KR20040099663A - 동슬래그를 이용한 도시쓰레기 소각재 아크로 용융시슬래그 유동화제로 사용 하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 도시쓰레기 소각재를 아크로에서 용융시 발생하는 소각재를 용융할 때, 슬래그의 유동성과, 저온에서 용이한 용융을 위해, 폐기 동 슬래그를 이용하는 방법에 관한 것이다. 특히, 슬래그의 개질을 통해, 전기아크로 등에서의 소각재 용융시, 급속한 용해를 이룩함으로써, 전기에너지 절감과 균일한 융체 및, 재활용시보다 양호한 물성을 만들 수 있는 것이다.
Description
본 발명은, 도시쓰레기 소각재 용융시 발생하는 소각재를 용융할 때, 슬래그의 유동성보다 저온에서 용이한 용융을 위해, 동 제조공정에서 발생하는 폐 동슬래그를 이용하여, 원할한 용융, 균일한 융체 및 전기 에너지 절감을 위한, 용융법에 관한 발명이다.
현재, 도시쓰레기 소각재를 용융하여 안정화하기 위해 사용될 목적으로, 도입, 설치되어 가동중인 아크로 및 소각재 용융설비에서는, 탈황슬래그 및 석회석등이 슬래그 유동제로 사용되고 있으며, 일부 비산재와 바닥재를 섞어 용해하거나, CaO를 근간으로 하여 염기도를 조정하여 유동성을 확보하기도 한다. 또한 Na2O를 기저로한 Na2CO3를 첨가하거나, Na2O를 기저로한 탈황슬래그 등을 사용하는 발명도 있다.
한편, 일반적으로 쓰레기 소각로에서 발생되는 소각재는, 비산재와 바닥재 두가지 종류가 있는데, 이중 대부분(80∼85%)은 바닥재이다. 바닥재는 주로 30∼40%의 산화규소(SiO2)와 12∼17%의 산화칼슘(CaO)과 6∼10%의 산화알루미늄(Al2O3), 1∼5%의 철(Fe)과 3∼7%의 산화나트륨(Na2O)과 2∼3%의 미연소분 등으로 이루어지며, 비산재는 염기성 성분을 보다 많이 포함한다.
이러한 비산재와 바닥재에는 크롬(Cr), 주석(Sn), 구리(Cu), 납(Pb) 등의 중금속이 다량 함유되어 있다. 또한, 도시쓰레기 소각로의 소각재에는 약 10∼20%의 금속성분이 포함되어 있다.
소각에 의한 쓰레기 감량은 30∼50%이며, 소각재 냉각용으로 물을 사용하면 소각에 의한 쓰레기 감량은 약 50%정도 된다. 이러한 소각재는 전량 별다른 후처리 없이 매립되고 있다. 따라서, 매립시 분진이 발생되는 문제점과, 침출에 의한 중금속이 용해되는 문제점 등이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 소각재를 고형화하는 방법과,소각재를 용융하여 부피를 최소화하는 방법이 연구 및 채용되고 있다.
고형화하는 방법에는, 시멘트로 소각재를 고형화하여 처리하는 방법이 있는데, 고형화하면서 부피가 증가되어, 소각에 의한 쓰레기 감량효과가 줄어드는 단점이 있어, 채용이 불투명하다.
부피를 최소화하는 방법에는 소각재를, 아크로에서 용융하여, 소각재의 부피를 최소화하는 방법이 있는데, 이 방법은 용융설비가 고가이며, 에너지가 많이 소모되는 문제점도 있지만, 다음과 같은 유리화공정에서 염기도를 조정하는데 필요한 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
대부분의 소각재의 염기도는 0.3∼0.5이고, 도시 소각재의 경우에는, 염기도가 더 적기 때문에, 아크로에서 용융될 때, 점성도가 크고, 전기전도도가 적어 소각재를 유리화시키기가 어렵다. 또한, 소각재 내에는 미연탄분이 들어있어 용해 후, 벽돌 및 자갈과 같은 건축자재로 사용하기 어렵다. 따라서, 종래에는 유리화과정에서 탄산나트륨(Na2CO3)이나 탄산칼슘(CaCO3) 등의 염기성 성분을 추가하여 염기도를 조절하였다.
상기 유리화과정에서 사용되는 탄산나트륨이나 탄산칼슘은 쓰레기를 처리하기 위한 전체비용을 감안할 때 결코 싸지 않아, 상술한 용융법인, 소각재의 부피를최소화 하는 방법의 채용이 지체되고 있다.
따라서, 본 발명자에 의해 제안된 폐기물을 이용한 안정화를 위한 염기도를 조정하는 유동화제의 개발이 요구된다. 따라서 최근 탈황슬래그, 비산재이용CaO에 기저로한 전로슬래그, 고로 슬래그 등이 있으나, 전기 전도도 특성에 있어 효율성을 제고하고, 잔존 탄소 물질에 의한 철 회수 및 불순 철의 희석, 또한, 용해 작업후, 소각재를 벽돌과 자갈 등 건축자재로 재활용 할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 발명에서는 도시쓰레기 소각재를 아크로에서 용융시 발생하는 소각재를 용융할 때, 염기도 조절을 위해, Na2CO3나 CaCO3등을 대체하고, 초기 용융을 원활하게 하고, 전기 전도도 및 소각재 중 잔존 탄소에 의한 불순 철성분의 희석을 도모하도록 비철제련시 발생되는 FeO-SiO2계의 폐동슬래그를 이용한 고온에서 용이한 용융을 위해 슬래그 유동화 제조 방법을 이용하여 원할한 소각재 안정화를 이룩하는데 있다.
