KR100997251B1 - 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄 - Google Patents

광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄 Download PDF

Info

Publication number
KR100997251B1
KR100997251B1 KR1020100045038A KR20100045038A KR100997251B1 KR 100997251 B1 KR100997251 B1 KR 100997251B1 KR 1020100045038 A KR1020100045038 A KR 1020100045038A KR 20100045038 A KR20100045038 A KR 20100045038A KR 100997251 B1 KR100997251 B1 KR 100997251B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sludge
coal
mine drainage
content
briquette
Prior art date
Application number
KR1020100045038A
Other languages
English (en)
Inventor
권현호
성유현
오세강
Original Assignee
한국광해관리공단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국광해관리공단 filed Critical 한국광해관리공단
Priority to KR1020100045038A priority Critical patent/KR100997251B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100997251B1 publication Critical patent/KR100997251B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/121—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/46—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on sewage, house, or town refuse
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/30—Pressing, compressing or compacting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/32—Molding or moulds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

본 발명은 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄에 관한 것으로서, 이는 일반폐기물로 분류되는 석탄 광산배수의 슬러지를 연탄에 재활용함으로써 폐기물 처리를 위한 부지확보, 운반 등에 따른 비용소모의 문제점을 감소시킴과 동시에 연탄 생산량의 증대에 일조하기 위한 것이다. 또한 종래와 같이 그 슬러지를 완전 연소 시킨 후 매립할 필요가 없음에 따라 침출수와 분진 발생 등의 2차 오염원인을 제거할 수 있다. 이를 위해 본 발명은, 광산배수 슬러지가 뭉치지 않도록 일정시간 간격으로 뒤섞으면서 건조시키는 제1 단계와; 건조된 광산배수 슬러지의 입자를 균일화하는 제2 단계와; 원탄에 균일화된 광산배수 슬러지를 첨가한 혼합물을 제조하는 제3 단계와; 상기 혼합물을 연탄 성형틀에 투입 후 가압하는 제4 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄{METHOD FOR MANUFACTURING BRIQUETTE USING SLUDGE OF MINE DRAINAGE IN ADDITIVES TO RECYCLE RESOURCES AND BRIQUETTE MANUFACTURED BY THIS}
본 발명은 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광산개발에 따라 발생되는 슬러지와 찌꺼기들을 일반폐기물로 매립비용을 들여 처리하는 문제점과 매립후 침출수 발생 등의 2차 오염이 야기되는 등의 문제점을 해소하기 위해, 그 슬러지를 연탄 첨가물질로 재활용함으로써 연탄 제조 원가 절감 및 석탄 사용량을 감소시킴과 동시에 광산개발에 의해 발생된 오염물질인 슬러지의 친환경적인 처리를 가능하게 하는 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄에 관한 것이다.
일반적으로 광산이라함은 광물자원을 개발하는 작업이 실행되는 장소, 광석을 채굴하는 장소뿐만 아니라 선광, 제련 등이 이루어지는 작업장을 의미한다. 광산은 채굴되는 광물의 성질에 따라 크게 석탄광과 일반광으로 대별되며 일반광은 금속광과 비금속광으로 구분된다.
그런데 채굴작업이 진행중인 광산이나 폐광된 광산으로부터 배출되는 수분에는 다량의 중금속 성분이 함유되어 있거나 갱도와 채굴갱내에 산소의 유입과 물에 의한 광상의 산화로 수분이 pH4~pH6 이하의 산성을 띄고 있어, 광산배수가 강우 등에 의해 인근의 지하수를 오염시키고 주변 토양을 오염시키는 주요 원인이 될 뿐만 아니라 경작지에서 생산되는 농작물에 대한 오염을 간접적으로 유발시켜 결과적으로 사람과 동식물에 피해를 주고 있음에 따라, 광산배수의 정화처리를 위한 각종 시설물들이 사용되고 있으며 그 광산배수 정화 후에는 일반폐기물로 분류되는 슬러지가 남게 된다.
그런데 상기와 같은 광산배수 폐기물 슬러지는 야적장이나 매립지 등에 방치되는 것이 대부분이므로, 이를 위한 별도의 부지, 운반기기, 인력 등이 확보되어야 하고 이는 결과적으로 슬러지 처리비용과 인력을 낭비하게 하는 요인이 되는 한편, 국토 면적이 적은 국내 실정 등을 고려할 때 보다 효용 가치가 있는 광산 폐기물 슬러지의 재활용 처리기술을 개발하는 것이 필요하다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광산배수 슬러지 폐기물 처리를 위한 부지확보, 운반기기, 인력 준비 등의 비용소모적인 측면을 줄일 수 있으면서도 연탄제조 원가 절감과 슬러지 처리비용 감소에 일조할 수 있는 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 광산배수 슬러지가 뭉치지 않도록 일정시간 간격으로 뒤섞으면서 건조시키는 제1 단계와; 건조된 광산배수 슬러지의 입자를 균일화하는 제2 단계와; 원탄에 균일화된 광산배수 슬러지를 첨가한 혼합물을 제조하는 제3 단계와; 상기 혼합물을 연탄 성형틀에 투입 후 가압하는 제4 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 제1 단계를 거쳐 건조된 광산배수 슬러지의 수분함량은 10%이하인 한편, 상기 혼합물은 원탄 94중량% 이상과 광산배수 슬러지 6중량% 이하로 이루어지며, 상기 제3 단계에서는 상기 혼합물 100중량부에 대하여 유가 금속이 회수된 광미 2~6중량부가 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄은 광산배수 슬러지 폐기물을 첨가물로 하면서도 기존 연탄과 비교하여 발열량이나 회융점이 뒤떨어지지 않도록 함으로써 그 폐기물 처리에 따른 부지확보, 운반장비 동원, 인력 동원 등의 비용과 슬러지 자체의 처리비용을 절감할 수 있는 친환경적 처리기술이다.
