KR101302473B1 - 석면 무해화 처리방법 및 이에 사용되는 칼슘화합물 반응액 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석면 무해화 처리방법 및 이에 사용되는 칼슘화합물 반응액에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 칼슘화합물을 포함하는 반응액과 석면 함유 물질을 혼합한 후 특정 온도범위로 가열함으로써 석면화합물 중의 Mg-Si 결합을 절단하여, 석면을 저온에서 완전하게 분해할 수 있는 석면 무해화 처리방법 및 이에 사용되는 칼슘화합물 반응액에 관한 것이다.

Description

석면 무해화 처리방법 및 이에 사용되는 칼슘화합물 반응액{METHOD OF ASBESTOS DETOXIFICATION AND CALCIUM COMPOUND REACTION LIQUID USED THEREFOR}

본 발명은 석면 무해화 처리방법 및 이에 사용되는 칼슘화합물 반응액에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 칼슘화합물을 포함하는 반응액과 석면 함유 물질을 혼합한 후 특정 온도범위로 가열함으로써 석면화합물 중의 Mg-Si 결합을 절단하여, 석면을 저온에서 완전하게 분해할 수 있는 석면 무해화 처리방법 및 이에 사용되는 칼슘화합물 반응액에 관한 것이다.

석면은 그 놀라운 특성으로 인해 오래 전부터 널리 사용되어온 공지의 소재이다. 예컨대, 석면은 내열성이 우수하여 신전에서 사용하는 등불의 심지로 이용되기 시작했다. “석면”이라는 말은 그리스어에서 유래한 것으로 “불멸의, 끌 수 없는”이라는 의미를 갖는다. 석면은 천연 규산염 광물섬유의 총칭으로서, 백석면(Chrysotile), 양기석(Actinolite), 직섬석(Anthophylite), 갈석면(Amosite), 투섬석(Tremolite), 청석면(Crocidolite) 등의 종류가 있다.

석면은 잘 구부러지고 열에 대한 저항력이 강하며 약산성을 띄고 있어서, 기술의 근대화가 이루어진 이래 다양한 방면에서 널리 이용되어 왔다. 석면을 이용한 제품은 3,000여 개가 넘는 것으로 알려져 있으며, 전 세계적으로 거의 모든 경제분야에 석면이 사용되었고, 오랫동안 석면을 대체할만한 물질은 없는 것으로 여겨졌다.

석면의 90%는 건축재료로 사용되고 있으며 그 중 절반은 슬레이트 제조에 사용되고 있다. 구체적으로 건재, 지붕, 외벽, 칸막이, 내장재 등에 90%, 자동차의 브레이크 라이닝, 클러치휀싱 등에 6.5%, 산업기계, 토목건설기계, 크레인, 공작기계 등에 2%, 화학설비의 내열, 내산, 내알카리 소재 등에 0.6%, 상수도, 간이수도, 농업용수, 공업용수 부문 등에 0.4%, 선박, 전기절연재료, 내열재료 등에 0.1%, 산업기계관계 보일러, 굴뚝, 방화벽 등에 0.1%, 씰재료 등 그 외에 0.3%가 사용되고 있다.

한편, 석면은 광물성 규산염이기 때문에 인체에 대한 아무런 유해 요소가 없는 것으로 여겨졌으며, 석면 분진으로 인한 건강상 위험 또한 일반 분진의 경우와 특별히 달리 취급되지 않았다. 이렇듯 석면은 유해 물질로 취급되지 않았기 때문에 1966년 세계 석면 생산량은 2백 8십만 톤에 이르렀고 1975년에는 5백 2십만 톤으로 증가한 바 있다.

그러나, 근래 미국 산업안전 보건청(OSHA)은 석면 분진을, 장기간 호흡기를 통해 흡입시 석면폐, 폐암, 악성중피종 등을 유발할 수 있는 1급 발암 물질로 분류하였다. 그 중 악성중피종은 흉막과 복막의 중피에 발생하는 악성종암으로서 이를 유발하는 가장 큰 원인은 석면의 일종인 청석면으로 밝혀졌다. 특히 석면을 취급하는 노동자 중에서 석면폐에 걸리거나 폐암 또는 악성중피종으로 사망하는 예가 많다. 또한 최근에는 석면을 직접 취급하는 자뿐만 아니라 석면공장 등에서 근무하는 노동자의 의류 등에 부착된 석면에 의해 가족이 악성중피종에 걸린 사례와 함께 석면공장 부근의 주민에게도 악성중피종이 발생한다는 보고가 있었다.

