KR100931665B1 - 타르슬러지 탄소질이 포함된 토양개량재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소의 코크스 생산과정에서 부산물로 얻어지는 타르 슬러지와 제강공정에서 얻어지는 제강 슬래그를 이용하여 산성화된 토양을 식생에 적합하도록 중화할 수 있는 토양개량재를 제조하는 방법에 관한 것으로, 그 구성은 제강슬래그 10-50중량%, 점토 30-50중량%, 타르슬러지 탄화물 10-50중량%를 혼합하고, 그 혼합된 혼합물을 1mm ∼ 2mm 크기로 성형한 후 그 성형된 성형물을 불활성가스 분위기(不活性雰圍氣)하에서 소성하는 것으로 이루어진다.

토양개량재, 제강슬래그, 타르슬러지, 탄소질담체

Description

타르슬러지 탄소질이 포함된 토양개량재 제조방법{Method of preparing carbonaceous material from tar sludge}

본 발명은 제철소의 코크스 생산과정에서 부산물로 얻어지는 타르 슬러지와 제강공정에서 얻어지는 제강 슬래그를 이용하여 산성화된 토양을 식생에 적합하도록 중화할 수 있는 토양개량재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

철광석과 석회석, 코크스를 이용하여 쇳물을 제조하는 제철공정에서는 코크스 생산 및 이용 과정에서 타르가 부산물로 얻어지며, 이러한 타르를 저장하는 타르 침전조 하부에는 슬러지가 침강하여 주기적으로 발생되는데 이를 타르슬러지라 한다.

상기 타르슬러지는 높은 유동도를 가지는 타르 및 화학적으로 안정된 고체입자로 이루어져 그 점도가 높으나, 석탄화학공업의 기초원료로서 사용되는 타르와 달리 내부에 포함된 고체입자로 인하여 그 이용이 제한되어왔으며, 그 제한적 이용방법에는 다음과 같은 기술들이 공지되어 있다.

먼저 연료로서 이용하는 방법인데, 분코크스, 타르슬러지, 활성오니 슬러지, 타르안수 에멀젼 등의 제철소 화성부산물들로 연료를 만들어 고로 송풍구를 통하여 취입하는 방법(일본 공개특허공보 평5-117728), 타르슬러지를 분쇄하고 80 ~ 120℃로 가열하여 산업용로에서 버너로 연소하는 방법(일본 공개특허공보 소55-066992) 등이 알려져 있다.

또 다른 예로서는 원료탄을 분쇄한 후 코크스로에 장입하여 코크스를 제조하기 위하여, 분쇄전의 석탄에 타르슬러지를 첨가하고, 그 후의 분쇄공정에 있어 석탄과 타르슬러지와의 혼합도를 좋게 하여 코크스로 장입탄의 고밀도화를 도모하는 방법(일본 공개특허공보 평4-270790)이 있다.

현재 산업적으로는 단순연료로 이용되는 것이 일반적인데, 환경규제 강화에 따라 앞으로 연료로서의 이용에는 제약이 따를 것으로 판단되며, 동시에 점도가 낮은 타르슬러지를 그대로 장입탄에 섞어 투입할 경우에는 지나치게 많은 휘발분이 건류 도중 많은 기공을 생성시켜 코크스 강도를 저하시킨다는 문제가 있다.

한편 제강공정에서는 용강 중의 불순물을 제거하는 염기성 슬래그가 부산물로서 발생되며 이 슬래그의 주 성분은 산화칼슘과 산화마그네슘 등이다. 또한 상당량의 자유산화칼슘이 포함되어 있어 높은 염기성을 나타낸다. 제강슬래그는 기계적 강도가 크고 화학적으로 안정하지 않아, 지금을 추출한 후의 제강슬래그는 대부분 단순매립되고 있다. 또한 지금추출을 위해 제강슬래그를 파쇄하는 과정에서 발생되는 미세한 제강슬래그는 그 처리가 어려운 실정이다.

