KR101931903B1 - 다량의 free-CaO가 함유된 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물 - Google Patents

다량의 free-CaO가 함유된 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (1) 유동층상 보일러 바텀애시 10 내지 40 중량%; (2) 유동층상 보일러 플라이애시 10 내지 40 중량%; (3) 고로슬래그 5 내지 20 중량%; (4) 제올라이트, 몬모릴로나이트 및 규조토로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 5 내지 10 중량%; 및 (5) 알루미나 분말 3 내지 20 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공한다.

Description

다량의 free-CaO가 함유된 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물{A composite for solidification of heavy metal ions of abandoned mines by using fly ash and bottom ash from fluidized-bed boiler with a large amount of free-CaO}
본 발명은 다량의 free-CaO가 함유된 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시를 이용한 중금속 고화용 안정화재 조성물에 관한 것이다.
지하자원 개발로 인하여 발생되는 공해현상을 광해(鑛害)라고 하며, 광산의 개발 중이나 휴, 폐광 후에 특별한 환경적, 광산보안적 조치가 미흡하게 되면 광해 현상이 발생한다. 이러한 광해현상으로는 중금속을 함유한 산성수의 유출, 광미사 및 폐석 자체의 유실, 유해성 침출수의 유출, 채굴적 상부 및 인접지역의 지반침강, 그리고 건조한 계절에 분진(세립질 광미사 등)의 비산 등을 들 수 있다.
이들 중 자연환경과 생활환경, 나아가 삶의 유해 요소로 작용하는 주요한 광해현상으로는 특히, 중금속을 함유한 산성 광산배수의 유출과 지하 공동부의 지반침강 현상 등을 들 수 있다.
일반적으로 광산에서는 지하로 채굴하여 원광을 채취한 후, 원광석을 조분쇄 및 미분쇄하여 물리적, 화학적 처리를 거쳐 유가자원을 선별한다. 이렇게 가동되던 광산이 휴광 되거나 폐광되는 경우에는 가행 중에 배출된 폐석과 광미 또는 완전히 복구되지 않은 갱내 환경 등에 의하여 여러 가지 형태로 주변 환경을 오염시키는 것으로 나타나고 있다.
휴광산이나 폐광산 주변에서 발생되는 광해의 종류로는 중금속을 함유한 폐수의 유출로 인한 주변토양, 지표수 및 지하수의 오염, 지반의 침하, 광미 및 폐석 등에 의한 분진발생 등을 지적할 수 있다.
특히 광미와 폐석의 경우 자연환경 위해요인이 되는 이유는 산성비, 지표수 등에 의하여 광미에 함유된 중금속 성분이 용출될 가능성이 있기 때문인데, 특히 황화광물 등의 경우에는 자연 산화반응의 진행이 용이하기 때문이다.
광미와 폐석을 환경오염으로부터 차단시키기 위한 안정화 처리방법은 유해 광미를 주변토양, 지하수, 지표수 및 산성비 등으로부터 차단 격리시키는 차단 매립처리방법이 가장 많이 시행되고 있으며, 대량의 폐기물을 단일장소에 격리 보관중인 경우에는 계속하여 발생하는 유해 침출수에서 환경 위해성분들을 흡착 분리시켜 침출수를 무해화시키는 방법이 사용되기도 한다.
또한, 광미 중에 함유된 위해성(危害性) 중금속을 분리 선별하여 재활용하는 방법을 사용하는 경우도 있는데, 이는 단일의 광산에 대한 일정한 특성을 가지는 폐기물을 대상으로 시행되는 방법으로, 이들 각각의 방법들은 모두 다양한 장점과 단점을 가지고 있다.
즉, 차단 매립방법은 폐기물 적치장 주변에 옹벽, 흙 제방 등의 폐기물 저장시설을 축조하여 매립하는 방법으로, 저장시설의 바닥과 상부에는 차수시설을 설치하고, 상부에는 복토, 식재 등의 방법으로 우수 등의 유입을 차단하도록 설계하는데, 이는 다양한 쓰레기 매립장의 경우와 동일한 기술을 사용한다.
이러한 방법은 단 기간 내에 폐기물을 차단매립 함으로서 환경 위해요인을 차단할 수 있다는 장점은 있으나, 매립장 부지의 확보 및 토지이용의 제한 등의 단점이 있고, 차단 매립재료의 수명에 따라, 일정기간 후에는 다시 차단시설을 하여야 한다는 단점이 있다.
