KR101252056B1 - 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
산을 사용하여 알루미늄 생산 폐기물을 처리하는 방법이 개시된다.
상기 방법은, 폐기물 시료를 준비하는 단계; 산 용액을 준비하는 단계; 상기 시료와 상기 산 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 중화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산 용액은, pH 1.0인 것이 바람직하며, 시료 : 산 용액=1:10의 비율(단위, W/V)로 혼합되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 혼합 시간은 30 분간 진행될 수 있다.
상기 방법은, 폐기물 시료를 준비하는 단계; 산 용액을 준비하는 단계; 상기 시료와 상기 산 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 중화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산 용액은, pH 1.0인 것이 바람직하며, 시료 : 산 용액=1:10의 비율(단위, W/V)로 혼합되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 혼합 시간은 30 분간 진행될 수 있다.
Description
본 발명은 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산을 이용하여 알루미늄 생산 폐기물인 고알칼리성의 적토(red mud)를 매립이 가능한 적토로 처리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 말하는 알루미늄 생산 폐기물은 알루미늄을 얻기 위해서 전기 분해법으로 보크사이트 광석을 제련·정련한 뒤의 폐기물을 가리킨다. 통상적으로 이러한 폐기물을 적토라고 지칭하고 있다.
대부분의 제련·정련 공장에서는 알루미나 생산량에 대해서 1 내지 2 배 정도의 적토를 배출하고 있다.
적토는 산화물이 포함된 불순물이 포함되어 있어서 붉게 보이며, 현재로서는 알루미늄 산업에서의 폐기물 처리와 관련한 최대 난제로 부상하고 있는 중이다.
적토의 색상은 적토 내의 산화철에 의한 고유 색상이며, 이 산화철은 적토 내에 적토 중량의 최대 60 %까지 포함되어 있을 수 있다.
또한, 적토에는 철 성분 뿐만 아니라 기타 다른 성분으로 실리카나 미반응 잔류 알루미나, 비소, 크롬, 카드뮴, 니켈, 심지어 방사성 원소 등이 포함되어 있을 수 있다.
따라서, 이러한 알루미늄 생산 폐기물인 적토의 처리가 매우 곤란하였기 때문에, 대부분의 적토가 생산되는 나라에서는 적토를 일단 저류지에 모아두고 있는 실정인데, 적토가 pH 10 내지 13 정도 수준의 강염기성(강알칼리성)을 띄고 있기 때문에 저류된 적토에서 침출수의 형태로 강염기성 성분이 외부로 새어나가게 되면 잠재적으로 환경에 미칠 악영향을 피할 수 없다는 문제가 있었다.
더군다나, 최근 헝가리의 Ajka 알루미늄 제련 공장에서는 적토를 보관하고 있던 저류지의 제방이 붕괴되어 인명 피해와 심각한 환경 오염을 일으킨 사고까지 발생하였다.
현재, 모든 폐기물은 「폐기물 관리법」등에 의한 규제에 따라서 적법한 절차에 의해 처리하여야 한다.
적토의 경우, 최근까지는 주로 해양 투기(sea dumping)에 의해서 바다에 투기하고 있었으나, 적토를 투기한 해역에서의 강알칼리화로 인한 생태계 교란, 적토의 성분으로 인한 생물체 내 중금속 축적과 같은 문제가 발생하여 해양 투기 금지 폐기물로 지정되었다.
한편, 재활용하는 방법으로는 시멘트나 벽돌과 같은 건설·건축 자재의 일부로 이용하는 방법도 고안되었으나 여러 가지 부작용이 있는 것으로 알려져 있다.
또한, 소각 등에 의한 적토의 처리는 에너지 소모 측면에서 및 환경적 측면에서 무리가 있으며, 대부분 저류지에 보관하고 있는 실정이다.
상술한 바와 같이, 헝가리에서의 제방 붕괴 사고를 감안한다면 향후 환경 규제가 점점 더 엄격해질 것으로 예상되면서 적토의 저류지 보관도 금지될 가능성이 높을 것으로 예상되고 있다.
