KR102449553B1 - 굴패각 재활용을 위한 토양개량재의 제조,생산,시공방법 - Google Patents

굴패각 재활용을 위한 토양개량재의 제조,생산,시공방법 Download PDF

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Abstract

굴패각을 이용한 토양개량형 토양개량재의 제조,생산,시공하는 방법은 굴패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계; 제조된 상기 생석회를 이용하여 토양개량제 및 그린시멘트를 생산하는 단계; 및 생산된 상기 토양개량제 및 상기 그린시멘트를 현장에 시공하는 단계를 포함한다.

Description

굴패각 재활용을 위한　토양개량재의 제조,생산,시공방법{Manufacturing, production and construction method of soil improvement material for recycling oyster shells}
본 발명은 토양개량재의 제조,생산,시공하는 방법에 관한 것으로, 특히 굴패각을 재활용하여 석회석을 대체하고 다른 혼합원료와 반응시켜 토양을 개량하거나 지하공동의 충진재로 사용할 수 있으며 쓰레기, 하폐수의 슬러지를 고형화시킬 수 있는 굴패각 재활용을 위한 토양개량재에 관한 것이다.
현행 토양개량재는 물질을 고형화시키는 촉매제로서의 역할로, 연약지반에 투입되어 땅속에 견고한 개량기둥체를 형성함으로써 토양을 강화시키거나, 유해 폐기물을 고형화시켜 수중에 함유된 유해 중금속 등이 지하수나 토양 등을 오염을 저감시키거나 용출이 어려운 형태로 변화시키는 재료이다.
이러한 토양개량재에 사용되는 석회석은 유한한 부존자원인데 급속한 산업화로 인하여 엄청난 양이 자연상태에서 과대 채굴로 자연환경 및 경관을 심각하게 훼손하고, 이로 인하여 사용 가능한 석회석은 급속히 고갈되어가는 상황이며, 특히 2020년부터 발효된 대기환경보전법은 정부의 미세먼지 종합대책 후속조치로 질소산화물의 배출 기준을 강화하고 1kg당 환경부담금을 부과하는 것으로 주 규제대상인 시멘트회사들로 제조과정에서 배출되는 질소산화물이 전체 산업의 약 20%인 약7만 4천톤의 질소산화물을 배출하기 때문에 건설산업의 기반인 시멘트 회사들이 상당한 큰 영향을 받게 되어 산업기반 위축과 고용악화 등으로 국가 경제 기반에 악 영향을 미치므로, 이를 극복하기 위한 적극적인 방안으로 천연자원인 석회질 자원의 보전과 환경보호를 위한 굴패각 재활용을 위한 석회석 대체원료의 개발이 매우 시급한 실정이다.
그러나, 국민의 건강 식품인 굴양식업의 부산물인 굴패각은 1) 제도적 측면에서 현행 폐기물관리법상 굴패각은 사업장 쓰레기로 분류되어 수송 차량으로만 운송 가능하여 일정 자격을 갖춘 처리업자나 재활용업체에 위탁 처리해야 하는 번거로움으로 인해 굴패각을 불법으로 무단 해양 투기 및 방치하는 일이 빈번하게 발생하며, 2) 사회적 측면에서 굴패각의 무단 방치로 인한 미관 훼손 및 지역 이미지 저해로 어민들의 어업에도 막대한 피해가 발생하여 지역 관광 산업에도 악영향을 미치는 악순환이 반복되고 있으며, 3) 환경적 측면에서 불법 투기,불법 매립 및 야적 증가로 악취로 인한 지역 주민들의 민원 증가와 방치된 패각에서 석회 물질이 빗물에 씻겨 바닷물로 유입하여 연안해안의 수질오염을 가중시키고 있으나, 일반적으로 1) 굴패각을 활용한 공유수면 매립재로 활용하고 있으나, 2015년부터 잘게 파쇄한 굴패각을 매립토사와 3:7의 비율로 섞어 매립용으로 활용할 수 있는 법을 개정하였으나 어민들의 의견은 수렴되지 않은 채 관련기관에서 일방적 진행으로 인한 많은 잡음이 발생하고 토지의 본래 기능을 제대로 하기까지 수십 년이 소요되고, 2) 굴패각을 활용한 건설용 자재로 굴패각을 사용할 경우 건설자재의 강도 개선이나 투수성이 우수해지는 등 효과 입증되었으나재활용을 위해선 엉겨 붙어있는 코팅사를 제거해야하나 박신장에서 굴패각 분쇄후 분리하는 과정을 거치지만 짧게 잘려진 코팅사 조각이 굴패각 조각들과 혼합되는 일이 빈번하게 발생하여 코팅사 제거 과정이 굴패각 재활용의 가장 큰 걸림돌이 되고 있으며, 3) 친환경 비료로써 굴패각이 가장 많이 재활용되는 패화석 비료는 작물의 성장에 도움을 주기보다 토질을 개선하는 수준이어서 어민들로부터 큰 호응을 얻지 못하고 있으며 화학 비료에 비해 고가인 점도 상용화에 제약으로 작용하고 있고, 이외에도 운반비와 자원화 처리비용으로 굴패각 1톤당 2~3만원의 물류비가 필요해 굴패각 재활용 업체에 재정적 부담이 매우 커 굴패각을 처리하기 위한 다양한 노력에도 불구하고 상기와 같은 한계점에 부딪히고 있는 것이 현실이다. 이렇게 패각을 재활용하기 위한 용도 중 하나로서 각종 건축용 내외장재에 활용하는 방법이 한국특허등록공보 10-0451645호(2004.09.23)와 다른 하나로서 산업자재용 조성물에 활용하는 방법이 한국특허등록공보 10-2185993호(2020.12.02)에 개시되어 있다.