침출수의 무해 처리방법은 특정 유해성분을 흡착/분리/제거하여 유출수의 위해성을 감소시키는 유용한 방법이지만, 원천적인 오염원의 제거가 이루어지지 않는 한 장기간 지속적으로 공정의 운용이 필요하다는 문제점이 있다. 이러한 차단매립법과 침출수 처리방법의 단점을 보완하기 위하여 폐기물에 존재하는 용출성 유해성분을 고온 용해 혹은 여러 가지 방법으로 불용화 처리한 후에 이를 차단매립 하거나 폐 갱도에 이송하여 저장/안정화하는 방법이 이용되기도 하지만 이상의 어떠한 방법의 경우에도 처리비용의 과다로 인한 어려움이 수반된다.
또한 이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 10-0623459호에서는 일반 점토조성물에 광미를 10~50 중량부 첨가하여 고온소성한 후 점토 소성벽돌을 제조하는 방법을 제시하고 있으며, 대한민국 등록 실용신안 20-0390517호에서는 보도블록 성형시 광미를 골재로 활용하는 방안을 제시하고 있으나, 광물찌꺼기를 재활용한 제품이라는 선입견 등으로 인해 건축재료로 활용하기에는 거부감이 있었고, 현대 건축의 경향으로 볼 때 벽돌 블록 등의 생산량이 감소하는 추세라 할 수 있어 대량으로 재활용되기에는 한계가 있는 것으로 판단된다. 또한 경제적인 측면으로도 이러한 광산들은 도시지역과 거리가 멀기 때문에 원료의 운송비가 과다하게 소요되며, 제조 공장을 광산인근에 설치하더라도 막대한 신규설비 투자비와 제품의 운송비가 많이 소요되는 등 실용화되기에는 어려운 점이 있다고 판단된다.
또한 대한민국공개특허 10-06-0102756호, 대한민국 등록특허 10-0415006호, 대한민국 등록특허 10-0535942호 등에서는 광미를 건조 후 입도분급하거나, 고온으로 소성한 후 급냉하여 시멘트 치환재로 사용하는 방법을 제시하였으나, 이러한 광미의 전처리에는 상당한 공정비용이 소요되며 또한 원료광미를 장거리 이송해야하는 문제점을 가지고 있어 이 역시 경제성이 떨어진다고 할 수 있다.
한편, 토목공사의 결합재 또는 고화재로 사용되는 재료의 경우 대부분이 보통 포틀랜트 시멘트 만을 단독으로 사용하거나 시멘트를 주원료로 플라이애시나 석고 등을 소량 첨가하여 사용하고 있는데 이러한 시멘트는 제조과정에서 다량의 CO2 가스를 배출하는 사업이며, 시멘트는 주 원료를 석회석, 점토, 철광석으로 하며 연료로 석탄을 사용하여 고온에서 열분해하여 제조되는 즉, 천연자원 및 자연훼손이 심각한 제품이기 때문에 환경을 살리기 위하여 환경을 훼손하는 잘못을 범하는 결과를 가져올 수 있다.
대한민국 등록특허 10-0623459호
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
일반적으로 광산 채굴적 충진에 사용되는 시멘트를 대체하여, 폐기되는 다량의 free-CaO를 포함하는 바텀애시 및 플라이애시, 및 고로슬래그 등을 사용함으로써, 시멘트에 의한 2차적인 중금속 오염을 방지하며, 폐광산에서 발생하는 중금속 이온을 효과적으로 고화시킬 수 있는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 폐기되어야 할 바텀애시 및 플라이애시를 사용하되, 알칼리 활성화제를 전혀 사용하지 않고 고로슬래그 및 중금속 고화용 재료를 사용하여 경화시킴으로써, 경제성 및 친환경성을 획기적으로 개선시킨 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 바텀애시, 플라이애시 및 고로슬래그 등을 사용함으로써, 가격 급등 등에 의해 수급이 원활하지 않은 모래와 같은 골재를 대체함으로써, 안정적, 경제적, 환경친화적으로 광산 채굴적 지반을 보강할 수 있는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수화 및 경화된 상태에서 pH가 12 내지 13이 되는 플라이애시 및 바텀애시에 함유되어 있는 다량의 free-CaO에 의하여 산성 오염수의 중화처리도 가능한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
(1) 유동층상 보일러 바텀애시 10 내지 40 중량%;
(2) 유동층상 보일러 플라이애시 10 내지 40 중량%;
(3) 고로슬래그 5 내지 20 중량%;
(4) 제올라이트, 몬모릴로나이트 및 규조토로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 5 내지 10 중량%; 및
(5) 알루미나 분말 3 내지 20 중량%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공한다.