또한 종래와 같이 광산배수 슬러지를 완전 연소 시킨 후 매립할 필요가 없음에 따라 침출수와 분진 발생 등의 2차 오염원인을 제거할 수 있다.
추가로 연탄 자체의 성형과 점결성 유지를 위한 기존 황토의 대체 물질로 활용될 수 있어 연탄 제조 비용의 절감과 지속적인 폐기물 재활용 효과가 있다.
이하, 분석 데이터를 참조로 하여 본 발명에 따른 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 연탄 제조방법은 기본적으로 광산배수 슬러지가 뭉치지 않도록 일정시간 간격으로 뒤섞으면서 건조시키는 제1 단계와, 건조된 광산배수 슬러지의 입자를 균일화하는 제2 단계와, 원탄에 균일화된 광산배수 슬러지를 첨가한 혼합물을 제조하는 제3 단계와, 혼합물을 연탄 성형틀에 투입 후 가압하는 제4 단계로 이루어진다.
우선적으로 광산배수 슬러지가 원탄과 함께 연탄의 재료로 사용되기에 적합한지의 여부를 파악하기 위해 이의 물리·화학적 특성을 살펴보기로 한다.
(1) 광산배수 슬러지의 pH 특성
광산배수 슬러지의 년도별 및 계절별 pH 변화를 측정하고자 2년에 걸쳐 분기별 측정값을 [표 1]에 나타내었다.
전기정화공정을 이용하여 광산배수를 처리하는 함백광산의 슬러지 pH 범위는 08년도 8.2 ~ 8.9, 09년도는 7.5~8.0로 측정되었다.
물리화학적 처리공정인 함태광산의 pH 범위는 08년도는 7.9~8.8, 09년도는 7.6 ~ 8.1의 측정값을 나타내고 있다.
08년과 09년의 전체적인 pH값은 년도 및 계절에 관계없이 일정한 수준의 알카리성을 유지함을 알 수 있다.
광산배수 슬러지의 pH 값
구 분 함백광산 (전기정화공정) 함태광산 (물리,화학처리공정)
2009년 2008년 2009년 2008년
겨울 7.6 8.4 7.8 8.5
봄 7.5 8.2 7.6 7.9
여름 8.0 8.9 8.1 8.8
가을 7.8 8.2 8.0 8.0
(2) 광산배수 슬러지의 작열감량 특성
광산 슬러지의 년도별 계절별 작열감량 측정결과는 [표 2]과 같다.
전기정화 공정을 이용하여 광산배수를 처리하고 있는 함백광산의 작열감량 측정값이 08년의 결과치는 17.8~19.6 wt.%, 09년도의 경우 14.4~20.7 wt.%의 값이 도출되었다.
물리화학적 처리공정을 적용하고 있는 함태광산은 중화제인 소석회[Ca(OH)2] 등의 약품을 주입하는 공정으로 함태광산의 슬러지의 작열 감량은 08년은 28.5~30.9wt.% 09년 18.8 ~ 23.2 wt.%로 측정되엇다.
함태광산 슬러지의 작열감량은 08년에 비해 09년은 약 10%가 더 낮은 결가치를 보이고 있다. 그리고 함백광산과 비교에서도 더 높은 수치를 나타낸다.
이러한 원인은 중화제로 사용되는 소석회 성분상 수산기(OH)형태에서 산화물 형태(CaO)로의 치환과정에서 H2O성분의 감량이나 운영과정에서의 약품 투입 등에 의한 영향으로 사료된다.
그리고 작열감량(loss-on-ignition)이 일반적으로 CO2, 결정수와 같은 휘발성분 및 유기물로 이루어진 점 등을 감안한다면, 광산별 슬러지 주요 구성성분 가운데 Fe(OH)3, Ca(OH)2, CaCO3 등으로 존재하는 형태에서 산화물 형태로 치환되는 정도를 파악하는 주요인자로 활용할 수 있다.
광산 슬러지의 년도별·계절별 작열감량 측정결과(단위: wt,%)
구 분 함백광산 (전기정화공정) 함태광산 (물리,화학처리공정)
2009년 2008년 2009년 2008년
겨울 20.0 18.9 21.8 28.5
봄 14.4 19.6 19.7 29.7
여름 20.7 17.8 18.8 30.9
가을 17.5 18.4 23.2 18.4
(3) 광산배수 슬러지의 수분함량 특성
광산별 슬러지의 수분함량 측정결과는 [표 3]에 나타내었다.
수분 함량은 광산별, 년도별, 시기별 측정값에서 60%~70%의 결과값이 도출되었고 수처리 공정의 최종단계인 탈수단계를 거쳐 슬러지 집하장소에서 적치 시간의 차이에 따라 수분함량이 다르게 나타날 수 있다.
광산배수 슬러지의 수분함량 측정값(단위: wt,%)
구 분 함백광산 (전기정화공정) 함태광산 (물리,화학처리공정)
2009년 2008년 2009년 2008년
겨울 60.2 74.3 71.2 64.5
봄 60.6 71.1 72.2 65.1
여름 63.8 73.4 57.9 58.7
가을 73.7 75.3 65.9 61.8
(4) 광산배수 슬러지의 입도 분포도
[표 4]에서와 같이 함백광산의 전기정화 슬러지의 09년 봄 평균 입자크기 (d50)는 10.977, 여름 입자크기(d50)는 6.726, 가을(d50)는 7.54, 겨울(d50)는 10.563으로 나타났고, 08년도 봄 평균 입자크기 (d50)는 19.86, 여름 입자크기(d50)는 11.64, 가을(d50)는 10.26, 겨울 입자크기 (d50)는 16.045의 값을 보여준다.
함태광산의 슬러지의 09년 봄 평균 입자크기 (d50)는 4.701, 여름 5.250, 가을(d50)는 3.58, 겨울 10.155으로 나타났고, 08년도 봄 평균 입자크기 (d50)는 10.836, 여름 8.168, 가을(d50)는 9.05, 겨울 19.268의 결과로 각각 나타났다.
광산배수 슬러지의 입도 분포도(단위: ㎛)
구 분
 봄
 여름 겨울 가을
2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년
함태 4.701 10.836 5.250 8.168 10.15 19.268 3.98 9.05
함백 10.977 19.86 6.726 11.64 10.56 16.045 7.54 10.26
(5) 광산배수 슬러지의 전함량 특성
전함량 분석은 소량의 슬러지 시료를 취하여 고주파 마이크로웨이브 시스템(High Device/ETHOSPLUS/MILESTONE) 기장비에 넣고 각각의 용기에 HNO3:HF를 2:1(8㎖:4㎖)로 취하여 45분 동안 180℃에서 반응시킨 후, 테플론 분해 용기(Teflon digestion vessel)에 증류수를 이용하여 시료액을 넣고 증발시킨다.
모두 증발된 것을 HNO3 10㎖와 소량의 증류수를 첨가한 후 30분 동안 다시 가열한 후에 HCl 5㎖를 첨가하고 다시 가열 시킨다.
마지막으로 아질산 흄(fume)을 충분히 날린 뒤 5B 필터 페이퍼로 여과 후 슬러지 주요 성분 및 중금속 함량을 ICP-AES(OPTIMA5300DV/PerkinElmer) 및 AAS(Spectra2000)로 측정하였으며, 그 결과는 [표 5] 및 [표 6]과 같다.
함백 광산배수 슬러지의 전 함량(ND : Not detected)
구분

