KR20210068202A - 힙 리칭 과정에서 발생한 누출 침출수의 토양 침투를 방지할 수 있는 차수시트 및 이를 구비한 힙 리칭 시스템 - Google Patents

힙 리칭 과정에서 발생한 누출 침출수의 토양 침투를 방지할 수 있는 차수시트 및 이를 구비한 힙 리칭 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트는 힙 리칭과정에서 조광을 쌓아올린 토양에 설치되어 누출되는 침출수를 토양으로 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 차수시트를 구성하는 차수층에 포함되는 고체분말인 소석회 및 석탄재의 비율을 3:7 내지 7:3으로 포함함으로써 투수계수를 1Х10-5 cm/sec 미만으로 낮춰, 누출된 침출수가 토양으로 침투하는 것을 현저히 낮출 수 있다.

Description

힙 리칭 과정에서 발생한 누출 침출수의 토양 침투를 방지할 수 있는 차수시트 및 이를 구비한 힙 리칭 시스템{WATERPROOF SHEET TO PREVENT SOIL INFILTRATION OF LEAKING LEACHATE BY HEAP LEACHING PROCESS AND HEAP LEACHING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 힙 리칭 과정에서 발생한 누출 침출수의 토양 침투를 방지할 수 있는 차수시트 및 이를 구비한 힙 리칭 시스템에 관한 것이다.
도 1은 힙 리칭(heap leaching)에 의해 광석을 처리하는 과정을 설명하기 위한 참고도이다. 도 1에서 알 수 있듯이 힙 리칭은 쌓아 올린 조광(粗鑛)광석 더미(heap) 위에 황산과 같은 강산을 살포하여 더미 하단까지 투과되는 사이에 유용성분을 광석으로부터 용존시키이고, 더미 하단에서 침출액(pregnant solution, or leachate)을 집수시켜 유용성분을 회수하는 공정이다. 힙 리칭은 주로 부유선별이 되지 않는 산화성 광물이나, 품위가 낮은 광석에 대해 많이 이용된다. 힙 리칭 대상 유용성분으로는 구리를 포함하여 철, 니켈, 우라늄, 금, 은 등이 있다.
힙 리칭에서 이용되는 침출액은 추출하고자 하는 유용성분에 따라 차이가 있으나, 시안화물이나 산 등을 이용한다. 도 1에서 알 수 있듯이, 침출액이 쌓아놓은 광석더미를 통과한 후 배수로 모이게 되고, 모인 침출액으로부터 유용성분을 회수한다.
문제는 침출액이 배수로로 모두 회수되지 못하고 누출되어 조광을 쌓아놓은 위치의 토양으로 침투한다는 것이다. 일반적으로 힙 리칭을 수행하기 위해서는 광석 더미를 쌓기 전에 2mm이상의 보호층으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 시트와 같은 지오멤브레인 라이너(Liner)를 포설함으로서 침출수의 토양으로의 침투를 막는다. 문제는 무겁고 울퉁불퉁한 광석더미를 수미터에서 수십미터에 해당하는 높이로 쌓는 과정에서 중장비가 동원되고 또한 광석의 자중으로 인해 HDPE의 찢어짐현상이 발생할 개연성이 농후하며, 이와 같은 누출 침출수의 토양침투는 토양을 오염시키며, 동시에 힙 리칭으로 회수할 수 있는 유용성분의 손실로 이어진다. HDPE는 투수성은 10-7 cm/sec 이하로 투수성 없으나 1mm 직경의 작은 구멍의 발생으로 인해서 투수계수는 10-3 cm/sec 대로 급격히 상승하여 제 기능을 상실한다.
