KR101341541B1 - 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 재활용 성토재 - Google Patents
유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 재활용 성토재 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 재활용 성토재에 관한 것으로서, 각종 사업장에서 발생되는 부산물을 활용하여 고형제와 흡착제를 제조하고, 이렇게 제조된 고형제와 흡착제를 이용하여 매립 및 해양투기로 버려지는 유ㆍ무기성 슬러지를 흙과 동일한 색상과 형태를 갖는 재활용 성토재로 제조하여, 건축 토목에 사용되는 부족한 토사를 대체할 수 있는 재활용 성토재를 제공하는 것이다.
본 발명은 제철소에서 스테인레스스틸 제조시 제강공정에서 포집되거나 정련할 때 사용되는 부원료(생석회, 돌로마이트)의 이송 및 사용중에 집진되는 것으로, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, 열병합발전소의 유동층 연소보일러 연소온도가 800~1200℃이고, 층물질(모래, 회재)이 충진된 연소로에 석탄을 공급하고 분산 판을 통해 주입된 공기에 의해 연소되는 방식으로 연소로에 탈황제(석회석)를 직접 주입하여 연소 중 탈황을 한 후 발생되는 것으로, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 중 산화칼슘에 물을 1:1의 비율로 혼합시 5~10초 이내에 90~120℃의 발열이 발생되는 선별된 산화칼슘 복합물(30)을 혼합함으로써 발열 및 경화 기능이 뛰어난 반응제(40)를 획득하는 과정과(S1); 철, 마그네슘, 알루미늄을 원소로 하는, 수화(hydration)된 세 개의 팔면체로 이루어진 평면상 운모상의 규산염광물인 질석을 800~1000℃로 가열하여 팽창시킨 후 이를 200~400mesh로 분쇄하여 획득한 것으로, 화학성분이 (Mg,Fe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)24H2O인 질석분말(50)과, 제지생산 공정중 발생되는 슬러지를 소각한 것으로, CaO 함량이 40~45중량%인 제지소각재(60)를 혼합함으로써 수분 및 중금속 분배흡착 기능이 뛰어난 흡착제(70)를 획득하는 과정과(S2); 함수율이 30~85중량%인 유ㆍ무기성 슬러지(80)에 상기 반응제(40) 및 흡착제(70)를 혼합 반응하여 입자 형태의 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 획득하는 과정과(S3); 상기에서 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지(80) 혼합물을 송풍기가 장착된 양생장치에 투입하여 공기를 불어 넣음으로 입자화 반응물의 수분 및 반응열을 안정화시키고, 흙과 동일한 색상으로 산화시켜, 일정 강도를 갖는 재활용 성토재(90)를 제조하는 양생과정(S4);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제철소에서 스테인레스스틸 제조시 제강공정에서 포집되거나 정련할 때 사용되는 부원료(생석회, 돌로마이트)의 이송 및 사용중에 집진되는 것으로, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, 열병합발전소의 유동층 연소보일러 연소온도가 800~1200℃이고, 층물질(모래, 회재)이 충진된 연소로에 석탄을 공급하고 분산 판을 통해 주입된 공기에 의해 연소되는 방식으로 연소로에 탈황제(석회석)를 직접 주입하여 연소 중 탈황을 한 후 발생되는 것으로, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 중 산화칼슘에 물을 1:1의 비율로 혼합시 5~10초 이내에 90~120℃의 발열이 발생되는 선별된 산화칼슘 복합물(30)을 혼합함으로써 발열 및 경화 기능이 뛰어난 반응제(40)를 획득하는 과정과(S1); 철, 마그네슘, 알루미늄을 원소로 하는, 수화(hydration)된 세 개의 팔면체로 이루어진 평면상 운모상의 규산염광물인 질석을 800~1000℃로 가열하여 팽창시킨 후 이를 200~400mesh로 분쇄하여 획득한 것으로, 화학성분이 (Mg,Fe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)24H2O인 질석분말(50)과, 제지생산 공정중 발생되는 슬러지를 소각한 것으로, CaO 함량이 40~45중량%인 제지소각재(60)를 혼합함으로써 수분 및 중금속 분배흡착 기능이 뛰어난 흡착제(70)를 획득하는 과정과(S2); 함수율이 30~85중량%인 유ㆍ무기성 슬러지(80)에 상기 반응제(40) 및 흡착제(70)를 혼합 반응하여 입자 형태의 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 획득하는 과정과(S3); 상기에서 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지(80) 혼합물을 송풍기가 장착된 양생장치에 투입하여 공기를 불어 넣음으로 입자화 반응물의 수분 및 반응열을 안정화시키고, 흙과 동일한 색상으로 산화시켜, 일정 강도를 갖는 재활용 성토재(90)를 제조하는 양생과정(S4);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 유ㆍ무기성슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사업장에서 발생되는 부산물을 활용하여 고형제와 흡착제를 제조하고, 이렇게 제조된 고형제와 흡착제를 이용하여 매립 및 해양투기로 버려지는 유ㆍ무기성 슬러지를 재활용한 성토재를 제조함으로써, 폐자원을 보다 효율적으로 활용할 수 있는 재활용 성토재의 제조방법에 관한 것이다.
