광물찌꺼기를 활용한 합성 제올라이트 A 제조 기술 개발

국문 초록 (Abstract)

많은 광물찌꺼기나 폐석 등의 광산 폐기물이 폐광 이후인 현재에도 광산 부지 인근에 적치되어 심각한 환경 및 사회적 문제를 야기하고 있다. 이들은 때론 토양이나 수계로 유실되어 인근 농경지나 하천 준설토 오염 등의 원인이 되기도 한다. 적치된 광 산 폐기물의 처리는 대부분 유실 방지 및 차폐(capping)를 중심으로 이루어지고 있어 오염에 대한 근본적인 처리가 이루어지지 않고 있으며 지속적인 유지 보수를 필요로 한다. 이러한 광산 폐기물을 재활용한다면 환경적 부담을 줄이고 현재 적치장으로 사 용되고 있는 토지의 이용 가능성을 확보하며 순환 자원 가치를 창출할 수 있어 지속 가능한 재활용 기술의 개발이 필수적으로 요구되는 바이다. 본 연구에서는 기존 광산 폐기물을 활용한 제올라이트 합성 시의 방식으로 제시된 수열 합성이나 원심 분리와 같은 복잡한 단계 없이 광물찌꺼기를 합성 제올라이트 A 로 변환하는 간단하고 비용 효율적인 공정을 제안한다. 이 공정은 주로 광물찌꺼기의 용융(550℃, 2시간)과 저온 반응(30~90℃, 7시간)으로 구성된다. 이를 배치 실험뿐만 아니라 파일럿 규모 장비를 통해 원료 광물찌꺼기 무게 기준 약 90%의 수율로 배치 당 10~20㎏까지 생산하여 공정의 확장 가능성을 검증하였다. 본 연구에서는 몰리브덴 광산의 광물찌꺼기를 활용하였으나 해당 공정은 SiO2와 Al2O3가 함유된 다수의 광물 찌꺼기에 대해서 적용성을 가진다. 본 연구에서 합성된 제올라이트는 상용 합성 제올라이트 A와 유사한 수준의 양이온 교환 능력(약 292 meq/100g)을 보유하였다. X선 회절(X-ray diffraction, XRD), X선 형 광(X-ray fluorescence, XRF) 및 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 분석을 통해 물리화학적 및 형태학적 특성을 분석한 결과 제올라이트 A 구조가 성공 적으로 합성된 것을 검증하였다. 제올라이트의 성능을 검증한 결과 회분식 흡착 실험 에서 상용 제품과 동등한 99.9% 이상의 높은 카드뮴(Cd) 제거 효율을 확인하였으며 불소(F) 제거 효율(13.5%)은 상용 제품보다 5.6배 높은 것을 확인하였다. 광해방지기술 기준을 준용한 토양 안정화제 회분식 실험에서 합성된 제올라이트와 석회석의 혼합물 은 무처리구에 비해 비소(As) 용출을 67% 감소시켰으며 카드뮴(Cd) 용출을 완전히 억 제하였다. 이러한 연구 결과는 제안 기술이 광산 폐기물을 유용한 기능성 소재로 재활용하기 위한 실용적인 해결책을 제시하고 있음을 보여준다. 광물찌꺼기를 통해 합성된 제올라 이트 A는 수처리 및 토양 안정화를 포함한 환경 오염 정화에 활용될 수 있다. 또한 높은 이온 교환 능력을 농업 부문에서 완효성 비료, 토양 개량제 또는 사료 첨가제 등 에 적용하여 활용할 수 있다. 본 연구는 순환 경제와 녹색 기술 개발을 뒷받침하는 광 산 폐기물 처리를 위한 지속 가능하고 확장성 있는 재활용 기술을 제시한다.