 함백광산(전기정화공정)
봄 여름 가을 겨울
2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년
SiO2 0.09 1.21 0.07 3.54 0.97 0.51 0.12 0.15
Al2O3 0.04 0.47 0.04 0.31 0.32 0.83 0.03 1.05
Fe2O3 85.68 65.2 61.92 70.8 70.3 62.7 84.20 66.4
CaO 2.15 10.9 0.13 6.52 2.90 14.1 1.92 11.3
MgO 0.13 0.99 0.01 0.37 0.25 2.32 0.12 1.12
Na2O ND 0.01 ND 0.39 0.19 0.16 ND 0.12
K2O <0.01 0.01 ND 0.11 0.11 0.01 0.01 0.01
TiO2 <0.01 <0.01 ND <0.01 <0.01 0.01 <0.01 0.01
MnO 0.37 0.57 0.17 0.41 0.17 0.87 0.34 0.77
P2O5 0.03 <0.01 0.02 <0.01 0.02 0.10 0.02 0.05
ZnO 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.05 0.01 0.01
CuO ND <0.01 0.01 <0.01 <0.01 0.16 ND <0.01
Cr2O3 0.01 <0.01 ND <0.01 <0.01 0.01 <0.01 <0.01
As2O3 0.03 0.02 0.02 0.04 0.02 0.18 0.01 0.01
NiO <0.01 0.01 ND 0.01 0.02 0.01 <0.01 <0.01
PbO <0.01 0.02 ND <0.01 0.02 0.08 ND <0.01
CdO ND <0.01 ND <0.01 <0.01 <0.01 ND <0.01
함태 광산배수 슬러지의 전 함량(ND : Not detected)
구분

 함태광산(물리화학정화공정)
봄 여름 가을 겨울
2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년
SiO2 0.12 0.52 0.05 3.04 1.86 7.96 0.11 0.07
Al2O3 0.84 1.67 0.13 2.25 1.60 2.10 0.82 2.00
Fe2O3 60.58 32.4 22.82 19.2 34.8 19.1 59.46 36.6
CaO 10.57 32.4 23.48 37.2 29.0 35.1 9.90 30.5
MgO 0.43 0.62 0.05 0.83 1.63 0.73 0.38 0.65
Na2O 0.02 0.02 ND 0.43 0.15 0.14 0.02 0.04
K2O 0.04 0.10 0.01 0.25 0.10 0.09 0.04 0.02
TiO2 0.05 0.03 0.01 0.04 0.01 0.04 0.05 0.03
MnO 1.17 1.17 1.03 0.82 0.44 1.15 1.16 1.17
P2O5 0.03 <0.01 0.01 <0.01 <0.01 0.03 0.02 0.01
ZnO 0.16 0.08 0.08 0.05 0.09 0.15 <0.01 0.12
CuO ND <0.01 ND <0.01 <0.01 0.16 ND <0.01
Cr2O3 <0.01 <0.01 ND <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
As2O3 <0.01 <0.01 ND 0.03 0.02 0.07 <0.01 0.01
NiO 0.07 0.03 0.03 0.02 0.04 0.05 0.06 0.04
PbO ND 0.01 ND <0.01 0.01 0.04 ND <0.01
CdO ND <0.01 ND <0.01 <0.01 <0.01 ND <0.01
(6) 광산배수 슬러지의 용출 특성
국내에서 사용되고 있는 여러 중금속 용출시험은 고상 혹은 반고상 폐기물에 대하여 폐기물관리법에서 규정하고 있는 지정폐기물의 판정 및 지정폐기물의 중간처리방법, 매립방법 등을 결정하기 위한 판단근거로 사용되고 있다. 이에 광산별 슬러지의 중금속 용출 특성 등을 파악하기 위하여 표준용출시험법(KSLT)을 채택하여 중금속 용출 기준으로 실험하였다.
[표 7] 및 [표 8]에서와 같이 비소(As)를 포함한 용출분석 결과 모두 기준치 이하로 검출되었다. 따라서 광산배수 정화처리 생성되는 슬러지는 지정폐기물이 아닌 일반폐기물로 분류할 수 있다.
슬러지의 용출실험에 의한 납 성분 농도는 폐기물 기준치인 3mg/kg보다 아주 적게 나타났으며, 다른 중금속성분의 농도 또한 폐기물 기준치 이내로 농도가 검출됨을 알 수있다
따라서 슬러지의 재활용에 따른 위해 성분의 용출은 극히 희박하다는 것을 알 수 있다.
함백광산 용출 실험결과 값(단위 : mg/kg, ND : Not detected)

항목
기준
 함백광산
봄 여름 가을 겨울
2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년
Pb <3 ND 0.012 ND 0.031 0.002 0.032 ND 0.002
Cu <3 ND 0.006 ND 0.005 ND 0.010 ND 0.010
As <1.5 ND 0.043 ND 0.041 ND 0.062 ND 0.034
Hg <0.005 ND ND ND ND ND ND ND ND
CN- <1 ND ND 0.02 ND ND ND ND ND
Cr6+ <1.5 ND 0.004 ND 0.032 ND ND ND 0.015
유기인 <1 ND ND ND ND ND ND ND ND
TCE <0.1 ND ND ND ND ND ND ND ND
PCE <0.3 ND ND ND ND ND ND ND ND
유류 <5% <5% <5% <5% <5% <5% <5% <5% <5%
함태광산 용출 실험결과 값(단위 : mg/kg, ND : Not detected)

