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실용기술 상세정보 게시판
제목 유리화를 통한 소각재의 안정화
국적 한국
회사명 포항공과대학교
주소 경상북도 포항시 남구 효자동 산31번지
대표전화 054-279-0114
담당부서 신소재공학과
담당자 허 종
전화번호 054-279-2821, 5873
팩스 054-279-5872
이메일 jheo@postech.ac.kr
요약

연구 목표

  • 문화수준의 향상과 공업화로 고형 폐기물의 발생량이 급격히 증가하고, 고형 폐기물의 처리는 과거의 매립에서 소각으로 전환되고 있다. 소각은 많은 장점을 가지고 있지만, 과량의 중금속을 함유하는 소각재를 다량 발생시켜 이의 안정적 처리가 매우 중요하다. 본 연구는 소각재의 유리화를 통해 소각재 내의 중금속 안정화를 실현하는데 목적이 있다.

연구 내용

  • 소각재 유리화를 위한 기초 자료 확보를 위한 연구를 수행하였으며, 소각재 중 유해 물질 함량이 높은 비산재를 대상으로 하였다.
  • 비산재의 특성 분석
    • 비산재의 특성 분석
  • 비산재의 유리화 능력 평가
    • 비산재의 유리화 능력 평가
  • 제조된 유리의 특성 평가
    • 제조된 유리의 특성 평가
  • 용출 실험을 통한 비산재의 안정화 평가
    • 용출 실험을 통한 비산재의 안정화 평가
효과

기대 효과

  • 각재의 유리화를 통해 소각재내 각종 유해 물질을 유리내에 화학적으로 결합시킴으로써 용출이 현저히 감소된 고화체를 제조하고, 부피를 10% 이하로 감소시켜 매립량을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한 결정화를 통해 재활용 제품을 제조하여 건축용 자제를 개발함으로써 경제성 제고를 기대할 수 있다.
특징

비산재의 특성

  • 구성 성분
  • 도시 고형 폐기물 소각장으로부터 배출되는 소각재의 구성 성분은 폐기물의 성상에 따라 많은 차이를 보인다. 그러나 일정한 지역으로부터 배출되는 폐기물은 비교적 균일하며, 특히 비산재의 경우 바닥재보다 성상에 있어서 원폐기물의 영향을 적게 받는다.
    • 도시 고형 폐기물 소각장으로부터 배출되는 소각재의 구성 성분은 폐기물의 성상에 따라 많은 차이를 보인다. 그러나 일정한 지역으로부터 배출되는 폐기물은 비교적 균일하며, 특히 비산재의 경우 바닥재보다 성상에 있어서 원폐기물의 영향을 적게 받는다.
  • 우리나라 비산재의 경우 염소의 함량이 매우 높고, 상대적으로 SiO2와 CaO의 함량이 낮아 용융시 휘발 감량이 매우 높은 특징이 있다. Table 1은 실험에 사용한 비산재의 성분 분석 결과이다. 주요 구성 물질의 분석에는 XRF를 사용하였고, 중금속은 ICP를 이용하여 분석하였다.
    • 우리나라 비산재의 경우 염소의 함량이 매우 높고, 상대적으로 SiO2와 CaO의 함량이 낮아 용융시 휘발 감량이 매우 높은 특징이 있다. Table 1은 실험에 사용한 비산재의 성분 분석 결과이다. 주요 구성 물질의 분석에는 XRF를 사용하였고, 중금속은 ICP를 이용하여 분석하였다.
  • 소각재 구성 성분
  • 비산재의 물리적/ 열적 특성
  • 비산재는 비중이 0.2 정도이며 입자가 매우 작아 처리시 많은 문제점을 유발한다. Fig 1.은 비산재의 SEM 사진으로 입경은 수~수십 ㎛ 정도임을 알 수 있다. Fig. 2는 비산재의 열적 특성을 나타낸 것으로, 중량 감소는 약 800℃ 정도부터 발생하기 시작하여 1100℃ 정도까지 비교적 일정한 속도로 감소하고, 1250℃ 이후에는 거의 일어나지 않았다. 잔류물의 성분 분석을 통해 휘발 성분을 조사해 본 결과 휘발성분은 대부분 Cl과 알카리 성분이며, 중금속이나 Si, Ca 등은 소각재 내에 잔류함을 알 수 있었다. 또한 DSC 결과로부터 용융은 1000도~ 1100도 사이에서 발생함을 발견하였다.
    • 비산재는 비중이 0.2 정도이며 입자가 매우 작아 처리시 많은 문제점을 유발한다. Fig 1.은 비산재의 SEM 사진으로 입경은 수~수십 ㎛ 정도임을 알 수 있다. Fig. 2는 비산재의 열적 특성을 나타낸 것으로, 중량 감소는 약 800℃ 정도부터 발생하기 시작하여 1100℃ 정도까지 비교적 일정한 속도로 감소하고, 1250℃ 이후에는 거의 일어나지 않았다. 잔류물의 성분 분석을 통해 휘발 성분을 조사해 본 결과 휘발성분은 대부분 Cl과 알카리 성분이며, 중금속이나 Si, Ca 등은 소각재 내에 잔류함을 알 수 있었다. 또한 DSC 결과로부터 용융은 1000도~ 1100도 사이에서 발생함을 발견하였다.
  • 비산재의 형상 ( 30,000배-SEM )
  • 비산재의 열적 특성 (TGA/DSC)