기존 성토재는 건축, 토목, 도로, 지하철 등의 공사현장에서 발생되는 토사를 활용하거나, 부족시는 인근 야산의 토사를 성토재로 활용하고 있다. 하지만 현재 전국적으로 토사가 부족하여 성토공사현장에서는 성토재 구입에 따른 공사지연이 발생되고 있으며, 폐기물 중간처리업체 또한 폐기물을 재활용함에 있어, 폐기물에 토사를 1:1의 비율로 혼합하여 재활용하여야 하나 현재 토사를 구입할 수 없어 재활용에 많은 어려움을 겪고 있는 것이 현실이다.
이와 같은 성토재의 부족현상을 해결하기 위한 노력으로 국내특허출원 제10-2008-0070380호(발명의 명칭: 성토재 제조방법 및 성토재)와 , 국내특허출원 제10-2001-0012352호(발명의 명칭: 폐스티로폴 입자를 이용한 경량 성토재)와, 국내특허출원 제10-2008-0009864호(발명의 명칭: 산업폐기물을 이용한 친환경 성토재 및 그 제조방법)와, 국내특허출원 제10-2009-0017702호(발명의 명칭: 버텀애쉬와 폐콘크리트를 이용한 인조성토재 제조방법)와, 국내특허출원 제10-2008-0099601호(발명의 명칭: 매립 석탄회와 현장 발생토를 이용한 인공성토재 제조방법) 등이 선출원된 바 있다.
그러나, 기존의 공개된 성토재 제조방법에 관한 기술에서는 폐자원인 유ㆍ무기성 슬러지를 재활용하여 성토재를 제조하는 방법이 제시된 바 없으며, 그 과정에서 ph값을 낮게 유지하여 암모니아 가스의 방출량을 줄이고자 하는 기술적 해결방안이 제시된 바 없었다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 각종 사업장에서 발생되는 부산물을 활용하여 고형제와 흡착제를 제조하고, 이렇게 제조된 고형제와 흡착제를 이용하여 매립 및 해양투기로 버려지는 유. 무기성 슬러지를 흙과 동일한 색상과 형태를 갖는 재활용 성토재로 제조하여, 건축 토목에 사용되는 부족한 토사를 대체하고자 하는데 본 발명의 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 제철소에서 스테인레스스틸 제조시 제강공정에서 포집되거나 정련할 때 사용되는 부원료(생석회, 돌로마이트)의 이송 및 사용중에 집진되는 제강분진과, 석탄애쉬와, 산화칼슘을 혼합하여 발열 및 경화 기능이 뛰어난 반응제를 획득하는 과정과; 질석분말과 제지소각재를 혼합하여 수분 및 중금속 분배흡착 기능이 뛰어난 흡착제를 획득하는 과정과; 폐자원인 유ㆍ무기성 슬러지에 상기 반응제 및 흡착제 혼합 반응하여 입자 형태의 유ㆍ무기성 슬러지를 획득하는 과정과; 상기에서 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지 혼합물의 수분을 증발시키는 양생과정;을 통해 재활용 성토재를 제조하는 방법을 제안한다.
본 발명에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에 의하면, 본 발명은 사업장에서 발생되는 부산물을 활용하여 반응제와 흡착제를 제조하고, 이렇게 제조된 반응제와 흡착제를 이용하여 매립 및 해양투기로 버려지는 유ㆍ무기성 슬러지를 재활용 성토재로 제조함으로써, 폐자원을 보다 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 폐자원을 활용함에 있어 ph값이 낮게 발생하도록 유지하여 암모니아 가스 방출량을 줄일 수 있음에 또 다른 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에 대한 개략적인 흐름도이며,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에서 각 성분들의 함유량을 나타낸 구성도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에 대한 실시사진이며,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에 의해 제조된 재활용 성토재를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에서 각 성분들의 함유량을 나타낸 구성도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에 대한 실시사진이며,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에 의해 제조된 재활용 성토재를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법을 나타낸 것으로, 도 1 및 도 2는 제조방법에 대한 공정 흐름도이며, 도 3 및 도 4는 실시사진을 나타낸 것이다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재는, 제철소에서 스테인레스스틸 제조시 제강공정에서 포집되거나 정련할 때 사용되는 부원료(생석회, 돌로마이트)의 이송 및 사용중에 집진되는 스테인레스 제강분진(10)과, 열병합발전소 중 유동층 연소과정에서 발생하는 석탄애쉬(20)와, 산화칼슘 복합물(30)을 혼합함으로써 획득하는 반응제(40)의 제조과정과(S1); 질석분말(50)과, 제지소각재(60)를 혼합함으로써 획득하는 흡착제(70)의 제조과정과(S2); 유ㆍ무기성 슬러지에 상기 반응제(40)와 흡착제(70)를 혼합 반응시킴으로써 획득하는 입자형 유ㆍ무기성슬러지(80)의 제조과정과(S3); 상기 입자형 유ㆍ무기성 슬러지(80)로부터 재활용 성토재(90)를 제조하기 위한 양생과정(S4);을 포함하여 이루어지는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법에 관한 것이다.