한국 등록특허공보 제10-0451645호(2004.09.23) 한국 등록특허공보 제10-2185993호(2020.12.02)
이에 본 발명은 상기 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 굴패각 재활용을 위해 천연재료인 굴패각을 원료로 생석회를 제조하고 그 생석회를 이용하여 토양개량재를 제조·생산·시공함으로써 재료비 절감, 천연자원인 석회질 자원의 보전, 질소산화물 및 중금속 유해성을 저감할 수 있고 해양환경오염을 사전에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 천연석회의 대체 효과를 기대할 수 있는 굴패각 재활용을 위한 토양개량재를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제조, 생산 및 시공의 3단계로 구성되어 있다.
1)첫 번째 단계인 굴패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계로, 이물질을 제거하는 단계, 이물질이 제거된 굴패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계, 분쇄분리된 굴패각을 분말하는 단계, 굴패각 분말을 소성하기 위하여 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하여 생석회(산화칼슘) 제조하는 단계이다.
2)두 번째 단계인 토양의 종류에 적합한 토양개량재를 생산하는 단계로, 첫번째 단계에서 제조된 생석회, 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(황산 칼슘=CaSO4), 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS)　등을 적정비율로 혼합하여 토양의 종류에 적합한 토양개량재를 생산하는 단계이다.
3)마지막으로 현장에 직접 적용하여 시공하는 단계, 생산된 토양개량재를 현장조건, 토양조건 및 특성에 적합하게 미네럴 성분을 추가하여 필요한 현장에 직접 시공하는 단계로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따라 포졸란 반응과 에트링자이트 반응을 이용하여, 굴패각의 염분과 유기물이 지하수나 해안가에 그대로 흘러 토양오염과 해양오염된 토양을 토양의 종류에 적합한 토양으로 개량하고, 발전소 주변의 석탄재 처리장, 항만건설시의 준설토 투기장 등의 연약지반을 개량할 수 있으며, 폐광이나 각종 지하시설물 등의 충진재 등으로 건설재로 재사용 가능한 시멘트 대체재로 개량하고, 최근 사회적 이슈로 크게 대두되고 있는 광역쓰레기, 하폐수의 오니, 저니 및 슬러지를 고화시킬 수 있는 환경친화적인 토양개량재를 제조·생산·시공할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 굴패각을 이용한 토양개량형 토양개량재의 제조,생산,시공하는 방법은, 굴패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계; 제조된 상기 생석회를 이용하여 토양개량제를 생산하는 단계; 및 생산된 상기 토양개량제를 현장에 시공하는 단계를 포함하고, 상기 굴패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계는, 이물질을 제거하는 단계, 이물질이 제거된 굴패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계, 분쇄분리된 굴패각을 분말하는 단계, 및 굴패각 분말을 소성하기 위하여 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제조된 상기 생석회를 이용하여 토양개량제를 생산하는 단계는, 상기 생석회, 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(CaSO4), 및 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS) 등을 혼합하여 토양개량재를 생산하는 단계를 포함하고, 상기 생산된 상기 토양개량제를 현장에 시공하는 단계는 생산된 상기 토양개량제에 미네럴 성분을 추가하는 단계를 포함하여 현장에 시공하는 단계를 포함한다.
