KR101391142B1 - 석면 무해화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석면 무해화 방법에 관한 것이다. 이는 석면을 함유하는 고체 폐재 내의 석면을 인체에 무해한 형태로 변환시키는 석면 무해화 방법에 있어서, 트륨(Sodium), 칼륨(Potassium) 및 염화나트륨(NaCl)이 혼합된 알칼리금속을 물에 녹인 알칼리금속 용액을 침전조에 투입하는 단계(110)와, 상기 침전조의 알칼리금속 용액 내에 석면 함유 고체 폐재를 30~50℃의 온도를 유지하면서 2~3시간 동안 침전시키는 단계(130)와, 침전된 상기 석면 함유 고체 폐재를 상기 침전조에서 꺼내어 실온에서 건조시키는 단계(150)와, 건조된 상기 석면 함유 고체 폐재를 680 ~ 850℃의 온도에서 2시간~2시간30분 동안 가열하는 단계(170), 및 가열된 상기 석면 함유 고체 폐재를 실온으로 냉각시키는 단계(190)를 를 포함한다. 이에 따라, 석면 오염 문제를 해결하고 폐재 처리 비용을 저감할 수 있으면서 동시에 처리된 폐재를 재활용할 수 있게 한다.
Description
본 발명은 일반적으로 석면 함유 폐재의 무해화 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 석면 함유 폐재를 나트륨, 칼륨, 및 염화나트륨을 녹인 수용액에 석면 폐재를 침전시킨 후 가열하여 폐재 내 석면 성분이 인체에 무해한 물질로 되도록 물성을 변화시킴으로써 석면 오염 문제를 해결하고 폐재 처리 비용을 저감할 수 있으면서 동시에 처리된 폐재를 재활용할 수 있게 한 새로운 석면 무해화 방법에 관한 것이다.
석면 슬레이트(Asbestos Slate)는, 슬레이트 내에 석면이 함유된, 1960년대 후반 새마을 운동의 일환인 농어촌 지붕 개량사업이 추진되면서 경제성, 편의성, 저 소음성 및 취급의 용이성으로 농어촌에 널리 보급되기 시작했다. 1960년대 이후로 수십 년에 걸쳐 지붕재 및 창고 마감재 등으로 사용되어진 석면 슬레이트는 오랜기간 풍화작용과 강도 저하로 석면이 비산되어 인근 주민의 생명을 위협하는 문제점이 있다.
또한 국내에서 1970~1980년대에 집중적으로 석면 슬레이트를 사용했는데, 석면 슬레이트를 접한 주민들 및 작업자들이 현재 환경성 질환의 피해가 발생하고 있으며 석면 폐 광산 인근 다수의 주민들은 실제로 암에 걸려 사망한 경우가 다수 발생하고 있다.
2008년 환경부 농가건물의 석면함유물질 사용 실태조사연구에 의해 검출결과가 아래의 표 1에서와 같다.
| 비산경로 | 지붕재 | 침식 퇴적율 | 빗물 | 토양 | 공기 |
| 석면 검출율 | 100% | 97.4% | 100% | 34.8% | 미검출 |
일반적으로 석면은 천연석으로 생산되는 광물군서 유연성과 우수한 항장력을 지닌 견사 모양이며 광택이 나는 섬유상 집합을 이루는 것의 총칭이다. 이런 특성을 갖는 석면은 탄력성, 단열성, 강도, 내열성, 불연성, 방음성 및 내마찰성이 우수하여 건축분야의 내장재, 산업분야의 충진재, 절연재, 보강재, 분산재, 자동차 브레이크라이닝 및 방염성 방직물 등의 제품으로 광범위하게 응용되어 사용되어지고 있다.
이러한 석면은 현재 천연석으로 생산되는 광물 섬유로서, 사문암계의 크리소타일(3MgO.SiO2.2H2O), 각섬석계의 아모사이트{(Fe.Mg)SiO3}, 크로시도라이트(Na.2Fe(SiO3).2Fe.SiO3.H2O), 안소피라이트{(Mg.Fe)7Si8.O22.(OH)2}, 트레모라이트{Ca2(Mg.Fe)5.Si8.(OH)2}, 아크티노라이트{Ca2(Mg.Fe)5.Si8. O22(OH)2} 등을 들 수 있다.