a) 반응제(40)의 제조과정(
S1
)
스테인레스스틸 제조시 제강공정에서 포집되거나 정련할 때 사용되는 부원료(생석회, 돌로마이트)의 이송 및 사용중에 집진되는 스테인레스 제강분진(10)과, 열병합발전소 중 유동층 연소과정에서 발생하는 애쉬(플라이 애쉬)를 포집하여 획득한 석탄애쉬(20)와, 선별된 산화칼슘 복합물(30)을 각각 일정 중량부로 혼합함으로써 발열 및 경화 기능이 뛰어난 반응제(10)를 제조한다.
상기 스테인레스 제강분진(10)은, 제철소에서 스테인레스스틸 제조시 제강공정에서 포집되거나 정련할 때 사용되는 부원료(생석회, 돌로마이트)의 이송 및 사용중에 집진되는 것으로, CaO 함량이 50~60중량%이며, ph 11.8~12.5의 강알칼리성 분말인 것이다.
상기 석탄애쉬(20)는, 열병합발전소의 유동층 연소보일러 연소온도가 800~1200℃이고, 층물질(모래, 회재)이 충진된 연소로에 석탄을 공급하고 분산 판을 통해 주입된 공기에 의해 연소되는 방식으로 연소로에 탈황제(석회석)를 직접 주입하여 연소중 탈황을 한 후 발생되는 것으로, CaO 함량이 50~60중량%이며, ph 11.8~12.5의 강알칼리성 분말인 것이다.
상기 산화칼슘 복합물(30)은, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30) 중에서 물과 1:1의 비율로 혼합시 5~10초 이내에 90~120℃의 발열이 발생되는 산화칼슘 복합물(30)만을 선별하여 그 대상으로 사용하는 것이다.
상기와 같은 반응제(10)를 구성하는 스테인레스 제강분진(10)과, 석탄애쉬(20)와, 산화칼슘 복합물(30)에 대한 원료별 화학적 조성은 아래 표 1과 같다.
| CaO | SiO2 | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | 기타 | |
| 스테인레스 제강분진(10) |
54.6 |
2.2 |
3.3 |
0.8 |
23.4 |
15 |
| 석탄애쉬(20) |
59.2 |
16.7 |
4.7 |
8.5 |
2.9 |
8 |
| 산화칼슘 복합물(30) |
87.0 |
1.2 |
1.2 |
11 |
상기와 같은 반응제(40)의 제조과정(S1)은, 혼합기(믹서기)에 CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 각각 30~35 : 30~35 : 30~40의 중량부로 넣어, 3~5분간 교반하여 혼합물을 고르게 혼합시킴으로 발열 및 경화기능이 우수한 반응제(40)를 제조하는 것이다.
이때, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 각각 30~35 : 30~35 : 30~40의 중량부로 혼합하는 이유는, 스테인레스 제강분진(10)과 석탄애쉬(20)가 반응제(40)를 형성하는 전체조성물 100중량부에 대하여 30중량부 미만으로 포함될 때에는 산화칼슘 복합물(30)의 투입비율이 반응제(40)를 형성하는 전체조성물 100중량부에 대하여 40중량부를 초과하게 되므로, 제조된 반응제(40)의 CaO의 함량이 70중량% 이상이 되고, 이는 CaO 다량 사용에 따른 ph가 상승되어 유기성 슬러지를 처리할 경우 암모니아 가스가 다량 발생하는 문제점이 있으며, 뿐만 아니라 제조비용이 상승하는 문제점도 발생한다.
반면, 스테인레스 제강분진(10)과 석탄애쉬(20)가 반응제(40)를 형성하는 전체조성물 100중량부에 대하여 35중량부를 초과하여 포함될 때에는 산화칼슘 복합물(30)의 투입비율이 반응제(40)를 형성하는 전체조성물 100중량부에 대하여 30중량부 미만이 되고, 이는 제조된 반응제(40)의 CaO의 함량이 65중량% 이하가 되어 제조된 반응제(40)의 발열 및 경화 기능이 저하되는 문제점이 발생한다.