따라서 이와 같은 문제를 해결할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
일반적으로 HDPE 라이너 시스템의 문제점은 파손이 발생하면 침출수로 인한 토양오염의 확산을 막을 수 없다는 점과 오염된 토양을 정화하기 위해서는 천문학적 비용이 발생하기 때문에 전 세계적으로 힙리칭으로 인한 토양오염은 매우 큰 환경문제임에도 이에 대한 예방적 차원에서의 토양오염의 확산을 막기위한 대처는 이루어지고 있지 않은 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 힙 리칭이 진행되어 조광을 쌓아올린 위치의 토양에 누출 침출액이 침투하는 것을 방지할 수 있는 차수시트를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다른 목적은 누출침출액을 회수하여 유용성분의 손실을 최소화할 수 있는 차수시트를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트는 침출액이 부어지는 조광이 쌓여있는 적층부와 상기 적층부의 주변에 배치되어 상기 조광과 반응한 침출액이 배출되는 배수로로 구성되는 힙 리칭 영역의 상기 적층부의 토양의 표면에 설치되어 침출액이 상기 적층부의 토양으로 침투하지 못하도록 방지한다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트는 하부로부터 상부로 차수층, 흡수층, 확산층 및 보호층으로 구성되고, 상기 차수층은, 하부 차수부직포; 상기 하부 부직포 상에 형성되며, 8:2 내지 9:1의 중량비율을 가지는 고체분말과 수분에 의해 형성되며, 상기 고체분말은 3:7 내지 7:3의 중량비율을 가지는 소석회와 석탄재를 포함하는 차수부재; 및 상기 차수부재 상에 형성되는 상부 차수부직포;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 소석회는 3 내지 15 wt%의 석고를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 차수층의 투수계수는 1Х10-5 cm/sec 이하인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 흡수층은, 폴리머가 코팅된 하부 흡수부직포; 상기 하부 흡수부직포 상에 형성되며, 5 내지 10 wt%의 식물성 펄프와, 90 내지 95 wt%의 규조토를 포함하는 흡수부재; 및 상기 흡수부재 상에 형성되는 상부 흡수부직포;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 확산층은 2mm 이상의 직경을 가지는 모래 또는 잔자갈을 상기 흡수층상에 10 내지 30 cm 이상의 두께로 도포하여 형성되어 누출된 침출액이 확산되어 상기 흡수층에 도달하는 면적을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 힙 리칭 시스템은 침출액이 부어지는 조광이 쌓여있는 적층부와 상기 적층부의 주변에 배치되어 상기 조광과 반응한 침출액이 배출되는 배수로로 구성된다. 이때, 상기 적층부의 토양의 표면에 침출액이 상기 적층부의 토양으로 침투하지 못하도록 방지하는 일 실시예의 차수시트가 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 보호층은 고밀도 폴리에틸렌으로 형성되며, 상기 차수시트의 최상부로부터 연장되어 상기 배수로를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트는 힙 리칭과정에서 조광을 쌓아올린 토양에 설치되어 누출되는 침출수를 토양으로 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 차수시트를 구성하는 차수층에 포함되는 고체분말인 소석회 및 석탄재의 비율을 3:7 내지 7:3으로 포함함으로써 투수계수를 1Х10-5 cm/sec 미만으로 낮춰, 누출된 침출수가 토양으로 침투하는 것을 현저히 낮출 수 있다. 특히, 소석회나 석탄재는 구하기 쉽고 저렴하다는 장점이 있다.
또한 차수층 상에 식물성 펄프와 규조토를 이용하여 누출 침출수를 흡수할 수 있는 흡수층을 설치하고, 흡수층을 차수층과 분리가능하도록 구성함으로써 누출 침출수에서 유용성분을 회수할 수 있다.
특히, 흡수층 상에는 확산층을 설치함으로써 쐐기형 광석에 의해 차수시트의 최상부의 보호층이 훼손되어 발생한 누출 침출수가 확산층을 통해 넓게 퍼져 흡수층에 도달하게 함으로써 흡수층의 누출침출수에 대한 흡수능을 향상시킬 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 힙 리칭이 진행되는 과정의 개략적 참고도이다.
도 2는 힙 리칭이 수행되는 구역에 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트가 설치되는 것을 도시한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트의 개략적 단면도이다.
도 4는 차수층의 고체분말인 소석회 및 석탄재의 비율을 변화시킴에 따른 투수계수를 측정한 결과이다.
도 5는 차수층 제조장치의 개략적 모식도이다.
도 6은 흡수층 제조장치의 개략적 모식도이다.
※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.
