KR101006236B1 - 일반폐기물을 이용한 골재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반폐기물을 60~150분간 400~550℃에서 열분해하여 탄화물과 탄화가스로 형성하는 열분해공정; 상기 탄화물을 20~120℃로 냉각하는 제1 냉각공정; 상기 냉각된 탄화물을 선별하여 금속물을 분류하여 제거하는 분류공정; 상기 금속물이 제거된 탄화물을 상기 탄화가스와 함께 30~90분간 1200~1600℃에서 열처리하여 용융슬래그를 제조하는 용융공정; 및 상기 용융슬래그를 냉각하는 제2 냉각공정을 포함하는 일반폐기물을 이용한 골재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 일반폐기물을 이용한 골재의 제조방법에 관한 것으로, 특히 산업쓰레기, 생활쓰레기를 이용하여 아스팔트콘크리트, 건자재, 토목공사 등에 사용할 수 있는 골재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
사회가 현대화되고 발전됨에 따라 생활현장에서 발생되는 생활폐기물과 산업현장에서 발생되는 산업폐기물등의 일반폐기물이 점차 증가하고 있다. 이러한 일반폐기물의 양을 줄이기 위해 일반폐기물에서 재활용이 가능한 것을 분류하여 폐기되는 양을 줄이고 있으나, 생활폐기물과 산업폐기물등의 일반폐기물 중에는 재활용이 안되는 일반폐기물이 상당량이 존재하며, 재활용할 수 있으나 분류되지 못하고 폐기되는 일반폐기물도 상당하다.
이러한 폐기되는 일반폐기물을 폐기하는 방법으로는 종래에는 매립하는 방식으로 폐기하였으나 매립방식에 의한 일반폐기물 처리는 대규모의 비용이 발생하고, 매립된 상기 일반산업폐기물이 흙과 친화되기 어렵고, 또 상기 일반산업폐기물로 물이 흡수되어 내부의 유해물질을 용출하여 지하수나 하천 등을 오염시키는 문제점을 갖으며, 매립지 주변의 생존권 침해에 따른 각종 분쟁을 유발하여 매립지를 확보등의 어려움으로 최근에는 소각에 의한 방법으로 일반폐기물을 폐기하고 있으나 소각방식에 의한 일반폐기물 처리도 대기를 오염시켠 비친화적인 처리 방법으로 이러한 일반폐기물 처리방법의 한계점에 도달함에 따라 폐기물을 재활용할 수 있는 각종 방안들이 연구 개발되고 있다.
대한민국 등록특허 제284525호의 '생활쓰레기의 소각처리방법과 그 소각재를 이용한 무기질 성형물의 제조방법' 에서는 생활쓰레기의 연소열과 자체 연소성물질로 연속적이며 신속하고 효율적으로 소각처리하고, 그 소각재에 다른 원료를 첨가하여 성형하고 소성하여 환경적으로 무해하고 환경친화적인 세라믹 제품을 제조하는데 역점을 둔 생활쓰레기의 소각처리방법과 그 소각재(灰)를 이용한 무기질 성형물의 제조방법이 개발되었으나 가연성 물질을 선별이 곤난하고 공정이 복잡하여 실시하기 어려운 문제가 있다.
대한민국 특허출원2001-0048826호는 특정 재질의 물품을 선별분리하지 않고 바로 생활쓰레기를 분쇄·용융·압착성형함으로써 건축자재를 제조하여 특정 재질의 각종 폐기물품을 선별 분리하는 데 소요되는 시간 및 노동력을 줄일 수 있는 것이 특징이나 최근에는 열가소성 플라스틱 수지는 대부분 재활용으로 분류되어 열가소성 생활폐기물 플라스틱 수지가 주원료인 건축자재를 생산하는 것이 쉽지 않아 큰 실효성을 기대하기 어려운 실정이다.
따라서, 생활폐기물과 산업폐기물등의 일반폐기물을 효율적으로 처리하여 재활용할 수 있는 기술이 시급한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것을 생활폐기물과 산업폐기물 등의 일반폐기물을 이용하여 건축자재, 아스팔트콘크리트, 부순모래대용으로 사용할 수 있는 일반폐기물을 이용한 골재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 생활폐기물과 산업폐기물등의 일반폐기물을 단순한 공정으로 일반폐기물을 이용한 골재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 공정상에서 발생되는 에너지를 이용하여 친환경적인 일반폐기물을 이용한 골재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 일반폐기물을 60~150분간 400~550℃에서 열분해하여 탄화물과 탄화가스로 형성하는 열분해공정; 상기 탄화물을 20~120℃로 냉각하는 제1 냉각공정; 상기 냉각된 탄화물을 선별하여 금속물을 분류하여 제거하는 분류공정; 상기 금속물이 제거된 탄화물을 상기 탄화가스와 함께 30~90분간 1200~1600℃에서 열처리하여 용융슬래그를 제조하는 용융공정; 및 상기 용융슬래그를 냉각하는 제2 냉각공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제2 냉각공정 후 분쇄공정을 더 추가하는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 분쇄공정 후 골재의 입도는 0.1~50㎜인 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제1, 제2 냉각공정은 냉각수를 이용하는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법을 제공한다.