본 발명과 관련된 종래 기술로는, 대한민국 공개특허공보 제10-1999-0073320호(1999.10.05. 공개)가 있으며, 상기 종래 기술에서는 시멘트 제조에 적토를 이용하는 방법을 개시하고 있지만, 소성하는데 고온이 필요하다든가, 완성된 벽돌 등에서 미관에 바람직하지 않은 영향을 미치는 성분이 새어나온다든가 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 알루미늄 생산 폐기물로 발생되는 강알칼리성의 적토를 매립이 가능하도록 환경에 무해한 수준의 적토로 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법은, 알루미늄 생산 폐기물 시료를 준비하는 단계; 산 용액을 준비하는 단계; 상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 중화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 산 용액은, 1 N H2SO4과 1 N HNO3를 60:40의 비율로 혼합하여 pH 0의 용액을 형성한 다음, 이 용액을 pH 1.0으로 희석한 산 용액인 것이 바람직하다.
또한, 상기 산 용액은, 1 N H2SO4과 1 N HNO3를 60:40의 비율로 혼합하여 pH 0의 용액을 형성한 다음, 이 용액을 pH 2로 희석한 산 용액인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 1.0의 산 용액을 혼합하는 단계는, 시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 1:10 ~ 1:20의 비율로 하여 진행되는 것이 바람직하다.
다르게는, 상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 1.0의 산 용액을 혼합하는 단계는, 시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 1:10 ~ 1:15의 비율로 하여 진행될 수도 있다.
또 다르게는, 상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 1.0의 산 용액을 혼합하는 단계는, 시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 1:10의 비율로 하여 진행될 수도 있다.
또한, 상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 중화하는 단계는, 상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액을 쉐이커에 넣어서 진탕하는 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 2.0의 산 용액을 혼합하는 단계는, 시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)은 1:25 ~ 1:30의 비율로 하여 진행될 수 있다.
여기에서, 상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 중화하는 단계는, 30 분간 진행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 2.0의 산 용액을 혼합하는 단계 이후에, 시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 1:10의 비율로 하여 3 회 ~ 5 회 반복하여 알루미늄 생산 폐기물 시료를 세척하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법은 알루미늄 생산 폐기물 시료를 준비하는 단계; 1 N H2SO4과 1 N HNO3를 60:40의 비율로 혼합하여 pH 0의 용액을 형성한 다음, 이 용액을 pH 1로 희석한 산 용액을 준비하는 단계; 상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 중화하는 단계를 포함하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법으로서, 상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 1.0의 산 용액의 혼합액에 일정량의 토양을 섞어서 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 일정량의 토양은, 상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 1.0의 산 용액의 혼합액에 대해서, 50 % ~ 60 %의 비율로 혼합되는 토양일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 바람직한 방법에 따르면, 강알칼리성의 알루미늄 생산 폐기물을 매립이 가능한 정도로 처리할 수 있으므로, 환경에 미치는 악영향이 감소될 수 있고, 따라서 이렇게 처리된 폐기물을 안전하게 매립할 수 있게 된다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법을 설명한 순서도이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 1의 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 2의 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법을 설명한 순서도이다.
도 5는, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 3의 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 4의 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 5의 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 6의 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 7의 그래프이다.
도 10은, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 8의 그래프이다.
도 11는, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법을 설명한 순서도이다.
도 12는, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 9의 그래프이다.
도 13은, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 10의 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 1의 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 2의 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법을 설명한 순서도이다.
도 5는, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 3의 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 4의 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 5의 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 6의 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 7의 그래프이다.
도 10은, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 8의 그래프이다.
도 11는, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법을 설명한 순서도이다.
도 12는, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 9의 그래프이다.
도 13은, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법의 결과인 표 10의 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법에 관하여 자세히 설명하기로 한다.
또한, 본 발명에서 원하는 폐기물 처리의 주요 목적인 매립에 적절한 pH는 대략 5 ~ 9 사이가 바람직하며, 비용면이나 효율면에서 약간의 편차는 있을 수 있다.
제 1 실시예
도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물의 처리 방법 중의 산의 농도 변화에 따른 pH 변화 특성에 대해서 설명하기로 한다.
(1) 시료 준비 단계(ST100)
알루미늄 생산 폐기물(이하, ‘시료’라 함) 420 g(< 2 mm)을 준비한다.
(2) 산 용액 준비 단계(ST200)
상기 시료 준비 단계(ST100)와 사실상 동시에 진행되는 단계이며, 1 N H2SO4와 1 N HNO3를 60:40의 비율로 혼합한 용액을 형성(pH 0)한 다음, 각각, pH 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6의 산 용액을 준비한다.
(3) 시료와 용액을 1 차로 혼합하는 단계(ST300)
시료 : 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 1:10의 비율로 혼합하였다.