본 발명에서 상기 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시는 유동층상 보일러에서 연소 후 발생하는 것으로서 free-CaO의 함량이 5 내지 45 중량%인 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 폐광산 중금속 고화용 안정화재 조성물은 시멘트를 대체하여 다량의 free-CaO를 포함하는 바텀애시 및 플라이애시, 및 고로슬래그 등을 사용함으로써, 시멘트에 의한 2차적인 중금속 오염을 방지하며, 폐광산에서 발생하는 중금속 이온을 효율적으로 고화시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 폐광산 중금속 고화용 안정화재 조성물은 폐기되어야 할 바텀애시 및 플라이애시를 사용하되, 알칼리 활성화제를 전혀 사용하지 않고 고로슬래그 및 중금속 고화용 재료를 사용하여 경화시킴으로써, 광산 채굴적 충진시 경제성 및 친환경성을 획기적으로 개선시킨다.
또한, 본 발명의 폐광산 중금속 고화용 안정화재 조성물은 폐기되는 바텀애시, 플라이애시 및 고로슬래그 등에 의해 가격 급등 등에 의해 수급이 원활하지 않은 모래와 같은 골재를 대체함으로써, 광산 채굴적 지반을 보강을 안정적 및 경제적으로 수행할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물은 수화 및 경화된 상태에서 pH가 12 내지 13이 되는 플라이애시 및 바텀애시에 함유되어 있는 다량의 free-CaO에 의하여 산성 오염수의 중화처리도 가능하므로, 산성 오염수에 의한 페광산 주변의 오염을 효과적으로 방지하는 효과를 제공한다.
도 1은 미분탄 보일러 석탄화와 순환 유동층 보일러 석탁회의 성분을 나타내는 표이다.
도 2는 시험예 1에서 실시된 제1 내지 제3 실험의 실시 방법을 모식적으로 도시한 도면이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 (1) 유동층상 보일러 바텀애시 10 내지 40 중량%; (2) 유동층상 보일러 플라이애시 10 내지 40 중량%; (3) 고로슬래그 5 내지 20 중량%; (4) 제올라이트, 몬모릴로나이트 및 규조토로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 5 내지 10 중량%; 및 (5) 알루미나 분말 3 내지 20 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물에 관한 것이다.
상기 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시로는 유동층상 보일러에서 발생하는 것으로서, free-CaO가 5 내지 45 중량%의 범위로 함유되는 것이 사용되는 것이 바람직하다.
일반적으로 미분탄 보일러 플라이애시는 CaO 함량이 0.5 내지 3 중량%이다. 그러나 이는 free-CaO와는 다른 CaO를 포함하는 화학적 결합물에 포함된 CaO의 함량을 의미한다. 이는 보일러 연소방식에 의해 나타나는 현상이다.
유동층상 보일러 연소방식에 따른 플라이애시는 미분탄 보일러 연소방식과는 다른 소성형태를 나타내며, 그 결과 발생하는 플라이애시는 미분탄 보일러 연소에 의한 플라이애시와는 다른 화학적 조성을 갖게 된다. 특히 플라이애시에 함유되어 있는 CaO는 미분탄 보일러 연소시에 발생하는 플라이애시에 함유되어 있는 Ca 화합물과는 다르게 free-CaO의 상태로 존재한다.
또한 유동층상 보일러에서 발생하는 플라이애시는 사용하는 연료의 특성 및 종류에 따라 CaO의 량이나 상태가 다르게 되는데, 이는 사용하는 석탄의 발열량에 따른 석탄의 종류에 따라 free-CaO의 함유량이 다른 플라이애시가 된다.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물은 석탄의 종류에 따라 free-CaO 함량이 달라지는 유동층상 보일러 발생 플라이애시 또는 바텀애시 중에서 free-CaO 함량이 5중량% 이상 45 중량% 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
참고로 미분탄 보일러 석탄회와 유동층상 보일러 석탄회의 성분 및 특성을 도 1에 나타내었다.
상기 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시는 다량의 free-CaO를 포함하고 있어서 알루미나 분말과 함께 중금속 이온을 흡착하여 칼슘-알루미늄-중금속으로 구성되는 고화체를 형성한다.