상기 굴패각 분말을 소성하기 위하여 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계를 통해 생석회 또는 수산화칼슘을 생성할 수 있다.
상기 생석회, 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(CaSO4), 및 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS) 등을 혼합하여 토양개량재를 생산하는 단계에서, 토양개량재 및 그린 시멘트 전체 복합물을 중량비로 100을 기준으로 볼 때, 굴패각용 상기 생석회의 중량비는 5~35, 그린 시멘트용 상기 생석회의 중량비는 15~35, 상기 고로슬래그 미분발의 중량비는 20~40, 상기 석고의 중량비는 2~6, 및 상기 플라이애쉬의 중량비는 15~35일 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 본 발명에 의하면 굴패각을 재활용하여 연안해안의 수질오염 등의 환경오염을 줄일 수 있고, 토양개량, 지반 그라우팅 및 지반 공동용 충진재 등의 건설재료로 사용가능하여 천연시멘트를 대체함으로써 자원을 절약이 가능하고, 2020년부터 발효된 대기환경보전법에 의한 질소산화물 배출로 인한 환경부담금 부과로 인한 관련 산업기반 위축방지와 고용창출등으로 국가 경제 기반에 크게 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 코로나 사태로 인한 각종 유해물질 증대로 인한 환경피해를 줄이는 하폐수의 슬러지를 고형화시킬 수 있어 국민의 건강과 환경오염을 줄일 수 있는 일석5조의 효과가 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 그린시멘트와 흙의 고화반응의 일예를 보여주는 모식도이다.
도 2는 굴패각과 그린시멘트의 반응도와 유해물질의 고화과정을 보여주는 모식도이다.
도 3은 굴패각을 이용한 토양개량재를 생산하는 것을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 굴패각을 이용한 토양개량재의 현장 시공을 보여주는 흐름도이다.
도 1은 그린시멘트와 흙의 고화반응의 일예를 보여주는 모식도이다. 도 2는 굴패각과 그린시멘트의 반응도와 유해물질의 고화과정을 보여주는 모식도이다. 도 3은 굴패각을 이용한 토양개량재를 생산하는 것을 보여주는 흐름도이다. 도 4는 굴패각을 이용한 토양개량재의 현장 시공을 보여주는 흐름도이다.
상기한 도면에 의한 본 발명은 제조, 생산 및 시공의 3단계로 구성되어 있다. 1)첫 번째 단계인 굴패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계로, 이물질을 제거하는 단계, 이물질이 제거된 굴패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계, 분쇄분리된 굴패각을 분말하는 단계, 굴패각 분말을 소성하기 위하여 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하여 생석회(산화칼슘) 제조하는 단계, 상기 소성단계에서 생성된 생성회를 물과 반응시켜 소석회(수산화칼슘)를 생성하는 단계로 구성되어 있다.
2)두 번째 단계인 토양의 종류에 적합한 토양개량재를 생산하는 단계로, 첫번째 단계에서 제조된 생석회, 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(황산 칼슘=CaSO4), 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS) 등을 적정비율로 혼합하여 토양의 종류에 적합한 토양개량재를 생산하는 단계로 구성되어 있다.
3)마지막으로 현장에 직접 적용하여 시공하는 단계로서, 생산된 토양개량재를 현장조건, 토양조건 및 특성에 적합하게 미네럴 성분을 추가하여 필요한 현장에 직접 시공하는 단계를 포함하여 구성되어 있다.
상기의 방법은 굴패각의 염분과 유기물이 지하수나 해안가에 그대로 흘러 토양오염과 해양오염된 토양을 개량하는 공사, 발전소 주변의 석탄재 처리장, 항만 건설시의 준설토 투기장 등의 연약지반 개량공사, 폐광이나 각종 지하시설물 등의 충진재 등으로 건설재로 재사용 가능한 시멘트 대체재로 개량공사, 광역쓰레기, 하폐수의 오니, 저니 및 슬러지를 고화하는 작업 등으로 사용되는 데에 그 특징이 있다.
