0.30
Mn 7.01 6.97 6.87 6.26 2.40 1.03
Cu 21.9 21.7 14.7 5.4 <0.30 <0.30
Zn 15 15 15 3.7 1.5 <0.20
Al 30.8 30.5 3.9 0.8 <0.30 1.6

1)pH of raw water.

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Fig. 2.

Variations in the concentrations of major dissolved components with pH change.

이론 및 중화 침전물 양 비교

금속수산화물, 회분식 중화실험 및 현장 중화반응조 방류수에서 측정한 침전물 양(g/L)을 Table 2에 나타내었다. 또한 유량을 100 m3/d이라고 설정하여 하루 발생량으로 산출하여 비교하였다.

Table 2.

Comparison of precipitates based on calculations, neutralization experiments, and field measurements assuming a flow rate of 100 m3/day

Precipitates
- g/L -
Calculation Batch test
(pH 7~10)
On site
(pH 8.64~9.19)
0.45 0.70~0.90 0.99~1.17
- kg/d -
Fe(OH)3 31.96 45 70~90 99~117
Mn(OH)2 1.24
Al(OH)3 5.72
Cu(OH)2 3.44
Zn(OH)2 2.29
Gypsum 0.89~1.78

이론적으로 구한 금속수산화물 양은 0.45 g/L 였고 하루 발생량으로 환산하면 약 45 kg/d이었다. Table 1에서 농도가 가장 높았던 Fe 수산화물 양은 31.96 kg/d로 전체 금속수산화물 양의 71%를 차지하였다. pH 7~10 범위에서 중화실험 침전물 양은 0.7~0.9 g/L 였고 하루 침전물 양은 70~90 kg/d로 계산된다. 중화실험에 따르면 pH가 증가할수록 침전물 양이 증가했다(Fig. 3). 나중에 언급되는 석고 양도 Mn 수산화물 양 정도 존재할 것으로 예상되었다(Table 2). 이론적으로 구한 금속수산화물 양은 중화 pH에 따라서 중화실험 침전물 양의 50~64% 수준에 해당되었고 나머지는 소석회 기원물질로 판단된다.

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Fig. 3.

Variation of the precipitate amount with pH after lime dosage.

Table 3에 소석회로 광산배수를 중화했을 때 침전물 양 사례를 수록하고 본 연구 결과와 비교하였다. 일광광산 원수의 수질은 Argo tunnel 광산배수와 유사했고 두 사례의 침전물 양은 1 g/L 이하로 유사했다. 그러나 Dexing 과 대덕탄광 사례는 원수에 Fe 및 SO4 농도가 높았고 침전물 양이 10 g/L 전 후로 이전 두 사례보다 약 10배 많이 발생했다. Fe 및 SO4 농도가 높은 경우 침전물 양이 많이 발생하였다. 두 성분은 소석회로 중화처리할 때 침전물 발생량을 예고한다는 점에서 침전물 관련 처리시설 설계 및 슬러지 관리 계획에 중요한 정보로 볼 수 있다.

Table 3.

Comparison of precipitate amount based on water quality of some mine drainage treatment facilities

Mine Fe Al SO4 Precipitates References
- mg/L - g/L
Daeduck 968 397 5,850 8~10 Cheong et al. (2024)
Dexing, China 1,235 561 8,011 11 Wang et al. (2019)
Argo tunnel, USA 166 20 1,000~3,000 0.64 McLaughlin et al. (1996)
Ilkwang 167 31 1,000~2,500 0.7~0.9 This study

지구화학 모델링 및 침전물 광물 감정

2021년 2분기(Q2)의 극단적인 SO4 자료를 제외하면 3년 동안 일광광산 원수내 SO4 농도는 대체로 1,000~2,500 mg/L 범위로 변동하고 있다(Fig. 4).

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Fig. 4.

Comparison of quarterly sulfate concentrations by year (KOMIR, 2024). Q1 through Q4 represent quarters.

이를 반영하여 석고와 방해석과 평형을 이루는 loga[Ca]‒pH 다이아그램을 도출하고 그 위에 중화실험의 pH별 Ca 농도(Table 1)를 투영하였다(Fig. 5). SO4 농도가 2,500 mg/L(loga[SO4] = ‒2.067)일 때 석고와 평형을 이루는 loga[Ca]는 ‒2.376 이었다. SO4 농도가 1,000 mg/L(loga[SO4] = ‒2.067) 일 때 석고와 평형인 loga[Ca]는 –1.966 이었다. 이러한 모델링 결과에 따르면 석고 영역은 SO4 와 Ca 성분 농도에 좌우되었고 기존 연구사례들과 유사했다(Nordstrom, 2019; Cheong et al., 2022b). 즉, 광산배수중에 SO4 농도가 높으면 Ca 농도가 낮은 수준에서, SO4 농도가 상대적으로 낮으면 Ca 농도는 좀 더 높은 수질환경에서 석고가 생성되는 추세를 확인 할 수 있다. 중화실험 자료를 점시한 결과 pH 7 부터 loga[Ca] = ‒2.376 경계선을 따라서 점시된다. 이 경계선에 해당되는 Ca 농도에 도달하면서 석고 영역에 접하며 중화가 추가로 더 진행되면서 pH가 8.497 이후에는 방해석 영역에 위치하였다. Table 1에서 pH 7 이후 Ca 농도는 400 mg/L 부근이었고 이때 SO4 활동도 농도가 –2.067 정도였으므로 SO4 평형 농도는 약 1,000 mg/L 정도로 추정되었다.

