KR100807104B1

KR100807104B1 - 가연성 폐기물을 연소하여 생긴 탄산가스를 이용한순환골재의 석회성분 제거 방법

Info

Publication number: KR100807104B1
Application number: KR1020070007756A
Authority: KR
Inventors: 임정빈
Original assignee: 임정빈
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-02-26

Abstract

본 발명은 수산화나트륨, 탄산나트륨이 1∼3％ 함유한 세척수에 연소 가능한 폐기물을 연소하였을 때에 발생되는 탄산가스를 공급하여 순환골재의 석회성분과 세척수에 녹아 있는 나트륨과 결합된 탄산성분과 반응하여 순환골재의 석회성분을 제거하는데 사용할 수 있는 석회성분이 없는 순환골재를 생산하는 방법으로,

더욱 상세하게는 순환골재의 석회성분을 제거하기 위하여 수산화나트륨, 탄산나트륨이 1∼3％ 함유한 세척수에 연소 가능한 폐기물을 연소하였을 때에 발생되는 탄산가스를 공급하여 순환골재의 석회성분과 세척수에 녹아 있는 나트륨과 결합된 탄산 성분과 반응하여 순환골재의 석회성분을 제거하도록 한 과정에서, 사용한 세척수를 다시 재활용할 수 있는 세척수로 만들기 위하여는 재활용 세척수가 순환골재의 석회성분과 세척수에 녹아 있는 나트륨과 결합된 탄산성분이 또 다시 석회성분이 있는 순환골재의 세척 과정에서 순환골재의 석회성분과 세척수에 녹아 있는 나트륨과 결합된 탄산성분이 반응할 수 있도록 하기 위하여는 연소 가능한 폐기물을 연소하였을 때에 발생되는 탄산가스를 다시 세척수에 공급하므로서 순환골재의 석회성분과 세척수에 녹아 있는 나트륨과 결합된 탄산성분이 반응하여 석회성분이 없는 순환골재를 생산하면서 세척수를 연속적으로 사용하는 순환골재를 생산하는 방법이다.

이러한 본 발명에는 수산화나트륨, 탄산나트륨이 1∼3％ 함유한 세척수를 만들기 위해서는 순도가 높은 수산화나트륨, 탄산나트륨의 화학물질을 사용할 수도 있지만, 수산화나트륨, 탄산나트륨이 함유된 규산나트륨을 점결제로 사용한 폐주물사를 사용하여 공급할 수 있는 순환골재를 생산하는 방법이다.

가연성 폐기물 연소, 탄산가스, 폐콘크리트, 폐주물사

Description

가연성 폐기물을 연소하여 생긴 탄산가스를 이용한 순환골재의 석회성분 제거 방법{omitted}

도면 1 본 발명의 방법으로 탄산나트륨, 수산화나트륨이 함유한 세척수를 이용한 순환골재를 생산하는 공정도.

도면 2 본 발명의 방법으로 폐주물사를 이용한 순환골재를 생산하는 공정도

일반적으로 순환골재는 재생골재라고도 불리며 건축 폐기물이나 폐 콘크리트를 파쇄하고 선별하여 재사용할 수 있도록 제조된 골재를 말하는 것이다.

시멘트 원료는 석회석과 점토이며, 약 1400도에서 소성하여 얻어지는 것이데, 그 주성분은 산화칼슘이다.

콘크리트는 토목, 건축 재료로서 잔골재, 굵은 골재 등의 골재와 시멘트와 물을 혼합하여 무기물질인 고체화된 것을 말하는 것인데, 시멘트가 물과 반응하여 시멘트의 주성분인 산화칼슘이 수산화칼슘을 생성하기 때문에 강한 알카리성(pH 12∼13)을 나타낸다.

폐콘크리트를 파쇄 후에 입도 분리를 통하여 순환골재를 생산하는데, 순환골재의 주성분은 콘크리트의 주성분인 골재와 수산화칼슘이므로, 우량 골재의 조건인 밀도, 흡수율 등이 만족하지 못하기 때문에 순환골재의 사용 용도에 제약이 많아 구조용 골재로 사용되지 못하고 주로 성토용 등 저가의 원료로 사용되고 있다.