석면의 종류 중 크로시도라이트(Crocidolite,청석면)가 가장 인체의 생명을 위협하며, 아모사이트(Amosite,갈석면), 크리소타일(Chrysotile,백석면)의 순서로 인체에 악영향을 미친다. 석면은 대단히 미세한 섬유이며, 머리 굵기의 5천분의 1로 아주 작은 미립자 형태로 호흡과장에서 자연스럽게 폐 속 깊이 흡인되고 축적되어 암을 일으키는 1급 발암물질이다.
KS 규정에 의한 석면(Asbestos)은 아래의 표 2와 같다.
| Group | 종 류 | 화학식 | 특 징 |
| Serpentine (사문석) |
Chrysotile (백석면) |
3MgO.SiO2.2H2O | 가늘고 부드러운 섬유 휨 및 인장강도가 크고 가장 많이 사용 |
| Amphibole (각섬석) |
Amosite (갈석면) |
(Fe.Mg)SiO3 | 취성 및 고내열성 섬유 |
| Crocidolite (청석면) |
Na.2Fe(SiO3).2Fe.SiO3.H2O | 석면광물 중 가장 강함 | |
| Anthophylite | (Mg.Fe)7Si8.O22.(OH)2 | 취성 희색섬유 | |
| Tremolite | Ca2(Mg.Fe)5.Si8.(OH)2 | ||
| Actinolite | Ca2(Mg.Fe)5.Si8.O22(OH)2 |
사문암계의 Chrysotile은 700℃에서 가열하면 탈수 및 변태되고 거의 900℃에서 무해한 포레스트라이트(2MgO.SiO2)가 되는 것으로 알려져 있다. 실제로 석면은 1,550℃이상에서 용융되어 무해화된다. 그러나 현실적으로 온도를 1,500℃이상 올리려면 연료비가 부담되어 폐 석면을 처리하기에는 무리가 있다.
그러므로 다양한 방식의 무해화 방법들이 제안되고 있다. 예를 들어, JP 공개특허공보 2005-279589에는 석면을 함유한 슬레이트 폐재를 분쇄하지 않고 붕사, 붕산과 탄산나트륨의 혼합물 또는 붕사와 탄산나트륨의 혼합물로 이루어지는 융해제를 수용액에 담가 감압 하에 두어 융해제를 슬레이트 폐재의 표면으로부터 슬레이트 내부의 공극을 함침 함으로써 전 처리한 후, 그 전 처리한 슬레이트 폐재를 융해제를 채운 용융로 내에 침지시켜 780~1,000℃의 온도 범위 내에서 가열하면 슬레이트 폐재 중 석면을 용융시켜 유리화시키는 것을 특징으로 하는 슬레이트 폐재의 처리방법이 기재되어 있다.
또한 JP 공개특허정보 2006-52117호에는 무기질계 재료의 폐재를 시멘트 제조용 원료와 함께 시멘트 제조용 킬른 내에 투입하여 가열 처리함으로써 시멘트로 변화하여 이루어지는 무지질계 재료 폐재 처리방법으로 폐재의 치수를 최소 1이상이고 최대 시멘트 제조용 킬른 내경1/10 이하 이며 또한 폐재 내부의 표면까지의 최단거리가 30이하의 범위 내가 되도록 조정하여 폐재를 시멘트 제조용 원료와 함께 킬른 내 가마에 투입하여 1,000~1,500℃ 온도로 20~60분간 가열 처리해 소결체를 얻고, 얻어진 소결체를 분말화 하는 것을 특징으로 하는 무기질계 재료의 폐재 처리방법이 기재되어 있다.
그러나 위의 처리방법의 문제점은 석면이 함유된 폐재를 용융로나 시멘트 킬른에 원료를 공급할 때 석면 비산먼지를 방지할 수 없고 전 처리하는 과정에 있어 석면 함유된 폐재를 분쇄를 할 때 기계적인 방법에 의해 파괴 및 이동을 할 때 발생되는 비산 먼지 발생으로 작업자, 인근주민 및 토양에 대하여 오염을 유발시키는 원인이 되기도 한다는 것이다.
