KR100482198B1 - 제강슬래그 간극수에 의해 발생하는 백탁입자 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강슬래그 간극수에 의해 발생하는 백탁입자를 제거하는 방법에 관한 것으로, 그 구성은

연약지반상부에 배수층을 형성하고 이 배수층위에 재하재층을 형성하여 연약지반내로부터 배출되는 물을 집수조로 수집하여 처리후 방류하는 방법에 있어서,

상기 배수층 및/또는 재하재층을 슬래그로 형성하고,

상기 집수조에 수집된 백탁수에 이산화탄소 또는 이를 함유하고 있는 배가스를 폭기시켜 처리수의 pH를 4.8-5.5범위로 조절하여 백탁입자가 용해되도록 함을 특징으로 하는 제강슬래그 간극수에 의해 발생하는 백탁입자를 제거하는 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 이산화탄소를 적절하게 이용하면 제강슬래그 간극수로부터 발생된 백탁입자를 용해시켜 이를 투명한 물로 방류할 수 있다.

Description

제강슬래그 간극수에 의해 발생하는 백탁입자 제거 방법{A REMOVAL METHOD OF MILKY PARTICLES GENERATED FROM STEEL SLAG}

본 발명은 제강슬래그 간극수에 의해 발생하는 백탁입자 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토목용 재료로 제강슬래그를 대량 사용할 때 발생되는 알칼리성 슬래그 간극수에 의해 발생하는 백탁수내 백탁 입자를 제거하는 방법에 관한 것이다.

제철소의 제강 공정에서 다량 발생되는 제강슬래그는 용선에 산소를 취련하여 용강을 만들 때 용선중에 포함된 불순물을 제거하기 위하여 투입된 생석회가 용선중의 불순물인 Si, P, S등과 산화반응하여 생기는 물질이다. 이러한 제강슬래그는 현재 일부는 토목용 골재 및 시멘트클린커 원료 등으로 재활용되고 있으며, 나머지는 매립되고 있는 실정이다.

그러나 매립지 확보가 점차 어려워지고 지금까지의 활용 방법만으로는 한계가 있기 때문에 새로운 재활용 방안을 개발하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러한 노력들 중에 최근 주목받고 있는 분야가 해양용으로 슬래그를 활용하는 기술의 개발에 관한 것이고, 일부는 이미 활용되고 있는 부분도 있다.

해양에서 슬래그를 활용할 수 있는 부분은 해양토목, 즉 항만건설 등의 용도와 인공어초와 같은 해양생물용으로 크게 두가지로 구분할 수 있다.

해양용은 모두 항상 대량으로 활용될 수 있는 가능성이 많기 때문에, 제강슬래그를 한정된 지역에 대량 사용할 경우 생길 수 있는 문제점들을 해결하는 방법도 같이 연구해야 할 것이다.

일례로서 갯벌등의 연약지반 개량재로서 사용하는 방법이 검토되고 있다. 연약지반 개량에도 여러 공법이 있으나, 가장 많이 사용되는 공법은 모래말뚝 공법이다.

이 공법에서는 연약지반내에 포함된 물(해수)을 배출시키기 위해서, 연약지반 상단에 모래말뚝을 만들고 또 지반토 상단에는 모래층을 두고 그 위에 하중을 걸어주는 재하재층을 설치하여 지반토내의 물(해수)이 모래말뚝으로 모이게 한다.

이와같이 하여 모인 물은 재하재의 하중에 의해 발생하는 상승효과에 의해 모래말뚝 상단으로 이동한 후, 배수층을 통과한 후 집수정으로 배출되도록 되어 있다.

그런데 상기 배수층으로 슬래그를 사용한 경우에는 슬래그에서 용출되는 Ca 성분에 의해 통과하는 물의 pH가 상승하게 된다. 또한 상부의 슬래그 재하층을 통과한 빗물도 고 pH값을 갖고 있으며, 이것도 하부 배수층을 통과하는 물과 합쳐져서 함께 집수정으로 배출된다(이하, 발생하는 높은 pH 배출수를 '슬래그 간극수'라 한다).

이상의 과정을 통해 배출되는 간극수는 12이상의 pH값을 가지며, 그대로 해양에 배출되면 경우에 따라 간극수 중의 Ca성분과 해수 중의 중탄산 이온(HCO₃ ^-)이 반응하여 탄산칼슘(CaCO₃)의 백색입자가 석출되어 백탁현상이 발생한다.

이하에 제강슬래그의 화학성분을 도표화하였다.