폐콘크리트의 주성분 중에 골재에 부착된 수산화칼슘를 효과적으로 제거하기만 한다면 천연 골재와 유사한 용도인 구조용 골재로 사용할 수 있게 된다.

천연골재와 유사한 용도로 사용할 수 있다면 순환골재의 이용범위는 크게 확 대될 것이고, 매립 등으로 인한 매립지 부족난 해소, 환경오염원의 원천적 제거가 가능하며, 궁극적으로 국내 부족한 골재자원의 확대효과와 부가가치 창출 효과를 기대된다.

그동안 국내에서 개발 및 시행되고 있는 기술들을 살펴보면, 국내에서는 파쇄 후 입도 분리를 통하여 순환골재를 생산하고 있으며, 이러한 기술은 대량 생산이 가능하다는 장점이 있으나 순환골재에 부착된 수산화칼슘 제거가 효과적으로 이루어지지 않아 구조물용 골재로서의 사용이 곤란한 문제점이 있었다

이러한 문제점을 개선하기 위하여 국내 특허 등록된 탄산가스를 이용한 순환골재의 석회성분 제거방법 및 그 장치(등록번호 10-0527832)에서 세척수에 탄산가스를 공급하여 순환골재에 부착된 수산화칼슘을 제거하는 특허가 등록되어 있으나, 순환골재에 부착된 수산화칼슘을 세척수에 용해되어야 탄산가스와의 반응을 유도할 수 있는데 , 수산화석회는 세척수 1리터당 0.82그람 밖에 용해되지 않아 순환골재에 부착된 수산화석회를 제거하려면 상당히 많은 세척수가 필요하게 되며, 순환골재 생산과정에서 세척시간이 오래 걸리는 결점이 있었다.

외국에서는 300℃의 열을 가한 후 골재에 물리적인 충격을 가하여 골재를 생산하는 방법, 밀봉된 수조에 골재를 채운 후 진공,감압을 통하여 재생골재 내부로 수분을 완전히 침투시킨 후 콘크리트용 골재로 사용하는 방법, 회전식 드럼에 골재를 투입하여 그럼을 회전시켜 골재 표면에 부착된 몰타르를 제거하는 방법등 다양한 방법이 개발 및 시도되고 있다.

본 발명은 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 순환골재를 생산하면서 연소 가능한 폐기물을 연소할 때 발생하는 탄산가스를 탄산나트륨, 수산화나트륨이 함유한 세척수에 공급하여 순환골재에 부착된 수산화칼슘를 제거할 때에 세척수의 양을 상당히 줄이므로서 석회성분이 없는 순환골재를 생산하는 방법을 목적으로 한다.

순환골재에 부착된 수산화칼슘를 제거하기 위하여 순환골재를 세척하는 물에 [반응식 1] 과 같이 연소 가능한 폐기물을 연소하는 과정에서 발생하는 탄산가스를 세척수에 공급하여 순환골재에 부착된 수산화칼슘와 탄산가스와 화학반응이 일어나므로서 순환골재에 부착된 수산화칼슘가 탄산칼슘로 변환되어 변환된 탄산칼슘이 물에 불용상태로 되므로 순환골재에 부착된 수산화칼슘이 분리되어 석회성분이 없는 순환골재가 생산하게 된다.

그렇지만, 순환골재에 부착된 수산화칼슘은 순환골재 총무게에 10∼15％ 존재한다.

수산화칼슘은 세척수 1리터당 0.82그람 밖에 녹지 않고, [반응식 2] 와 같은 탄산가스는 세척수 1리터당 20도에서는 0.88리터, 40도에서는 0.53리터 밖에 녹지 않는다.

순환골재에 부착된 수산화칼슘을 제거하기 위해서는 [반응식 3] 과 같이 순환골재에 부착된 수산화칼슘이 세척수에 녹아야하고, 탄산가스도 세척수에 녹아야 반응이 일어나 석회성분이 없는 순환골재를 생산할 수 있다.