제1도는 동슬래그를 이용한 도시쓰레기 소각재 슬래그 유동제로서의 용융방법.
표1은 동슬래그 조성 및 소각재 조성.
표2는 소각재 및, 소각재와 폐동슬래그로 제조된 슬래그 침출 특성.
본 발명에 따른 소각재 용융시, 유동화제로, 동 제련시 발생하는 폐 동슬래그의 조성이 최적임을 감안하여, 용재로 사용함으로써, 용이한 용해를 시도하고자 하는 것이다. 본 발명에 따른 유동화제로 사용하는 방법은, 동슬래그를 쓰레기 소각재와 혼합하는 단계와, 상기 혼합한 폐 동슬래그 쓰레기와 소각재와 용융하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명에서는, 상기 폐 동슬래그를 충분히 건조하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 폐 동슬래그는 동 제련과정에서 발생하는 것으로, 정광 용융 후, 마트(matte) 용해후나, 부분배소 후 용융상 용해로부터, 또는 배소반응 후, 동 직접용융시 발생하거나, 슬래그 선광후에 발생하는 슬래그이다.
상기 폐 동슬래그의 입도분포는 다음과 같다.
또한, 상기 폐 동슬래그의 화학적 조성은, 하기의 표1과 같이, 구리(Cu)0.3∼3.0%, 납(Pb)0.2∼4.8%, 아연(Zn)0.1∼11.0%, 철(Fe)32.1∼44.0%, 유황(S)0.2∼2%, 산화칼슘(CaO)나 산화마그네슘(MgO)0.1∼7.4%, 이산화규소(SiO2)22.8∼37.5%, 산화알루미늄(Al2O3)0.1∼8%, 산화철(Fe3O4)3∼6%로 이루어져 있으며, 소각재 용융에 있어서, 용융시, 슬래그의 염기도 조정, 전기전도도 조정, Fe의 재회수를 위한 포집금속으로의 이용 등, 매우 바람직한 용재 성분을 포함하고 있다.
이하 첨부된 도면 및 표를 참조하면서, 본 발명에 따른 폐 동슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 유동화 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
<실시예 1>
표1에 표시된 폐 동슬래그에 포함된 FeO는 고염기도를 가지며, 그 양이 50%이므로, 종래에 염기도 조절용 소재로 사용되던 산화나트륨 및 산화마그네슘 성분을 대체할 수있다.
표1. 폐 동슬래그 소각재의 화학적 조성 (중량퍼센트)
| 폐 동슬래그 | 소각재 | |
| 1. 산화칼슘(CaO)∼(MgO) | 0.1∼9.4 | 12∼17 |
| 2. 이산화규소(SiO2) | 22.8∼37.5 | 30∼40 |
| 3. 산화알루미늄(Al2O3) | 0.01∼8 | 6∼10 |
| 4. 유황(S) | 0.2∼2 | - |
| 5. 산화나트륨(Na2O) | - | 3∼7 |
| 6. 탄소(C) | - | - |
| 7. 미연소분 | - | 2∼3 |
| 8. 산화마그네슘(MgO) | 7∼15 | - |
| 9. 산화망간(MnO) | 6∼12 | - |
| 10. 금속성분 | 32.1∼44.0(Fe)0.3∼3.0(Cu)0.2∼4.8(Pb)0.1∼11.0(Zn) | 10∼20 |
상술한 바와 같이, 화학적 조성을 갖는 폐 동슬래그와 소각재는, 다음과 같은 방법에 의하여 유동화제로 된다.
도 1을 참조하면, 처리할 폐 동슬래그와 소각재를 준비한다. 폐 동슬래그를 건조하여 준비하고, 소각재를 건조시켜 준비한다. 건조 및 분쇄된 폐 동슬래그 및 소각재는, 아크로에 용이하게 장입될 수 있으며, 빨리 용융될 수 있기 때문이다.
아크로는 양전극간의 전기적 접촉이 양호하도록, 먼저 코크스 입자를 사용하여, 1100∼1300℃로 가열한다. 그리고, 준비한 폐 동슬래그 및 소각재를 1:3으로 혼합하여 염기도를 0.7로 맞추어, 아크로에 장입한다. 장입이 끝난 약 30분 후에 출탕한다.
출탕 후, 냉각된 슬래그는 유리화되었으며, 폐동슬래그 및 소각재 중의 일부금속분은 회수되어, 아크로 저부에 응축된다. 그리고, 출탕할 때 슬래그가 유리화되어 있으므로 출탕작업이 종래의 소각재만 용융하여 출탕하는 출탕작업보다 아주 원활하다. 그리고, 출탕된 슬래그의 강도는 보통의 암석과 같은 정도의 기계적 강도를 보였다.