굴패각은 방해석구조의 탄산칼슘(CaCO3)으로 주성분과 광물상이 천연 석회석과 동일하여 토양개량재로 이용할 수 있다.
이하, 첫 번째 단계인 굴패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계에 대해 먼저 설명하기로 하다.
이물질 제거단계는 염분 등이 함유된 굴패각을 수집하여 물에 세척함으로써 염소 음이온(Cl-) 등을 제거하는 것으로, 세척과정에서 악취와 분진도 함께 제거하게 된다. 상기 이물질 제거단계에서, 굴패각을 1차로 물에 세척한 다음, 건조장치(또는 자연건조)를 통해 상기 굴패각의 표면에 잔여하는 수분을 완전히 제거할 수 있다. 이로 인해, 그린시멘트 생성이나 토양개량제 생성단계에서, 조성비 조절을 더욱 정밀하게 할 수 있다는 이점이 있다.
이어서, 이물질이 제거된 굴패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계는 이물질 제거단계를 거친 굴패각을 가공하기에 적당한 크기로 분쇄분리하는 과정이다. 굴패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계는 이물질을 제거하고 건조시킨 후 상기 굴패각을 분쇄하여 체가름하여 0.2㎜이하의 입도만 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
분쇄분리된 굴패각을 분말하는 단계는 분쇄분리된 굴패각을 소정의 입도로 분말화하는 과정이다. 본 실시예에 의하면, 굴패각을 분쇄분리한 다음, 분말하는 과정을 거침으로써, 굴패각의 분말 과정에 소요되는 시간을 더욱 줄일 수 있고, 분말 과정에 이용되는 분말 장치가 균일한 크기의 분쇄된 굴패각을 분말하기 때문에, 공정 효율을 증대시킬 수 있다는 이점이 있다. 특히, 0.2㎜이하의 입도만 상기 굴패각의 분쇄과정에서 수집하기 때문에, 공정 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
이어서, 소성단계는 굴패각 분말(또는 탄산칼슘)을 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하여 생석회(산화칼슘)를 생성하는 것이다. 상기 소성단계에서 상기 생석회(산화칼슘)가 생성될뿐만 아니라, 수산화칼슘(또는 소석회)도 생성될 수 있다. 상기 수산화칼슘은 상기 소성단계를 통해 생성된 상기 생석회의 수화 반응을 통해 생성될 수 있다. 　상기 소성단계에서 소성온도는 600℃~1000℃일 수 있다. 상기 소성온도가 600℃ 이상인 경우, 이산화탄소 제거가 용이하고, 1000℃ 이하일 경우, 높은 소성온도에서 상기 굴패각 분말이 타거나 분말에 그을음이 형성되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한 상기 소성단계에서, 승온속도는 1℃/min∼6.0℃/min정도로 서서히 가열할 수 있다. 상기 승온속도가 하고 1℃/min 이상임으로써, 소성단계의 공정 시간을 단축할 수 있고, 상기 승온속도가 6.0℃/min 이하임으로써, 급하게 승온하여 상기 굴패각 분말이 타거나 분말에 그을음이 형성되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 승온 후 1시간∼5시간의 유지시간을 거쳐 상기 소성단계가 진행될 수 있다. 상기 소성단계의 승온 후 유지시간이 1시간 이상임으로써, 이산화탄소의 완벽한 제거가 이루어지고, 승온 후 유지시간이 5시간 이하임으로써, 상기 소성단계의 공정 시간을 단축할 수 있다는 이점이 있다.
여기서, 소성된 생석회(산화칼슘)를 이용하여 토양개량재를 제조·생산·시공하는 과정을 설명하면, 우선, 지반이나 토양개량은 구조물을 건설할 때 시공과정이나 완성 후에 발생할 수 있는 지반이나 토양의 유해한 거동을 사전에 제거 또는 경감시키기기 위한 것으로, 상기의 방법으로 토양개량재로 이용될 때에는 상기 소성된 생석회와, 고로슬래그 미분말(GGBFS), 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 석고(CaSO4) 등이 혼합되어 사용될 수 있다. 플라이애쉬(SiO2, Al2O3)는 산화규소, 산화알루미늄, 또는 산화규소 및 산화알루미늄의 혼합물일 수 있다.