더욱 구체적으로는 20 g : 200 ml로 혼합하였다.
(4) 상기 혼합된 시료와 용액을 2 차로 혼합하는 단계(ST400)
상기 혼합된 시료와 용액을 쉐이커(shaker)(진탕기)에 넣어서 24 시간(1 일(day)) 및 168 시간(1 주일, 7 일(day)) 동안 진탕하였다.
이 때의 진탕 조건은 상온 상압 하이며, 진탕 횟수는 30 회/분이었고, 진탕의 진폭은 4 ~ 5 cm로 설정하였다.
(5) pH와 Eh를 측정하는 단계(ST500)
상기 제 4 단계(ST400)에서의 혼합 조건에 따라 알루미늄 생산 폐기물을 처리한 후에 pH와 Eh를 측정하였다.
표 1에 그 측정 결과를 나타내었다.
[표 1]
표 1에 따르면, 투입한 산의 농도(pH)를 기준으로 했을때, pH 0과 pH 1인 경우에만 알루미늄 생산 폐기물의 알칼리도를 낮추는 효과가 있음을 알 수 있다.
상기 표 1을 구체적으로 살펴보면, pH 0인 경우 1 일차에는 1.28(RM 1) 및 1.54(RM 2)를 나타내고, pH 1인 경우 1 일차에는 6.74(RM 1) 및 6.70(RM 2)을 나타내었다.
여기서, RM 1은 알루미늄 생산 공장에서 나온 폐기물을 곧바로 시료로 채택한 것을 말하고, RM 2는 상기 폐기물을 3개월간 저류지에서 적치한 것을 시료로 채택한 것을 말한다.
한편, 표 1로부터, pH 0인 경우, pH가 너무 낮아서 7 일 정도가 지나도 여전히 높은 산성도를 나타내고 있기 때문에, 현장 취급시의 위험까지도 고려하여 산을 이용하여 알루미늄 생산 폐기물을 처리하는 경우에는 pH 1인 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 7 일간 진탕한 경우, pH 0인 경우 2.53(RM 1) 및 3.55(RM 2), pH 1인 경우 7.73(RM 1) 및 7.68(RM 2)로 1 일간 진탕한 경우와 비교하여 pH가 상승하는 양상을 볼 수 있다.
이는 알루미늄 생산 폐기물 내부의 반응하지 않은 알칼리 성분이 지속적으로 용출될 수 있음을 의미한다.
다음으로, 알루미늄 생산 폐기물을 토양에 혼합한 경우에서의 알루미늄 생산 폐기물의 반응을 추가로 조사하였다.
상기 ST300 단계에서 얻은 시료와 산 용액의 혼합액에 대해서, 각각, 50 %와 60 %의 비율로 토양을 더 혼합하여 시료를 형성하고, 이들 시료를 진탕하여 처리한 후에 pH와 Eh를 측정하였다.
이 측정의 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
[표 2]
표 2에서 나타난 바와 같이, 토양의 비율을 50 % ~ 60 %로 추가로 혼합하였을 때에는 pH 1.0 의 산 용액을 채택한 것이 폐기물 매립에 가장 적합한 결과값(pH)으로 나옴을 알 수 있다.
결과적으로, RM 3(토양 50% 혼합) 및 RM 4(토양 60% 혼합)에서는 RM 1 및 RM 2에 비하여 산성도가 더 높아지므로, 산에 의한 pH 영향이 좀 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
그러나, pH 2 이상에서는 알루미늄 생산 폐기물과 토양을 혼합한 모든 시료에서 pH 감소 효과가 없음을 알 수 있다.
따라서, 시료와 산 용액의 혼합액에 토양을 추가로 혼합하는 경우에도, pH 1의 산 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 실험 결과를 그래프로 간단하게 요약하면, 도 2(24 시간, 1 day 경과) 및 도 3(168 시간, 7 day)과 같다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 초기 pH(Initial PH)가 0인 경우에는 RM 1 내지 RM 4의 모든 시료에서 최종 pH(Final PH)가 목표치와는 거리가 멀었으며, 초기 pH가 1인 경우, 특히, RM 1과 RM 2 시료에서 사실상 원하는 목표치를 나타내는 것을 알 수 있으며, 또한 RM 3과 RM 4의 경우에는, 환경에 큰 위해를 끼치지 않는 수준에 도달했음을 알 수 있다.