반면, 국내에서는 석면 사용에 대한 법적 규제나 규정이 아직 미비하여 1997년 당시 누적 수입량이 1,870,892톤을 넘은 바 있으며 공식 집계되지 않은 양을 감안한다면 그 수 배 내지 수십 배에 달할 것으로 예측된다. 더욱이 1983년 일본 등 선진국의 수입금지에 따라 석면의 국제가격이 떨어지자 국내의 공식 석면 수입량은 2배 이상 증가한 바 있다.

다량의 석면에 대한 무해화(無害化) 처리가 필수적인 상황이지만, 현재 국내의 석면 처리는 1,500℃ 이상의 온도로 가열하여 석면의 상태를 변화시키는 고온 용융법과 지정 폐기물에 의한 매립방법만이 존재할 뿐이다. 그 중 고온 용융법은 충분히 용융시키면 유해성이 없어지는 석면(평균융점 1,540℃)의 특성에 착안한 방법이지만, 고온의 열원이 필요하므로 고유가 시대에 따른 비용 부담으로 인해 그 이용률이 현저히 낮은 상황이다. 따라서 국내에서는 거의 매립방법에 의존하고 있지만, 매립방법은 석면을 완전하게 무해화할 수 없는 일시적인 방법이며, 매립 과정에서 석면의 비산에 의해 노동자 및 주변 거주자들이 2차적으로 석면에 노출되는 위험성이 있다. 또한, 석면 함유 물질을 고형화하여 약 20년간 그 상태로 유지하도록 하는 고형화 공법이 있지만, 이는 단순 고형화에 의한 일시적 처리방법으로서 장기적으로는 인체에 해를 끼칠 수 있는 문제가 있다.

따라서, 저비용으로도 석면을 영구적, 안정적으로 무해화 처리할 수 있는 기술에 대한 개발이 시급한 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 저온에서 석면을 완전하게 분해함으로써, 저비용으로 석면을 영구적으로 무해화 처리할 수 있는 석면 무해화 처리방법 및 이에 사용되는 칼슘화합물 반응액을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은 칼슘화합물을 포함하는 반응액과 석면 함유 물질을 혼합한 후, 상기 혼합물을 800 ~ 1,000℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 석면 무해화 처리방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 측면으로, 상기 처리방법에 사용되는 석면 무해화 처리용 칼슘화합물 반응액을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면으로, 상기 처리방법에 의해 처리된 석면을 제공한다.

본 발명에 따르면, 장기간에 걸쳐 건강을 해치는 유해 물질인 석면을 영구적, 안정적으로 무해화 처리할 수 있으며, 기존의 고온 용융법보다 저온에서 처리가 가능하므로 에너지 소비량이 줄어 무해화 비용이 크게 절감되고, 석면을 짧은 시간에 간단하게 무해화 처리할 수 있다.

도 1은 무해화 처리되기 전 석면의 SEM 분석 사진을 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따라 800℃에서 각각 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분 및 120분 동안 유지하여 석면 무해화 처리된 후 소성물의 SEM 분석 사진을 나타낸 것이다.
도 9는 무해화 처리되기 전 석면의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따라 800℃에서 각각 10분, 20분 및 50분 동안 유지하여 석면 무해화 처리된 후 소성물의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 따라 800℃에서 각각 30분 및 40분 동안 유지하여 석면 무해화 처리된 후 소성물의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 따라 800℃에서 각각 60분 및 120분 동안 유지하여 석면 무해화 처리된 후 소성물의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 석면 무해화 처리방법은 칼슘화합물을 포함하는 반응액과 석면 함유 물질을 혼합한 후, 상기 혼합물을 800 ~ 1,000℃의 온도로 가열하는 것으로서, 저비용으로 임의의 형태의 석면 함유 폐기물을 완전하고 안전하게 무해화 처리할 수 있다.

본 발명의 처리방법에 사용되는 반응액은 칼슘화합물을 포함하는 것으로서, 가열된 상태에서 화학반응을 통해 석면화합물 중의 Mg와 Si 간의 화학결합을 절단하여 석면(섬유상 석면)을 분해하는 역할을 한다.