이러한 제강슬래그 활용에 대해서는 규산염광석, 유리먼지, 석탄회 등을 첨가하여 소량의 산화칼슘, 수산화칼슘, 수산화나트륨을 가진 수세슬래그를 제조하는 방법(일본 공개특허공보(A) 소61-021794) 등이 있으나 지금 추출 후의 미세한 슬래그에 대해서는 적용할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발면한 것으로서, 그 목적은 심하게 산성화된 토양을 단시간 내에 중화시키고, 또 장기적으로는 혼합된 점토 및 탄소질 담체에 의해 통기성과 통수성, 그리고 미생물 부착이 확보되어 지속적인 토양개량 효과가 얻도록 한 타르슬러지 탄소질이 포함된 토양개량재 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결수단은 타르슬러지 탄소질이 포함된 토양개량재 제조방법은 제강슬래그 10-50중량%, 점토 30-50중량%, 타르슬러지 탄화물 10-50중량%를 혼합하고, 그 혼합된 혼합물을 1mm ∼ 2mm 크기로 성형한 후 그 성형된 성형물을 불활성가스 분위기(不活性雰圍氣)하에서 소성하는 것으로 이루어진다.

그리고 상기 타르슬러지 탄화물은 타르슬러지를 불활성가스 분위기하에서 400℃ ~ 600℃로 1 ∼ 2시간 열처리한 후 1mm ∼ 2mm로 분쇄하여 된 것이고, 상기 성형물의 소성 조건은 800 ∼ 1000℃ 온도로 30분 ∼ 1시간 동안 열처리하는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 제강슬래그, 점토, 타르슬러지 탄화물을 혼합하고, 그 혼합된 혼합물을 미세한 크기로 성형한 후 그 성형된 성형물을 불활성가스 분위기(不活性雰圍氣)하에서 소성처리 함으로서 심하게 산성화된 토양을 단시간 내에 중화시키고, 또 장기적으로는 혼합된 점토 및 탄소질 담체에 의해 통기성과 통수성, 그리고 미생물 부착이 확보되어 지속적인 토양개량 효과를 얻도록 수 있었다.

상기 효과를 달성하기 위한 본 발명의 타르슬러지 탄소질이 포함된 토양개량재 제조방법은 제강슬래그 10-50중량%, 점토 30-50중량%, 타르슬러지 탄화물 10-50중량%를 혼합하고, 그 혼합된 혼합물을 1mm ∼ 2mm 크기로 성형한 후 그 성형된 성형물을 불활성가스 분위기(不活性雰圍氣)하에서 소성하는 것을 요지로 한다.

그리고 상기 타르슬러지 탄화물은 타르슬러지를 불활성가스 분위기하에서 400℃ ~ 600℃로 1 ∼ 2시간 열처리한 후 1mm ∼ 2mm로 분쇄하여 된 것이고, 상기 성형물의 소성 조건은 800 ∼ 1000℃ 온도로 30분 ∼ 1시간 동안 열처리하는 것이다.

상기와 같은 본 발명은 미세한 제강슬래그 분말을 이용하여 급속한 토양중화효과를 얻고, 점토를 이용하여 제강슬래그 입자들이 비산되지 않고 토양에 적절히 안치되도록 하며, 타르슬러지에 의하여 생성된 탄소질 및 토양개량재에 포함된 기공에 의해 유익한 토양미생물의 서식거점과 통기성 및 통수성이 확보되도록 하는 것이다.

상기에서 사용되는 타르슬러지는 타르 침전조에서 발생된 것으로서 타르성분 70%, 고형분 30%이며, 고형분의 97% 이상이 0.5mm 이하 입도를 가진다. 고형분의 대부분은 미세한 코크스이며 일부는 미세한 석탄입자일 수 있다.

상기 타르슬러지에 큰 고형 입자가 포함될 수 있으므로 본 발명이 목적하는 용도에 따라 1mm 이하로 적절하게 파쇄되어 입도 조절되는 것이 바람직하다. 소규모로는 볼밀 등을 이용할 수 있으며, 좀 더 큰 규모에서는 롤밀이나 진동밀 등을 적용할 수 있다.

