KR20010069361A - 황토를 이용한 폐 소석회의 안전 처분 및 다용도 재활용 원료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토를 이용한 폐 소석회의 다용도 재활용 원료의 제조 방법에 관한 것이다.

각 화학 공장에서 산업 폐기물로 다량 배출되는 폐 소석회는 기준치에 맞추어 지하에 매립 처리하도록 하고 있으나, 처리비가 고가여서 과부담을 느끼고 있고, 또한 이의 PH가 강알칼리성이기 때문에 지하에 매립 시는 토질과 수질을 오염시키는 폐단이 있어 이점을 개선하고자 연구 검토가 진행 중에 있으며, 이 가운데 있어 맥반석을 첨가제로 이용한 폐 소석회의 재활용 원료의 제조 방법이 제안된 바 있으나, 이는 첨가제로 이용된 맥반석은 300매쉬 이상의 분쇄 공정 및 800℃ 이상의 소성 처리 공정을 거치는 과정에서 많은 에너지와 가공비용이 소요되는 등으로 원가 상승의 요인이 되기 때문에 이의 이용이 활발하지 못하고 있는 실정인 것이다.

본 발명은 이상의 문제점을 해결하고자 발명한 것으로 이의 발명 요지는 화학 공장에서 대량 배출되는 폐 소석회 100에 국내 각지에 다량 산재하고 있는 혼합 황토(풍화토)20∼40비를 첨가제로 이용한 것으로 이는 분쇄 공정을 용이하게 함과 동시 고온 소성 공정 없이 저온 건조 공정만을 거치면 되므로 저 에너지 저 비용의 토양 개량제, 지반 안정제, 비료, 건축 자재, 농업용수로 배관제, 수산용 어초 및 방조제용 등의 다용도 재활용 원료를 얻을 수 있게 한 것이다.

Description

황토를 이용한 폐 소석회의 다용도 재활용 원료의 제조 방법{loess to use lung air slaked lime to be very busy reapplication ingredient manufacture process}

본 발명은 산업 폐기물로서 다량 배출되는 폐 소석회에 국내에서 염가로 얻을 수 있는 혼합 황토(풍화토-風化土)를 첨가물로 이용하여 다용도 원료로서 재활용할 수 있게 한 황토를 이용한 폐 소석회의 다용도 재활용 원료의 제조 방법에 관한 것이다.

각 화학 공장에서 다량으로 배출되고 있는 폐 소석회는 높은 PH를 나타내는 강알칼리성을 보이고 있기 때문에 이는 수질 오염과 토질 오염 등으로 사회적으로 심각한 문제가 되고 있는 것이다. 따라서, 이를 땅 속에 매립 처리할 경우에는 PH를 중성에 가까운 환경 기준치에 맞추어 처리해야 하도록 규제하고 있으나, 이의 처리비에는 과부담이 있는 것이다.

따라서, 그간에 있어 이의 PH를 환경 기준치에 알맞게 낮출 수 있는 방법에 대하여 연구가 자행되고 있으며, 이 가운데 있어 맥반석을 이용한 방법이 제안된 바 있으나, 이는 300매쉬 이상의 분쇄 공정과 800℃이상의 고온 소성 과정을 거쳐야 하기 때문에 이 역시 처리비가 고가여서 원가상승의 요인이 되었던 것이다.

본 발명은 이상의 문제점을 해결하고자 발명한 것으로 이의 발명 요지는 우리 나라에서 다량으로 산재하고 있는 부존 자원인 적갈색 또는 황갈색을 띄고 있는 황토(風化土)를 폐 소석회의 첨가재로서 혼합기에 투입하여 혼합할 때 폐 소석회 분말 100에 황토 분말을 20∼40비로 혼합한 후 100℃에서 가열 건조 및 분쇄 공정과 냉각 및 분급 공정을 거쳐 재활용 원료로 완성한 후 출하하여 이를 토양 개량제, 비료, 건축자재, 농업용수로 배관제, 어초나 방조제 등 보드 또는 요입 원료나 충전제의 원료로 재활용 할 수 있게 한 것이다.