도 2는 힙 리칭이 수행되는 구역에 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트가 설치되는 것을 도시한 참고도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트의 개략적 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트의 구조와 효과에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 힙 리칭이 수행되는 영역에 설치된다.
힙 리칭이 수행되는 영역은 조광이 쌓여 있는 곳(Heap)인 적층부(1)와 적층부 주변에 배치되어 조광과 반응한 침출액이 배출되는 배수로(2)로 구성된다. 배수로(2) 주변에는 원지형(3)이 그대로 유지될 수 있다.
힙 리칭은 쌓여있는 조광에 산용액을 가하여 조광에서 유용성분을 침출하여 회수하는 것이다. 유용성분으로는 구릭, 철, 니켈, 우라늄, 금, 은 또는 귀금속 등이 있다. 아래에서는 설명의 명확성을 위해 유용성분이 구리인 경우를 예로들어 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트(100)는 적층부(1)의 토양의 표면에 설치되어 누출되는 침출액이 적층부(1)의 토양으로 침투하지 못하도록 방지하는 역할을 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트(100)는 하부로부터 상부로 차수층(10), 흡수층(20), 확산층(30) 및 보호층(40)으로 구성된다.
차수층(10)의 주 역할을 최종적으로 누출 침출수가 토양으로 침투되는 것을 방지하여 토양오염을 예방하는 것이다.
차수층(10)은 하부 차수부직포(11)와 상부 차수부직포(13), 그리고 하부 차수부직포(11)와 상부 차수부직포(13)의 사이에 개재되는 차수부재(12)를 포함한다.
차수층(10)은 최종적으로 누출 침출수가 토양으로 침투되는 것을 방지하여야 하므로 투수계수가 낮아야한다. 또한, 본 발명에서 차수층(10)은 힙 리칭이 수행되는 적층부(1)의 토양의 표면에 설치되는 것으로서, 수톤의 무거운 무게에도 파손되지 않아야 하며, 쐐기형 입자에 의해서도 차수성이 유지될 수 있어야 한다. 특히, 힙 리칭에 이용되는 침출액인 시안화물이나 산에 대해서도 강건성을 유지하여야 한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트(100)의 차수층(10)은 차수부재(12)로 단순히 폴리머 등을 이용하는 것이 아니라, 고체분말과 수분을 혼합하여 높은 강도와 낮은 투수계수를 가진다.
차수층(10)은 상하 차수부직포(11, 13)의 사이에 중량비 8:2 내지 9:1로 고체분말과 수분의 혼함물을 분포시키면서 니들펀치 및 압착롤로 다짐하는 방식으로 생성한다(도 5 참조). 상하 차수부직포(11, 13)는 사이에 개재되는 고체분말이 제조과정에서 새나가지 않도록 하는 역할을 한다.
한편, 높은 강도를 유지하면서 투수계수를 최대한 낮출 수 있는 바람직한 고체분말과 수분의 함량은 84:16이다.
차수부재(12)에서 수분의 함량이 20 wt%를 초과하면 차수부재의 강도가 낮아지게 되고 쉽게 파손되어 투수계수가 증가되고, 반대로 수분의 함량이 10 wt% 미만인 경우에는 차수부재(12)에 균열이 발생하여 투수계수가 1Х10-5 cm/sec를 상회한다.
고체분말로는 소석회외 석탄재를 혼합한다.
도 4는 차수층의 고체분말인 소석회 및 석탄재의 비율을 변화시킴에 따른 투수계수를 측정한 결과이다.
도 4를 참조하면, 투수계수를 1Х10-5 cm/sec 미만으로 낮추기 위해서는 소석회와 석탄재의 중량비를 3:7 내지 7:3이어야 한다. 이‹š, 소석회에는 소석회를 기준으로 무기성플라스터(석고)가 3~15wt% 혼합된다. 석고는 수화반응하여 차수부재(12)의 차수성을 더욱 향상시킨다.
흡수층(20)은 차수층(10)의 상부에 설치된다. 흡수층(20)은 차수층(10)을 통과하지 못한 누출 침출수를 보수(保水)하는 역할을 한다.