Fe2O3	FeO	SiO2	CaO	Al2O3	MgO	MnO	P2O5	TiO2
8.7∼9.6	12.0∼13.3	12.2∼13.2	40.3∼40.8	2.6∼3.0	6.5∼7.1	4.1∼5.7	1.7∼1.8	1.2∼1.6

상기표에서 보듯이, 제강슬래그는 화학성분상 CaO가 타성분에 비해 과량 함유되어 있음을 확인할 수 있다. 이러한 이유때문에 제강슬래그내에는 CaO성분이 다른 성분들과 화합물을 형성하지 못하고 유리석회 상태로 소량 존재하기도 하며, 화합물을 형성한 CaO라 할지라도 그 고유특성상 물과 접촉할 경우 비교적 쉽게 용출되는 경향이 있다.

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이같은 Ca성분은 물에 용출될 경우 알칼리성을 띄게되며 pH값이 12이상을 상회할 수도 있다.

이에 반해 일반적인 해수의 pH값은 약 8-8.5정도인 것으로 약알칼리성을 나타낸다. 따라서 이같은 슬래그가 해양에 사용될 경우 슬래그에서 용출되는 Ca성분 때문에 그 부근은 국부적으로 알칼리성을 나타낼 수 있지만 막대한 양의 해수가 가지는 완충력때문에 곧 그 효과는 상쇄될 것이다.

이밖에 또한가지 고려해야할 점이 바로 백탁현상이다. 이는 제강슬래그에서 용출된 Ca이온이 해수중의 탄산이온과 반응하여 CaCO₃입자(백색 침전물)을 형성하면서 백색 현탁수(이하, '백탁수'라 한다)를 나타내는 현상을 의미한다. 이 때 제강슬래그 용출수의 pH값은 일반적으로 약 12정도이나 백탁현상이 일어나게 되면 알칼리도가 상승하도록 하는 원인을 제공하는 것으로 보여지는 Ca이온이 백색침전물 생성으로 소모되므로 pH값은 약9.5정도, 낮게는 7.8정도까지 저감된다.

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이에 본 발명자는 일반적으로 해수 내의 탄산이온은 알칼리 영역에서는 CO₃ ^-2의 형태로 존재하고 중성 영역에서는 HCO₃ ^-1의 형태로 존재하므로, 알칼리 영역(pH 약10이상), 즉 탄산이온이 CO₃ ^-2의 형태로 존재하고 있는 상태에서 과량의 Ca⁺² 이온이 유입되면 CaCO₃ 입자가 생성될 것이고 이때 CaCO₃ 입자는 거의 불용성이기 때문에 백색 입자로 석출하여 백탁현상을 일으킬 것이나, 중성영역(pH 약10이하)에서는 HCO₃ ^-1와 유입된 Ca⁺² 이온이 반응하여 Ca(HCO₃)₂를 생성하는데 이는 용해성이 좋아서 침전을 형성하지 않을 것이라는데 착안하여 이미 생성된 백탁수의 pH를 감소시켜 주면 백탁입자가 재용해함을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 백탁수의 pH를 감소시키기 위해 첨가제로서 이산화탄소를 사용하여 백탁입자를 효과적으로 재용해할 수 있으며 환경에 무해한 방법을 제공하려는데 있다.

본 발명에 의하면,

연약지반상부에 배수층을 형성하고 이 배수층위에 재하재층을 형성하여 연약지반내로부터 배출되는 물을 집수조로 수집하여 처리후 방류하는 방법에 있어서,

상기 배수층 및/또는 재하재층을 슬래그로 형성하고,

상기 집수조에 수집된 백탁수에 이산화탄소 또는 이를 함유하고 있는 배가스를 폭기시켜 처리수의 pH를 4.8-5.5범위로 조절하여 백탁입자가 용해되도록 함을 특징으로 하는 제강슬래그 간극수에 의해 발생하는 백탁입자 제거 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 백탁수의 pH를 감소시켜 주기위한 첨가제로서 이산화탄소를 이용한다. 이는 pH를 감소시킴과 동시에 백탁수내에 새로운 HCO₃ ^-를 증가시키는 역할을 함으로써 불용성 CaCO₃입자로부터 용해성 Ca(HCO₃)₂를 생성하는데 특징을 갖는다.

본 발명에서 사용하는 슬래그는 제강슬래그중 전로 슬래그를 사용하는 것이 좋다. 또한 이산화탄소는 백탁수를 폭기시키면서 첨가하는 것이 좋은데, 이는 폭기해야만 반응면적이 넓어 적정 효율을 유지할 수 있는 때문이다.