고로슬래그 미분말(GGBFS)는 제철공장의 고로작업시 철광석의 불순물이 섞인 암질이 SiO2, Al2O3와 화합하여 고온에서 용융상태로 부유된 물질일 수 있다. 고로슬래그 미분말은 SiO2, Al2O3, 및 산화철(Fe2O3)을 포함할 수 있다. 고로슬래그 미분말은 산화칼슘(CaO)을 더 포함할 수도 있다.
플라이애쉬(fly ash)는 석탄화력발전소의 보일러에서 나오는 개스(Gas) 중에 포함된 재의 미분입자로 화학성분으로는 주로 이산화규소(SiO2)와 산화알미늄 (Al2O3)으로 구성된 것일 수 있다. 다만, 플라이애쉬(fly ash)의 화학성분은 상술한 이산화규소(SiO2), 산화알미늄(Al2O3)뿐만 아니라, 다른 화학성분을 더 포함할 수도 있다.
석고(Gypsum, CaSO4)은 비료공장에서 발생되는 인산염의 부산물이다.
상기 소성된 굴패각(생석회 또는 소석회)은 플라이애쉬(SiO2, Al2O3)와 석고(CaSO4)등과 에트링자이트(Ettringite) 반응을 하여 고형물질을 생성하게 된다. 즉 석고(CaSO4)가 투입되어 에트링가이트(침상결정)가 생성하여 입자간을 더욱 단결시킬 수 있다.
이를 표현하는 화학식은 아래와 같다.
Figure 112021030468312-pat00001
즉, 수화에 의해 에트링자이트(Ettringite)라는 침상결정이 생성되어 공극이 감소하기 때문에 토지개량제의 방수 효과를 증대시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한편 개량하지 않은 흙의 주위에는 (-)이온(음이온)을 띄우게 되어있고, 흙 입자 서로가 (-)이온에 인해서 전기적으로 반발하여 미끄러지면서 유동화 하고 있기 때문에 응집, 단결하지 못한 상태이나 상기 소성된 굴패각(또는 생석회)가 들어가는 것에 인하여 상기 생석회의 칼슘이온(+)이온(양이온)과 흙의 (-)이온 사이에서 교환반응이 일어나서, 흙 입자 주위에 (+)이온과 (-)이온이 형성되어 흙 입자 서로가 전기적으로 결부되어 응집하는 흙의 단립화 효과 있다.
또한, 소성된 굴패각(또는 생석회 또는 소석회)은 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 석고(CaSO4), 고로슬래그의 산화철(Fe2O3)과 포졸란(pozzolan) 반응을 하여 고형물질을 생성할 수 있다. 소성된 굴패각(또는 생석회 또는 소석회)은 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 석고(CaSO4), 고로슬래그의 산화철(Fe2O3)과 포졸란(pozzolan) 반응하여 고형물질을 생성시킴으로써, 흙의 단립화 효과를 도모할 수 있다.
그 반응식은 다음과 같다.
Figure 112021030468312-pat00002
또한, 상기 소성된 굴패각(생석회 또는 소석회)은 석회(소각재 등)에 인한 수화반응과 소석회의 흡수성으로 토양의 함수량저하와 소석회의 팽창으로 인해서 주변 흙을 압축하여 강도가 높아진다.
그 반응식은 다음과 같다.
Figure 112021030468312-pat00003
Figure 112021030468312-pat00004
　
또한, 석회의 탄산화로 남아있는 석회분(또는 소성된 굴패각)은 흙 속의 탄산가스와 반응하여 탄산화해서 치밀화되고, 상기 반응이 반복되며 장기 강도가 계속 높아지는 재 탄산화 반응도 발생한다.
그 반응식은 다음과 같다.
Figure 112021030468312-pat00005
　　
고로슬래그는 시멘트와 물과 같이 존재할 경우 잠재수경성 반응을 일으키고, 플라이애쉬는 그 자체로서의 수화반응성은 없지만 가용성의 실리카(SiO2)등이 시멘트 수화시 생성되는 수산화칼슘과 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 안정한 규산칼슘수화물 등을 생성하며 작업성(Workability)과 펌프성(Pumpability)을 개선시키는 효과가 있고, 시멘트에 첨가하는 양만큼 시멘트 사용량을 줄여서 탄소량을 저감할 수 있다.