그래서, 본 발명에 따른 반응제(40) 조성물은, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과 CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와 CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 각각 30~35 : 30~35 : 30~40의 중량부로 혼합하는 것이 이상적이다.
b) 흡착제(70)의 제조과정(
S2
)
질석분말(50)과, 제지생산 공정 중 발생되는 슬러지를 소각한 제지소각재(60)를 각각 일정 중량부로 혼합하여 수분 및 중금속 흡착기능이 뛰어난 흡착제(70)를 제조한다.
상기 질석분말(50)은, 철, 마그네슘, 알루미늄 등을 원소로 하는, 수화(hydration)된 세 개의 팔면체로 이루어진 평면상 운모상의 규산염광물인 질석을 800~1000℃로 가열하여 팽창시킨 후 이를 200~400mesh로 분쇄하여 획득한 것으로, 화학성분이 (Mg,Fe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)24H2O인 ph 6~9의 중성 및 약알칼리성 분말인 것이다.
상기 제지소각재(60)는, 제지폐수 처리시 발생되는 침전물을 탈수시키고, 탈수된 침전물을 연소장치를 이용하여 섭씨 900~1000℃에서 연소시킴에 따라 획득하는 것으로, CaO 함량이 40~45중량%이며, ph 12.1~12.5인 강알칼리성 분말인 것이다.
상기와 같은 흡착제(70)의 제조과정과(S2)은, 혼합기(믹서기)에 질석분말(50)과, CaO 함량이 40~45중량%인 제지소각재(60)를 각각 10~20 : 80~90의 중량부로 넣어, 3~5분간 교반하여 혼합물을 고르게 혼합시킴으로 수분 및 중금속 분배흡착 기능을 갖는 흡착제(70)를 제조하는 것이다.
이때, 질석분말(50)과 CaO 함량이 40~45중량%인 제지소각재(60)를 각각 10~20 : 80~90 중량부로 혼합하는 이유는, CaO 함량이 40~45중량%인 제지소각재(60)는 겉보기 비중이 0.6의 다공성 물질로서 수분 분배흡착 기능은 우수하나, 다량의 Cl 성분과 중금속중 Cu 와 Zn을 내포하고 있는 단점을 갖고 있다. 따라서 이에 비중이 0.2인 다공성 물질로 수분분배 흡착 기능이 제지소각재(60) 보다 2배 이상 뛰어나고, 중금속 흡착 분해 기능이 우수한 질석분말(50)을 10~20중량부 혼합함으로써, 제지소각재(60)의 단점을 보완한 흡착제(70)를 제조할 수 있는 것이다.
이때, 제조된 흡착제(70)의 전체 100중량부 중 질석분말(50)이 10중량부 미만으로 포함되면 중금속 흡착기능이 저하되고, 흡착제(70)의 전체 100중량부 중 질석분말(50)이 20중량부를 초과하면 가격이 고가인 질석분말(50)의 다량 투입에 따른 제조비용이 상승되기 때문에 질석분말(50)은 흡착제(70)의 전체 100중량부에 대하여 10~20 중량부 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
c) 유ㆍ무기성 슬러지(80)의 혼합 반응과정(S3)
폐석고, 하수슬러지, 정수슬러지, 음식물탈리액, 갯벌, 염색슬러지, 레드머드슬러지등과 같이 각 사업장의 공정 중 발생되는 침전물을 함수율 30~85중량%로 탈수시킨 유ㆍ무기성 슬러지(80)에, 상기에서 제조된 반응제(40) 및 흡착제(70)를 일정 중량부 투입하여 혼합 반응하는 과정을 통해 입자 형태의 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 획득한다.
보다 상세하게는, 혼합기(믹서기)에 함수율이 30~85중량%인 유ㆍ무기성 슬러지(80) 100중량부를 투입하고, 이에 반응제(40)와 흡착제(70)를 각각 5~15 : 10~35중량부로 투입 혼합한 후 3~5분간 교반하여 함수율이 30~85중량%인 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 수분분배흡착 및 발열 반응에 의해 입자화 시키는 것이다.