또한 가열처리시 용융온도가 높아 연료비 비중이 높아짐에 따라 처리 단가가 높아 효율이 떨어져 처리비용을 증가시키는 원인이 되기도 한다.
그러므로 석면 함유 폐재를 무해화하는 기술에 있어서 석면 오염 문제를 해결하고 폐재 처리 비용을 저감할 수 있도록 하는 기술에 대한 요구는 여전히 존재한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고 다양한 추가 장점을 제공하기 위하여 발명된 것이다. 본 발명은, 석면 함유 폐재를 나트륨, 칼륨, 및 염화나트륨을 물에 녹이거나 희석시킨 알칼리금속 용액에 침전시킨 후 가열하여 폐재 내 석면 성분이 인체에 무해한 물질로 되도록 함으로써 석면 오염 문제를 해결하고 폐재 처리 비용을 저감할 수 있으면서 동시에 처리된 폐재를 재활용할 수 있게 한 새로운 석면 무해화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 석면 함유 폐재를 알칼리금속 용액에 침전시킬 때 실온보다 약간 높은 온도 즉 30~50℃에서 2시간 이상 처리함으로써, 예를 들어 석면 슬레이트와 같은 석면 함유 폐재의 공극 상에 수용액 내의 알칼리금속의 침투를 촉진시키며, 이에 따라 뒤이은 소성로에서의 가열온도를 종전보다 낮출 수 있어 전체적으로 처리비용이 저감되도록 하는 새로운 석면 무해화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 석면 무해화 방법에 의하여 달성된다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 석면 무해화 방법은, 석면을 함유하는 고체 폐재 내의 석면을 인체에 무해한 형태로 변환시키는 석면 무해화 방법에 있어서, 나트륨(Sodium), 칼륨(Potassium) 및 염화나트륨(NaCl)이 혼합된 알칼리금속을 물에 녹인 알칼리금속 용액을 침전조에 투입하는 단계와, 상기 침전조의 알칼리금속 용액 내에 석면 함유 고체 폐재를 30~50℃의 온도를 유지하면서 2~3시간 동안 침전시키는 단계와, 침전된 상기 석면 함유 고체 폐재를 상기 침전조에서 꺼내어 실온에서 건조시키는 단계와, 건조된 상기 석면 함유 고체 폐재를 680 ~ 850℃의 온도에서 2시간~2시간30분 동안 가열하는 단계, 및 가열된 상기 석면 함유 고체 폐재를 실온으로 냉각시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 알칼리금속 용액은, 물 1000 중량부에 대해 나트륨 50 ~ 80 중량부, 칼륨 30 ~ 50 중량부, 및 염화나트륨 150 ~ 250 중량부를 첨가하여 희석시킨 것이다.
그리고 다른 실시예에 있어서, 상기 석면 함유 고체 폐재은, 폐석면 슬레이트, 폐석면 보드, 폐석면 방화재, 폐석면 내화재, 폐석면 보온재, 폐석면 단열재, 폐석면 절연제, 폐석면 브레이크라이닝일 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명은, 석면 함유 폐재를 나트륨, 칼륨, 및 염화나트륨이 혼합되어 구성되는 알칼리금속을 물에 녹인 수용액에 침전시킨 후 가열하여 폐재 내 석면 성분이 인체에 무해한 물질로 되도록 함으로써 석면 오염 문제를 해결하고 폐재 처리 비용을 저감할 수 있으면서 동시에 처리된 폐재를 재활용할 수 있게 한 새로운 석면 무해화 방법을 제공한다.
본 발명에서는 석면 함유 폐재를 알칼리금속 수용액에 침전시킬 때 실온보다 약간 높은 온도 즉 30~50℃에서 2시간 이상 처리함으로써, 예를 들어 석면 슬레이트와 같은 석면 함유 폐재의 공극 상에 수용액 내의 알칼리금속의 침투를 촉진시킬 수 있도록 한다. 이에 따라 뒤이은 소성로에서의 가열온도를 종전보다 낮출 수 있어 전체적으로 처리비용이 저감되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석면 무해화 방법의 단계를 예시하는 개략적인 흐름도.