순환골재에 부착된 수산화칼슘이 순환골재 총무게에 10∼15％ 존재하기 때문에 수산화칼슘이 없는 순환골재를 생산하기 위해서는 수산화칼슘이 물에 용해된 상태를 유지하여야 탄산가스와 화학반응이 일어날 수가 있다. 또한 탄산가스도 물에 용해된 상태를 유지하여야 수산화칼슘과 화학반응이 일어날 수가 있다.

수산화칼슘과 탄산가스가 물 1리터당 용해될 수 양이 너무나 적기 때문에 용해시킬 세척수의 양이 순환골재 부피의 300∼500배가 필요하기 때문에 상당히 많은 양이 필요하게 된다.

위와 같은 반응은 아래와 같이 일어나게 된다.

[반응식 1]

C + O₂ → CO₂

[반응식 2]

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

[반응식 3]

Ca(OH)₂ + H₂CO₃ → CaCO₃ +2H₂O

본 발명은 위와 같은 수산화칼슘과 탄산가스의 용해할 수 있는 양이 작기 때문에 세척수의 양이 순환골재 부피의 300∼500배가 필요하게 되므로 세척수의 양을 줄일 수 있는 방법을 강구하게 되었다.

순환골재에 부착된 수산화칼슘과 화학반응이 일어 날 수 있는 탄산나트륨을 세척수에 용해시키므로써 수산화칼슘과 탄산나트륨의 화학반응 속도를 높일수가 있 었다.

탄산나트륨은 물 1리터당 0도에는 71그람 용해되며, 100도에서는 455그람 용해된다. 따라서, 수산화칼슘이 물에 용해되는 양과 비교하여 보면 거의 100∼500배 물에 용해되기 때문에 탄산나트륨을 사용하지 않았을 때의 세척수의 양을 탄산나트륨을 사용하였을 때에는 세척수의 양을 그 비율만큼 줄일 수가 있다.
위와 같은 화학반응은 아래와 같다.

[반응식 4]

Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ +2NaOH

화학반응이 일어나게 되면 탄산칼슘은 물에 불용하게 되어 침전되고, 세척수 내에는 생성물인 수산화나트륨이 녹아 있게 된다.

수산화나트륨은 물 1리터당 0도에는 420그람 용해되며, 100도에는 3470그람 용해되므로 세척수에 수산화나트륨이 용해된 상태로 유지하게 된다.

수산화나트륨은 탄산나트륨보다 물에 용해되는 양이 많아 세척수 내에서는 침전이 절대 일어 날 수가 없고, 세척수내에서 용해된 상태로 유지하게 된다.

수산화나트륨은 순환골재에 부착된 수산화칼슘과는 화학반응이 없으므로, 수산화나트륨이 순환골재에 부착된 수산화칼슘과 화학반응이 일어 날 수 있는 탄산나트륨으로 변화시켜야 한다.

수산화나트륨은 물 1리터당 0도에는 420그람 용해되며, 100도에는 3470그람 용해되므로 연소 가능한 폐기물을 연소할 때 발생하는 탄산가스를 순수한 물로 세 척수로 할 때, 그 세척수에 투입하였을 때에 탄산가스는 세척수 1리터당 20도에서는 0.88리터, 40도에서는 0.53리터 밖에 녹지 않는것 보다는 물 1리터당 0도에는 420그람 용해되며, 100도에는 3470그람 용해될 수 있는 수산화나트륨이 녹아 있는 세척수에서 세척수와 탄산가스가 화학반응이 500∼2000배 일어난다.

일어나는 [반응식 5] 와 같이 된다.

[반응식 5]

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂

세척수에는 순환골재에 부착된 수산화칼슘과 탄산나트륨과의 화학반응이 끝나면 탄산칼슘은 물에 불용되어 침전되고 세척수에는 물에 용해된 수산화나트륨이 있게 된다.