상기 타르슬러지의 약 70%는 타르이므로 별도의 미디어는 필요하지 않으나 분쇄조작 중의 발열 등에 의한 발화 및 산화 방지에 대하여는 일반적인 유기용매 취급규정을 준수할 필요가 있다.

고형입자가 1mm 이하로 분쇄된 타르슬러지는 용기 하부로부터 질소나 아르곤 같은 불활성기체를 불어 넣으며 가열할 수 있는 반응기에 넣어 열처리한다. 더욱 바람직하게는 열처리 중 기계적 연속 교반이 가능한 반응조를 이용할 수 있다. 열처리 온도는 400℃ 내지 600℃, 열처리 시간은 1시간 내지 2시간이 적합하며, 열처리한 후 1mm ∼ 2mm로 분쇄하여 분체화한다.

상기 400℃에서 1시간 이하의 조건에서는 불완전한 탄화가 발생되며, 600℃에서 2시간 이상의 조건에서는 과다한 에너지 사용 및 공정 시간이 문제가 된다. 탄소질 담체의 크기는 최종적인 토양개량재의 크기와 어울리는 1mm ∼ 2mm가 바람직하다.

이와 같이 제조된 탄소질 담체는 농업용, 원예용, 요업용 점토 및 미세한 제강슬래그와 혼합된다. 저렴한 공급과 원활한 수급이 가능하고 본 발명의 목적에 부합하는 점착성과 가소성을 가진 점토는 그것이 농업용 또는 토양개량용으로 쓰일 수 있을 경우 모두 허용된다. 점토는 미세한 제강슬래그 및 탄소질 담체가 비산하지 않도록 고정하는 역할과 함께 제강슬래그의 용출속도를 조절하는 기능을 제공한다.

제강슬래그는 10-50중량%, 점토는 30-50중량% 범위 내에서 그 양을 조절할 수 있으며 나머지 분량은 탄소질 담체이다. 제강슬래그 분율이 10중량% 미만이면 장기적인 중화효과를 기대하기 어려우며 50중량% 초과시에는 성형성 저하 및 소성 후 강도저하로 불리하다. 또 상기 점토의 양이 30중량% 미만일 경우에는 성형성이 불량하고 50중량% 초과시에는 목적하는 토양개량재의 효과가 저하된다.

제강슬래그와 점토의 양을 합한 양의 나머지가 탄소질 담체의 양이다. 다시 말해 제강슬래그 30중량%, 점토 50중량%인 경우 탄소질 담체의 양은 20중량%로 결정된다. 그러나 사용되는 탄소질 담체의 양을 우선 결정하고 성형성 등을 고려해 제강슬래그 및 점토의 사용량을 결정할 수도 있다. 어떤 경우이건 각 원료의 사용비율은 상기한 중량% 범위 내로 정하는 것이 최적의 토양개량재 제조를 보장한다.

혼합 비율이 결정된 제강슬래그와 탄소질 담체, 그리고 점토를 혼합하고 1mm ∼ 2mm로 성형한 다음 질소나 아르곤 등과 같은 불활성분위기 중에서 800 ∼ 1000℃ 온도로 30분 ∼ 1시간 동안 소성하여 토량개량재를 제조한다. 토양개량재의 형상은 직경이 1mm ∼ 2mm인 구상이 가장 바람직하지만 토양과의 상성에 문제가 될 과다한 종횡비를 가지지 않는 범위 내에서는 그 형상이 특별히 제한되지는 않는다. 따라서 압출성형이나 진동 성형 같은 방법을 사용할 수 있다.

상기 소성 조건이 800℃에서 30분 미만일 경우에는 충분한 강도를 얻지 못할 수 있으며, 1000℃에서 1시간 초과에서는 제조 비용이 커지고 제조 시간이 늘어나서 불리하다. 한편 산소가 포함된 소성 분위기에서는 탄소질 담체가 연소 되므로 불활성분위기를 사용함이 바람직하다.