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Fig. 5.

pH-loga Ca as a function of sulfate activity.

이상의 모델링 예측 결과를 침전물의 XRD 분석 결과를 통해서 검증하였다(Fig. 6). 회분식 중화 실험에서 pH 7 침전물에서 석고 피크가 확인되었고 pH가 그 이상으로 증가할수록 피크 강도가 작아졌다. 한편 중화 pH 8에서 방해석 피크가 확인되고 pH가 증가하면서 피크 강도가 커졌다. 또한 현장 침전물(Fig. 6, On site 시료) 에서도 두 광물이 감정되었다. 모델링 예측 결과가 실험 및 현장 광물 분석으로 확인되었다. 본 연구와 기존 연구 사례에 따르면 중화과정에서 석고가 먼저 생성되고 pH가 8에 도달하면서 방해석이 생성되는 것으로 요약할 수 있다(International Mine Water Association, 2025; Hedin and Hedin, 2016; Means et al., 2015; Nordstrom, 2020). 한편 Fe, Al, Cu 및 Zn 등 주요 금속 침전물들은 비정질 특성으로 인해 감정되지 않았다.

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Fig. 6.

XRD mineral analysis results of precipitates from neutralization experiments and on-site neutralization reactors (g: gypsum, c: calcite).

석고 생성량을 개략적으로 추정하기 위해서 이론적으로 계산하였다. 기존 연구사례에서 석고로 포화되었을 때 용액의 SO4의 평형농도는 약 1,500~2,000 mg/L 정도로 보고가 되고 있다(Madzivire et al., 2011; Tolonen et al., 2014; Nurmensniemi, 2018). 따라서 일광광산 원수의 초기 SO4 농도를 2,500 mg/L라고 설정하면 석고 생성으로 제거될 SO4 농도는 최대 1,000 mg/L로 가정할 수 있다. 감소하는 SO4 농도를 각각 500 mg/L 및 1,000 mg/L로 설정하고 SO4 및 CaSO42H2O의 농도 및 분자량 등을 식 5에 대입하면 석고 양은 8.9 mg/L 와 17.8 mg/L으로 계산되었다. 유량(100 m3/d)을 적용하면 하루 발생량은 각각 0.89 g/L과 1.78 g/L 양으로 대략 Mn 수산화물 양과 유사할 것으로 나타났다.

한편 본 연구에서 Si 성분이 분석되지 않았지만 산성인 광산배수 및 침전물에서 주성분 수준으로 존재할 수 있고(Zinck et al., 1997; Daradjat and Moersidik, 2021), 동일 현장의 침전물 SEM-EDX 분석 결과에 따르면 석고 및 방해석 이외에도 Si 침전물이 포함되어 있을 것으로 기대된다(Cheong et al., 2020).

현장 중화 반응조 평가 및 의의

현장 중화반응조 1 및 2의 방류수 pH는 약 9 전후로 변동했고 침전물 양은 각각 0.99 g/L 및 1.17 g/L로 측정되었다(Fig. 7). 이는 중화실험에서 관찰된 침전량의 130~140%에 해당하는 수치로, 회분식 중화실험 값보다 더 많은 침전물이 발생했다. 현장 소석회 저장고 내 수위 변동 및 중화 반응조 pH 기록을 통해서 관련성을 살펴보았다.

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Fig. 7.

Comparison of effluent pH and precipitate amounts by reactors over time. In the legend, ppt refers to precipitates.

소석회 저장고 내 수위는 소석회의 소모와 보급에 따라 사례별로 다르게 나타났다. 6월 1일의 경우 24시간 동안 수위가 완만히 하강했고, 8월 2일에는 17시에서 19시 사이에 부분적으로 수위 하강이 발생했다(Fig. 8). 광산배수 유량이 일정하다고 가정할 때, 전자는 액액 비율이 상대적으로 일정했을 수 있고 후자는 특정 시간에 과량 유출되어 pH가 크게 상승하는 요인이되었을 것이다. 3건의 평균 수위차는 약 5mm로 측정되었으며, 평균 수위차와 저장고 단면적과 곱하면 하루 약 35L의 소석회가 사용된 것으로 나타났다.

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Fig. 8.

Variations of hourly lime slurry level in the storage tank over a 24-h period.