상기 free-CaO의 함량은 일반적인 화학조성상 나타나는 CaO의 함량이 아니라, 별도로 분리되어 CaO 상태로 존재하는 산화칼슘(CaO)을 의미한다. 즉, 광물에서 CaO는 free-CaO 형태와 CaSO4 같이 CaO가 다른 원자와 화합물을 이루고 있는 형태로 존재하는데, 이 분야에서 CaO의 조성은 상기 2가지 형태의 CaO를 모두 포함하는 형태로 기술되는 것이 일반적이다. 그러나 본 발명에서 free-CaO는 화합물에 일부구성요소로 포함되어 있는 CaO(예: CaSO4에 포함되어 있는 CaO)를 제외한 것을 의미한다.
상기 free-CaO는 본 발명에 있어서 매우 중요한 구성요소이다. 즉, 상기 free-CaO는 알루미나 분말과 함께 중금속 이온을 흡착하여 칼슘-알루미늄-중금속으로 구성되는 고화체를 형성하는데 필수적이기 때문이다. 그러나, 화합물에 일부구성요소로 포함되어 있는 CaO(예: CaSO4에 포함되어 있는 CaO)의 경우는 칼슘-알루미늄-중금속으로 구성되는 고화체를 형성하지 못한다.
따라서 본 발명에서 사용되는 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시는 free-CaO 함량이 높아야 물과의 혼합에 의해 수화(slake) 반응이 잘 진행되고, 이때 free-CaO가 알루미나와 반응하여 칼슘알루미네이트 화합물을 생성시키고, 상기 생성된 칼슘알루미네이트 화합물이 중금속이온과 결합하여 공중합체로서 고화될 수 있다.
상기 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시는 free-CaO의 함량이 5 내지 45 중량%인 것이 바람직하며, 20 내지 40 중량%인 것이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 free-CaO의 함량이 5 중량% 미만이면 알루미나 성분과의 반응에 의하여 생성되는 칼슘 알루미네이트 생성량이 적어 중금속 이온 고정화가 약해지며, free-CaO의 함량이 45 중량%를 초과하면, 칼슘 알루미네이트 생성량은 많아서 중금속 이온의 고정화에는 유리하지만 빠른 경화속도로 인하여 작업성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물에 있어서, 상기 고로슬래그로는 특히, 급냉 고로 수쇄슬래그가 바람직하게 사용될 수 있다. 급냉 고로 수쇄슬래그가 사용되는 경우에는 본 발명의 조성물의 경화 후 장기 압축강도 향상 효과가 우수한 점에서 바람직하다.
상기 고로슬래그는 바텀애시와 플라이애시의 고형화를 위하여 사용되며, 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 20 중량%로 포함되며, 더욱 바람직하게는 7 내지 18 중량부로 포함될 수 있다. 상기 고로슬래그가 5 중량% 미만으로 포함되면 충분한 고형화 반응이 진행되지 못하여 고형화 압축강도가 미약한 단점이 발생하며, 20 중량%를 초과하면 필요 이상으로 고형화 압축강도가 발현되어 경제적이지 못하다.
상기 제올라이트, 몬모릴로나이트 및 규조토로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상은 상기 다공성 물질로서 중금속 흡착, 산성수 중화 및 중금속 이온의 고정화 반응 촉진 기능을 수행한다.
상기 성분은 조성물 총 중량에 대하여 3 내지 10 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 성분이 3 중량% 미만으로 포함되면 산성수의 중화 및 중금속 이온의 고정화 반응 촉진의 효과를 기대하기 어려우며, 혼합물이 10 중량%를 초과하면 생산원가 상승을 야기하므로 바람직하지 않다.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물에 있어서, 상기 알루미나 분말은 Al2O3의 함량이 95 중량% 이상인 알루미나 분말 및 폐알루미나 분말 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 알루미나 분말은 바텀애시 및 플라이애시에 함유되어 있는 다량의 free-CaO와 반응하여 칼슘 알루미네이트 화합물을 생성하여 중금속 이온을 고화시키며, 본 발명의 조성물의 경화특성을 구현한다.
상기 알루미나 분말은 조성물 총 중량에 대하여 3 내지 20 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 5 내자 17 중량%로 포함될 수 있다. 알루미나 분말이 3 중량% 미만으로 포함되면 중금속 이온 고정화 특성이 저하되고, 경화특성이 저하될 수 있어서 바람직하지 않으며, 알루미나 분말의 함량이 20 중량%를 초과하면 칼슘 알루미네이트 생성량이 너무 증가하여 경화속도가 너무 빨라지는 문제점이 발생한다.