흡수층(20)은 하부 흡수부직포(21)와 상부 흡수부직포(23), 그리고 하부 흡수부직포(21)와 상부 흡수부직포(23)의 사이에 개재되는 흡수부재(22)를 포함한다.
흡수층(20)의 하부 흡수부직포(21)와 차수층(10)의 상부 차수부직포(13)는 서로 접하는데, 흡수층(20)의 하부 흡수부직포(21)와 차수층(10)의 상부 차수부직포(13)를 별도로 형성하는 것은 흡수층(20)을 차수층(10)에서 분리하기 위함이다.
하부 흡수부직포(21)는 폴리머(예를 들어, 변성 폴리올레핀)가 코팅된다. 하부 흡수부직포(21)로 폴리머가 코팅된 것을 이용하는 것은, 흡수부재(22)에 침출액을 보수시키는 양을 증가시키기 위한 것이다.
흡수부재(22)로는 5 내지 10 wt%의 식물성 펄프와, 90 내지 95 wt%의 규조토를 포함한다.
흡수층(20)은 상하 흡수부직포(21, 23)의 사이에 5 내지 10 wt%의 식물성 펄프와, 90 내지 95 wt%의 규조토의 혼함물을 분포시키면서 니들펀치 및 압착롤로 다짐하는 방식으로 생성한다(도 6 참조). 규조토로는 평균입경이 0.15 ~ 0.5 mm인 규조토를 이용할 수 있다.
흡수층(20)은 차수층(10)과 분리가 가능하므로, 힙 리칭이 모두 끝나면 흡수층(20)만을 차수층에서 분리하고, 약산(0.1 M) 이하에서 흡수부재(22)를 세척 및 침전시킨다. 이로써 규조토에 흡착된 구리이온을 탈거하여 회수할 수 있다.
따라서 본 발명의 차수시트(100)를 이용할 경우 힙 리칭의 유용성분 추출율을 향상시키는 것에 기여할 수 있다.
흡수층(20) 상에는 확산층(30)이 형성되며, 확산층(30) 상부에는 보호층(40)이 형성된다. 보호층(40)은 고밀도 폴리에틸렌으으로 형성될 수 있으며, 적층부(1)의 차수시트(100)의 최상부를 모두 덮고, 추가로 연장되어서 배수로(2)를 덮도록 형성된다. 즉, 차수시트(100)의 측면도 보호층(40)에 의해 보호된다. 또한, 보호층(40)은 침출액이 배수로까지 유도되는 것을 돕는다.
확산층(30)은 2mm 이상의 직경을 가지는 모래 또는 잔자갈을 흡수층(20) 상에 10 내지 30 cm 이상의 두께로 도포하여 형성된다.
힙 리칭이 수행되는 조광은 적층부(1), 즉 보호층(40)의 상부에 쌓이게 된다. 그런데 조광의 무게로 인해 보호층(40)이 국부적으로 가압되어 보호층(40)이 찢어지거나 천공이 발생한다. 확산층(30)은 유동성을 가지고 있기 때문에 조광의 무게를 분산시키는 역할을 하여 보호층(40)이 찢어지거나 천공이 발생하는 것을 줄여주는 역할을 한다.
한편, 조광의 무게로 인해, 또는 힙 리칭을 수행하는 과정에서 도 2에 도시한 것과 같이 쐐기형 입자(P)에 의해 보호층(40)이 찢어지는 경우가 있다. 보호층(40)이 찢어진 부분으로 침출액이 누출된다.
만약 확산층(30)이 없다면 누출되는 침출액은 바로 흡수층(20)으로 흡수된다. 그런데 흡수층(20)에서는 침출액의 유동성이 낮기 ‹š문에 일정 이상의 침출액이 흡수되고 나면 해당 부분의 흡수층(20)의 흡수능이 감소하게 된다.