이하 본 발명을 실시 예 및 비교 예를 를 통하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

하기 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명이 이 실시 예에 국한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

제강슬래그 20중량%, 점토30중량% , 타르슬러지 탄화물 50%를 혼련한 후 펠렛(pellet)상으로 제조하고 1000℃, 질소 분위기에서 30분 소성한 토양개량재를 토양산도(pH) 4.0의 극도로 산성화된 토양에 10중량% 혼합하고 그 혼합물의 10중량%에 해당하는 증류수를 더 포함하여 다시 혼합하였다. 12시간 후 측정한 토양 산도는 5.1로서, 중화능이 확인되었다.

[실시예 2]

제강슬래그 30중량%, 점토40중량% , 타르슬러지 탄화물 30%를 혼련한 후 펠렛(pellet)상으로 제조하고 900℃, 질소 분위기에서 30분 소성한 토양개량재를 토양산도(pH) 4.0의 극도로 산성화된 토양에 10중량% 혼합하고 그 혼합물의 10중량%에 해당하는 증류수를 더 포함하여 다시 혼합하였다. 12시간 후 측정한 토양산도는 6.2로서 중화능이 확인되었다.

[실시예 3]

제강슬래그 40중량%, 점토50중량% , 타르슬러지 탄화물 10%를 혼련한 후 펠렛(pellet)상으로 제조하고 800℃, 질소 분위기에서 30분 소성한 토양개량재를 토양산도(pH) 4.0의 극도로 산성화된 토양에 10중량% 혼합하고 그 혼합물의 10중량%에 해당하는 증류수를 더 포함하여 다시 혼합하였다. 12시간 후 측정한 토양산도는 7.7로서 중화능이 확인되었다.

[비교예 1]

제강슬래그 20중량%, 점토30중량% , 타르슬러지 탄화물 50%를 혼련한 후 펠렛(pellet)상으로 제조하고 700℃, 질소 분위기에서 30분 소성한 결과 소성체 강도가 약해 일부 입자가 비산 되었다.

[비교예 2]

제강슬래그 30중량%, 점토40중량% , 타르슬러지 탄화물 30%를 혼련한 후 펠렛(pellet)상으로 제조하고 700℃, 질소 분위기에서 30분 소성한 결과 소성체 강도가 약해 일부 입자가 비산 되었다.

[비교예 3]

제강슬래그 40중량%, 점토50중량% , 타르슬러지 탄화물 10%를 혼련한 후 펠렛(pellet)상으로 제조하고 700℃, 질소 분위기에서 30분 소성한 결과 소성체 강도가 약해 일부 입자가 비산 되었다.

이상에서와 같이 본 발명은 산성화된 토양을 단시간 내에 중화하는 효과를 얻을 수 있었고, 장기적으로는 혼합된 점토 및 탄소질 담체에 의해 통기성과 통수성 그리고 미생물 부착이 확보되어 지속적인 토양개량 효과가 얻어지는 장점이 있 다.

Claims (3)

1. 제강슬래그 10-50중량%, 점토 30-50중량%, 타르슬러지 탄화물 10-50중량%를 혼합하고, 그 혼합된 혼합물을 1mm ∼ 2mm 크기로 성형한 후 그 성형된 성형물을 불활성가스 분위기(不活性雰圍氣)하에서 소성하고,

   상기 타르슬러지 탄화물은 타르슬러지를 불활성가스 분위기하에서 400℃ ~ 600℃로 1 ∼ 2시간 열처리한 후 1mm ∼ 2mm로 분쇄하여 된 것임을 특징으로 하는 타르슬러지 탄소질이 포함된 토양개량재 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 성형물의 소성 조건은 800 ∼ 1000℃ 온도로 30분 ∼ 1시간 동안 열처리하는 것임을 특징으로 하는 타르슬러지 탄소질이 포함된 토양개량재 제조방법.