KR102156654B1 - 칼슘알루미네이트 화합물을 첨가한 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물 - Google Patents

칼슘알루미네이트 화합물을 첨가한 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (1) free-CaO를 포함하는 CaO가 전체 화학적 조성에서 5 중량% 미만으로 포함되는 미분탄 석탄회 20 내지 70 중량%; (2) 고로슬래그 5 내지 20 중량%; (3) 칼슘알루미네이트 3 내지 20 중량%; (4) 고흡수성 수지 3 내지 10 중량%; 및 (5) 다공성 고흡수성 인공골재 15 내지 30 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공한다.

Description

칼슘알루미네이트 화합물을 첨가한 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물{A composite for solidification of heavy metal ions of abandoned mines by using pulverized coal ash containing calcium aluminate compounds}
본 발명은 폐광산의 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 미분탄 석탄회(바텀애시와 플라이애시 혼합), 고로슬래그 및 칼슘알루미네이트 화합물 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 미분탄 석탄회 바텀애시와 고로슬래그를 사용하되, 알칼리 활성화제를 전혀 사용하지 않는 것을 특징으로 하며, 중금속 고화용 재료로서 칼슘알루미네이트 화합물을 사용하여 경화시킴으로써, 경제성 및 친환경성을 획기적으로 개선시킨 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 미분탄 석탄회 바텀애시와 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 복합 칼슘 알루미늄 염의 생성에 의해 산성 오염수의 중화처리도 가능한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
(1) free-CaO를 포함하는 CaO가 전체 화학적 조성에서 5 중량% 미만으로 포함되는 미분탄 석탄회 20 내지 70 중량%;
(2) 고로슬래그 5 내지 20 중량%;
(3) 칼슘알루미네이트 3 내지 20 중량%;
(4) 고흡수성 수지 3 내지 10 중량%; 및
(5) 다공성 고흡수성 인공골재 15 내지 30 중량%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 제공한다.
본 발명의 폐광산 중금속 고화용 안정화재 조성물은 시멘트를 대체하여 미분탄 석탄회(바텀애시와 플라이애시 혼합) 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 재료로서 칼슘알루미네이트 화합물을 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 칼슘알루미네이트 화합물에 함유되어 있는 다량의 12CaO·7Al2O3에 의하여 산성 오염수의 중화처리도 가능하므로, 산성 오염수에 의한 페광산 주변의 오염을 효과적으로 방지하는 효과를 제공한다.
도 1은 미분탄 보일러 석탄회의 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) free-CaO를 포함하는 CaO가 전체 화학적 조성에서 5 중량% 미만으로 포함되는 미분탄 석탄회 20 내지 70 중량%; (2) 고로슬래그 5 내지 20 중량%; (3) 칼슘알루미네이트 3 내지 20 중량%; (4) 고흡수성 수지 3 내지 10 중량%; 및 (5) 다공성 고흡수성 인공골재 15 내지 30 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물에 관한 것이다.
상기 미분탄 석탄회는 미분탄 보일러에서 발생하는 것으로서, free-CaO를 포함하는 CaO가 전체 화학적 조성에서 5 중량% 미만의 범위로 함유되는 것이 바람직하며, 3 중량% 이하의 범위로 함유되는 것이 더욱 바람직하며, 가장 바람직하게는 1 중량% 미만인 것이 사용될 수 있다.
상기 free-CaO를 포함하는 CaO는 free-CaO와 함께 CaSO4 같이 CaO가 다른 원자와 화합물을 이루고 있는 CaO 형태를 모두 포함하는 것을 의미한다. 즉, 광물에서 CaO는 free-CaO 형태와 CaSO4 같이 CaO가 다른 원자와 화합물을 이루고 있는 형태로 존재하며, 상기 free-CaO는 별도로 분리되어 CaO 상태로 존재하는 산화칼슘(CaO)만을 의미한다.