또한 이때 사용하는 이산화탄소로는 순수한 이산화탄소뿐만 아니라 10-20%의 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소를 함유하고 있는 배가스를 사용하여도 좋다. 또한 그 투입량은 처리하고자 하는 백탁수의 pH가 4.8-5.5범위내가 되도록 하는 것이 좋은데, 상기 범위를 벗어나면 백탁입자가 효과적으로 제거되지 않기 때문에 바람직하지 않다. 이산화탄소 및 이산화탄소를 함유하는 배가스는 가스홀더, 가스용기 등에 저장하여 현장에서 백탁수에 폭기될 수 있으며, 이는 이 기술분야에서 일반적인 것이다.

상기 이산화탄소(CO₂)는 국제 기후협약등에 의해 앞으로 배출에 많은 규제가 따를 것이고, 현재 배가스에서 이산화탄소(CO₂)를 분리하는 기술이 실용화되어 있으므로 앞으로 저렴하게 공급될 전망이므로 다른 가능한 물질에 앞서 선정하게 된 것이다.

또한 이때 집수조에서 수집한 백탁수에 이산화탄소를 폭기시켜 처리할 수 있으며, 이뿐 아니라 백탁수의 침전물과 상등수를 분리하고 침전물과 상등수 각각에 대하여 이산화탄소를 폭기시켜 상기한 pH범위로 만족시키는 것도 바람직하다.

본 발명에서는 상기한 바와 같이 pH가 높은 백탁수를 이산화탄소로 처리하여 환경에 무해하게 하는데, 먼저 집수조에서 백탁수를 그대로 혹은 여과하여 침전물과 상등수로 분리한 다음 그 각각을 폭기시키면서 이산화탄소를 투입한다. 그 침전물은 대부분 탄산칼슘이며, 이들은 투입하는 이산화탄소로 인하여 Ca(HCO₃)₂로 재용해되게 된다.

이때 방류수의 pH가 4.8-5.5와 같은 강산성이 되나 최종 방류시까지 필요로 하는 추후 공정들을 거치면 다소 중성영역으로 복원되므로 큰 문제를 일으키지는 않을 것으로 여겨진다. 또한 본 발명의 방법에 의해 일단 처리된 간극수는 해수에 재투입하더라도 백탁은 다시 재현되지 않는 잇점을 갖는다.

이하, 본 발명에 대하여 실시예를 통하여 상세히 설명하며, 이는 본 발명을 입증하고자 하는 것으로 본 발명을 이에 한정하려는 의미는 아니다.

실시예 1

슬래그가 대량 사용된 해안연약지반 개량 공사 현장에서 발생한 백탁수를 채취하였다. 현장에서 채취한 백탁수의 pH값을 측정한 결과, 7.98-9.21범위내였다.

본 실험에서는 pH 9.21와 pH 7.98인 두 종류의 백탁수를 사용하였다. 상기 각각의 백탁수를 비이커에 붓고, 여기에 설치된 산기관을 통해 이산화탄소(CO₂)를 폭기시켰다. 이와 동시에 pH값을 계속적으로 측정하여 안정화될 때의 pH값과 그때의 용액의 백색 침전이 재용해되는 현상을 육안으로 관찰한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

현상	pH 7.98인 백탁수의 pH변화	pH 9.21인 백탁수의 pH변화
맑아지기 시작하는 pH값	5.02	5.35
완전히 맑아지고 pH값 더이상 하강하지 않는 pH	4.89	5.26

상기표에서 보듯이, 이산화탄소를 백탁수의 pH가 4.8-5.5범위가 되도록 폭기시키는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.

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또한 이같이 처리된 간극수를 해수에 재투입한 경우에 백탁이 다시 재현되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

상기한 바에 따르면, 이산화탄소를 적절하게 이용하면 제강슬래그 간극수로부터 발생된 백탁입자를 용해시켜 이를 투명한 물로 방류할 수 있다.

Claims (2)

1. 연약지반상부에 배수층을 형성하고 이 배수층위에 재하재층을 형성하여 연약지반내로부터 배출되는 물을 집수조로 수집하여 처리후 방류하는 방법에 있어서,

   상기 배수층 및/또는 재하재층을 제강슬래그로 형성하고,

   상기 집수조에 수집된 백탁수에 이산화탄소 또는 이를 함유하고 있는 배가스를 폭기시켜 처리수의 pH를 4.8-5.5범위로 조절하여 백탁입자가 용해되도록 함을 특징으로 하는 제강슬래그 간극수에 의해 발생하는 백탁입자 제거 방법
2. 제1항에 있어서, 상기 제강슬래그로는 전로 슬래그를 사용함을 특징으로 하는 방법