이때, 함수율이 30~85중량%인 유ㆍ무기성 슬러지(80) 100중량부에, 반응제(40) 5~15중량부와, 흡착제(70) 10~35중량부를 투입하는 이유는, 반응제(40)의 투입비율이 5중량부 보다 적을 경우는 발열 및 경화기능을 갖는 반응제(40)의 투입량이 적어져 혼합 과정에서 혼합물 전체가 단립화되는 현상이 발생하는 문제점이 있으며, 또한 반응제(40)의 투입비율이 15중량부 보다 많을 경우에는 ph가 상승하여 재활용 성토재(90)의 기준 ph를 초과하기에 재활용 성토재(90)로 사용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 유기성 슬러지 내에 수분에 용해된 상태로 존재하는 NH4는 유기성슬러지의 ph가 상승되면 급격하게 NH3으로 발생되는 것이기에 ph가 상승되면 NH3의 발생량도 증가되는 것이며, 이에 발생되는 암모니아 가스는 악취유발물질로서 특별하게 처리하는 시설을 필요로하기에 암모니아 가스가 적게 발생되도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따른 유ㆍ무기성 슬러지(80) 혼합 반응과정(S3)에서는, 함수율 30~85중량%인 유ㆍ무기성 슬러지(80) 100중량부에 반응제(40)와 흡착제(70)를 각각 100 : 5~15 : 10~35 의 중량부로 혼합하여 반응시키는 것이다.
d) 양생과정(
S4
)
상기 유ㆍ무기성 슬러지의 혼합 반응과정(S3)을 통해 획득한 입자형태의 유ㆍ무기성 슬러지(80)는 양생과정(S4)을 거치는 것으로, 이는 거친 입자화된 혼합물의 수분 및 반응열을 안정화시키고, 흙과 동일한 색상으로 산화시켜 일정 강도를 갖는 재활용 성토재(90)를 제조하는 것이다.
보다 상세하게는, 상기 유ㆍ무기성 슬러지의 혼합 반응과정(S3)을 통해 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지 혼합물을 송풍기가 장착된 양생장치에 투입하여 공기를 불어 넣어 입자화 혼합물의 수분 및 반응열을 안정화시키고, 흙과 동일한 색상으로 산화시켜 일정 강도를 갖는 재활용 성토재(90)를 제조하는 것이다.
이와 같은 양생과정(S4)을 거치는 이유는 상기 유ㆍ무기성 슬러지의 혼합 반응과정(S3)에서 투여되는 반응제(40)의 성분중 CaO는 유ㆍ무기성 슬러지(80)내의 H2O와 반응하여 Ca(OH)2로 치환하는데 이는 공기 중의 CO2와 반응하여 CaCO3으로 치환되는 탄산화반응을 거침으로써, 재활용성토재(90)의 강도를 증가시킬 수 있기 때문이다.
따라서 양생과정(S4)에서는 상기 유ㆍ무기성 슬러지의 혼합 반응과정(S3)을 거친 혼합물의 반응열 및 수증기를 제거시키고, 아울러 혼합물을 공기 중의 산소 및 이산화탄소와 반응시켜 혼합물을 안정화시켜 일정강도를 갖는 재활용성토재(90)를 제조하기 위해 양생과정(S4)이 요구되는 것이다.
또한, 상기 양생과정(S4)에서 재활용 성토재(90)는 일반토사와 50~100 : 100중량부로 혼합하여 토지개량제 또는 기반성토재로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 반응제(40)와 흡착제(70)의 제조는 어느 것이 먼저 시행되어야 한다는 순서는 없으며, 단지, 유ㆍ무기성 슬러지(80)의 혼합 반응과정(S3)에서 일정 중량부를 동시 투입해야한다는 제한 사항만이 존재한다.
이때, 반응제(40)와 흡착제(70)는 모두 수분이 없는 분말임에도 각각 제조하여 각기 다른 저장시설에 보관하였다가 유ㆍ무기성 슬러지(80)의 혼합 반응과정(S3)에서 동시 투입하는 이유는 반응제(40)와 흡착제(70)를 구성하는 원료의 비중 차이에 의한 것이다.
아래 표 2는 본 발명에 따른 반응제(40)와 흡착제(70)의 구성 원료에 대한 각각의 비중을 비교한 것이다.
| 단계 | 원료명 | 진비중 | 겉보기 비중 | 제품비중 |
| 반응제 |
스테인레스 제강분진(10) |
3.1 |
1.1 |
1.0 |
| 석탄애쉬(20) |
2.8 |
0.9 |
||
| 산화칼슘 복합물(30) |
3.0 |
1.0 |
||
| 흡착제 |
질석분말(50) |
2.4 |
0.2 |
0.52 |
| 제지소각재(60) |
2.6 |
0.6 |
상기와 같이, 발열 및 경화기능을 갖고 있는 반응제(40) 원료의 겉보기 비중은 0.9~1.1이고, 수분 및 중금속 분배흡착 기능을 갖고 있는 흡착제(70) 원료의 겉보기 비중은 0.2~0.6으로 반응제(40)와 흡착제(70)는 현저한 비중 차이가 존재한다. 즉, 기능이 다른 반응제(40)와 흡착제(70)를 단일 제품으로 제조하면, 현저한 비중 차이에 의해 제품의 이송 및 저장과정에서 층 분리 현상이 발생할 수 있고 이는 현저하게 제품의 기능이 저하되는 것으로 이를 방지하고자 반응제(40)와 흡착제(70)는 각각 제작 후 별도 보관한 후에 유ㆍ무기성 슬러지(80)의 혼합 반응과정(S3)에서 동시 투입하는 것이다.