상기 free-CaO를 포함하는 CaO가 전체 화학적 조성에서 5 중량%를 초과하여 포함되는 경우 물과 혼합시 과다한 수화열이 발생하여 작업성을 저하시키는 단점이 발생하므로 바람직하지 않다. 상기 free-CaO를 포함하는 CaO의 함량의 하한값은 특별히 한정되지 않으나, 0 중량% 초과인 것으로 한정될 수 있다.
상기 미분탄 보일러 석탄회는 바텀애시 및 플라이애시를 포함할 수 있으며, 이들은 1~2:1~2의 중량비로 포함될 수 있다.
미분탄 보일러 석탄회의 일반적인 화학적 성분 및 특성을 도 1에 나타내었다.
상기 미분탄 보일러 석탄회의 바텀애시 및 플라이애시는 SiO2의 함량이 25 초과 내지 55 중량%인 것이 바람직하며, 30 내지 50 중량%인 것이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 SiO2의 함량이 25 중량% 이하이면 포졸란 반응에 의한 칼슘 실리케이트 수화물의 생성량이 적어 중금속 이온의 고화 특성이 약해지며, SiO2의 함량이 55 중량%를 초과하면, 포졸란 반응에 의한 칼슘 실리케이트 수화물의 생성량은 많아지나 수화 및 고화 시간이 많이 지연되어, 중금속 이온의 고화 특성이 약해지는 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.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물에 있어서, 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.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물에 있어서, 상기 칼슘알루미네이트는 12CaO·7Al2O3 화합물로서 12CaO·7Al2O3 함량이 65 내지 90 중량%인 칼슘알루미네이트 화합물이 사용되며, 상기 칼슘알루미네이트 화합물은 바텀애시 및 플라이애시와 중금속이온과 반응하여 칼슘알루미네이트-중금속 복합염 화합물을 생성하여 중금속 이온을 고화시키며, 본 발명의 조성물의 경화특성을 구현한다.
상기 칼슘알루미네이트는 3 내지 20 중량%를 사용하는데, 3 중량% 미만이면 중금속 고정화 복합염의 생성이 어렵고, 20 중량%를 초과하면 지나치게 빠른 경화 특성으로 인하여 사용에 적합하지 못하다. 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물에 있어서, 상기 고흡수성 수지로는 폴리아크릴산계 고흡수성 수지를 사용할 수 있다.
상기 폴리아크릴산계 고흡수성 수지로는 폴리 아크릴 아마이드, 폴리아크릴산, 폴리 메타크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드 등이 사용될 수 있으며, 시판중인 제품으로서, 예를 들어, LG화학의 “SAP”를 구입하여 사용할 수 있다.
상기 고흡수성 수지는 물과 결합하여 중금속이온을 고정화 시키는 역할과, 고정화된 중금속 이온이 다시 용출되지 않도록 안정화 시키는 기능을 수행한다. 고흡수성 수지는 3 내지 10 중량%를 사용하는 것을 특징으로 하며, 3 중량% 이하이면 팽윤작용이 제대로 진행되지 못하여 중금속 이온의 고정화 효과가 미약하며, 10 중량% 이상이면 지나치게 물을 흡수하여 혼합 등의 작업성을 잃게 된다. 바람직하게는 5 내지 8 중량%로 사용될 수 있다.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물에 있어서, 다공성 고흡수성 인공골재는 다공성 물질로서 중금속 흡착, 산성수 중화 및 중금속 이온의 고정화 반응 촉진 기능을 수행한다.
상기 다공성 고흡수성 인공골재로는 밀도가 0.4 내지 0.8이고, 물 흡수율이 15 내지 40중량%이며, 골재의 최대 크기가 10mm 이하인 다공성 고흡수성 인공골재가 사용될 수 있다. 구체적으로는 석탄회를 용융하여 제조한 인공골재 또는 제오라이트계 인공골재, 등이 사용될 수 있다.
