[에너지데일리 이진수 기자] 광산 안전사고 위험 예방... 무해화 광물찌꺼기 산업연료 자원화 활용 가능
한국광해관리공단(이사장 김익환)이 개발한 '지하공동 3차원 수치화 및 형상화 기술', '미소진동 계측기술', '광물찌꺼기 무해화기술' 등을 '코리아 나라장터 엑스포 2017'에 출품해 국내·외 바이어의 주목을 받은 기술이다.
신기술(NET) 인증을 획득한 ‘지하공동 3차원 수치화 및 형상화 기술’은 레이저센싱 기술, 소나센싱 기술 및 영상취득 기술을 융·복합해 접근이 불가능한 지하공동을 실측하는 기술이다. 또 미소진동 계측기술은 지반침하 발생 시 형성되는 미소지진의 원인에 대한 규모 및 위치를 규명하기 위해 지표 또는 시추공에 센서를 설치하고 자동으로 자료를 수집하는 기술이다. 최근에는 광산의 갱도 및 채굴적 붕괴로 인한 광산종사자 안전사고 위험을 예방하고 셰일가스 저류층 탐사의 파쇄효율 검증을 위한 현장 계측분야에도 활용되고 있다.
특히 광물찌꺼기 무해화기술은 광물찌꺼기에 비중선별, 자력선별, 부유선별 등 친환경 선별방법을 적용해 유해중금속을 근원적으로 분리·제거함으로써 주변 환경 유해물질의 양을 저감시키는 한편 분리된 무해화 광물찌꺼기는 갱내충전물질, 환경소재, 토목 및 건축분야 등에 재활용해 산업원료로 자원화 할 수 있는 기술로 광해관리공단에서 개발한 신 기술에 대해 알아봤다.

미소진동 계측기술 개발

광해관리공단은 지난 2006년 이후 광산지역의 지반침하방지 사업을 추진중에 있으며 지반침하 예방을 위한 정밀한 지하 측정기술개발을 지속적으로 추진해 공공부문의 우수한 기술을 중소기업에 이전하는 동반성장 취지에 입각, 광해방지기술의 민간기업 경쟁력 제고를 위한 미소진동 모니터링 계측장비를 민간기술 이전을 지난 2012년 8월에 실시했다. 또 2014년 9월에는 도심지 싱크홀 예보 통합관리 시스템에 대한 관련 학회(대한지질학회) 및 국회정책토론회에서 발표했다.

미소지진 모니터링은 지반침하 발생시 형성되는 미소지진의 원인에 대한 규모 및 위치를 규명하기 위해 지표 또는 시추공에 센서를 설치하고 자동으로 자료를 수집하는 설비다. 최근에는 광산의 갱도 및 채굴적 붕괴로 인한 광산종사자 안전사고 위험예방, 셰일가스 저류층 탐사의 파쇄효율검증을 위한 현장 계측분야에도 활용되고 있다.

또한 지중에 설치된 미소진동센서를 통해 측정된 진동을 역산해 발생원의 위치를 추정할 수 있는 기술이며 해외 자원개발 시장 진출시 해외 글로벌 서비스 컴퍼니에 의존하고 있는 미소지진 최적 자료 취득 기술에 대한 국산화 기술을 제공한다. 특히 산업부 ‘광산안전업무처리지침’ 이 고시되면서 가행중인 광산의 채굴 작업 광산안전 업무를 지원하고 있다.

공단은 광해방지사업(지반침하방지분야)의 효율적 수행과 완결화를 조기 달성을 위한 노력을 하고 있다. 또 조사품질 향상으로 국가 기술경쟁력 향상시켜 기술저변확대와 땅굴(육군탐지과), 도심시 싱크홀(서울시 등 지자체) 조사 분야 활용 등 유관산업 분야에 대한 제품 생산 계획을 검토 중 이다.

또한 4차 산업혁명시대 계측·모니터링 고도화 경향으로 지속적 혁신기술 주입을 통해 “경쟁력 유지”와 서울시 등 지방자치단체의 싱크홀 피해 예방 사전모니터링을 위한 시스템을 활용할 계획이다.

광산 지하공동 형상화 기술 개발

일제 강점기 및 국내 광산 활황기(1960 ~ 70년대)에 개발된 광산은 갱내 도면이 없거나 자료가 불명확해 지반침하방지 사업의 저해요인이 되고 있다. 지반침하방지사업을 역설계(Reverse Engineering) 개념으로 정립하기 위해서는 지하공동(갱도 및 채굴적)에 대한 정밀한 조사 및 탐사 결과가 필요하다.

이 기술의 원리는 레이저센싱 기술, 소나센싱 기술 및 영상취득 기술을 융복합해 접근이 불가능한 지하공동을 실측하고 취합된 실측 정보는 지하공동의 형상화 및 수치 정보를 재생산한다.