항목
기준
 함태광산
봄 여름 가을 겨울
2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년 2009년 2008년
Pb <3 ND 0.024 ND 0.025 0.010 0.038 ND 0.011
Cu <3 ND 0.020 ND 0.057 ND ND ND 0.022
As <1.5 ND 0.042 ND 0.050 0.021 0.075 ND 0.054
Hg <0.005 ND ND ND ND ND ND ND ND
CN- <1 ND ND 0.02 0.005 ND ND ND 0.012
Cr6+ <1.5 ND ND ND ND ND ND 0.01 ND
유기인 <1 ND ND ND ND ND ND ND ND
TCE <0.1 ND ND ND ND ND ND ND ND
PCE <0.3 ND ND ND ND ND ND ND ND
유류 <5% <5% <5% <5% <5% <5% <5% <5% <5%
하기에서는 본 발명의 본 발명에 따른 광산배수 슬러지를 사용한 연탄 제조방법과 이에 의해 제조된 연탄에 대한 구체적인 사항을 실시예를 통해 살펴보기로 한다.
실시예
슬러지 재료로는 물리·화학적 공정처리된 함태광산 슬러지와 전기화학적 공정처리된 함백광산의 슬러지를 활용하였다.
(1) 초기의 슬러지 함수율은 [표 9]의 결과에서 보듯이 60%이상의 아주 높은 수분 함수율을 보이고 있으며 급격히 건조시켰을 때 슬러지가 딱딱한 고형물 상태로 변하기 때문에, 이러한 고형물 상태에서는 원탄과의 혼합이 용이하게 이루어질 수 없으며, 과도한 수분에 의해 연탄 화력이 낮아질 수 있음에 따라 자연상태에서 높이 약 1m층을 유지하며 하루 2～3회의 뒤섞기과정을 포함하여 20일간 건조 후 수분 함량이 평균 10%가 되도록 하였다.
슬러지 수분 함량값
구 분 함백광산 (전기정화공정, %) 함태광산 (물리·화학처리공정, %)
2009년 2008년 2009년 2008년
봄 60.6 71.1 72.2 65.1
여름 63.8 73.4 57.9 58.7
가을 73.7 75.3 65.9 61.8
겨울 60.2 74.3 71.2 64.5
(2) 다음으로 입자 크기를 균일하게 유지시킴으로 원탄에 함유되는 슬러지의 배합비율의 오차를 최대한 줄이기 위해 로울러를 활용하여 슬러지 입자를 균일화하였다.
(3) 원탄과 광산배수 슬러지를 각각 2%와 6%의 무게비율로 혼합한 혼합물을 제조하였다. 본 실시예에서 배합비율 설정은 기존 연탄과의 비교를 통해 동일한 성능을 발휘하면서 혼합가능한 슬러지양의 최대치를 확인하는데 주안점을 두었다.
참고로 과거에는 연탄 제조 시 황성분을 고정하기 위해 보통 석회 6~8%를 혼합하였고 KS 규정에 따라 2% 정도의 석회류를 배합하였으나 연탄의 질이 떨어지고 연탄 보조금 지급 문제 등으로 인해 현재는 해당 물질을 혼합하지 않고 있으며 비용적인 측면에서도 제조 단가가 맞지 않을 수 있다.
특히 과거에 연탄 제조과정에서의 점결성 등을 위해 사용된 황토의 경우는 국내 조달이 원활하지 않으며, 조달 비용 등이 너무 높아 황토 대체물질 개발이 시급한 상황이다.
(4) 그 후, 혼합물을 연탄 성형틀에 투입 및 고온 가압함으로써, 한국공업규격에 따른 무게 3.6kg(가정용연탄 2호), 건조무게 3.3kg이상), 지름 150mm, 높이 142mm의 규정을 준수하여 실험용 연탄을 제조하였으며, 그 결과는 [표 10]과 같다.
슬러지 배합비율
구분 슬러지 혼합비율 수량(장) 원탄(kg/장) 슬러지(kg/장) 연탄무게(kg) 비고
A 슬러지 0% 30 3.61 - 3.61 원탄
B 슬러지 2% 함태 30 3.54 0.072 3.61
C 함백 30 3.54 0.072 3.61
D 슬러지 6% 함태 30 3.39 0.216 3.61
E 함백 30 3.39 0.216 3.61
분석방법
석탄분석은 수분 및 회분의 포함 여부에 따라 영향을 미치며, 시료의 수분함량에 따라 그 결과가 달라지므로 사용목적에 부합하도록 기준을 선정하는 것이 통례이다.
원탄 및 슬러지가 함유된 연탄의 각 항목별 분석 방법은 공업분석과 원소분석 등으로 구분된다.
(1)공업분석
석탄은 고정탄소(Fixed Carbon)와 휘발분(Volatile Matter)으로 구성된 연소성물질과 비연소성물질인 수분(Moisture)과 회분(Ash)으로 구성되어 있다.
1. 수분(전수분, Total Moisture = TM)
수분은 고유수분과 부착수분의 합으로 나타내며, 인수식(시료가 실험실에 도착하였을 때 기준 As Received Basis)에서의 수분량이다.
석탄의 수분은 습분(부착수분, Surface Moisture)과 고유수분(Inherent Moisture), 화학수분(Water of Hydration)으로 나눈다.
전수분 = (107℃에서 60분간 건조 후 감소된 무게(g)/석탄시료 최초무게(g))x 100(%)
2. 고유수분(I.M. Inherent Moisture)
규정입도로 파쇄한 시료를 항습기에 24시간 이상 항습시킨 후 드라이 오븐(Dry Oven)에 건조시킨 후 건조감량을 시료량에 대한 백분율로 표시한다.
3. 휘발분(Volatic Matter, VM)
고분자 탄화수소류 및 무기광물의 분해에 의해 나타나는 H2O, CO, H2, CmHn(탄화수소류)등과 승화성 무기물로서의 휘발분은 수분이 방출하는 107℃와 925℃ 사이에서 방출되는 물질이다.
휘발분 = (925℃에서 7분간 가열 후 감소된 무게(g)/석탄 시료 최초무게(g))x100(%)
휘발분 함량 결정은 ASTM(D3175-02)방법에 따라 건조한 미분탄 1g(<250㎛)을 950±20℃에서 7분 동안 시료의 산화됨이 없이 가열하여 그 때의 무게 감소로써 휘발분 함량을 결정한다. 국제표준협회의 방법(ISI-1171)에 따르면 상기 석탄시료를 875-1,050℃ 사이에서 3-20분 동안 가열시의 감소한 무게로 정의하였다.
4. 고정탄소(Fixed Carbon, FC)
고정탄소(FC, %) = 100 - (수분% + 회분% + 휘발분%)
건식고정탄소(%) = 100 - (회분% + 휘발분%)
고정탄소란 휘발분이 제거된 석탄을 연소할 때의 무게 감소로 표현할 수 있다. 즉 무수무회(DAF) 기준의 고정탄소는 공업분석에 있어서 휘발분량을 100에서 뺀 값으로 나타내어진다.
5. 회분(Ash)
항습 시료 1g을 실온으로부터 500℃까지는 60분, 500~815℃에서는 30-60분, 815±10℃에서 항량이 될 때까지 가열, 연소한 후의 잔류분 즉, 석탄이 완전히 연소하고 난 다음 남게 되는 불연성의 잔류물을 말한다.
Ash(%) = 잔량 (g) / 시료중량 (g) x 100 - 100/(100-수분)
(2) 원소분석(Ultimate Analysis), 발열량, 회융점 분석방법
원소분석은 석탄을 이루고 있는 탄소, 수소, 질소, 산소, 유황 등을 산화, 분해 및 환원방법을 사용하여 정량적인 분석치를 구하는 것으로 수분이나 금속성물질 함량 및 회분함량을 결정한다. 이 분석치는 연료의 성질을 추정하는 것 외에 연소 시 필요한 공기 양의 계산, 연소 생성물의 중량계산, 보일러 성능시험 시 열 손실의 계산을 위해 필요하며, 필요공기의 양과 연소생성물의 중량에 따라서 송풍기의 크기를 다르게 설계한다.
1. 탄소(Carbon)