세척수에 용해된 수산화나트륨에 연소 가능한 폐기물을 연소할 때 발생하는 탄산가스를 세척수에 투입하여 수산화나트륨과 탄산가스와의 화학반응을 시켜 탄산나트륨으로 생성하게 하여 [반응식 5] 또 다시 순환골재에 부착된 수산화칼슘과 탄산나트륨과의 화학반응을 시키게 함으로 세척수를 연속적으로 재 활용, 재 이용할 수가 있다.

규산나트륨을 점결제로 쓰는 주물사에는 규산나트륨에 의해 수산화나트륨, 탄산나트륨으로 변환된 폐주물사로 바뀌게 된다.

이 폐주물사는 다시 주물사로 재활용되는 것이 아니고, 일반 흙이나, 재생골재 등과 50％ 혼합하여 성토재로 활용할 뿐이다.

폐주물사에 남아 있는 성분이 탄산나트륨, 수산화나트륨이기 때문에 폐콘크리트 분쇄할 때에 폐주물사를 폐콘크리트의 무게 대비 1∼5％ 혼합하여 폐콘크리트와 같이 분쇄 후 세척수로 세척하는 과정에서 폐주물사에 남아 있는 성분인 탄산나트륨, 수산화나트륨이 물에 용해되어 자연히 세척수 내에는 1∼3％ 탄산나트륨, 수산화나트륨이 녹아 있는 세척수로 되기 때문에 위에서 설명한 것과 같이 폐콘크리트에 부착되어 있는 수산화칼슘과 화학반응을 일으켜서 칼슘성분이 없는 순환골재를 생산할 수가 있다.

본 발명은 순한골재를 생산과정에서 연소가능한 폐기물을 연소할때에 발생하는 탄산가스를 탄산나트륨, 수산화나트륨이 용해된 세척수에 공급하므로서 순환골재에 부착되어 있는 석회성분를 제거하여 재활용할 수 있는 천연 모래화도는 순환골재를 생산하여 콘크리트용 골재에 적합한 골재를 생산 할 수 있도록 한다.

규산나트륨을 점결제로 사용된 폐주물사를 순환골재를 생산하는 보조제로 활용하여 폐주물사의 재활용 범위를 넓힐수 있다.

Claims

폐 콘크리트를 투입하여 파쇄하고 이물질을 선별하여 입도 별로 순환골재를 생산함에 있어서.

순환골재를 공급하는 과정과;

연소 가능한 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 세척수 내에 공급하는 과정과;

세척수 내에 1∼3％의 탄산 나트륨, 수산화나트륨이 용해시켜 공급하는 과정과;

석회성분이 있는 순환골재에 1∼3％의 탄산 나트륨, 수산화나트륨이 용해된 세척수로 세척하는 과정과;

반응이 일어난 후에 석회성분이 없는 순환골재와 세척수를 분리하는 과정과;

분리한 세척수를 연속적으로 연소 가능한 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 공급하여 또 다시 화학반응이 일어 날 수 있는 세척수를 공급하는 과정과;

이 과정을 반복하여 석회성분이 제거된 순환골재를 얻어짐을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 순환골재의 석회성분 제거방법
폐 콘크리트를 투입하여 파쇄하고 이물질 선별하여 입도 별로 순환골재를 생산함에 있어서.

순환골재를 공급하는 과정과;

폐 주물사를 순환골재의 무게 대비 1∼5％를 공급하는 과정과;

연소 가능한 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 세척수 내에 공급하는 과정과;

석회성분이 있는 순환골재와 폐 주물사를 순환골재의 무게 대비 1∼5％를 공급된 폐 주물사를 세척수로 세척하는 과정과;

반응이 일어난 후에 석회성분이 없는 순환골재와 세척수를 분리하는 과정과;

분리한 세척수를 연속적으로 연소 가능한 폐기물을 연소하여 발생되는 탄산가스를 공급하여 또 다시 화학반응이 일어 날 수 있는 세척수를 공급하는 과정과;

이 과정을 반복하여 석회성분이 제거된 순환골재를 얻어짐을 특징으로 하는 탄산가스를 이용한 순환골재의 석회성분 제거방법