KR102313785B1

KR102313785B1 - 소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법

Info

Publication number: KR102313785B1
Application number: KR1020210010190A
Authority: KR
Inventors: 홍진의
Original assignee: 홍진의
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-10-15

Abstract

본 발명은 소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소각재 및 비산재의 염기도를 조절한 후에 고온 용융방식으로 유리화시켜 결정수 상실에 따른 유해물질의 무해화처리를 거쳐 비구조용 골재 및 성토재로 재활용하기 쉽도록 개질하면서 감량화처리할 수 있도록 개선된 소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법에 관한 것이다.

Description

소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법{Melt treatment method with improved recyclability of incineration ash and fly ash}

일반적으로, 쓰레기 소각로에서 발생되는 소각재(바닥재)와 비산재는 CaO, Cl, SiO₂와 같은 다양한 성분들을 포함하고 있다.

특히, 비산재에 포함된 Cr, Sn, Pb 등의 중금속과 염소 성분 등과 같은 유해물질들은 반드시 분해 제거되어야 한다.

때문에, 상대적으로 유해물질 함량이 낮은 소각재(바닥재)는 보통 분리, 선별 후 별도의 후처리없이 매립되고 있고, 비산재는 고온(1200℃)에서 처리하여 결정수를 상실케 함으로써 유해성을 제거한 후 폐기하고 있다.

그런데, 이들 발생량이 해마다 증가하고 있어 이들의 감량화 및 재활용화 기술에 대한 개발 필요성이 대두되어 왔다.

하지만, 저가치성으로 인해 경제성이 떨어지기 때문에 이에 대한 획기적인 대안책이 개시되지 못하고 있는 실정이다.

또한, 전량 매립폐기되고 있는 소각재(바닥재)의 경우도 매립시 분진 발생에 따른 오염, 공해가 유발되고, 침출수에 함유된 중금속에 의해 토양이 오염되는 등 또다른 폐해도 증가하고 있다.

국내 등록특허 제10-0350776호(2002-08-19) 소각재 혹은 용융슬래그를 이용한 제올라이트 Ｎａ-Ａ열수합성방법 국내 공개특허 제10-2006-0002317호(2006-01-09) 소각재의 용융장치

본 발명은 상술한 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 소각재 및 비산재의 염기도를 조절한 후에 고온 용융방식으로 유리화시켜 결정수 상실에 따른 유해물질의 무해화처리를 거쳐 비구조용 골재 및 성토재로 재활용하기 쉽도록 개질하면서 감량화처리할 수 있도록 개선된 소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 수거된 소각재와 비산재를 가열기에 넣고 물을 채운 다음 100℃로 끓이면서 30분 동안 교반하는 제1단계; 상기 제1단계 후 스크리닝 및 건조하고, 교반조에서 점조액을 가하면서 교반하여 염기도를 0.8-1.5로 조절하는 제2단계; 상기 제2단계 후 점조액이 가해진 교반물을 혼련조에서 혼련액과 혼련한 후 진공압출하여 펠릿형 고형물로 만드는 제3단계; 상기 제3단계 후 펠릿형 고형물을 용융로에 넣고 1100-1200℃로 가열하여 용융시키는 제4단계; 상기 제4단계 후 용융물을 수냉하여 구형상의 고화제품으로 만드는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법을 제공한다.

이때, 상기 제2단계에서 건조된 건조물에 첨가되는 점조액은 건조물 100중량부에 대해 30중량부 첨가되는 액상규산소다이고; 상기 제3단계에서 혼련조에 첨가되는 혼련액은 물과 오산화안티몬이 35:65의 중량비로 혼합된 오산화안티몬 용액 15중량%와; 액상규산소다 85중량%가 혼합된 혼합물이 사용되며, 상기 제2단계 후 점조액이 가해진 교반물 100중량부에 대해 20중량부가 첨가되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 소각재 및 비산재의 염기도를 조절한 후에 고온 용융방식으로 유리화시켜 결정수 상실에 따른 유해물질의 무해화처리를 거쳐 비구조용 골재 및 성토재로 재활용하기 쉽도록 개질하면서 감량화처리할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.

본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법은 수거된 소각재와 비산재를 가열기에 넣고 물을 채운 다음 100℃로 끓이면서 30분 동안 교반하는 제1단계; 상기 제1단계 후 스크리닝 및 건조하고, 교반조에서 점조액을 가하면서 교반하여 염기도를 0.8-1.5로 조절하는 제2단계; 상기 제2단계 후 점조액이 가해진 교반물을 혼련조에서 혼련액과 혼련한 후 진공압출하여 펠릿형 고형물로 만드는 제3단계; 상기 제3단계 후 펠릿형 고형물을 용융로에 넣고 1100-1200℃로 가열하여 용융시키는 제4단계; 상기 제4단계 후 용융물을 수냉하여 구형상의 고화제품으로 만드는 제5단계;를 포함한다.