또한,상기의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재를 제공한다.
또한, 상기 골재는 산화규소(SiO2) 30~45중량%, 알루미늄(Al) 7.5~12중량%, 칼슘(Ca) 9.5~16중량%, 철(Fe) 2~5중량%, 나트륨(Na) 3~5중량%, 마그네슘(Mg) 0.5~2중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재를 제공한다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 불법적으로 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재의 공정도이고, 도 2는 본 발명에 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법으로 제조된 분쇄공정후 골재의 사진이며, 도 3는 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법으로 제조된 골재의 사진이다.
도 1은 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재의 공정도로 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재의 제조방법은 도 1에 나타난 바와 같이 열분해공정, 제1 냉각공정, 분류공정 용융공정, 제2 냉각공정을 포함하여 제조된다.
상기 열분해공정은 생활폐기물과 산업폐기물 등의 일반폐기물을 60~150분간 400~550℃에서 열분해하여 탄화물과 탄화가스로 형성하는 공정이다.
상기 일반폐기물은 생활폐기물과 산업폐기물로 생활현장에서 발생되는 생활폐기물과 산업현장에서 발생되는 산업폐기물로 재활용이 가능한 것을 분류하지 않은 폐기물이나 분류한 폐기물을 모두 사용할 수 있으나 재활용이 가능한 것을 분류한 일반폐기물을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기의 일반폐기물을 400~550℃에서 쉽게 열분해가 가능한 일반폐기물을 열분해하여 일반폐기물의 부피를 감소시켜 다음에 진행되는 분류공정이 원활하는 공정으로 공정시간은 일반폐기물의 종류나 양에 따라 조절되어야하나 60분 미만으로 열분해를 할 경우 일반폐기물이 열분해가 원활이 이루어지지 않아 일반폐기물이 탄화가 불완전하여 분류공정에서 분류가 어려울 수 있으며, 150분을 초과하는 경우에는 탄화가 대부분 이루어져 열분해효과가 커지지 않으므로 열분해는 60~150분간 진행하는 것이 바람직할 것이다.
상기 제1 냉각공정은 상기 열분해공정에서 생성된 탄화물을 냉각하는 공정으로 분류공정에서 원활한 진행을 위해 탄화물을 온도는 60℃이하로 냉각하는 것이 바람직하다.
상기 제1 냉각공정은 상기 탄화물을 자연냉각시킬 수 있으나 자연냉각은 장시간을 요하므로 냉각수를 이용하여 냉각하는 것이 바람직할 것이다.
상기 냉각수를 이용한 제1 냉각공정은 냉각수 20~60℃의 물을 상기 탄화물에 살포하여 냉각시키는 것이 바람직할 것이다.
상기 분류공정은 상기 냉각공정에서 냉각된 탄화물에서 금속물을 분류하여 제거하는 공정으로 초기에 일반폐기물에서 분류되지 못한 금속물이나 분류가 어려운 일반폐기물에 포함된 금속물을 탄화물에 제거한다.
상기 분류공정시 금속물은 철금속과 비철금속을 분류하는 것이 바람직하며, 일반적인 회전선별기를 이용할 수 있을 것이다.
상기 용융공정은 상기 금속물이 제거된 탄화물을 상기 열분해공정에서 생성된 탄화가스와 함께 30~90분간 1200~1600℃에서 열처리하여 용융슬래그를 제조하는 공정이다.
상기 탄화물을 1200℃이상의 온도에서 가열하여 상기 탄화물에 포함된 연소성 물질은 모두 연소되고, 연소되지 않은 무기성 잔류물은 용융되어 용융슬래그를 형성하게 된다.
상기 용융공정은 1600℃이상에서 진행할 수 있으나 높은 온도에 따른 효과가 크지 않으므로 용융공정은 1200~1600℃에서 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 용융공정은 상기 열분해공정에서 생성된 탄화가스를 이용하여 열효율을 높일 수 있다. 상기 탄화가스는 400℃이상으로 용융공정에서 냉각된 탄화물의 온도를 높여 탄화물이 소각 및 용융되는 것을 돕는다.