반응액은 칼슘화합물과 용매를 적절한 방법으로 혼합하여 제조할 수 있으며, 그 제조방법이 특별히 제한되는 것은 아니다.

칼슘화합물로는 석면과의 반응을 통해 석면의 Mg-Si 결합을 끊을 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 염화칼슘, 탄산칼슘, 산화칼슘, 수산화칼슘 등을 사용할 수 있다.

칼슘화합물을 용해시키는데 사용되는 용매로는 칼슘화합물 및 석면 간의 반응을 방해하지 않는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 물, 초산 등을 사용할 수 있다.

바람직하게는, 염화칼슘; 탄산칼슘 및 산화칼슘 중에서 선택되는 적어도 하나; 및 물;을 포함하는 반응액을 사용한다. 일 구체예로, 염화칼슘, 산화칼슘 및 물의 혼합물을 반응액으로 사용할 경우, 석면의 분해는 하기 반응식 1과 같이 진행된다.

[반응식 1]

Mg₃Si₂O₅(OH)₄ + 2CaO + 2CaCl₂ -> 2Ca₂SiO₃Cl₂ + 3MgO + 2H₂O

염화칼슘, 탄산칼슘 및 산화칼슘 각각의 바람직한 함량은 처리가 필요한 석면 1몰 당 1.7 ~ 2.2몰, 더욱 바람직하게는 1.9 ~ 2.1몰, 가장 바람직하게는 2몰이다. 그 함량이 1.7몰 미만이면 석면 분해에 필요한 충분한 칼슘 성분의 부족으로 미분해된 석면이 존재하게 되어 요구하는 정도의 무해화 효과를 거두지 못할 수 있고, 그 함량이 2.2몰을 초과하면 미반응 칼슘화합물이 다수 잔존하게 되어 전체적인 처리비용이 증가할 수 있다.

또한, 염화칼슘, 탄산칼슘 및 산화칼슘의 바람직한 함량은 처리가 필요한 석면 100 중량부에 대하여, 각각 70 ~ 90 중량부, 60 ~ 80 중량부 및 35 ~ 45 중량부이다. 그 함량이 상기 하한값 미만이면 석면의 분해가 불충분하게 이루어질 수 있고, 그 함량이 상기 상한값을 초과하면 미반응 칼슘화합물이 다수 잔존하게 되어 전체적인 처리비용이 증가할 수 있다.

물의 바람직한 함량은 처리가 필요한 석면 100 중량부에 대하여, 310 ~ 330 중량부이다. 그 함량이 310 중량부 미만이면 석면과 반응액의 충분한 반응성에 문제가 있을 수 있고, 그 함량이 330 중량부를 초과하면 불필요한 수분의 존재로 경제성이 저하될 수 있다.

본 발명은 상기 반응액과 석면 함유 물질을 혼합한 후, 상기 혼합물을 800 ~ 1,000℃의 온도로 열처리하여 석면을 무해화하는 것으로서, 800℃ 정도의 낮은 온도에서 무해화 처리가 가능하여 기존의 고온 용융법에 비해 에너지 소비량을 크게 절감할 수 있다.

반응액과 석면 함유 물질을 혼합하는 방법은 특별히 제한되지 않다. 예를 들어, 구비된 반응액에 석면 함유 물질을 혼합 또는 함침시키는 방법, 석면 함유 물질과 반응액 각각의 성분들을 동시에 혼합하는 방법, 석면 함유 물질과 반응액 중 일부 성분을 먼저 혼합한 다음 나머지 반응액 성분을 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있다.

반응액과 석면 함유 물질의 혼합물을 가열하는 방법 또한 특별히 제한되지 않으며, 특히 본 발명은 종래의 고온 용융법보다 저온에서 처리하는 것이므로, 일반의 전기로 설비 등을 이용해 가열하여도 효과적으로 석면을 분해시킬 수 있다.

본 발명은 종래의 고온 용융법(약 1,500℃로 가열)과는 달리 약 800℃까지만 가열하면 석면을 무해화 처리할 수 있다. 구체적으로, 반응액과 석면 함유 물질의 혼합물을 800 ~ 1,000℃, 바람직하게는 800 ~ 900℃, 더욱 바람직하게는 800 ~ 850℃, 가장 바람직하게는 800℃로 가열한다.