한편, 초기 pH가 2 이상인 경우에는 RM 1 내지 RM 4의 모든 시료에서 알칼리도를 낮추는 효과는 기대하기 어렵다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 초기 pH(Initial PH)가 0인 경우에는, 도 2와 마찬가지로, RM 1 내지 RM 4의 모든 시료에서 최종 pH(Final PH)가 목표치와는 거리가 멀었으며, 초기 pH가 1인 경우, 특히, RM 1과 RM 2 시료에서 사실상 목표치에 가까운 값을 나타내는 것을 알 수 있으며, RM 3과 RM 4의 경우에는, 환경에 큰 위해를 끼치지 않는 수준에 도달했음을 알 수 있다.
한편, 도 2에서와 마찬가지로, 초기 pH가 2 이상인 경우에는 RM 1 내지 RM 4의 모든 시료에서 알칼리도를 낮추는 효과는 기대하기 어렵다는 것을 알 수 있다.
제 2 실시예
도 4를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 중화 방법 중의 투입하는 산의 양의 변화에 따른 pH 변화 특성에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 상술한 제 1 실시예에서 알루미늄 생산 폐기물의 처리 효과가 입증된 pH 1인 용액과, 이에 대응하여 pH 2 및 pH 3 용액을 각각 준비한다.
다만, 제 2 실시예에서는 제 1 실시예와는 달리, RM 3과 RM 4의 시료는 사용하지 않았다.
구체적으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 중화 방법 중의 투입하는 산의 양의 변화에 따른 pH 변화 특성에 대해서 설명하기로 한다.
(1) 시료 준비 단계(ST120)
알루미늄 생산 폐기물 120 g(< 2 mm)을 준비한다.
(2) 용액 준비 단계(ST220)
상기 시료 준비 단계(ST120)와 사실상 동시에 진행되는 단계이며, 1 N H2SO4와 1 N HNO3를 60:40의 비율로 혼합한 용액을 형성(pH 0)한 다음, 각각, pH 1, 2, 3의 산 용액을 준비한다.
(3) 시료와 용액을 1 차로 혼합하는 단계(ST320)
시료 : 용액의 혼합 비율(단위, W/V)은 1:10 ~ 1:20의 범위 내인 것이 바람직하다.
상기 혼합 비율이 1:10 미만의 경우에는 반응 이후의 시료의 산성도가 높게 나오고, 상기 혼합 비율이 1:20 이상의 경우에는 산성도가 과도하게 낮아서 환경에 위해하기 때문이다.
상기 혼합 비율은 1:10 ~ 1:15의 비율이면 더욱 바람직하며, 1:10의 혼합 비율로 혼합되는 것이 가장 바람직하다.
본 실시예에서는, 시료 : 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 각각, 1:10, 1:20, 및 1:30의 비율로 혼합하여 실험하였다.
(4) 상기 혼합된 시료와 산 용액을 2 차로 혼합하는 단계(ST420)
상기 혼합된 시료와 산 용액을 쉐이커(shaker)(진탕기)에 넣어서 30 분 및 24 시간 동안 진탕하였다.
이 때의 진탕 조건은 상온 상압 하이며, 진탕 횟수는 30 회/분이었고, 진탕의 진폭은 4 ~ 5 cm로 설정하였다.
(5) pH와 Eh를 측정하는 단계(ST520)
상기 제 4 단계(ST420)에서의 혼합 조건에 따라 시료를 진탕하여 처리한 후에 pH와 Eh를 측정하였다.
이 측정의 결과를 다음 표 3(pH 1, 30 분간), 표 4(pH 2, 30 분), 표 5(pH 3, 30 분), 표 6(pH 1, 24 시간), 표 7(pH 2, 24 시간), 및 표 8(pH 3, 24 시간)에 나타내었다.
제 2 실시예에서, 30 분간 반응시킨 결과 pH 1인 용액에서는 1:10의 비율에서는 pH 6.51(RM 1)와 6.54(RM 2)였으나, 1:20의 비율에서는 pH 5.29(RM 1)와 4.81(RM 2), 1:30의 비율에서는 pH 4.10(RM 1)과 3.69(RM 2)로 pH가 너무 낮아지는 것을 볼 수 있다(표 3 및 도 5 참조).
따라서, 1:10 ~ 1:20 의 비율로 혼합한 경우 소기의 목적을 달성할 수 있음을 알 수 있다.