<
실시예
>
실시예
1
반응제(40)를 제조하고자, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 반응제(40)를 형성하는 전체 100 중량부에 대하여 각각 25 : 25 : 50 중량부로 혼합하였다.
실시예
2
반응제(40)를 제조하고자, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 반응제(40)를 형성하는 전체 100 중량부에 대하여 각각 30 : 30 : 40 중량부로 혼합하였다.
실시예
3
반응제(40)를 제조하고자, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 반응제(40)를 형성하는 전체 100 중량부에 대하여 각각 35 : 35 : 30 중량부로 혼합하였다.
실시예
4
반응제(40)를 제조하고자, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 반응제(40)를 형성하는 전체 100 중량부에 대하여 각각 40 : 40 : 20 중량부로 혼합하였다.
실시예
5
흡착제(70)를 제조하고자, 질석분말(50)과, CaO 함량이 40~45중량%인 제지소각재(60)를 흡착제(70)를 형성하는 전체 100중량부에 대하여 각각 20 : 80 중량부로 혼합하였다.
실시예
6
하수슬러지 100중량부에 대하여, 상기 실시예 3에서 제조된 반응제(40) 5중량부와 상기 실시예 5에서 제조된 흡착제(70) 45중량부를 혼합 반응하여 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 획득하였다.
실시예
7
하수슬러지 100중량부에 대하여, 상기 실시예 3에서 제조된 반응제(40) 10중량부와 상기 실시예 5에서 제조된 흡착제(70) 40중량부를 혼합 반응하여 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 획득하였다.
실시예
8
하수슬러지 100중량부에 대하여, 상기 실시예 3에서 제조된 반응제(40) 15중량부와 상기 실시예 5에서 제조된 흡착제(70) 35중량부를 혼합 반응하여 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 획득하였다.
실시예
9
하수슬러지 100중량부에 대하여, 상기 실시예 3에서 제조된 반응제(40) 20중량부와 상기 실시예 5에서 제조된 흡착제(70) 30중량부를 혼합 반응하여 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 획득하였다.
상기 실시예 1 내지 실시예 4를 통해 제조된 반응제(40) 조성물에서 각 원료별 투입 중량부에 따른 반응제의 CaO 함량 변화를 표 3을 통해 정리해 보았다.
| 중량부 | 반응제의 CaO 함량 (%) |
|||
| 스테인레스 제강분진(10) |
석탄애쉬(20) |
산화칼슘 복합물(30) |
||
| 실시예 1 | 25 | 25 | 50 | 72 |
| 실시예 2 | 30 | 30 | 40 | 69 |
| 실시예 3 | 35 | 35 | 30 | 66 |
| 실시예 4 | 40 | 40 | 20 | 63 |
상기 표 3은 본 발명의 실시예를 통해 원료별 투입 중량부에 따른 반응제(40)의 CaO 함량 변화를 나타낸 것으로, 스테인레스 제강분진(10)과, 석탄애쉬(20)와, 산화칼슘 복합물(30)이 각각 서로 다른 조성비로 이루어진 4개의 반응제(40) 조성물(실시예 1 ~ 실시예 4)에 대하여 각각의 CaO 함량을 비교한 것이다.
상기 실시예 1에 대한 반응제(40) 조성물은, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)가 반응제(40)의 전체 100중량부에 대하여 각각 30중량부 미만으로 포함된 것으로, 이때에는 산화칼슘 복합물(30)의 투입비율이 반응제(40)의 전체 100중량부에 대하여 40중량부를 초과하고, 제조된 반응제(40)의 CaO의 함량은 70중량% 이상이 되며, 이는 CaO 다량 사용에 따른 ph가 상승되기에 유기성 슬러지를 처리할 경우 암모니아 가스가 다량 발생되는 문제점이 발생하고, 무엇보다 제조비용이 상승되는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 실시예 4에 대한 반응제(40) 조성물은, CaO 함량이 50~60%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60%인 석탄애쉬(20)가 반응제(40)의 전체 100중량부에 대하여 각각 35중량부를 초과하여 포함된 것으로, 이때에는 산화칼슘 복합물(30)의 투입비율이 반응제(40)의 전체 100중량부에 대하여 30중량부 미만이 되고, 제조된 반응제(40)의 CaO의 함량이 65중량% 이하가 되어, 제조된 반응제(40)의 발열 및 경화 기능이 저하되는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예를 통해 확인할 수 있듯이 반응제(40)는 발열 및 경화기능을 갖는 CaO의 함량이 65 ~70%를 유지시켜주는 것이 바람직하기에, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 반응제(40)를 형성하는 전체 100중량부에 대하여 각각 30~35 : 30~35 : 30~40의 중량부로 혼합하는 것이 이상적이다.