　굴패각에서 산출된 산화칼슘이나 수산화칼슘은 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3)의 성분비가 6.5~5:1~2 이상인 규산질 원료와 함께 수화반응을 하여 규산칼슘계 건자재의 합성에 사용되어 석회석보다 우수한 원료로 사용될 수 있다.
본 발명의 제조·생산·시공하는 방법은 하폐수 슬러지 등을 고형화시키는 데에도 사용될 수 있다.
　고형화(Solidification)는 고체를 포함한 충분한 양의 토양개량재를 유독물질 등에 첨가하여 결과적으로 고형물질을 형성시키는 고형화 처리는 유해폐기물 중에 함유된 중금속 등이 환경중의 매체(물)를 통하여 지하수나 토양 등을 오염시키지 않도록 무해화시키거나 용출이 어려운 형태로 변화시켜서 환경오염 등을 선제적으로 방지하는 것이며, 토양개량재는 대개 시멘트 반응성을 가지고 있어 오염물과 토양개량재간의 화학반응을 유발시켜 무기성 슬러지(중금속류 함유된 것)를 고형화하는데 매우 적합하다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다. 본 발명이 이하의 실시예들에 제한되는 것이 아님은 자명하다.
[실시예]
　경남 통영시에서 발생된 굴패각을 수집 채취한 후 굴패각을 물로 세척한 후 이물질을 제거하고 자연 건조시킨 후 분쇄하여 체가름하여 0.2㎜이하의 입도만 수집한 후 600℃~1000℃로 가열 소성하여 생석회를 제조·생산하여 필요한 현장에 시공한다.
다음은 토양개량재의 제조 및 생산 전 각각의 원재료 상태를 나타낸 구성표이다.
굴패각을 재활용한 생석회
구 분 패각을 활용한 생석회의 특징
성인 및 산지 남해안 연안( 특히 통영시 인근)
주성분 탄산칼슘(CaCO3)
범주 및 입자 미분말 밀도 : 2.59~2.91g/cm3, 분말도: 2400cm2/g이상,염분: 1% 이하, 강열감량: 5% 이하, 산화칼슘: 50% 이상
그린 시멘트용 생석회
구 분 그린 시멘트용 생석회의 특징
성인 및 산지 충북 등 전국
주성분 탄산칼슘(CaCO3)
범주 및 입자 미분말 밀도 : 2.59~2.91 g/cm3, 분말도: 3000cm2/g　이상,강열감량: 4% 이하, 산화칼슘: 60% 이상, 입경 : 0.04mm이하,
슬래그
구 분 슬래그의 특성
성인 및 산지 제철, 제강공정(포항, 광양, 당진)
주성분 Si02, CaO, Al2O3
범주 및 입자 밀도 : 2.8g/cm3이상, 입경 :2μm~16μm, 분말도: 4000cm2/g이상, 염분: 1% 이하, 강열감량: 3% 이하,
플라이애쉬
구 분 플라이애쉬의 특성
성인 및 산지 화력발전소, 제철소의 부산물
주성분 SiO2, Al2O3, Fe2O3
범주 및 입자 분말도: 2500cm2/g　이상, 염분: 1% 이하, 강열감량: 3% 이하,SiO2:30% 이상, Al2O3:10% 이상
석고
구 분 석고의 특성
성인 및 산지 인산염 및 비료제조공정의 부산물
주성분 CaSO4
범주 및 입자 분말도: 3,000cm2/g　　이상, 강열감량: 5% 이하,SO3: 50% 이상
　상기의 활용화된 굴패각 재활용 생석회와 그린시멘트용 생석회 및 고로슬래그, 플라이애쉬, 석고를 사용하여 본 발명기술인 굴패각을 이용한 토양개량재의 제조, 생산 및 시공과정을 아래에 도 3와 도 4에 도시되어 있다.
　본 발명에서 이루고자 하는 적정 배합비율은 토양개량재 및 그린 시멘트 전체 복합물을 중량비로 100을 기준으로 볼 때, 굴패각 생석회의 중량비는 5~35 정도, 그린 시멘트용 생석회의 중량비는 15~35, 고로슬래그 중량비는 20~40, 석고의 중량비는 2~6, 그리고 플라이애쉬 중량비는 15~35로 조성하게 된다.