이때, 상기 제1단계는 소각재와 비산재에 함유된 Cl을 제거하면서 감량화를 유도하기 위한 것으로, 소각재와 비산재에는 Cl이 다양한 화합물 형태로 결합된 채 함유되어 있다. 때문에, 물과 반응시키면서 가열하게 되면 Cl이 NaCl, KCl 등의 형태로 용해되면서 제거되며, 이를 통해 약 20%의 감량화가 가능하게 된다.

특히, 100℃로 가열하는 이유는 반응을 촉진하여 처리시간을 단축하기 위함이다.

그리고, 상기 제2단계는 수세된 소각재와 비산재 중에서 물기를 빼고 고형물만 남기기 위해 스크리닝하는 것으로 체질, 오버플로우 등 다양한 방식으로 물과 고형물을 분리할 수 있다.

또한, 염기도를 조절하기 위해 상기 제2단계에서 건조된 건조물에 첨가하는 점조액은 건조물 100중량부에 대해 30중량부 첨가되는 액상규산소다이다.

상기 액상규산소다는 건조물이 후속처리될 때 유리화를 촉진하기 위한 것이다.

여기에서, 염기도(basicity)란 슬래그류의 염기성성분 양과 산성성분 양의 비를 말하며, 슬래그류 성질의 지표가 된다. 염기성성분은 FeO, MnO, CaO, MgO 등이며 산성성분은 SiO₂등으로, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O₃ 등은 양성 성분이라고 한다. 본 발명에서는 염기도를 높여 탈인, 탈황 등 유해물질 분리, 분해능력을 높이도록 한 것이 특징이다.

아울러, 상기 점조액의 투입은 교반조의 둘레를 따라 다수의 투입구를 형성하고, 이 투입구를 통해 동시에 일정량을 스프레이하는 방식으로 이루어짐이 특히 바람직하다. 이것은 단시간 균일반응성을 구현하기 위함이다.

또한, 상기 제3단계에서 혼련조에 첨가되는 혼련액은 진공압출성형성을 좋게 하면서 후속되는 용융반응시 유리화에 따른 유해성분 분해력을 더욱 높일 수 있도록 첨가되는 것이다.

이때, 혼련액은 상기 제2단계 후 점조액이 가해진 교반물 100중량부에 대해 20중량부 첨가되며, 이러한 혼련액으로는 물과 오산화안티몬이 35:65의 중량비로 혼합된 오산화안티몬 용액 15중량%와; 액상규산소다 85중량%가 혼합된 혼합물이 사용된다.

이 경우, 오산화안티몬은 혼합물이 투입되었을 때 급격한 겔화를 막으면서 교반물의 강도는 증대시키고 내수성을 높이기 위한 것이다.

그리고, 용융처리하기 전에 펠릿형 고형물로 만드는 이유는 감량화 및 반응성을 균일하면서 좋게 하기 위한 것으로, 이렇게 압축하여 압출하게 되면 30%의 감량화가 더 이루어지게 된다.

또한, 용융과정에서 함유 성분들의 결정수가 상실되면서 유해성분들이 분해 제거, 소실되게 되어 유해한 물질이 거의 대부분 제거되게 되어 무해화가 가능하게 된다.

한편, 상기 제1단계를 수행하기 전에 수거된 소각재와 비산재를 교반조에 넣고, 이 교반조에 실리카흄을 소각재와 비산재의 혼합물 100중량부 대비 15중량부, Al 분말 10중량부, 송유 10중량부, 글루코산염 10중량부를 첨가한 상태에서 1시간 동안 교반하게 되면 소각재와 비산재 혼합물의 소수성이 증대되면서 미연 탄소의 포집 제거 능력이 높아져 유해성이 그 만큼 줄어들게 된다.

이때, 실리카흄은 미연 탄소와의 반응에 의한 제거능력을 높이기 위해 첨가되고, 송유는 거품성을 증대시켜 소수화를 유도하고 이를 통해 미연 탄소 제거 능력을 높이기 위함이며, Al 분말과 글루코산염은 응집을 약하게 하여 반응성을 높이기 위한 것이다.

이에 더하여, 용융처리시 발생된 배가스는 충전탑, 세정기, 습분제거기를 거친 후 활성탄 및 여과기를 통과한 다음 연돌을 통해 대기로 배출되게 된다.

여기에서, 본 발명은 연돌의 상단에 교체 가능하게 탈부착가능한 정화통을 더 설치하여 최종단 정화기능을 수행하도록 더 구성될 수 있다.