도 1은 본 발명의 공정 표시도

도 2은 폐기물(폐소석회)의 X선 회절 분석도

도 3는 혼합 황토 X선 회절 분석도

도 4은 처리물 I(재활용 원료) X선 회절 분석도

도 5는 처리물 "Ⅱ"의 X선 회절 분석도

* 도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

1. 폐 소석회 선별 공정 2. 혼합 황토 선정 공정 2-1. 혼합 공정

2-2. 건조 공정 2-3. 분쇄 공정 3-혼합공정

3-1. 교반기 4-건조 공정 4-1. 가열기

5-분쇄 공정 5-1. 분쇄기 6. 냉각 공정

7-분급 공정 8. 재활용 원료 8-1. 출하

먼저 본 발명이 채택한 황토 재료에 대하여 설명하면 황토는 우리 나라 전역에 걸쳐 풍부하게 부존되어 있는 적갈색 풍화토로서 암석의 풍화 작용에 의해 형성된 물질의 일종이다. 그 모암(母岩)에 따라 황토와 구성 광물이 특징적인 차이를 나타내기로 한다. 예컨대 쥬라기 화강암과 백악기 화강암에서 쥬라기 화강암의 것이 상대적으로 더 많은 카오린 광물을 포함하고 있고, 백악기 화강암은 상대적으로 HIV와 일라이트가 다량 포함되는 차이를 나타내고 있다.

결국 광석과 운모 등 광물은 화학적 풍화 작용을 받아 일라이트, 할로이 사이트, 운모/버머 클라이트 혼합용 광물, HIV 등으로 변화되고, 최종적으로는 카오리 나이트로 변화하는 과정에서 형성되는 것이 황토이므로 그 풍화 기간, 풍화 조건 등에서 여러 형태를 나타내고 있으며, 모암과 황토의 화학 성분을 비교해 보면 Al₂O₃, Fe₂O₃, H₂O 등이 황토에서 많아지고, Ca, Mg, Na 등은 다소 적어지는 경향을 보이고 있으며, 결국은 모암의 종류에 따라 다소 다르게 나타나기도 한다. 또한, 황토에는P, S, Zr, Ba, Rb, Ce 등이 대체로 많은 함량을 보이고 있고, 다음으로 Li, V, Cr, Zn, Co, Ni, Cw, Y, Nb, La, Nd, Pb, Th 등이 약 10ppm 이상으로 포함되어 있기에 소석회 폐기물 중의 CaCo₃, CaO, MgO, CaCl₂, CaSo₄등과 혼합, 3원 전자 교환성에서 중성 내지 환경 친화적 새로운 소재(원료)로 탄생된 것이 본 발명의 처리 기술의 핵심이 되고 있는 것이다.

그리고 황토에는 클로이드 크기에서 미크론 단위에 이르는 극 미립자의 광물을 다량 함유하고 있다. 이러한 극 미립 물질은 주로 여러 종류의 점토 광물들로 이루어져 있다. 이러한 구성 물질의 특성으로 인해 비표(比表) 면적이 매우 크므로 화학적 활성이 큰 것이다. 따라서, 황토에 포함된 미립 광물의 표면 혹은 구조 내에는 H⁺를 많이 함유하고 있어 토양 PH가 매우 낮다.

일반적으로 황토라고 하는 우리 나라의 적갈색 황토인 풍화토는 PH4-5 정도의 아주 낮은 편이다. 따라서, 폐 소석회의 알칼리성을 낮추는데는 황토가 환경 친화적으로 매우 적합한 것으로 판명되었다.

또한, 폐 소석회의 회백색 내지 백색은 황토의 적갈색과 혼합되므로서 일반 토양에 가까운 색상을 나타내므로 시각상으로도 환경 친화적이어서 매우 바람직하다.