공단은 도면이 없는 폐광산의 지하공동에 대한 정밀 수치 및 영상정보를 생산하는 장비로서 운용방법까지를 포함하며 기반침하방지사업 및 타 산업분야의 지반조사 등으로 활용을 기대하고 있다.

또한 광해방지사업(지반침하방지분야)의 효율적 수행, 완결화 조기달성, 기술저변확대(조사품질 향상으로 국가 기술경쟁력 향상), 땅굴(육군탐지과), 도심시 싱크홀(서울시 등 지자체) 조사 분야 활용 등 유관산업 분야에 대한 제품 생산 계획 검토 중이다.

공단은 4차 산업혁명시대 계측·모니터링 고도화 경향으로 지속적 혁신기술 주입을 통해 “경쟁력 유지”, 서울시 등 지방자치단체의 싱크홀 피해 예방 사전모니터링을 위한 시스템에 활용 할 수 있는 신 기술이라고 설명했다.

광물찌꺼기 무해화기술

기존의 광물찌꺼기처리방법은 오염물질을 단순 매립하는 차폐매립공법으로서 시공이 간단하고 저렴해 널리 적용돼 왔지만 시간 경과에 따른 2차오염(토양, 수질, 지하수오염)을 유발에 대한 우려가 있었다. 또 매립 침출수의 발생은 추가적인 수처리시설의 건설/유지가 필요했으며 적치장 시설의 반영구적 관리가 필요하다.

환경기술의 메가트렌드는 과거 소극적 매립방법에서 적극적 제거(오염물 제거기술 등)방법으로 전환, 오염원 근원적 처리는 주변 오염발생을 원천적으로 차단함으로서 주변환경 위해성 저감, 오염물제거를 통해 광물찌꺼기의 토양자원, 산업원료화 가능하다.

이 기술력은 무해화한 기술로 중금속 무해화 개념은 광물찌꺼기에 비중선별, 자력선별, 부유선별 등 친환경 선별방법을 적용해 유해중금속을 근원적으로 분리, 제거함으로써 주변 환경 유해물질의 양을 저감시킬수 있다.

또한 분리된 무해화 광물찌꺼기는 재활용이 가능하고 친환경 선별법으로 분리된 중금속류에 유가금속이 함유한 경우 분리된 물질은 후속 분리공정으로 유가금속을 회수할 수 있다.

공단은 기계적으로 기포를 발생시키는 친환경 선별방법을 적용해 광물찌꺼기내 유해중금속을 분리함으로써 유해물질을 저감에 대한 기술 검증을 완료했다. 강원도 영월군 소재 상동광산 광물찌꺼기의 경우 산림토양 비소기준치 50mg/kg 이하인 44 mg/kg로 무해화가 가능한 기술이다.

또 비소 제거용 미생물 대량 배양 및 반응기 기술을 개발에 성공했다. 고농도(40,000mg/kg)비소 함유 광물찌꺼기에 적합한 복합미생물 종 배양, 미생물 연속식 반응기에서 체류시간 7일, 광물찌꺼기 고체함량 15%슬러리 농도에서 비소 제거율 84%, 생물학적 대량배양에 따른 대량처리로 상용화했다.

공단은 생물학적 황화광물 침출 플랜트를 남아공 fairview 금광산에 적용한 결과 광물찌꺼기내 시안(청산가리) 제거 기술 개발에 성공했다.

시안(CN) 무해화는 금추출과정에서 발생되는 시안화물 오염 토양/광물찌꺼기로부터 시안을 세척 제거하는 기술이다. 또 오염입자들내 흡착된 시안 세척공정을 개발해 토양내 시안기준치(2mg/kg)보다 낮은 1mg/kg이하 시안 세척공정을 확립했다. 시안 폐수의 경제적인 처리기술 개발은 SO2산화→응집?침전→탈수 단계로 수질 시안기준치(0.2mg/L)이하 처리 가능하다.

공단은 적용이 가능한 분야는 무해화된 광물찌꺼기는 갱내충전물질, 환경소재, 토목 및 건축분야 등에 재활용해 산업원료로 자원화 할 수 있으며 또 토양으로부터 고농도 유해중금속 선별기술에 확대 적용해 군부대 사격장 등 중금속 오염토양정화사업에 적용이 가능하다고 설명했다.

특히 무해화기술을 이용해 순환자원 산업 및 부지 활용성에 대한 부가가치 증대 기대와 생물학적 처리, 시안제거기술은 광업 공정 향상 및 오염물 처리 등 환경분야 기술로 적용을 기대하고 있다.

기술력을 통해 향후 공단은 광물찌꺼기 등 광업부산물의 토양자원 또는 산업원료화시 전처리 기술로 확대 한다는 계획이다.