도 2는 본 발명에 따라 처리되기 전후의 폐석면 슬레이트 내 석면 섬유의 형상을 비교 예시하는 현미경 사진.
도 2는 본 발명에 따라 처리되기 전후의 폐석면 슬레이트 내 석면 섬유의 형상을 비교 예시하는 현미경 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따라 폐석면 슬레이트에 적용되는 예에서 제공되는 석면 무해화 방법의 단계들을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
본 발명에 따라 석면 무해화 방법(100)은, 알칼리금속 용액을 침전조에 투입하는 단계(110), 알칼리금속 용액 내에 예컨대 폐석면 슬레이트(이하 '슬레이트'라고 한다)와 같은 석면 함유 고체 폐재를 침전시키는 단계(130), 침전된 슬레이트를 건조시키는 단계(150), 건조된 슬레이트를 가열하는 단계(170), 및 가열된 슬레이트를 실온으로 냉각시키는 단계(190)를 포함할 수 있다.
알칼리금속 용액을 침전조에 투입하는 단계(110)는, 나트륨(Sodium), 칼륨(Potassium) 및 염화나트륨(NaCl)이 혼합된 알칼리금속을 물에 녹인(또는 희석시킨) 용액을 침전조에 채우는 단계이다.
이 때, 알칼리금속 용액은, 물 1000 중량부에 대해 나트륨 50 ~ 80 중량부, 칼륨 30 ~ 50 중량부, 및 염화나트륨 150 ~ 250 중량부를 첨가하여 희석시킨 것이 바람직하다.
본 발명에서, 석면 함유 고체 폐재는, 폐석면 슬레이트, 폐석면 보드, 폐석면 방화재, 폐석면 내화재, 폐석면 보온재, 폐석면 단열재, 폐석면 절연제, 폐석면 브레이크라이닝일 수 있다.
석면 함유 고체 폐재를 침전시키는 단계(130)는, 예컨대 폐석면 슬레이트와 같은 석면 함유 고체 폐재를 침전조의 알칼리금속 용액 내에 침전시키는 단계이다. 이 단계에서 침전조를 30~50℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 침전시간은 알칼리금속 용액이 석면 함유 고체 폐재의 공극 사이에 충분하게 침투할 수 있도록 2~3시간 동안 진행되는 것이 바람직하다.
이후, 석면 함유 고체 폐재에 충분히 알칼리금속 용액이 침투되면, 침전조에서 꺼내어 실온에서 건조시키는 단계(150)가 진행될 수 있다. 건조 방식으로는 별다른 제약이 없으므로, 자연 방치해도 좋고, 고온 송풍 방식과 같은 강제 건조 방식을 사용해도 좋다.
건조된 상기 석면 함유 고체 폐재, 즉 슬레이트를 가열하는 단계(170)는, 예컨대 건조된 슬레이트를 소성로에 넣고 680 ~ 850℃의 온도, 바람직하게는 700℃의 온도에서 2시간~2시간30분 동안, 바람직하게는 2시간 동안 가열한다.
이렇게 가열된 슬레이트는, 도 2의 (a)에 도시된 가열전 석면 섬유의 모양이 도 2의 (b)에 도시된 모양과 같이 변화하게 되어, 인체에 무해한 형태로 될 수 있다.
이후 가열된 슬레이트는 실온으로 냉각시키는 단계(190)를 거쳐 출고된 후, 재사용되거나, 또는 분쇄된 후 다른 형태로 재 성형되는 공정에 원료로서 투입될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 물에 알칼리금속 물질을 희석시키고 30~50℃의 온도에서 예컨대 폐석면 슬레이트를 침전시킨다. 이는 알칼리금속 용액이 슬레이트 내에 침투되는 작용을 촉진시킬 수 있다는 장점을 제공할 수 있다. 이에 따라 이후 소성로에서 가열하는 온도를 680~850℃, 더 바람직하게는 약 700℃로 낮출 수 있어, 폐재 처리 비용을 크게 낮출 수 있게 하는 효과를 제공할 수 있다.