　수분 조정은 대상토의 함수비에 의해 결정된다. 적용 대상토의 함수비 및 일축압축강도, 지지력비의 기준에 따라 첨가량을 선정하여 현장에 적용하여 시공할 수 있는 실시 예는 다음과 같다.
하수슬러지의 고화처리 시험결과
1. 하수 슬러지 고화처리 전의 대상토 조건
구 분 시료 1 시료 2 시료 3 시료 4 기준
PH 6.3 6.0 5.9 6.1
함수비(%) 90.2 91.3 92.2 91.7
참비중 1.45 1.49 1.43 1.52
강열감량 55.2 56.4 53.9 54.2
2. 하수 슬러지 고화처리 3일 뒤 시험 결과
구 분 시료 1 시료 2 시료 3 시료 4 기준
PH 11.6 11.2 11.0 11.1
일축압축강도(㎏/㎠) 1.6 1.55 1.57 1.55 0.3
함수비(%) 40.2 41.6 41.9 41.2
3. 하수 슬러지의 고화처리 7일 뒤 시험결과
구 분 시료 1 시료 2 시료 3 시료 4 기준
PH 10.86 10.96 10.90 10.18
지지력(CBR5.0 　) 8.03 7.76 6.55 5.50 5.0
일축압축강도(㎏/㎠) 1.8 1.78 1.75 1.91 0.3
함수비(%) 30.0 30.1 31.3 30.4
중금속 용출시험 결과
1. 토양개량재 처리전의 슬러지 조건
구 분 슬러지1 슬러지2 슬러지3 슬러지4 기준(ppm)이하
Pb 0.02 0.22 0.012 0.14 3.0
Cu 1.821 0.031 0.035 0.312 3.0
As 0.031 0.023 0.002 0.021 1.5
Hg 불검출 불검출 불검출 불검출 0.005
CN-1 불검출 불검출 불검출 불검출 1.0
Cr(VI) 불검출 불검출 0.09 불검출 1.5
Cd 0.01 0.01 불검출 0.012 0.3
유기인 불검출 불검출 불검출 불검출 1.0
기름성분 불검출 0.4 0.11 0.012 5%이상
PCE 불검출 불검출 불검출 불검출 0.1
TCE 불검출 불검출 불검출 불검출 0.3
2. 토양개량재 처리후의 고화물 중금속 용출시험 결과
구 분 슬러지1 슬러지2 슬러지3 슬러지4 기준(ppm)이하
Pb 불검출 0.17 불검출 0.08 3.0
Cu 1.664 0.013 0.014 0.204 3.0
As 0.028 0.018 불검출 0.013 1.5
Hg 불검출 불검출 불검출 불검출 0.005
CN-1 불검출 불검출 불검출 불검출 1.0
Cr(VI) 불검출 불검출 0.09 불검출 1.5
Cd 불검출 불검출 불검출 0.007 0.3
유기인 불검출 불검출 불검출 불검출 1.0
기름성분 불검출 0.2 0.01 0.001 5%이상
PCE 불검출 불검출 불검출 불검출 0.1
TCE 불검출 불검출 불검출 불검출 0.3
시멘트 슬라임 시험 결과　토양환경보전법 시행규칙
시험항목 납 구리 비소 수은 시안 Cr 카드뮴 유기인 기름성분 TCE PCE 불소
기준 3.0 3.0 1.5 0.005 1.0 1.5 0.3 1.0 5%이상 0.1 0.3 400
처리결과 불검출 불
검출		 불
검출		 불
검출		 불
검출		 불
검출		 불
검출		 불
검출		 0.1 불
검출		 불
검출		 0.46
본 발명의 제조·생산·시공하는 방법은 연약지반을 고형화 및 고화하거나, 건설용 건설자재를 제조·생산·시공하는 데에 사용 가능한 것으로, 규산(SiO2) 의 함유량이 높고 　산화칼슘(CaO)함유량이 적으면 연화의 소성이 충분히 가능해 일정량의 점토나 규사를 첨가하면 일반 연화의 주원료로 이용 가능하게 되는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 굴패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계;
    제조된 상기 생석회를 이용하여 토양개량제를 생산하는 단계; 및
    생산된 상기 토양개량제를 현장에 시공하는 단계를 포함하고,
    상기 굴패각 재활용용 생석회를 제조하는 단계는,
    이물질을 제거하는 단계,
    이물질이 제거된 굴패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계,