또한, 상기 탄화가스는 일반폐기물을 400~550℃에서 열분해과정에서 불완전연소로 생성되는 것으로 호흡기 질환과 광화학스모그, 산성비, 오존층 파괴 등에 영향을 주는 다이옥신 및 악취류의 가스 등 많은 유해물질을 함유하고 있어 그대로 배출할 수 없고 별도의 처리시설을 통해 유해물질을 제거하고 배출되어야 한다.
그러나, 본 발명과 같이 상기 탄화가스를 1200℃이상으로 가열하게되면 탄화가스에 포함된 유해물질이 모두 분해되므로 본 발명은 별도의 처리시설을 설치할 필요없이 탄화가스의 유해물질을 제거할 수 있다.
상기 제2 냉각공정은 상기 용융공정에서 형성되는 용융슬래그를 냉각시켜 고체화 시키는 공정이다.
상기 제2 냉각공정은 상기 용융슬래그를 자연냉각시킬 수 있으나 자연냉각은 장시간을 요하므로 냉각수를 이용하여 냉각하는 것이 바람직할 것이다.
상기 냉각수를 이용한 상기 제2 냉각공정은 상기 냉각수 10~50℃의 물에 용융슬래그를 침지하거나 물을 살포하여 냉각시킬 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재는 분쇄기를 이용하는 분쇄공정으로 분쇄하여 사용할 수 있을 것이다.
상기 분쇄공정에서 분쇄된 골재의 입도는 사용용도에 따라 조절될 수 있다.
상기 분쇄공정 후 골재의 입도는 0.1~50㎜로 조절하는 것이 바람직할 것이다.
상기와 같이 본 발명의 제조방법으로 제조되는 일반폐기물을 이용한 골재는 상기 골재는 산화규소(SiO2) 30~45중량%, 알루미늄(Al) 7.5~12중량%, 칼슘(Ca) 9.5~16중량%, 철(Fe) 2~5중량%, 나트륨(Na) 3~5중량%, 마그네슘(Mg) 0.5~2중량%을 함유하고 있다.
상기 산화규소의 규소는 철강이나 알루미늄 등의 합금, 또는 여러 재료물질속에 함유된 것이 융용공정으로 통해 분해되고, 산화되어 형성되는 것이고, 다른 금속성분은 분류공정에서 분류되기 힘든 형태로 존재되어 골재에 포함된 것이다.
상기와 같은 산화규소 및 금속성분을 함유하는 본 발명에 따른 골재는 골재로서의 활용도가 매우 높으며, 건축자재, 아스팔트콘크리트, 부순모래대용 등 사용한 산업현장에서 사용될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재는 재활용이 안되고 폐기되는 생활폐기물과 산업폐기물등의 일반폐기물를 이용하여 골재로 제조하는 것을 단순히 일반폐기물을 처리하는 것뿐만 아니라 다시 골재로 재활용하여 일반폐기물의 단순 매립, 소각에 따른 대기 및 토양의 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 골재는 산화규소(SiO2), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe), 나트륨(Na)의 함유량이 높아 건축자재, 아스팔트콘크리트, 부순모래대용 등 다양한 용도이 골재로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열분해로 유해물질을 함유하는 탄화가스를 다시 용융공정에서 활용하여 유해물질을 분해하여 처리하는 별도의 시설이 필요없고 에너지 효율을 높은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재의 공정도이다.
도 2는 본 발명에 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법으로 제조된 분쇄공정후 골재의 사진이다.
도 3는 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법으로 제조된 골재의 사진이다.
도 2는 본 발명에 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법으로 제조된 분쇄공정후 골재의 사진이다.
도 3는 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법으로 제조된 골재의 사진이다.
이하 본 발명의 일반폐기물을 이용한 골재를 제조하는 실시예를 나타내지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
쓰레기집적장에서 생활쓰레기,산업폐기물등의 일반폐기물을 무작위로 4000㎏을 수거하였다.
상기 수거된 일반폐기물을 120분간 470℃에서 열분해하여 탄화물과 탄화가스로 형성하는 열분해공정을 실시하였다. 상기 탄화물에 약 30℃의 냉각수를 뿌려주어 탄화물을 40℃ 정도로 냉각하는 제1 냉각공정을 한 후, 상기 냉각된 탄화물을 회전 선별기를 이용하여 금속물를 선별하여 제거하는 분류공정을 하였다.