확산층(30)을 통과하는 침출액은 통과하는 과정에서 모래 또는 잔자갈을 타라서 넓은 면적으로 확산(W)되고 최종적으로 침출액이 흡수층(20)에 보다 넓은 면적으로 도달하게 된다. 이로써 흡수층(20)이 보다 많은 양의 침출액을 높은 효율로 흡수할 수 있게 도와준다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 차수시트(100)를 이용함으로써, 투수계수를 1Х10-5 cm/sec 이하로 낮춰, 누출된 침출수가 토양으로 침투하는 것을 현저히 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에서는 보호층 하부에 액체의 흡수가 용이한 규조토 기반의 침출수 흡수재층을 두어 자기체적의 3배 이상의 물을 흡수할 수 있는 규조토가 침출수를 흡수함으로서 침출수의 토양확산을 방지한다. 더불어 수분을 흡수하여 포화된 흡수층은 간극수압의 증가로 그 자체로 더 이상의 침출수가 하부 토양으로 투과될 수 없는 제2의 차수층의 효과가 있기 때문에 토양오염을 미연에 방지할 수 있다. 또한 규조토는 주 성분이 비정질의 실리카(SiO2)이므로 산(acid)에 강하고 구리나 금, 은과 같은 금속이온으로부터 착화합물을 형성하지 않아 안정하고 반응하지 않는 물질이고 기공으로 인해 물리적으로 침출액을 흡수하고 혹 수분이 건조되어 금속탄산화물이나 산화물 형태로 규조토 표면에 침전되어 도포된다고 할지라로 약산에 의해 재분리가 수월하기 때문에 힙 리칭이 완료된 후 흡수층을 꺼내 규조로부터 추가로 유용성분을 수월하게 회수할 수 있다.
특히, 흡수층 상에는 확산층을 설치함으로써 쐐기형 광석에 의해 차수시트의 최상부의 보호층이 훼손되어 발생한 누출 침출수가 확산층을 통해 넓게 퍼져 흡수층에 도달하게 함으로써 흡수층의 누출침출수에 대한 흡수능을 향상시킬 수 있다.
나아가 본 발명의 다른 실시예에 따른 힙 리칭 시스템은 침출액이 부어지는 조광이 쌓여있는 적층부와 상기 적층부의 주변에 배치되어 상기 조광과 반응한 침출액이 배출되는 배수로로 구성된다. 이때 적층부의 토양의 표면에 침출액이 상기 적층부의 토양으로 침투하지 못하도록 방지하는 상술한 일 실시예의 차수시트가 설치되는 것을 특징으로 한다.
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 (7)

  1. 하부로부터 상부로 차수층, 흡수층, 확산층 및 보호층으로 구성되는 차수시트로서,
    상기 차수층은,
    하부 차수부직포;
    상기 하부 차수부직포 상에 형성되며, 8:2 내지 9:1의 중량비율을 가지는 고체분말과 수분에 의해 형성되며, 상기 고체분말은 3:7 내지 7:3의 중량비율을 가지는 소석회와 석탄재를 포함하는 차수부재; 및
    상기 차수부재 상에 형성되는 상부 차수부직포;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소석회는 3 내지 15 wt%의 석고를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차수층의 투수계수는 1Х10-5 cm/sec 미만인 것을 특징으로 하는 차수 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡수층은,
    폴리머가 코팅된 하부 흡수부직포;
    상기 하부 흡수부직포 상에 형성되며, 5 내지 10 wt%의 식물성 펄프와, 90 내지 95 wt%의 규조토를 포함하는 흡수부재; 및
    상기 흡수부재 상에 형성되는 상부 흡수부직포;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 확산층은 2mm 이상의 직경을 가지는 모래 또는 잔자갈을 상기 흡수층 상에 10 내지 30 cm 이상의 두께로 도포하여 형성되어 누출된 침출액이 확산되어 상기 흡수층에 도달하는 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 차수 시트.
  6. 침출액이 부어지는 조광이 쌓여있는 적층부와 상기 적층부의 주변에 배치되어 상기 조광과 반응한 침출액이 배출되는 배수로로 구성되는 힙 리칭 시스템으로서,
    상기 적층부의 토양의 표면에 침출액이 상기 적층부의 토양으로 침투하지 못하도록 방지하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 차수시트가 설치되는 것을 특징으로 하는 힙 리칭 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호층은 고밀도 폴리에틸렌으로 형성되며,
    상기 차수시트의 최상부로부터 연장되어 상기 배수로를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 힙 리칭 시스템.
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