탄소분의 측정은 시료가 완전 연소되었을 때 발생한 탄산가스(CO2)로부터 환산되는데 즉, 밀폐된 산소의 완전연소를 825℃(ASTM)나 1,350℃(British Standard)에서 시켜서 이 때의 생성 기체의 조성을 분석하여 결정한다.
즉 0.2~0.5g의 석탄시료를 순수한 건조 산소로 연소시켜서 생성된 CO2와 H2O를 가열된 산화동(copper oxide)층을 통과시킨다. 배출가스를 가열된 크롬산납(lead chromate)과 은망사(silver gauge) 위를 통과시켜서 유황 및 염소 산화물을 제거한 후 흡수층을 통과시켜 흡수물질의 무게 증가로서 정량한다. 석탄화도를 나타내는 중요한 지표로서 무수무회기준으로 환산한 탄소함유량 %C(DAF)가 사용된다.
2. 수소(Hydrogen)
연료중의 수소분은 연소시 연료 중에 포함되어 있는 수분과 함께 연소가스 중의 수증기로 배출되므로, 수소분의 측정은 시료 연소가스 중 수증기로부터 계산되고, 미연소가스 중 수증기의 중량은 수소분 중량의 9배이다. 이 중에는 결합수의 수증기도 포함되어 있다.
3. 질소(Nitrogen)
Kjeldahl방법에 의한 질소함량 결정은 1g의 석탄시료를 30ml의 황산과 8~10ml의 유화칼륨(potassium sulfate) 혼합물에 촉매로서 수은 혹은 수은염, 코발트산 또는 과염소산(perchloric acid)을 넣고 완전히 소화시킨 후 냉각된 용액을 알칼리성화하여 생성된 NH3를 붕산(boric acid) 혹은 황산용액에 증류시켜서 그로부터 질소함량을 역적정 하여 결정한다.
4. 산소(Oxygen)
산소의 값은 석탄화도의 추정, 착화성, 고화성 등을 쉽게 알 수 있게 하며, 산소는 직접 정량하지 않고 유기질석탄 성분의 다른 원소들의 함량으로부터 그 차이를 결정한다.
%O = 100 - (%C + %H + %S + %N) DAF
그러나 이 방법은 탄소, 수소, 질소 및 유황성분 결정의 실험오차를 내재하게 된다. 직접 산소성분 결정방법은 석탄을 산화 혹은 환원시켜서 결정하는 방법이 개발되어져 왔다. 가장 널리 사용되는 방법은 시료를 질소 존재 하에서 1,100℃의 고온에서 소각하여 여기서 발생되는 휘발분을 1,100~1,200℃에서 탄소 위를 통과시켜서 나오는 CO를 측정하는 것이다.
5. 유황분(Sulfur)
간편하고 가장 널리 사용되는 방법은 Eschka방법으로 석탄을 탄산나트륨과 탄산마그네슘을 1:2로 혼합하여 공기 중에서 800±25℃에서 연소시킨다. 여기서 생성된 황산이온을 산이나 알칼리 용액으로 추출하여 황산바륨으로 침전시켜서 결정한다.
6. 발열량
측정원리는 규정입도의 석탄을 항용 Bomb 열량계 내에서 시료를 연소시켜 Bomb 내부의 있는 물의 상승온도를 측정하여 시료에 대한 열량을 계산한다 .
- 고위발열량(Qgr,v,ad) : Bomb에서 측정된 열량에서 황산과 초산의 생성열을 제외한 열량
* Bomb 내에서 석탄이 연소할때 생성되는 황산과 초산의 생성열은 발열반응 임.
7. 회융점(Ash Fusion Temperature, AFT)
회융점은 4단계로 측정(ASTM)하는데, 석탄 시료를 삼각추 형태로 만들어 가열로에서 서서히 온도를 올리면서 삼각추의 형태에 따른 각각의 온도를 측정한다.
분석결과
(1) 수분 분석결과
석탄중의 전수분은 연소시에 기화하기 위한 열량을 소비하고 열손실을 가져오는 성분이며 연소를 빠르게 하는 효과도 있다.
공업분석에서 수분과 회분은 열에너지가 없는 불순물이며, 휘발분과 고정탄소가 고체연료의 에너지로서의 유효성분이다. 이것을 무수무회성분(DAF)이라고 하고 광물질과 수분을 뺀 것을 무수무광성분(DMMF) 또는 순탄이라고 부른다.
[표 11]을 참조로 하면, 원탄과 슬러지함유 연탄의 분석결과 원탄은 3.54~4.81%, 6%-슬러지 함유의 함백 수분은 3.88~5.72%, 함태는 4.17~5.13%의 결과가 나왔으며, 2%-슬러지의 함백은 3.77~4.64%, 함태는 3.73~5.72%의 결과로 슬러지의 함량이 높은 연탄일수록 수분의 함량이 조금 높은 것으로 수분의 차이의 원인은 슬러지 내에 포함되어 있는 자연 건조 이후의 수분 함량의 영향으로 사료된다. 그러나 원탄과 비교하였을 때의 수분 상태는 전체적으로 유사하였다.
1, 2차 수분 차이는 외부 저장 조건에 따른 차이라고 사료되나, 전반적인 전체 수분 변화량은 큰 차이가 없었다.
연탄의 전 수분 분석결과(단위 : %, wt)
구분 원탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 4.81 5.72 5.13 4.64 4.84
2차 3.54 3.88 4.17 3.77 3.73
(2) 내 수분 분석결과
자연 상태 석탄층의 일부로 존재하는 수분이며, 자연건조에 의해 증발되지 않는 석탄과 결합해 있는 수분이라고 할 수 있다.
석탄내부에 흡착 또는 모세관이나 미세한 공극에 잔류되어 있는 탄질고유의 수분으로서 석탄의 탄화도 진행에 따라 감소된다.
Bed Moisture, Moisture Holding Capacity, Insitu Moisture와 같으며, 수분이 많아 기화열을 뺏어 착화성을 나쁘게 하여 풍화를 촉진시킨다.
연탄의 내수분 분석결과는 아래 [표 12]와 같으며 원탄 및 슬러지 함유 연탄의 경우 원탄은 2.51~2.57%, 6%-슬러지 함백은 2.92~3.14%, 함태는 2.71~2.81%의 결과가 도출되었고, 2%-슬러지의 함백은 2.54~2.80%, 함태는 2.64~2.66% 분석결과로 원탄과 슬러지 함유된 연탄과의 비교에서 비슷한 결과임을 알 수 있다.
연탄의 내 수분 분석결과(단위 : %, wt)
구분 원탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 2.57 3.14 2.81 2.80 2.64
2차 2.51 2.92 2.71 2.54 2.66
(3) 공업회분 분석결과
회분은 불연성으로 발열량을 감소시킬 뿐만 아니라 성분이 다양하며 이 성분의 구성에 따라 Clinkering, Slagging 및 Fouling과 같은 연소에 대한 악영향을 미치게 되므로 석탄회의 화학적 분석치는 석탄회(Coal-ash) 및 융착성(slag)의 다양한 상관관계 변수들을 계산하는데 필요하다.
회분 분석 결과 [표 13]과 같이 원탄은 38.13~40.76%이며, 6%-슬러지 함백은 40.55~40.67%, 함태는 41.04~41.55%의 결과가 도출되었고, 2%-슬러지 함백은 39.97~40.97%, 함태는 40.22~40.55%로 원탄과의 비교에서 전체적으로 큰 차이가 없는 결과로 슬러지의 함유에 의한 회분의 양이 급격히 증가되지 않는 다는 것을 알 수 있다.
공업 회분 분석결과(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 40.76 40.55 41.04 39.97 40.55
2차 38.13 40.67 41.55 40.97 40.22
(4) 휘발분 분석결과
보통 고체연료 및 석탄의 경우 휘발분과 고정탄소의 함량을 서로 반비례하여 휘발분이 높은 경우 고정탄소의 함량은 낮아진다.
즉, 휘발분의 함량은 석탄의 품위가 감소함에 따라 증가하는데, 저 품위탄에서 휘발분 함량의 변화는 매우 심하기 때문에 타 성분치에 비하여 예측하기 힘든 성분이다.