현장 중화반응조의 pH 범위는 8에서 11 사이였으며, 평균 pH는 9였다. 6월 1일과 7월 2일의 pH 측정값의 변동계수(CV)는 각각 2.5%와 4%였으나, 8월 2일은 11.9% 였다(Table 4, Fig. 9). 앞서 두 경우는 pH가 8.5~9.8 범위로 변했고 후자는 8.1~11.0으로 변동 범위가 컸다. 중화실험 결과, pH가 높아질수록 침전물의 양이 증가하는 경향을 보였다(Fig. 3). Aubé and Zinck(1999)의 연구에서도 소석회 중화에서 pH를 높게 설정하면 소석회 소모량이 증가할 수 있음을 보고하고 있다. 따라서 8월 2일은 다른 날짜에 비해 pH가 높게 증가함으로서 더 많은 침전물 즉 미사용 소석회가 발생했을 가능성이 예상된다.

Table 4.

Statistical analysis of automated pH measurements by time periods

Periods Min. Max. Ave. St.dev.CV (%)
1st Jun. 8.9 9.8 9.3 0.2 2.5
2nd Jul. 8.5 9.8 9.0 0.4 4.0
2nd Aug. 8.1 11.0 9.6 1.1 11.9

St. dev. = Standard deviation, CV = Coefficient of variation.

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Fig. 9.

Automated pH measurements in the neutralization reactor over a 24-h period.

소석회의 용해도는 1.73 g/L(20°C) 정도로 낮다. 현장에서 사용하는 소석회 농도는 20%에 해당한다. 용해도 이상의 입자들이 부유하는 현탁액이다. 중화반응조에 투입되었을 때 중화반응조에서 충분한 적정 체류시간 동안 혼합되면 미사용 소석회가 생길 확률이 적어질 것이다. 그러나 갑작스런 유입수의 증가, 다량의 소석회 투입, 교반기 효율 저하 등 혼합 효율이 낮아지면 일부 소석회가 사용되지 않고 그대로 유출되어 미사용 소석회 발생으로 침전물이 증가할 개연성이 충분하다. 따라서 중화반응조에서 혼합효율도 침전조 발생량에 영향을 주는 인자로 여겨진다.

결 론

본 연구에서는 일광광산 광산배수의 소석회 중화 처리 과정에서 pH 변화에 따른 용존 금속의 거동과 침전물 구성을 평가하고 그 의의를 제시하였다. pH 변화에 따라, Al은 pH 5 부근에서, Fe는 pH 7에서 대부분 제거되었다. Cu, Zn, Mn은 각각 pH 3, 5, 7부터 농도가 감소하기 시작하여 pH 9에서 최저 농도를 나타냈다. 금속 침전물의 양은 pH 9에서 최대에 이를 것으로 판단되었다. 현장 소석회 중화반응조의 pH 모니터링 기록에 의하면 pH는 8~11 범위로 변동하고 있었다.

유량을 100 m3/d로 설정하고 원수 농도를 이용하여 이론적으로 계산한 금속 수산화물 침전물 양은 45 kg/d였다. 소석회 중화실험 결과 침전물 양은 pH 9에서 78 kg/d로 평가되었다. 소석회 중화 침전물 양을 100%로 기준했을 때 금속 침전물 양은 약 58% 였고 나머지 부분은 소석회 투입에 따른 물질이었다. XRD 분석 결과 중화실험 침전물에서 석고와 방해석 광물이 확인되었다. 일광광산 광산배수내 용존 중금속을 제거하기 위해서 pH 9까지 중화시켜야 하며 침전물은 금속 침전물, 석고 및 방해석 등 2차 광물 그리고 미사용 소석회 등으로 구성되는 것으로 판단되었다.

한편 갱내수 유량을 100 m3/d로 가정했을 때 현장에서 측정한 중화반응조의 침전물 양은 99~117 kg/d로 산출되어, 회분식으로 진행되어 산출된 중화실험 침전물 양보다 30~40% 더 많았다. 회분식 중화실험에 의한 침전물 양보다 현장 침전물 양이 더 많이 나타난 원인으로 미 사용 소석회로 판단되었다. 미사용 소석회 발생은 사용하는 액상 소석회 농도와 중화반응조내 난류 흐름 및 유선, 교반기 효율 그리고 운전 방식 등 여러 인자들의 결과일 것이다. 여러 인자들 중 중화반응조의 pH 운전 범위(pH 8~11)도 침전물 발생량과 관계가 있는 것으로 판단된다. 중화반응조의 pH가 높게 증가할수록 미사용 소석회 발생량이 증가할 것으로 예상된다. 따라서 목표 pH를 크게 벗어나지 않는 적정 범위내에서 중화반응조를 운전하는 방식이 침전물 발생을 줄이는 방안으로 판단되었다.

Acknowledgements

본 연구는 한국지질자원연구원 기본사업(25-3414) 과 한국광해광업공단의 기술개발사업비의 지원으로 수행된 과제(2020-36)로 이에 감사를 드린다.

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