[표 3]
pH 2인 용액에서는 1:10의 비율에서 10.56(RM 1)과 10.31(RM 2), 1:20의 비율에서 10.1(RM 1)과 9.91(RM 2)로 중화 효과가 낮았고, 1:30의 비율에서는 8.18(RM 1)과 6.84(RM 2)로 적절한 pH 범위에 도달했다(표 4 및 도 6 참조).
pH 2인 용액의 경우, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 혼합 비율은 1:25 ~ 1:30의 범위 내에서 환경에 위해하지 않은 수준에 도달하고 있으므로, 본 발명의 소기의 목적을 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
[표 4]
pH 3인 용액의 경우 30 분간의 반응에서는 모두 pH 10.5 이상으로 중화 효과가 없었다(표 5 및 도 7 참조).
[표 5]
24 시간 반응을 시킨 결과에서는 pH 1인 용액에서는 1:10의 비율에서 7.13(RM 1)과 7.17(RM 2), 1:20의 비율에서는 6.42(RM 1)와 6.52(RM 2)였고, 1:30의 비율에서는 pH 4.27(RM 1)과 4.32(RM 2)로 pH가 너무 낮아지는 것을 볼 수 있다(표 6 및 도 8 참조).
[표 6]
pH 2인 용액에서는 1:10의 비율에서 10.78(RM 1)과 10.58(RM 2), 1:20의 비율에서 10.37(RM 1)과 10.24(RM 2)로 중화 효과가 낮았고, 1:30의 비율에서는 9.78(RM 1)과 9.46(RM 2)의 pH 범위를 보였다(표 7 및 도 9 참조).
[표 7]
한편, pH 3인 용액의 경우에는 역시 중화 효과가 없었다(표 8 및 도 10 참조).
[표 8]
따라서, 장기간의 반응에 의해서만 반응하여 용출되는 알칼리 성분의 중화까지 고려할 때, 적절한 중화 효과를 얻기 위해서는 pH 1인 용액 1:10의 비율 또는 pH 2인 용액 1:30의 비율로 30 분간 반응시키는 것이 가장 바람직하다는 것을 알 수 있다.
제 3 실시예
도 11을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법 중의 투입하는 산의 투입 횟수에 변화에 따른 pH 변화 특성에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 본 제 3 실시예에서는 제 1 실시예에서 알루미늄 생산 폐기물의 처리 효과가 입증된 pH 1.0의 산 용액은 사용하지 않고 pH 2 및 pH 3 용액을 사용하였으며, 제 2 실시예와 마찬가지로 RM 3과 RM 4의 시료는 사용하지 않았음에 주의하여야 한다.
구체적으로, 도 11을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른, 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 중화 방법 중의 투입하는 산의 투입 횟수의 변화에 따른 pH 변화 특성에 대해서 설명하기로 한다.
(1) 시료 준비 단계(ST140)
알루미늄 생산 폐기물 420 g(< 2 mm)을 준비한다.
(2) 산 용액 준비 단계(ST240)
상기 시료 준비 단계(ST140)와 사실상 동시에 진행되는 단계이며, pH 0인 1 N H2SO4 : 1 N HNO3=60 : 40의 비율로 혼합한 다음, 각각, pH 2, 3의 산 용액을 준비한다.
(3) 시료와 산 용액를 1 차로 혼합하는 단계(ST340)
시료 : 산 용액=1 : 10의 비율(단위, W/V)로 혼합한다.
(4) 상기 혼합된 시료와 용액을 2 차로 혼합하는 단계(ST440)
상기 혼합된 시료와 산 용액을 쉐이커(shaker)(진탕기)에 넣어서 10 분간 진탕하였다.
이 때의 진탕 조건은 상온 상압 하이며, 진탕 횟수는 30 회/분이었고, 진탕의 진폭은 4 ~ 5 cm로 설정하였다.
(5) 원심 분리한 다음 상등액의 pH와 Eh를 측정하는 단계(ST540)
상기 제 4 단계(ST440)에서의 혼합 조건에 따라 시료를 처리하고, 원심 분리한 다음, 그 상등액만을 추출하고, 이 상등액의 pH와 Eh를 측정하였다.
(6) 단계(ST340) ~ 단계(ST540)를 반복하는 단계
본 제 3 실시예는, 산 용액을 여러 번 투입하여 시료를 반복 세척함으로써, 산 용액의 투입 횟수에 따른 알루미늄 생산 폐기물의 pH 변화를 파악하기 위한 것으로, 필요에 따라서, 단계(ST340) ~단계(ST540)를 다수회 반복할 수 있다.