[표 14]에서와 같이 회분 분석결과, 원탄은 4.41~4.56%이며, 6%-슬러지 함백은 4.69~4.73%, 함태는 5.61~5.74%의 결과가 도출되었고, 2%-슬러지 함백은 4.75~4.88%, 함태는 4.91~4.94%로 휘발분의 경우 원탄과 비슷한 경향을 보이고 있다.
휘발분 측정값(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 4.41 4.73 5.61 4.75 4.91
2차 4.56 4.69 5.74 4.88 4.94
(5) 고정탄소 분석결과
휘발분이 휘발되고 난 후 남은 가연성의 잔류물로서 고정탄소는 석탄에서 휘발분, 수분 및 회분을 제외한 함량으로 대부분 탄소로 이루어져 있다.
석탄활용의 주성분으로서 연소용으로 사용하는 발전소 등에서는 주 연소요소이고, 원료용으로 사용하는 제철소 등에서는 주 환원재로 이용된다.
[표 15]를 참조로 하면, 회분 분석 결과 원탄은 52.26~54.80%이며, 6%-슬러지 함백은 51.58~51.72%, 함태는 50.00~50.54%의 결과가 도출되었고, 2%-슬러지 함백은 51.61~52.48%, 함태는 51.90~52.18%로 원탄과의 비교하였을 때 전체적으로 비슷한 경향을 보여주고 있다.
고정탄소 측정값(단위 : %, wt)
구 분 원탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 52.26 51.58 50.54 52.48 51.90
2차 54.80 51.72 50.00 51.61 52.18
(6) 총유황 분석결과
석탄의 황에는 연소성 황(combustible sulfur)과 불연성 황(non-combustible sulfur)이 있고 이 두 가지를 합한 것이 총유황(total sulfur)이며 보통 석탄 속에 0.2~3%정도 함유되어, 존재상태에 따라 다음과 같이 분류 할 수 있다.
유기황(0.2~2.4%) : 근원식물의 단백질에서 비롯된 것으로 석탄 본질과 화합하여 석탄 내에 균일하게 분포되어 있다.
무기황(0.01~0.9%)
- 황화물황 : 주로 황철광(Fe2O3), 백철광(FeS2)으로서 무기황의 60~80%를 점유
- 황산염황 : 석고(CaSO42H2O)가 주성분
%연소성황 = %전유황 x {100/(100 - %수분)} - %불연성황
유기 및 무기질 유황분의 정량분석은 유황을 함유하고 있는 시료를 연소시켜서 황산이온을 생성시킨 후 이를 침전시켜 용적을 측정하여 결정한다.
전유황 분석결과 [표 16]과 같이 원탄은 0.52~0.53%이며, 6%-슬러지 함백은 0.53~0.54%, 함태는 0.46~0.56%의 결과가 도출되었고, 2%-슬러지 함백은 0.54~0.56%, 함태는 0.53%의 결과를 나타내고 있다.
총 유황 분석결과(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 0.53 0.53 0.46 0.56 0.53
2차 0.52 0.54 0.56 0.54 0.53
(7)원소 분석결과
1. 탄소
탄소는 석탄의 주성분으로 순탄 중 70~90%를 점하고 있으며 고정탄소와 휘발성분 중의 탄소분을 합한 것을 말한다.
[표 17]을 참조로 하면, 원탄은 56.01~58.26%이며, 6%-슬러지 함백은 55.64~55.97%, 함태는 55.43~55.70%이고, 2%-슬러지 함백은 55.71~56.97%, 함태는 56.38~56.39%의 분석결과가 나왔다. 원탄과 슬러지 함유 분석 결과를 비교하여도 탄소 함량비에서는 비슷한 결과를 볼 수 있다.
원소분석의 탄소함량(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 56.01 55.97 55.70 56.97 56.39
2차 58.26 55.64 55.43 55.71 56.38
2. 수소
석탄중의 산소는 연소시의 전량이 수소와 결합하는 것으로 간주하고 그 후 남은 수소는 연소 시 공기(산소)를 필요로 하는 수소를 유효수소라고 한다.
유효수소는 석탄화도가 진행됨에 따라 산소가 감소하고 유효수소가 증가하여 C 85% 부근의 역청탄이 최고치를 나타내고 그 이상의 탄화도에서는 오히려 감소하는 경향이 있다.
[표 18]에서와 같이 분석결과 원탄의 수소함량은 0.62~0.75%의 결과이고, 6%-슬러지 함유 함백은 0.61~0.67%, 함태는 0.55~0.69%, 2%-슬러지 함유 함백은 0.56~0.67%, 함태는 0.57~0.67%의 결과로 수소함량 또한 원탄과 비교하였을 때 오차 범위이내에서 비슷한 결과를 나타내고 있다.
원소분석의 수소함량(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지 2%-슬러지
함백 함태 함백 함태
1차 0.62 0.61 0.55 0.56 0.57
2차 0.75 0.67 0.69 0.67 0.67
3. 질소
질소는 탄중에 소량(0.5~2.0%이하)함유하고, 연소 시에는 주로 질소가스로 방출된다.
건류하면 질소가스, 암모니아 및 청산가스 또는 가스액으로 20~45%, 피리딘 염기로서 타르 중에 3~4%, 유기화합물로서 코크스 중에 40~50%정도가 함유된다.
고체연료중의 질소분은 아주 소량이고 불연성으로 연소계산에는 필요없으나 질소산화물(NOx)로서 배출되므로 공해관계에 중요한 항목이다.
원탄의 질소함량은 0,75~0.76%, 6%-슬러지 함유 함백은 0.75~0.76%, 함태는 0.67~0.74%, 2%-슬러지 함유 함백은 0.69~0.75%, 함태는 0.71~0.72%의 함량으로 [표 19]와 같이 검출되었으며, 원탄과의 질소 함량 비교에서도 슬러지 함유에 따른 질소 함량의 변화가 크지 않다는 것을 알 수 있다.
원소분석의 질소함량(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 0.75 0.75 0.67 0.69 0.72
2차 0.76 0.76 0.74 0.75 0.71
4. 산소
산소함량은 석탄등급을 결정하는 지침으로, 갈탄과 같이 등급이 낮은 탄에는 산소함량이 높다. 그리고 연료중의 산소는 탄소 혹은 수소와 결합해 있는 형태로 존재하므로 산소가 많이 포함되어 있을수록 연료의 잠재열이 감소하기 때문에 높은 산소함량의 석탄일수록 열량이 낮다.
[표 20]에서 산소의 함량을 원탄과 비교 할 때 원탄의 결과값은 0.24~0.27%, 6%-슬러지 함유 함백은 0.26~0.31%, 함태는 0.25~0.28%, 2%-슬러지 함유 함백은 0.26~0.27%, 함태는 0.26~0.28%의 함량으로 모두 비슷한 결과치가 도출되었으며 원탄에 슬러지의 함유량이 전체 연탄의 산소함량에는 크게 영향을 미치지 못한다고 할 수 있다.
원소분석의 산소함량(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 0.24 0.26 0.25 0.26 0.26
2차 0.27 0.31 0.28 0.27 0.28
5. 연소성 유황
황은 연소되어 SO2, SO3로 대기를 오염시키는 외에 보일러 전열면 부식 원인이 된다.
따라서 석탄의 유황분 함량은 보일러의 부식 및 대기오염 등 공해발생 여부를 판단하는데 사용되며, 유황성분의 측정결과는 preparation을 위한 석탄품질 결정, 연소시 유황성분 배출에 대한 잠재성 평가, 계약상의 석탄 품위와 관련한 품질평가 등 여러 목적에도 이용된다.