그러나, 황토와 폐 소석회를 혼합하여 충분한 화학적 반응이 일어나기 위해서는 상당한 시간이 필요하게 된다. 따라서, 황토와 폐 소석회를 혼합하여 이를 자연 상태에 매립하여 오랜 기간이 흐르게 되면 자연적으로 중화 반응이 일어나서 환경에 대한 피해가 없을 것으로 보인다.

그러나, 이러한 중화 반응을 빠른 시간 내에 촉진시키기 위해서 본 발명은 황토 이외에 다른 재료를 혼합한 복합 재료를 개발하여 이를 새로운 원료로서 이용하고자 하는 것이 본 발명의 목적으로 한다. 이 발명이 목적하는 천연 황토 재료에 의해 재활용되는 폐 소석회의 실재적인 처리 공정은 다음과 같다.

제 1 공정 폐 소석회의 선별 공정(1) - 산업 폐기물로서 배출되는 폐 소석회를 선발 수거한 후 수분 함량 20% 미만되게 자연 건조시킨다.

제 2 공정 혼합 황토 재료 선정 공정(2) - 천연 황토(풍화토)를 혼합공정(2-1)에서 혼합하여 혼합 재료로 된 것을 건조 공정(2-2)에서 수분함량 20% 미만되게 건조시킨 후 분쇄 공정(2-3)에서 조 분쇄한다.

제 3 공정 - 제 1공정에서 얻어진 폐 소석회 100에 제 2제조 공정에서 얻어진 황토 20∼40비를 교반기(3-1)에 투입하여 혼합 공정(2)을 실시한다.

제 4 공정 - 제 3공정에 서 얻어진 것을 가열기(4-1)를 이용하여 100℃미만의 온도에서 건조시키는 건조공정(4)을 실시한다.

제 5 공정 - 제 4공정에서 얻어진 것을 분쇄기(5-1)에 투입하여 300매쉬 이상으로 미 분쇄하는 미 분쇄 공정(5)을 실시한다.

제 6 공정 - 제 5공정에서 얻어진 미 분말을 냉각실을 통과시키는 냉각공정(6)을 실시한다.

제 7 공정 - 제 6공정에서 얻어진 냉각물을 분급 공정(7)을 거쳐 입도 선별한다.

제 8 공정 - 제 7공정에서 입도 선별된 것을 용도에 알맞게 재활용 원료로 출하한다.

이상과 같이 본 발명은 폐 소석회를 선별하여 건조시킨 후 황토 복합 재료와 100 : 20∼40 로 교반기에 투입하여 충분히 혼합한 후 100℃ 이하의 열에서 건조시켜 분쇄하고 냉각시킨 후 분급 처리하여 용도에 알맞는 재활용 원료로서 출하할 수 있게 하였기 때문에 분체 공학적인 측면에서는 상온에서 Ca(OH)₂를 유속 교반과 RPM 380의 조건에서 합성시킨 시료는 PH 8.3∼7.22으로 나타나며, 최적의 안정성을 위하여 약간의 반응을 더 진행시킴으로서 음이온(anion)의 발생 시계(時界)에서 볼 때 1차점 부근에서는 입자의 응고가 일어나게 되고, 그때 Ca(OH)₂는 2차 입자를 깨는 역할을 하게 되었다.

그리고 에너지 전도체로서의 상승 시는 분산적 특성을 보였으며, 그때의 PH는 6.5로 지속되었다. 따라서, 실험 결과는 고온으로 가열할수록 PH가 증가하는 경향이 나타났기 때문에 환경적으로 매립 처리 시는 낮은 온도에서 건조함이 바람직함을 알 수 있게 되었다.

그리고 폐 소석회의 폐기물 중에서 알칼리성이 강한 것은 PH가 12.2 정도를 나타내었다. 이 폐기물(폐소석회) 100에 황토 복합재료 20∼40%와 혼합 처리한 후에는 PH가 8.8∼7.22으로 변화되어 나타났다. 이 복합 재료의 혼합 비율을 조정하므로서 최종 처리물의 PH를 사용 목적에 알맞게 조정할 수 있음을 알게되었다.