상기 실시예 6 내지 실시예 9를 통해 획득한 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지(80)에서는 각각의 유ㆍ무기성 슬러지와 반응제 및 흡착제의 혼합비율에 따른 변화(유기성 슬러지 중 함수율 85%인 하수슬러지 실험)를 비교하여 표 4를 통해 정리해 보았다.
| 구분 |
혼합 비율 | ph |
함수율(%) |
암모니아가스(ppm) |
||
| 하수슬러지(80) | 반응제(40) | 흡착제(70) | ||||
| 실시예 6 | 100 | 5 | 45 | 11.9 | 51 | 100 |
| 실시예 7 | 100 | 10 | 40 | 12.2 | 48 | 180 |
| 실시예 8 | 100 | 15 | 35 | 12.4 | 44 | 250 |
| 실시예 9 | 100 | 20 | 30 | 12.8 | 42 | 400 |
상기 표 4는 본 발명의 다양한 실시예를 통해 유ㆍ무기성 슬러지(80)와 반응제(40) 및 흡착제(70)의 투입 비율 변화에 따른 ph값과, 암모니아 가스 방출량을 비교한 것이다.
상기 유ㆍ무기성 슬러지(80)의 혼합 반응과정(S3)에서 반응제(40)의 투입비율이 5중량부 보다 적을 경우에는 발열 및 경화기능이 저하되어 혼합물 전체가 단립화되는 현상이 발생하는 문제점이 발생한다.
반면, 실시예 9에 대한 조성물과 같이, 반응제(40)의 투입비율이 15중량부 보다 많을 경우에는 ph가 상승하여 재활용 성토재(90)의 기준 ph를 초과하는 현상이 발생하고 이와 함께 암모니아 가스 방출량이 많아지기에 재활용 성토재(90)로 사용할 수 없는 문제점이 발생한다.
그러므로, 유ㆍ무기성 슬러지(80) 혼합 반응과정(S3)에서는, 함수율 30~85중량%인 유ㆍ무기성 슬러지(80) 100중량부에 대한 반응제(40)와 흡착제(70)를 각각 100 : 5~15: 10~35 의 중량부로 혼합하여 반응시키는 것이 이상적이다.
상기와 같은 본 발명의 내용을 정리하면, 먼저, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30)을 혼합함으로 CaO 함량이 65~70중량%인 발열 및 경화기능이 우수한 반응제(40)를 제조한다.
그리고, 겉보기 비중이 0.6의 다공성 물질로서 수분분배흡착 기능은 우수하나 다량의 Cl 성분과 중금속 중 Cu 와 Zn을 내포하고 있는 단점을 갖고 있는 것으로, CaO 함량이 40~45중량%인 제지소각재(60)와, 겉보기 비중이 0.2인 다공성 물질로 수분분배 흡착 기능이 제지소각재(60) 보다 2배 이상 뛰어나고, 중금속 흡착분해 기능이 우수한 질석분말(50)을 혼합하여, 제지소각재(60)의 단점을 보완한 흡착제(70)를 제조한다.
이후, 함수율 30~85중량%의 유ㆍ무기성 슬러지(80)와 상기 반응제(40) 및 흡착제(70)를 혼합 반응시키면 상기 흡착제(70)는 유ㆍ무기성 슬러지(80) 내의 수분을 분배흡착시키고, 이때 CaO의 함량이 65 ~70중량%인 반응제(40)의 성분 중 CaO는 유. 무기성 슬러지(80) 내의 수분에 의해 반응하여 발열 반응이 발생되기에 유ㆍ무기성 슬러지(80) 내의 수분이 일부 증발되어 경화되기 시작하며, 반응제(40)의 성분 중 CaO는 유ㆍ무기성 슬러지(80) 내의 H2O와 반응하여 Ca(OH)2로 치환하는데 이는 공기 중의 CO2와 반응하여 CaCO3으로 치환되는 탄산화반응을 거침으로 강도를 증가시키고 또한 흡착제(70)에 성분 중 질석분말(50)에 의해 유ㆍ무기성 슬러지(80)내의 중금속을 안정화시켜, 혼합물은 흙과 동일한 형태의 재활용 성토재(90)가 제조되는 것이다.