[표 21]과 같이 원탄은 0.53~0.54%, 6%-슬러지 함유 함백은 0.55~0.56%, 함태는 0.42~0.48%의 결과를 알 수 있다. 그리고 2%-슬러지 함유 함백은 0.40~0.43%, 함태는 0.37~0.41%의 결과로 오히려 원탄에 비해 더 낮은 황 함유량을 보이고 있으므로 슬러지를 사용한 연탄의 경우 미약하나마 공해방지에 일조할 수 있는 것으로 사료된다.
연소성 유황 함량(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 0.54 0.55 0.42 0.40 0.41
2차 0.53 0.56 0.48 0.43 0.37
6. 원소 회분
[표 22]와 같이 원탄 분석결과 41.83~41.84%로 6%-슬러지가 함유 함백은 41.85~41.86%, 함태는 42.22~42.23%의 결과를 나타내고 있고, 2%-슬러지 함유 함백은 41.12%, 함태는 41.64~41.65%의 결과로 원탄과의 차이가 없음을 알 수 있다.
원소 회분함량(단위 : %, wt)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 41.84 41.86 42.23 41.12 41.65
2차 41.83 41.85 42.22 41.12 41.64
(8) 고위발열량 분석결과
석탄의 발열량은 일반적으로 총발열량으로 측정하는데 한 단위의 연료를 완전히 연소 할 때 발생하는 열의 양으로 연료가치를 결정하는 인자이다
연료의 완전연소에 의하여 발생하는 수증기의 잠열을 포함한 열량계에서 나타나는 모든 열량으로써 [표 23]에서와 같이 원탄의 발열량은 4,250~4,360kcal/kg이며, 6%-슬러지가 함유 함백은 4,240~4,250kcal/kg, 함태는 4,180~4,210kcal/kg이다.
2%-슬러지 함유 함백은 4,270~4,360kcal/kg, 함태는 4,340kcal/kg의 결과로 원탄과의 비교분석에서도 비슷한 발열량을 나타내고 있다.
고위발열량(단위 : kcal/kg)
구 분 원 탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
1차 4,250 4.240 4,210 4,360 4,340
2차 4,360 4,250 4,180 4,270 4,340
(9) 회융점 분석결과
석탄회는 산성성분(SiO2, Al2O3, TiO2)과 염기성 성분(Fe2O3, CaO, MgO, NaO, K2O)으로 조성되어 있으며 일반적으로 산성성분이 염기성성분보다 함유량이 많을수록 융점은 높아진다.
회의 융점이 낮으면 노 내에서 부착회의 생성량이 많아져 전열면으로의 열전달 저하 및 부식 등 각종 장애를 일으킴으로 회융점은 가장 중요하다
원탄의 회융점 분석결과 [표 24]에서와 같이 원탄과 6%-슬러지의 함백, 2%-슬러지의 함백와 함태는 1,550℃이상의 결과치가 나왔고, 6%-슬러지 함유 함태광산의 환원성에서만 변형점에서 1,510℃, 1,530℃의 회융점 결과를 얻었다.
회융점 함량(단위 :℃)
구 분 원탄 6%-슬러지함유 2%-슬러지함유
함백 함태 함백 함태
환원성 산화성 환원성 산화성 환원성 산화성 환원성 산화성 환원성 산화성
변형점 1차 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,510 1,530 1,550< 1,550< 1,550< 1,550<
2차 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,510 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550<
용융점
구 형		 1차 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,530 1,550 1,550< 1,550< 1,550< 1,550<
2차 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,530 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550<
용융점
반구형		 1차 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550<
2차 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550<
용유점 1차 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550<
2차 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550< 1,550<
본 발명에 따른 광산배수 슬러지를 사용한 연탄은 상기와 같은 공업분석 원소분석 결과를 통해 원탄과 비교하였을 때 그 결과들이 비슷하게 검출되었고 슬러지의 함유량이 6%이내 일 경우에는 발열량과 회융점 등에 영향을 주지 않는다는 것을 알 수 있다.
추가적으로 본 발명의 연탄 제조방법 중 제3 단계에서 원탄 94중량% 이상과 광산배수 슬러지 6중량% 이하로 이루어진 혼합물 100중량부에 대하여 규소와 같은 유가 금속이 회수된 광물찌꺼기(광미)를 2~6중량부 첨가할 경우 연탄의 점결성을 향상시키면서 발열랑과 회융점에 거의 영향을 주지 않는 것을 기술된 바와 같은 실험방법 및 결과를 통해 확인하였으며, 이에 따라 폐기물로 구분되는 광산배수 슬러지와 함께 광미 또한 연탄의 재료로 활용할 수 있음을 알게 되었다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 광산배수 슬러지가 뭉치지 않도록 일정시간 간격으로 뒤섞으면서 건조시키는 제1 단계와;
    건조된 광산배수 슬러지의 입자를 균일화하는 제2 단계와;
    원탄에 균일화된 광산배수 슬러지를 첨가한 혼합물을 제조하는 제3 단계와;
    상기 혼합물을 연탄 성형틀에 투입 후 가압하는 제4 단계;로 이루어지되,
    상기 제1 단계를 거쳐 건조된 광산배수 슬러지의 수분함량은 10%이하인 것을 특징으로 하는 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 혼합물은 원탄 94중량% 이상과 광산배수 슬러지 6중량% 이하로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3 단계에서는 상기 혼합물 100중량부에 대하여 유가 금속이 회수된 광미 2~6중량부가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄.
KR1020100045038A 2010-05-13 2010-05-13 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄 KR100997251B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100045038A KR100997251B1 (ko) 2010-05-13 2010-05-13 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100045038A KR100997251B1 (ko) 2010-05-13 2010-05-13 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100997251B1 true KR100997251B1 (ko) 2010-11-29