상기 금속물이 제거된 탄화물을 상기 열분해공정에서 형성된 탄화가스와 함께60분간 약 1300℃에서 열처리하여 용융슬래그를 제조하는 용융공정을 하였으면 상기 용융슬래그를 약 20℃의냉각수에 침수시켜 고체화하는 제2 냉각공정으로 골재를 제조하였다.
상기 제2 냉각공정으로 고체화된 골재를 분쇄기를 이용한 분쇄공정으로 골재를 제조하였다. 도 2는 분쇄공정후 골재의 사진이며, 도 3은 골재의 사진이다.
상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 일반폐기물을 이용한 골재의 성분실험 및 밀도, 흡수율, 중금속 용출시험을 통해 골재활용가치를 평가하였다.
하기 실험은 한국화학시험연구원에 의뢰하여 측정하였다.
1. 골재의 성분실험
| 구분 | 함량(%) | 시험방법 |
| SiO2 | 42.2 | KS L 3128:2004 |
| Al | 8.24 | KS L 3128:2004 |
| Ba | 0.21 | KS L 3128:2004 |
| Ca | 12.8 | KS L 3128:2004 |
| Cr | 0.55 | KS L 3128:2004 |
| Cu | 1.01 | KS L 3128:2004 |
| Fe | 2.96 | KS L 3128:2004 |
| K | 0.99 | KS L 3128:2004 |
| Mg | 1.00 | KS L 3128:2004 |
| Mn | 0.19 | KS L 3128:2004 |
| Na | 3.73 | KS L 3128:2004 |
| P | 0.87 | KS L 3128:2004 |
| Ti | 0.58 | KS L 3128:2004 |
| Zn | 0.12 | KS L 3128:2004 |
| Zr | 0.82 | KS L 3128:2004 |
2. 골재의 밀도, 흡수율 시험
| 구분 | 단위 | 결과치 | 시험방법 |
| 절건밀도 | g/㎤ | 2.77 | KS F 2504:2007 |
| 흡수율 | % | 0.43 | KS F 2504:2007 |
3. 골재의 중금속 용출시험
| 구분 | 단위 | 기준 | 결과치 | 시험방법 |
| Pb | ㎎/L | 3 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| Cu | ㎎/L | 3 | 0.089 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| As | ㎎/L | 1.5 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| Hg | ㎎/L | 0.005 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| CN- | ㎎/L | 1 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| Cr(VI) | ㎎/L | 1.5 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| Cd | ㎎/L | 0.3 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| 유기인 | ㎎/L | 1 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| 기름성분 | % | 5 | 0.022 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| 테트라클로로에틸렌 | ㎎/L | 0.3 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| 트리크로로에틸렌 | ㎎/L | 0.1 | 검출안됨 | 폐기물공정시험기준:2008 |
| 강열감량 | % | - | 0.02 | 폐기물공정시험기준:2008 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 제조방법으로 제조되는 일반폐기물을 이용한 골재는 산화규소(SiO2), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe)의 함유율이 높아 아스팔트콘크리트, 블럭, 부순모래대용으로 사용할 수 있다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 제조방법으로 제조되는 일반폐기물을 이용한 골재는 2.77g/㎤, 흡수율은 0.43%으로 골재로서의 활용도가 매우 높은 것으로 판단할 수 있으며, 상기 표 3에 나타난 바와 같이 골재에서 대부분의 중금속은 용출되지 않았으면, 용출된 구리(Cu)도 기준치보다 훨씬 낮은 양이 용출된 것으로 환경유해성이 전혀 없음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다
Claims (6)
- 일반폐기물을 60~150분간 400~550℃에서 열분해하여 탄화물과 탄화가스로 형성하는 열분해공정;
상기 탄화물을 20~120℃로 냉각하는 제1 냉각공정;
상기 냉각된 탄화물을 선별하여 금속물을 분류하여 제거하는 분류공정;
상기 금속물이 제거된 탄화물을 상기 탄화가스와 함께 30~90분간 1200~1600℃에서 열처리하여 용융슬래그를 제조하는 용융공정; 및
상기 용융슬래그를 냉각하는 제2 냉각공정을 포함되어 골재로 제조되되,
상기 골재는 산화규소(SiO2) 30~45중량%, 알루미늄(Al) 7.5~12중량%, 칼슘(Ca) 9.5~16중량%, 철(Fe) 2~5중량%, 나트륨(Na) 3~5중량%, 마그네슘(Mg) 0.5~2중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 냉각공정 후 분쇄공정을 더 추가하는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법. - 제2항에 있어서,
상기 분쇄공정 후 골재의 입도는 0.1~50㎜인 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 냉각공정은 냉각수를 이용하는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재 제조방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 일반폐기물을 이용한 골재.
- 삭제
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