본 발명에서 상기에서 Al2O3의 함량이 95 중량% 이상인 것을 사용하는 이유는 Al2O3의 함량이 95 중량% 미만일 경우, 칼슘 알루미네이트 화합물의 생성량이 적어져서 중금속 이온 고정화 특성이 저하되고, 경화특성이 저하될 수 있기 때문이다. Al2O3의 함량이 97% 이상인 것이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 폐알루미나 분말로는 황 성분을 처리하기 위하여 석회석을 사용하는 알루미늄 제련공정에서 발생하는 폐알루미나가 사용될 수 있다.
상기 폐알루미나 분말은 CaO의 함량이 20 내지 50 중량%이고, Al2O3의 함량이 20 내지 40 중량%인 것이 사용될 수 있다.
상기 Al2O3의 함량이 95 중량% 이상인 알루미나 분말 및 폐알루미나 분말이 혼합되어 사용되는 경우에는 3:7 ~ 7:3의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 알루미나 분말로서, Al2O3의 함량이 95 중량% 이상인 알루미나 분말 1종 만을 사용하는 경우, 상기 알루미나 분말을 3~10 중량%로 사용하는 것도 가능하다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시 예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1~4: 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물 제조
하기 표 1의 성분들을 혼합하여 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물를 제조하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예 1
바텀애시주) 22 25 30 35 22
플라이애시주) 37 35 39 40 37
고로수쇄 슬래그 18 15 10 5 18
몬모릴로나이트 8 8 7 7 8
알루미나(Al2O3 98%) 8 7 7 8 8
폐알루미나 7 10 7 5 7
총합 100 100 100 100 100
주)
<실시예 1~4 사용>
바텀애시: Free-CaO의 함량: 4 내지 20 중량%(삼척화력 발전소 産)
플라이애시: Free-CaO의 함량: 4 내지 30 중량%(삼척화력 발전소 産)
<비교예 1사용>
바텀애시: Free-CaO의 함량: 2 중량%(동해 동서 발전소 産)
플라이애시: Free-CaO의 함량: 2 중량%(동해 동서 발전소 産)
시험예 1: 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물의 물성평가
1) 압축강도 측정
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 각각의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물 100 중량부에 대하여 물 50 중량부를 혼합한 후 3분간 전동 혼합기로 혼합 교반 한 후, 4×4×16cm의 몰드로 성형시켰다. 비교예 2로는 일반 포틀랜드 시멘트를 사용하여 동일한 방법으로 성형시켰다.
상온(20±3℃)에서 24시간 동안 양생한 후, 몰드에서 성형체를 탈형시켰다. 상기 성형체를 60±5℃, 습도 90%의 습기 양생 조건에서 10시간 동안 양생하였다. 이때 60℃까지의 승온속도는 1시간당 10℃로 하여 급격한 온도의 상승을 방지하였다. 습기 양생함에서 10시간 동안 양생한 시험체를 꺼내어 다시 상온(20±3℃)에서 24시간 동안 대기 양생하였다.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물 조성물의 강도 발현 능력을 확인하기 위하여 상기에서 제조된 시험체의 압축강도를 측정하였다. 압축강도측정은 KSL ISO(시멘트 모르타르 압축강도 측정방법) 기준에 따라 실시하였다.
실시예 비교예 1 비교예 2
1 2 1 4 1 1
압축강도(MPa) 14.1 13.9 11.8 13.2 7.2 11.8
상기 표 2로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물로 제조된 시험체의 경우, 미분탄 화력발전소의 석탄회를 사용한 고화재 조성물인 비교예 1 및 일반 시멘트를 사용한 비교예 2의 시험체보다 현저히 우수한 압축강도 발현성능을 나타냈다.
2) 중금속 이온 고정화 특성 측정
상기 실시예에서 제조된 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물의 중금속 이온 고정화 성능을 평가하기 위하여, 바닥이 막혀 있고, 중간에 물 빠짐 구멍이 형성된 판이 횡방향으로 형성되어 있고, 윗부분이 오픈되어 있는 직경 30cm의 원통형 컬럼을 준비하였다. 폐광미로는 삼척시 가곡광산의 폐광미를 준비하였다.