이하 구체적인 실시예를 예시하면 다음과 같다.
<실시예 1>
물 1리터에 나트륨 60g, 칼륨 40g, 염화나트륨 200g을 넣고 교반기에서 혼합하여 알칼리금속 용액을 제조하였다. 제조된 용액을 침전조에 채우고, 폐석면 슬레이트를 침전시켰다. 용액의 온도를 35~45℃로 유지하면서 2시간 40분 동안 슬레이트에 용액이 충분히 침투되도록 하였다. 이후, 슬레이트를 꺼내 자연 건조시켰다. 건조된 슬레이트를 소성로에서 700℃의 온도로 2시간 동안 가열하여, 슬레이트에 침투된 알칼리금속이 용융되도록 하였다. 이후 슬레이트를 실온까지 자연 건조시켰다.
<실시예 2>
위 실시예 1에서 소성로의 온도를 750℃로 한 것 이외에는 동일하게 처리하였다.
<실시예 3>
위 실시예 1에서 소성로의 온도를 800℃로 한 것 이외에는 동일하게 처리하였다.
<비교예>
위 실시예 1에서 소성로의 온도를 650℃로 한 것 이외에는 동일하게 처리하였다.
위의 실시예1 내지 실시예3 및 비교예를 통해 처리된 슬레이트를 '편광현미경을 이용한 건축자재 등의 석면분석법(노동법고시 제2009-32호)'에 따라 Stereo Microscopy/Polarizing Microscopy 장치를 사용하여 분석한 결과는 시료 내 석면 형태의 섬유상 입자의 함유율을 100분율로 나타내면 아래 표 3와 같다.
| 구분 | 소성 온도/시간 | 섬유상 석면 함유량 |
| 실시예 1 | 700℃/2시간 | 1% |
| 실시예 2 | 750℃/2시간 | 0.1% |
| 실시예 3 | 800℃/2시간 | 검출되지 않음 |
| 비교예 | 650℃/2시간 | 4% |
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 석면 무해화 방법에 의하면, 소성로에서의 가열 온도가 약 700℃ 인 경우에 잔여 섬유상 석면 함유량이 1% 정도로 줄어들 수 있으므로, 폐재 처리 비용이 크게 저감되는 효과를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양하고 변형된 구성이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.
Claims (3)
- 석면을 함유하는 고체 폐재 내의 석면을 인체에 무해한 형태로 변환시키는 석면 무해화 방법에 있어서,
나트륨(Sodium), 칼륨(Potassium) 및 염화나트륨(NaCl)이 혼합된 알칼리금속을 물에 녹인 알칼리금속 용액을 침전조에 투입하는 단계(110)와,
상기 침전조의 알칼리금속 용액 내에 석면 함유 고체 폐재를 30~50℃의 온도를 유지하면서 2~3시간 동안 침전시키는 단계(130)와,
침전된 상기 석면 함유 고체 폐재를 상기 침전조에서 꺼내어 실온에서 건조시키는 단계(150)와,
건조된 상기 석면 함유 고체 폐재를 680 ~ 850℃의 온도에서 2시간~2시간30분 동안 가열하는 단계(170), 및
가열된 상기 석면 함유 고체 폐재를 실온으로 냉각시키는 단계(190)를
포함하는 것을 특징으로 하는 석면 무해화 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 알칼리금속 용액은, 물 1000 중량부에 대해 나트륨 50 ~ 80 중량부, 칼륨 30 ~ 50 중량부, 및 염화나트륨 150 ~ 250 중량부를 첨가하여 희석시킨 것을 특징으로 하는 석면 무해화 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 석면 함유 고체 폐재는, 폐석면 슬레이트, 폐석면 보드, 폐석면 방화재, 폐석면 내화재, 폐석면 보온재, 폐석면 단열재, 폐석면 절연제, 폐석면 브레이크라이닝인 것을 특징으로 하는 석면 무해화 방법.
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