Family

ID=43410222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100045038A KR100997251B1 (ko) 2010-05-13 2010-05-13 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100997251B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4152119A (en) 1977-08-01 1979-05-01 Dynecology Incorporated Briquette comprising caking coal and municipal solid waste
US5431702A (en) 1993-03-25 1995-07-11 Dynecology, Inc. Waste conversion process and products
KR100499060B1 (ko) 2004-10-05 2005-07-05 학교법인 중앙대학교 슬러지 분리형 산성폐수 중화처리장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4152119A (en) 1977-08-01 1979-05-01 Dynecology Incorporated Briquette comprising caking coal and municipal solid waste
US5431702A (en) 1993-03-25 1995-07-11 Dynecology, Inc. Waste conversion process and products
KR100499060B1 (ko) 2004-10-05 2005-07-05 학교법인 중앙대학교 슬러지 분리형 산성폐수 중화처리장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
연구보고서:한국광해관리공단*

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Simão et al. Wastes from pulp and paper mills-a review of generation and recycling alternatives
Fytili et al. Utilization of sewage sludge in EU application of old and new methods—A review
Cieślik et al. Review of sewage sludge management: standards, regulations and analytical methods
CN104364356B (zh) 使用含有工程化燃料原料的吸附剂来缓解有害燃烧排放物
Zabaniotou et al. Green energy at cement kiln in Cyprus—Use of sewage sludge as a conventional fuel substitute
US20070251433A1 (en) Method and plant for processing waste
CN111100719B (zh) 一种水洗飞灰衍生燃料制备方法
Chen et al. Analysis of heavy metals fixation and associated energy consumption during sewage sludge combustion: Bench scale and pilot test
KR101055317B1 (ko) 유기성 슬러지 고화제 및 이를 이용한 인공토양 제조방법
KR20140092699A (ko) 페트로 코크스 탈황석고를 이용한 고함수 슬러지 고화제 및 이를 이용한 고화토 제조방법
KR100918945B1 (ko) 슬러지 연료화 촉진제 조성물 및 그 제조방법, 및 이를 이용하여 제조한 슬러지 고형연료
CN105733734A (zh) 一种污水厂污泥与焦粉混合制备燃料的方法与装置
CN103013613B (zh) 一种城市污泥洁净燃料化系统及污泥燃料化方法
KR101190195B1 (ko) 고함수 슬러지 고화재 및 이를 이용한 고함수 슬러지 고화방법
Iticescu et al. Methods to reduce environmental impact of municipal waste water sewage sludge.
Singh et al. Ash from coal and Biomass combustion
CN105801007A (zh) 水洗预处理生活垃圾焚烧飞灰在路面中的清洁应用
KR101182607B1 (ko) 고함수 슬러지 탈수재 및 이를 이용한 고함수 슬러지의 탈수방법
KR100903604B1 (ko) 폐수처리오니를 이용한 폐석산 적지복구용 흙의 조성물
CN105693123A (zh) 生活垃圾焚烧飞灰与水泥、硅灰、粉煤灰共造粒的方法及其在沥青路面中的清洁应用
KR100997251B1 (ko) 광산배수 슬러지를 첨가물질로 사용한 자원재활용 연탄 제조방법 및 이에 의해 제조된 연탄
CN101469283A (zh) 一种型煤及其制作方法
CN104194861B (zh) 污水处理厂污泥制低热值无烟煤合成
Samaila et al. Characterization of coal obtained from the sahelian regions of Nigeria and Niger republic
DD283986A5 (de) Verfahren zur behandlung von klaerschlamm

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130916

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150121

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151221

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161026

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171010

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180927

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191014

Year of fee payment: 10