<폐광미에 포함된 중금속 및 pH 측정>
상기 삼척시 가곡광산의 폐광미에 포함되어 있는 중금속 및 pH를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
함유량(ppm) pH
Cu Pb As Cd Zn
폐광미 2.01 1.59 0.0 0.1 742.42 4.25
<제1시험>
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 2개에 각각 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물(10)을 20cm의 높이로 채우고, 그 위에 폐광미(20)를 10cm의 높이로 채운 후, 컬럼의 위쪽에서 50 L의 이온 정제수(40)를 부어 아래로 통과시켰다. 상기 통과된 여과수(42)를 모아 중금속 함유량 및 pH를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
<제2시험>
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 2개에 각각 폐광미(20)를 10cm의 높이로 채운 후, 그 위에 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물(10)을 20cm의 높이로 채운 후, 컬럼의 위쪽에서 50 L의 이온 정재수(40)를 부어 아래로 통과시켰다. 상기 통과된 여과수(42)를 모아 중금속 함유량 및 pH를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
<제3시험>
도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 2개에 각각 폐광미와 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 1:1의 체적비로 섞은 후 30cm의 높이로 채운(30) 후, 컬럼의 위쪽에서 50L의 이온 정재수(40)를 부어 아래로 통과시켰다. 상기 통과된 여과수(42)를 모아 중금속 함유량 및 pH를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

 함유량(ppm) pH
Cu Pb As Cd Zn
환경오염 기준 3.0 3.0 불검출 0.3 없음 -

실시예 1
 제1시험 0.00 0.00 0.00 0.00 0.027 7.51
제2시험 0.00 0.00 0.00 0.00 0.024 7.32
제3시험 0.00 0.00 0.00 0.00 0.021 7.01

실시예 2
 제1시험 0.00 0.00 0.00 0.00 1.271 7.42
제2시험 0.00 0.00 0.00 0.00 0.273 7.19
제3시험 0.00 0.00 0.00 0.00 115.40 7.11

비교예 1
 제1시험 1.55 0.99 0.00 0.074 512.80 4.92
제2시험 1.49 0.85 0.00 0.061 499.21 4.67
제3시험 1.87 1.21 0.00 0.091 612.46 5.04
상기 표 4로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 2의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 사용하는 경우, 여과수에서 폐광미에 포함된 중금속인 Cu, Pb, As 및 Cd가 전혀 검출되지 않았다. 또한, Zn의 경우도 폐광미에 포함된 양(742.42 ppm)과 비교하여 크게 감소한 것으로 확인되었다. 또한, 여과수의 pH도 7.15~8.01로 거의 중성에 가까운 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1의 경우는 환경오염 기준에는 통과하지만, 실시예 1 및 실시예 2와 비교하여 중금속의 잔류량이 많은 것으로 나타나 중금속 이온 고정화 효과가 실시예와 비교하여 현저히 차이가 나는 것을 알 수 있다. 특히 pH는 산성의 범위에서 벗어나지 못하고 있어 산성수에 의한 중금속 이온의 지속적인 용출이 진행될 것으로 판단된다.
본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. (1) 유동층상 보일러 바텀애시 10 내지 40 중량%;
    (2) 유동층상 보일러 플라이애시 10 내지 40 중량%;
    (3) 고로슬래그 5 내지 20 중량%;
    (4) 제올라이트, 몬모릴로나이트 및 규조토로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 5 내지 10 중량%; 및
    (5) 알루미나 분말 5 내지 17 중량%;를 포함하며,
    상기 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시는 유동층상 보일러에서 연소 후 발생하는 것으로서 free-CaO의 함량이 5 내지 45 중량%인 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유동층상 보일러 바텀애시 및 플라이애시는 유동층상 보일러에서 연소 후 발생하는 것으로서 free-CaO의 함량이 20 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 알루미나 분말은 Al2O3의 함량이 95 중량% 이상인 알루미나 분말 및 폐알루미나 분말 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폐알루미나 분말은 황 성분을 처리하기 위하여 석회석을 사용하는 알루미늄 제련공정에서 발생하는 폐알루미나인 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폐알루미나 분말은 CaO의 함량이 20 내지 50 중량%이고, Al2O3의 함량이 20 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 Al2O3의 함량이 95 중량% 이상인 알루미나 분말 및 폐알루미나 분말이 함께 사용되는 경우 각각의 분말은 3:7 ~ 7:3의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트, 몬모릴로나이트 및 규조토로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것이 몬모릴로나이트인 것을 특징으로 하는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
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