비산재 유리의 특성

  • XRF를 이용한 성분 분석의 결과 첨가제에 따라 유리 조성 및 휘방되는 성분이 크게 변화하였고 이에 따라 유리의 물리적 특성이 변화하였다. 색깔의 경우 알칼리의 첨가량에는 영향이 없지만 SiO₂가 10wt%에서 30wt%로 변함에 따라 갈색에서 녹색으로 큰 변화를 보였다. 또한 비중이나 강도에 있어서도 CaO와 MgO 첨가는 비중 및 강도를 증가시켰으나, SiO₂는 감소 경향을 나타내었다.

비산재 유리의 용출 특성

  • 비산재는 많은 유해 물질을 함유하는데, 대표적으로 다이옥신과 같은 독성 유기 오염 물질과 중금속 등을 들 수 있다. 다이옥신 등 난분해성 유기 오염물질의 경우 용융법을 적용할 경우 1200도 이상의 고온이므로 크게 문제되지 않지만, 중금속은 분해되지 않고 잔류한다. 따라서 유리화하여 중금속들을 안정화시키고 이들의 안정성을 확인할 필요가 있다.
  • 본 연구에서는 중금속 안정성 평가를 위해 TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)에 따라 용출 실험을 수행하였다. 시료는 비산재의 경우 그대로 사용하였고, 제조된 유리의 경우 비산재와 조건을 같게 하기 위해 분쇄 후 No. 325로 체가름하여 사용하였다. 중금속의 농도는 ICP-AES를 이용하여 분석하였다.
  • 다음표의 결과를 보면, SiO₂를 첨가하면 용출이 감소하나 CaO와 MgO의 경우는 용출이 증가하였다. 이는 알칼리의 첨가로 유리의 망목구조가 끊어져, 중금속의 용출을 용이하게 하였기 때문이다. 또한 MgO 10wt%, SiO₂10wt% 첨가의 경우 Zn, Mn의 용출은 증가한 반면 Cr, Pb은 감소하는 특이한 용출 특성을 나타내었다.
  • SiO₂와 소량의 알칼리를 혼합하면 유리의 제조가 가능하고, 용출 특성도 비교적 우수함을 확인할 수 있었다.
  • 비산재 유리의 용출 특성 (ppm) - ICP
공정도

처리시설 구성도(흐름도)

원문관리번호 31C3A0205282
첨부파일 31C3A0530247.pdf
조회수 1977
등록일 2005-11-25

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