그리고 처리한 물질에 대해 X-선 회절 분석에 의한 광물 분석 결과는 석영(Q), 장석(F), 카오린 광물(K), 일라이트(I), 녹니석(ch), 석고(G), 방해석(C) 등이 검출되었다. (처리물 Ⅰ,Ⅱ 도 4, 5참조)

이들 구성 광물의 조합과 함량은 처리전의 폐기물(도표 1)의 성질과 혼합 재료 첨가(도표 2)의 혼합비에 따라 다소 다르게 나타난다. 그러나, 이들 광물은 천연적으로 산출되는 것이고, 흔한 것이므로 자연 상태의 매립에는 별로 문제가 없는 것이다.

한편, 본 발명의 실시 결과로서 이의 주화학적 성분은 Al₂O₃, Fe₂O₃로서 직열적 감량 등이 천연 황토에는 이것이 풍화 과정에 따라 카오린 광물과 같은 점토 광물질이 증가하고, 침철석 같은 수산화 철광물이 농집되어서 자연에 드러나고 있음을 알게 되었다.

그리고 현재 산업 폐기물로서 야적되어 있는 폐 소석회의 성분을 조사한 결과 위치에 따라 석회분이 많은 것과 아주 적은 것 등의 여러 가지 종류가 나타났다. 즉, 처리 대상의 폐기물은 석회 성분을 다량 포함하는 것이 대부분을 이루고 있지만, 석회 물질 이외에도 다른 광물질을 함유하는 폐기물로 포함되어 있음을 알게 되었다.

따라서, 폐기물의 처리 과정에 있어 일률적인 혼합 방식으로 처리하는 것은 비효율적이기 때문에 처리 직전에 폐기물에 대한 성분 조사를 철저히 행하고, 그 결과에 맞추어서 적절한 복합재료의 배합비 등의 처리 방법을 변화시킬 수도 있는 것이다. 그리고 폐기물에 대한 성분 조사는 X선 회절 분석(도 2)에 의한 광물 성분의 조사와 화학 분석 그리고 PH 측정 등을 수행할 필요가 있는 것이다.

사업 실시 과정에 있어 폐기물과 처리물에 대한 물질 성분 분석을 계속적으로 수행하고, 그 결과의 검토와 함께 보다 효율적인 처리 방법과 처리물의 유용한 활용 방법에 대하여서는 꾸준한 연구 개발이 뒤따라야 할 것이다.

X선 회절 분석에 의해 황토 혼합 재료의 구성 광물 분석 결과 이의 구성 광물은 할로이 사이트, 알라이트, 카오리 나이트, 석영, 카리질석, 침철석이다.

X선 형과 분석에 의해 화학 분석 결과(도 3)는 다음과 같다.

(1) 혼합 재료 물질의 주 화학 성분

(2) 처리물의 성분 분석도

(3) 폐 소석회와 혼합 황토의 성분 분석표

(4) 폐기물(폐소석회) 처리후 pH의 측정치

이상과 같이 본 발명은 산업 폐기물로서 대량 배출되는 폐 소석회를 재활용 원료로서 제조함에 있어서 전국적으로 대량 산재하고 있는 부존 자원인 천연 황토를 첨가 재료로 사용할 수 있게 하였기 때문에 에너지 및 원가 절감은 물론 공해 방지에 크게 기여할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 폐 소석회 분말 100에 혼합 황토 분말 20∼40비를 교반기에 투입하여 혼합한 후 100℃ 미만에서 가온하여 수분 함량 10% 미만으로 하여 이를 분쇄 공정과 냉각 공정을 거쳐 분급 처리된 것을 출하하여 재활용 원료로 될 수 있게함을 특징으로 한 황토를 이용한 폐 소석회의 다용도 재활용 원료의 제조 방법.