상기 다공성 고흡수성 인공골재는 조성물 총 중량에 대하여 15 내지 30 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 19 내지 25 중량%로 포함될 수 있다. 상기 성분이 15 중량% 미만으로 포함되면 산성수의 중화 및 중금속 이온의 고정화 반응 촉진의 효과를 기대하기 어려우며, 혼합물이 30 중량%를 초과하면 생산원가 상승을 야기하므로 바람직하지 않다.
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 11)
석탄회 바텀애시 Free-CaO를 포함하는 CaO 함량 3 중량% 22 25 30 30 0
20 중량% 0 0 0 0 22
플라이애시 Free-CaO를 포함하는 CaO 함량 4 중량% 27 25 22 30 0
25 중량% 0 0 0 0 37
고로슬래그 14 15 10 10 18
칼슘알루미네이트 8 8 12 7 8
고흡수성 수지 6 7 7 8 8
다공성 고흡수성 인공골재 23 20 19 15 7
총합 100 100 100 100 100
주) <실시예 1~4 사용>
바텀애시: 한국서부발전 태안화력 발전소 産)
플라이애시: 한국서부발전 태안화력 발전소 産)
<비교예 1 사용>
바텀애시: Free-CaO의 함량: 20 중량%(한국남부발전 삼척화력발전소 産)
플라이애시: Free-CaO의 함량: 25 중량%(한국남부발전 삼척화력발전소 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.
상기에서 제조된 성형체를 상온(20±3℃)에서 24시간 동안 양생한 후, 몰드에서 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. 상기 10시간 동안 습기 양생한 시험체를 꺼내어 다시 상온(20±3℃)에서 24시간 동안 대기 양생하였다.
본 발명의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물의 강도 발현 능력을 확인하기 위하여 상기에서 제조된 시험체의 압축강도를 측정하였다. 압축강도측정은 KSL ISO(시멘트 모르타르 압축강도 측정방법) 기준에 따라 실시하였다.
실시예 비교예 1 비교예2
1 2 1 4 1 1
압축강도(MPa) 19.1 21.9 21.8 20.2 7.2 17.3
상기 표 2에서 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 발현 성능을 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(도 2 참조). 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 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 3개에 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 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 3개에 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 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 3개에 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 0.047 7.11
제2시험 0.00 0.00 0.00 0.00 0.014 7.42
제3시험 0.00 0.00 0.00 0.00 0.018 7.27
실시예 2 제1시험 0.00 0.00 0.00 0.00 0.531 7.45
제2시험 0.00 0.00 0.00 0.00 0.473 7.21
제3시험 0.00 0.00 0.00 0.00 15.401 7.38
비교예 1 제1시험 1.55 0.99 0.00 0.074 592.80 3.82
제2시험 1.49 0.85 0.00 0.061 527.21 4.17
제3시험 1.87 1.21 0.00 0.091 592.46 4.04
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 최초 폐광미에 포함된 양(742.42 ppm)과 비교하여 크게 감소한 것으로 확인되었다. 또한, 여과수의 pH도 7.11~7.45로 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 방지하기 어려울 것으로 판단되었다.
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 (5)

  1. (1) free-CaO를 포함하는 CaO가 전체 화학적 조성에서 5 중량% 미만으로 포함되는 미분탄 석탄회 20 내지 70 중량%;
    (2) 고로슬래그 5 내지 20 중량%;
    (3) 칼슘알루미네이트 3 내지 20 중량%;
    (4) 고흡수성 수지 3 내지 10 중량%; 및
    (5) 다공성 고흡수성 인공골재 15 내지 30 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄 석탄회는 바텀애시와 플라이애시를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄 석탄회는 화력발전소의 미분탄 보일러에서 연소 후 발생하는 것으로서 SiO2 35 내지 75 중량% 및 Al2O3 25 내지 45 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 칼슘알루미네이트는 12CaO·7Al2O3 화합물로서 12CaO·7Al2O3를 65 내지 90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 폴리아크릴산계 고흡수성 수지인 것을 특징으로 하는 미분탄 석탄회를 이용한 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물.
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