이 측정의 결과를 다음 표 9(pH 2의 경우), 표 10(pH 3의 경우)에 나타내었다.
pH 2인 용액에 의한 세척에서 RM 1의 경우 산세척 반복 횟수에 따른 pH 변화를 보면, 1 차 세척에서 10.54, 2 차 세척에서 10.02, 3 차 세척에서 9.31, 4 차 세척에서 8.55, 5 차 세척에서 7.79로 꾸준하게 pH가 감소하는 결과를 보였다(표 9 및 도 12 참조).
또한, RM 2의 경우에는 1 차 세척에서 10.25, 2 차 세척에서 9.64, 3 차 세척에서 8.89, 4 차 세척에서 7.96, 5 차 세척에서 7.42로 반복 세척에 의한 중화 효과의 상승이 뚜렷하게 나타났다.
[표 9]
다만, pH 3인 용액의 경우 5 차 세척까지도 RM 1의 경우 10.98, RM 2의 경우 10.93으로 중화 효과가 나타나지 않았다(표 10 및 도 13 참조).
[표 10]
따라서, 적절한 중화 효과를 얻기 위해서는 pH 2 용액으로 3차 ~ 5차에 걸쳐 반복 세척하는 것이 가장 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산을 이용한 적토 중화 방법에 대해서 설명하였지만, 이와 같은 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
ST100, ST120, ST140 : 시료 준비 단계
ST200, ST220, ST240 : 산 용액 준비 단계
ST300, ST320, ST340: 시료와 산 용액을 1 차로 혼합하는 단계
ST400, ST420, ST440 : 혼합된 시료와 산 용액를 2 차로 혼합하는 단계
ST500, ST520, ST540 : pH와 Eh를 측정하는 단계
ST200, ST220, ST240 : 산 용액 준비 단계
ST300, ST320, ST340: 시료와 산 용액을 1 차로 혼합하는 단계
ST400, ST420, ST440 : 혼합된 시료와 산 용액를 2 차로 혼합하는 단계
ST500, ST520, ST540 : pH와 Eh를 측정하는 단계
Claims (12)
- 알루미늄 생산 폐기물 시료를 준비하는 단계;
산 용액을 준비하는 단계;
상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액을 혼합하는 단계; 및
상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 중화하는 단계를 포함하며,
상기 산 용액은 1N H2SO4과 1N HNO3를 60:40의 비율로 혼합하여 pH 0의 용액을 형성한 다음, 이 용액을 pH 1.0 또는 pH 2.0으로 희석하고,
상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 1.0의 산 용액을 혼합하는 경우 시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)은 1:10~1:20이고,
상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 2.0의 산 용액을 혼합하는 경우 시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)은 1:25~1:30인 것을 특징으로 하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 1.0의 산 용액을 혼합하는 단계는,
시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 1:10 ~ 1:15의 비율로 하여 진행되는 것을 특징으로 하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 pH 1.0의 산 용액을 혼합하는 단계는,
시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 1:10의 비율로 하여 진행되는 것을 특징으로 하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 혼합된 알루미늄 생산 폐기물 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 중화하는 단계는,
30 분간 진행되는 것을 특징으로 하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
시료 : 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)을 1:10의 비율로 하여 3 회 ~ 5 회 반복하여 알루미늄 생산 폐기물 시료를 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법. - 알루미늄 생산 폐기물 시료를 준비하는 단계;
1 N H2SO4과 1 N HNO3를 60:40의 비율로 혼합하여 pH 0의 용액을 형성한 다음, 이 용액을 pH 1.0로 희석한 산 용액을 준비하는 단계;
상기 시료와 상기 산 용액을 혼합하는 단계; 및
상기 시료와 상기 산 용액의 혼합액을 진탕하여 처리하는 단계를 포함하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법으로서,
상기 시료와 상기 산 용액의 혼합액에 일정량의 토양을 섞는 단계를 더 포함하고,
상기 시료와 상기 산 용액의 혼합 비율(단위, W/V)은 1:10인 것을 특징으로 하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 일정량의 토양은,
상기 시료와 상기 산 용액의 혼합액에 대해서, 50 % ~ 60 %의 비율로 혼합되는 토양인 것을 특징으로 하는 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020120103391A KR101252056B1 (ko) | 2012-09-18 | 2012-09-18 | 산을 이용한 알루미늄 생산 폐기물 처리 방법 |
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