    분쇄분리된 굴패각을 분말하는 단계, 및
    굴패각 분말을 소성하기 위하여 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 제조된 상기 생석회를 이용하여 토양개량제를 생산하는 단계는,
    상기 생석회, 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(CaSO4), 및 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS)을 혼합하여 토양개량제를 생산하는 단계를 포함하고,
    상기 생산된 상기 토양개량제를 현장에 시공하는 단계는 생산된 상기 토양개량제에 미네럴 성분을 추가하는 단계를 포함하여 현장에 시공하는 단계를 포함하고,
    상기 굴패각 분말을 소성하기 위하여 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계를 통해 생석회 또는 수산화칼슘을 생성하며,
    상기 생석회, 발전사의 플라이애쉬(SiO2, Al2O3), 화학회사의 석고(CaSO4), 및 제철소의 고로슬래그 미분말(GGBFS)을 혼합하여 토양개량제를 생산하는 단계에서, 토양개량제 전체 복합물을 중량비로 100을 기준으로 볼 때, 상기 생석회 중 상기 굴패각 재활용용 생석회의 중량비는 5~35, 상기 생석회 중 그린시멘트용 생석회의 중량비는 15~35, 상기 고로슬래그 미분말의 중량비는 20~45, 상기 석고의 중량비는 2~7, 및 상기 플라이애쉬의 중량비는 15~35이고,
    상기 이물질을 제거단계는 염분이 함유된 굴패각을 수집하여 물에 세척함으로써 염소 음이온(Cl-)을 제거하고, 세척과정에서 악취와 분진을 함께 제거하며, 상기 이물질을 제거하는 단계에서 상기 굴패각을 1차로 물에 세척한 다음, 건조장치를 통해 상기 굴패각의 표면에 잔여하는 수분을 제거하며,
    상기 이물질이 제거된 굴패각을 분쇄하여 크기별로 분리하는 단계는 상기 굴패각을 분쇄하여 체가름하여 0.2mm 이하의 입도만 수집하는 단계를 포함하고,
    상기 굴패각 분말을 소성하기 위하여 고온으로 연소시켜 이산화탄소를 제거하는 단계에서 소성온도는 600℃~1000℃이고, 승온속도는 1℃/min～1.5℃/min 미만이며, 승온 후 1시간 내지 5시간의 유지시간을 거쳐 소성이 진행되며,
    상기 굴패각 재활용용 생석회는 미분말 밀도 2.59~2.91g/cm3, 분말도 2400cm2/g이상, 염분 1% 이하, 강열감량 5% 이하, 산화칼슘 50% 이상이고,
    상기 그린시멘트용 생석회는 미분말 밀도 2.59~2.91 g/cm3, 분말도 3000cm2/g　이상, 강열감량 4% 이하, 산화칼슘 60% 이상, 입경 0.04mm이하이고,
    상기 고로슬래그 미분말은 밀도 2.8g/cm3이상, 입경 2μm~16μm, 분말도 4000cm2/g 이상, 염분 1% 이하, 강열감량 3% 이하이고,
    상기 플라이애쉬는 분말도 2500cm2/g　이상, 염분 1% 이하, 강열감량 3% 이하, SiO2 30% 이상, Al2O3 10% 이상이며,
    상기 석고는 분말도 3,000cm2/g　이상, 강열감량 5% 이하, SO3 50% 이상이고,
    하수 슬러지 고화처리 3일 뒤의 상기 생산된 상기 토양개량제의 일축압축강도(kg/cm2)는 1.6이고, 하수 슬러지 고화처리 7일 뒤의 상기 생산된 상기 토양개량제의 일축압축강도(kg/cm2)는 1.8이고,
    하수 슬러지 고화처리 전의 상기 생산된 상기 토양개량제의 함수비(%)는 90.2이고, 하수 슬러지 고화처리 3일 뒤의 상기 생산된 상기 토양개량제의 함수비(%)는 40.2이고, 하수 슬러지 고화처리 7일 뒤의 상기 생산된 상기 토양개량제의 함수비(%)는 30.0인 굴패각을 이용한 토양개량형 토양개량제의 제조,생산,시공하는 방법.

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