이와 같이 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 이용하여 제조된 재활용 성토재(90)는 건축 토목에 사용되는 부족한 토사를 대체할 수 있는 장점을 갖고 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.
10 : 스테인레스 제강분진 20 : 석탄애쉬
30 : 산화칼슘 40 : 반응제
50 : 질석분말 60 : 제지소각재
70 : 흡착제 80 : 유ㆍ무기성 슬러지
90 : 재활용 성토재
30 : 산화칼슘 40 : 반응제
50 : 질석분말 60 : 제지소각재
70 : 흡착제 80 : 유ㆍ무기성 슬러지
90 : 재활용 성토재
Claims (12)
- 제철소에서 스테인레스스틸 제조시 제강공정에서 포집되거나 정련할 때 사용되는 부원료의 이송 및 사용중에 집진되는 것으로, CaO 함량이 50~60중량%인 스테인레스 제강분진(10)과, 열병합발전소의 유동층 연소보일러 연소온도가 800~1200℃이고, 층물질이 충진된 연소로에 석탄을 공급하고 분산 판을 통해 주입된 공기에 의해 연소되는 방식으로 연소로에 탈황제를 직접 주입하여 연소 중 탈황을 한 후 발생되는 것으로, CaO 함량이 50~60중량%인 석탄애쉬(20)와, CaO 함량이 80~95중량%인 산화칼슘 복합물(30) 중에서 물과 1:1의 비율로 혼합시 5~10초 이내에 90~120℃의 발열이 발생되는 선별된 산화칼슘 복합물(30)을 혼합함으로써 발열 및 경화 기능이 뛰어난 반응제(40)를 획득하는 과정과(S1);
철, 마그네슘, 알루미늄을 원소로 하는, 수화(hydration)된 세 개의 팔면체로 이루어진 평면상 운모상의 규산염광물인 질석을 800~1000℃로 가열하여 팽창시킨 후 이를 200~400mesh로 분쇄하여 획득한 것으로, 화학성분이 (Mg,Fe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)24H2O인 질석분말(50)과, 제지생산 공정중 발생되는 슬러지를 소각한 것으로, CaO 함량이 40~45중량%인 제지소각재(60)를 혼합함으로써 수분 및 중금속 분배흡착 기능이 뛰어난 흡착제(70)를 획득하는 과정과(S2);
함수율이 30~85중량%인 유ㆍ무기성 슬러지(80)에 상기 반응제(40) 및 흡착제(70)를 혼합 반응하여 입자 형태의 유ㆍ무기성 슬러지(80)를 획득하는 과정과(S3);
상기에서 입자화된 유ㆍ무기성 슬러지(80) 혼합물을 송풍기가 장착된 양생장치에 투입하여 공기를 불어 넣음으로 입자화 반응물의 수분 및 반응열을 안정화시키고, 흙과 동일한 색상으로 산화시켜, 일정 강도를 갖는 재활용 성토재(90)를 제조하는 양생과정(S4);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 반응제(40)는 전체 100중량부에 대하여, 스테인레스 제강분진(10)과, 석탄애쉬(20)와, 산화칼슘 복합물(30)이 각각 30~35 : 30~35 : 30~40의 중량부로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 흡착제(70)는 전체 100중량부에 대하여, 질석분말(50)과 제지소각재(60)가 각각 10~20 : 80~90의 중량부로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 함수율이 30~85%인 유ㆍ무기성 슬러지(80)는 전체 100중량부에 대하여, 반응제(40)와 흡착제(70)가 각각 5~15 : 10~35중량부로 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 스테인레스 제강분진(10)은 ph 11.8~12.5의 강알칼리성 분말인 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 석탄애쉬(20)는 ph 11.8~12.5의 강알칼리성 분말인 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 질석분말(50)은 ph 6~9의 중성 또는 약알칼리성 분말인 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제지소각재(60)는 ph 12.1~12.5인 강알칼리성 분말인 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 양생과정(S4)의 재활용 성토재(90)는 일반토사와 50~100 : 100중량부로 혼합하여 토지개량제 또는 기반성토재로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반응제(40)는 겉보기 비중이 1.0 이고, 상기 흡착제(70)는 겉보기 비중이 0.5~0.6으로, 상기 반응제(40) 및 흡착제(70)는 비중 차이로 인해 각각 별도의 저장시설에 구분 보관하며 사용되는 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유. 무기성 슬러지(80)는 폐석고, 하수슬러지, 정수슬러지, 음식물탈리액, 갯벌, 염색슬러지, 레드머드슬러지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 슬러지를 함수율 30~85중량%로 탈수시킨 상태의 탈수물인 것을 특징으로 하는 유ㆍ무기성 슬러지를 이용한 재활용 성토재 제조방법. - 삭제
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