가열온도가 800℃ 미만이면 전술한 석면 분해반응이 원활히 진행되지 않을 수 있고, 가열온도가 1,000℃를 초과하면 에너지 소비량이 늘어나 처리비용 절감효과를 크게 기대할 수 없다.

일 구체예로, 반응액과 석면 함유 물질의 혼합물을 2 ~ 4시간, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3시간, 가장 바람직하게는 약 2시간에 걸쳐 상기 온도범위까지 가열하도록 한다. 가열시간이 2시간 미만이면, 급속한 승온으로 인해 용매가 증발되어 석면과 반응액의 불충분한 반응이 일어나 석면상의 변화가 일어나지 않을 수 있고, 가열시간이 4시간을 초과하면, 전체 처리시간이 증가하여 낮은 온도에서의 반응을 통한 에너지 절감 효과를 극대화하기 어려울 수 있다.

다른 구체예로, 반응액과 석면 함유 물질의 혼합물을 800 ~ 1,000℃의 온도로 가열한 후, 승온된 온도에서 5 ~ 130분 동안 유지하도록 한다. 유지시간이 5분 미만이면 석면 분해반응에 필요한 충분한 시간을 제공하지 못할 수 있고, 유지시간이 130분을 초과하면 이미 석면의 분해반응이 완료된 상태에서 불필요한 에너지가 소비될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 염화칼슘; 탄산칼슘 및 산화칼슘 중에서 선택되는 적어도 하나; 및 물;을 포함하는 석면 무해화 처리용 칼슘화합물 반응액, 및 상기와 같은 처리방법에 의해 처리된 석면이 제공된다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

하기 표 1의 성분 및 함량에 따라, 순수한 물에 용해시킨 염화칼슘의 수용액에 석면과 탄산칼슘을 혼합하여 도가니에 넣었다. 도가니를 가열로에 넣고 실온으로부터 800℃까지 2시간에 걸쳐 승온시켰다. 혼합물을 800℃에서 10분 동안 유지하였다.

실시예 2

혼합물을 800℃에서 20분 동안 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 처리하였다.

실시예 3

혼합물을 800℃에서 30분 동안 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 처리하였다.

실시예 4

혼합물을 800℃에서 40분 동안 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 처리하였다.

실시예 5

혼합물을 800℃에서 50분 동안 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 처리하였다.

실시예 6

혼합물을 800℃에서 60분 동안 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 처리하였다.

실시예 7

혼합물을 800℃에서 120분 동안 유지한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 처리하였다.

[표 1]

석면 분해성능 시험

실시예에 따라 800℃에서 각각 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분 및 120분 동안 유지된 혼합물을 가열로로부터 꺼내고 냉각하여 각각의 소성물을 얻었다. 상기 소성물을 물로 세척하고 건조시켜 첨가한 과잉의 염화칼슘을 제거하여, 유지시간별 시편을 얻었다.

처리되기 전 석면과 처리된 후의 상기 각 시편을 주사전자현미경(SEM) 및 X선 회절법(XRD)에 의해 분석하였다. (JIS A 1481에 준하여 분석하였음.)

SEM 분석 사진은 도 1 내지 도 8에 나타내었고, XRD 패턴 사진은 도 9 내지 도 12에 나타내었다.

도 1 내지 도 8에서 보듯이, 본 발명에 따라 처리한 시편(도 2 내지 도 8)은 각각의 유지시간에 있어, 일반 석면(도 1)에서와 같은 석면 섬유가 검출되지 않았다.

또한, 도 9 내지 도 12에서 보듯이, 일반 석면(도 9)의 XRD 패턴은 석면의 고유 회절각인 12.4° 근방에서 강한 피크(Chrysotile)를 보였지만, 본 발명에 따라 처리한 시편(도 10 내지 도 12)은 석면의 고유 피크가 관찰되지 않아 석면이 안정적으로 무해화되었음을 증명하였다.

Claims (8)

1. 무해화 처리될 석면 100 중량부, 염화칼슘 70~90 중량부, 탄산칼슘 60~80 중량부 및 물 310~330 중량부의 혼합물을 2~4시간에 걸쳐 800~850℃의 온도로 가열한 후, 10분~120분 동안 승온상태를 유지하여 석면을 분해하는 것을 특징으로 하는, 습식 석면 무해화 처리방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images