이때, 정화통은 원통형 철망체로서, 내부에는 정화볼이 다수 내장되는데, 정화볼은 폴리우레탄수지 100중량부에 대해, 비닐옥시모실란 10중량부, 염화제2철(FeCl₃) 10중량부, 벤조구아나민 3.5중량부, 목초농축액 5중량부, 레조시놀 5중량부, 글루타릴콘센트레이스 10중량부, 테르븀 5중량부를 혼합한 후 이를 액적형태로 떨어뜨리면서 냉각하여 볼 형상으로 만든 것을 사용하며, 이 정화볼은 정화통의 메쉬보다 커서 빠져나오지 않는 크기를 가져야 한다.

이 경우 비닐옥시모실란(Vinyl Oximeino Silane)은 전이금속인 염화제2철의 결합력을 높이기 위해 첨가된다.

그리고, 염화제2철(FeCl₃)은 3가의 철염으로서 산화력을 갖는 전이금속으로서 고열환경속에서 강력한 산화력을 가지고 있기 때문에 연돌내 고온의 배기가스와 반응하여 유해성분 분해력을 높이게 된다.

또한, 벤조구아나민은 정전 특성을 유지하면서 부착력 안정화를 유지하기 위해 첨가되고, 목초농축액은 목재를 건류할 때 만들어지는 암갈색의 건류액으로서 주로 고무, 섬유 특유의 냄새를 분해 제거하는데 탁월한 효과를 가지므로 이를 위해 첨가된다.

아울러, 레조시놀(Resorcinol)은 습윤 및 건조강도를 높이고, 고온 저항성이 커 가교강도를 유지하면서 탈취력을 높이기 위한 것이다.

뿐만 아니라, 글루타릴콘센트레이스(Glutaral Concentrate)는 열에 의해 반응하면서 유해성분을 흡수 분해하게 된다.

아울러, 테르븀은 란탄족에 속하는 희토류 금속으로서 전성과 연성이 큰 은백색 금속이며, 고열하에서 반응하여 유해금속 성분을 흡수 제거하게 된다.

Claims

수거된 소각재와 비산재를 가열기에 넣고 물을 채운 다음 100℃로 끓이면서 30분 동안 교반하는 제1단계; 상기 제1단계 후 스크리닝 및 건조하고, 교반조에서 점조액을 가하면서 교반하여 염기도를 0.8-1.5로 조절하는 제2단계; 상기 제2단계 후 점조액이 가해진 교반물을 혼련조에서 혼련액과 혼련한 후 진공압출하여 펠릿형 고형물로 만드는 제3단계; 상기 제3단계 후 펠릿형 고형물을 용융로에 넣고 1100-1200℃로 가열하여 용융시키는 제4단계; 상기 제4단계 후 용융물을 수냉하여 구형상의 고화제품으로 만드는 제5단계;를 포함하는 소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법에 있어서;
상기 제1단계를 수행하기 전에 수거된 소각재와 비산재를 교반조에 넣고, 이 교반조에 실리카흄을 소각재와 비산재의 혼합물 100중량부 대비 15중량부, Al 분말 10중량부, 송유 10중량부, 글루코산염 10중량부를 첨가한 상태에서 1시간 동안 교반하여 소각재와 비산재 혼합물의 소수성을 증가시키면서 미연 탄소의 포집 제거 능력을 높이는 사전처리단계가 더 수행되고;
상기 제2단계에서 건조된 건조물에 첨가되는 점조액은 건조물 100중량부에 대해 30중량부 첨가되는 액상규산소다이며;
상기 제3단계에서 혼련조에 첨가되는 혼련액은 물과 오산화안티몬이 35:65의 중량비로 혼합된 오산화안티몬 용액 15중량%와; 액상규산소다 85중량%가 혼합된 혼합물이 사용되며, 상기 제2단계 후 점조액이 가해진 교반물 100중량부에 대해 20중량부가 첨가되고;
상기 제4단계에서 용융처리시 발생된 배가스가 최종단인 연돌을 거쳐 대기로 배출될 때 상기 연돌 상단에 교체 가능한 원통형 철망체로 된 정화통을 더 설치하여 최종단 정화기능을 수행하되, 상기 정화통의 내부에는 폴리우레탄수지 100중량부에 대해, 비닐옥시모실란 10중량부, 염화제2철(FeCl₃) 10중량부, 벤조구아나민 3.5중량부, 목초농축액 5중량부, 레조시놀 5중량부, 글루타릴콘센트레이스 10중량부, 테르븀 5중량부를 혼합한 후 이를 액적형태로 떨어뜨리면서 냉각하여 볼 형상으로 만든 다수의 정화볼이 다수 내장된 것을 특징으로 하는 소각재와 비산재의 재활용성을 높인 용융 처리공법.
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