첨부된 참조 도면에 의해, 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는, 단지 일 실시예에 불과하다. 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 바람직한 실시예를 충분히 이해하여, 유사한 형태의 폐 동슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 유동안정화 방법을 구현할 수 있을 것이다.
예를 들면, 상세한 설명에서는 폐 동슬래그 및 소각재를 혼합하여, 염기도 0.8로 맞추어 아크로에 장입한다고 기술하였으나, 폐 동슬래그 및 소각재를 혼합하여 염기도 0.7∼1.5으로 맞추어, 아크로에 장입하여도, 출탕 후, 냉각된 슬래그는 유동화 유리화되었으며, 폐 동슬래그 및 소각재 중의 일부 금속이 회수되어 아크로 저부에 응축된다. 그리고, 출탕할 때, 출탕작업이 아주 원활하다.
<실시예 2>
염기도에 따른 용융 제조된 슬래그와, 용융전 소각재의 침출특성을 평가하기 위하여, 환경오염 공정시험법인 TCLP법에 따라 침출특성을 분석해 보았다.
시료를 건조 분쇄한 후, 용출액과 1:20으로 혼합하고, 22±3℃, 진폭 4∼5cm로 분당 30±2회, 18±2시간 진탕기에서 진탕하여 여과한 후, 항목별로 분석하여 표 2와 같은 침출특성을 얻었다.
표 2에 나타난 바와 같이, 용융전 소각재의 침출농도보다 용융후의 소각재침출농도가 낮으며, 소각재만 용용한 슬래그보다 폐 동슬래그를 혼합한 슬래그가 침출농도가 낮으며, 염기도 0.7로 용융된 슬래그보다 염기도 1.6로 용융된 슬래그의 침출농도가 낮았다.
표2 .소각재 및 소각재와 제조된 슬래그의 침출특성
| 분석항목 | 유해폐기물보류기준(한국) | 폐 동슬래그혼합 후 용융(염기도 1.6) | 폐 동슬래그혼합 후 용융(염기도 0.7) | 소각재용융 | 소각재 |
| Cu | 3 | 0.04 | 0.6 | 0.17 | 2 |
| Cr | 1.5 | 0.02 | 0.03 | 0.05 | 1.3 |
| As | 1.5 | 0.015 | 0.006 | 0.006 | 0.4 |
| Zn | - | 0.09 | 0.70 | 0.29 | 2.2 |
| Ba | - | 0.30 | 0.40 | 0.03 | 1.0 |
| Hg | 0.005 | 0.003 | 0.003 | 0.003 | 0.007 |
| Cd | 0.3 | 0.04 | 0.05 | 0.04 | 0.4 |
| Pb | 1 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 4 |
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 도시쓰레기 소각재를 아크로에서 용융시, 슬래그 유동제로써, 동제련 공정에서 발생하는 폐동슬래그를 사용함으로써, 슬래그의 유동특성을 개선 할 수 있다.
본 발명은, 도시쓰레기 소각재를 아크로에서 용융시, 유동화제로 폐 동슬래그를 사용함으로써, 종래 Na2O 나 CaO를 기저로 한 물질을 사용하지 않고, 도시쓰레기 소각재 용융공정을 단순화 시킬 수 있으며, 저렴하면서도 양질의 원료를 사용함으로 인해, 원가의 절감, 에너지 절감효과 등을 거둘 수 있는 것이다.
또한, 비철제련 슬래그를 쓰레기 소각 용융에 사용함으로써, 환경을 보호할 수 있으며, 종래 숏브라팅용외에 별다른 용도가 없는 슬래그를 고부가가치의 자원으로 재활용할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (2)
- 도시쓰레기 소각재 아크로 용융시, 폐동슬래그를 슬래그 유동제로 사용하여, 폐동슬래그를 건조하여 소각재와 혼합하는 단계와 상기 폐동슬래그와 쓰레기 소각재를 용융시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 쓰레기 유리화 방법.
- 상기 청구항 1항에 있어서, 동제련과정에서 발생하는 동슬래그의 화학적 조성이, 구리(Cu)0.3∼3.0%, 납(Pb)0.2∼4.8%, 아연(Zn)0.1∼11.0%, 철(Fe)32.1∼44.0%, 유황(S) 0.2∼2%, 산화칼슘(CaO)나 산화마그네슘(MgO)0.1∼7.4%, 이산화규소(SiO2)22.8∼37.5%, 산화알루미늄(Al2O3)0.1∼8%, 산화철(Fe3O4)3∼6%를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각재 유리화 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100913245B1 (ko) * | 2008-01-03 | 2009-08-24 | 정맥산업개발(주) | 동 슬래그의 재활용 방법 |
| WO2016156394A1 (en) | 2015-04-03 | 2016-10-06 | Metallo Chimique | Improved slag from non-ferrous metal production |
-
2003
- 2003-05-19 KR KR1020030031710A patent/KR20040099663A/ko not_active Application Discontinuation
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