KR20100009658A - Soil materials and method for fabricating thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 성토재 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조되는 성토재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄재를 이용하여 친환경적이면서도 품질이 우수한 성토재 제조방법 및 성토재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a landfill material and a landfill material manufactured by the method, and more particularly, to an environment-friendly yet excellent quality landfill material production method and landfill material using coal ash.
일반적으로 석탄을 원료로 하여 발전하는 석탄화력발전소는 석탄의 연소효과를 높이기 위하여 석탄을 소정의 크기로 분쇄, 즉 미분탄을 제조하여, 미분탄을 보일러에 공급하여 연소시킬 때 발생하는 열을 이용하여 고온 고압의 수증기를 생산한 후, 생산된 수증기를 증기터빈에 공급함으로써, 발전을 하게 된다. In general, coal-fired power plants using coal as a raw material are pulverized to a predetermined size in order to increase the combustion effect of coal, that is, pulverized coal is produced, and the high temperature is generated by using heat generated when the pulverized coal is supplied to the boiler for combustion. After producing high pressure steam, the steam is generated by supplying the steam to the steam turbine.
미분탄을 보일러에 공급하면 미분탄의 10 ~ 20%는 회분이며, 이는 석탄의 연소과정에서 석탄재로 발생된다. 석탄재 중에서 약 20%는 고온의 연소열에 의하여 용융되며 여러입자가 응결되어 보일러의 하부로 배출되고, 약 80%는 각 입자별로 연소되어 연소가스 흐름에 따라 비산하며 비산된 석탄재는 전기집진기 등과 같은 집진 장치에 포집된다. When pulverized coal is supplied to the boiler, 10 to 20% of the pulverized coal is ash, which is generated as coal ash during the combustion of coal. About 20% of coal ash is melted by high temperature combustion heat, and many particles are condensed and discharged to the bottom of the boiler. About 80% is burned by each particle and scattered according to the flow of combustion gas. Is collected on the device.
한편 보일러의 하부로 배출되는 석탄재는 바닥재라고 불리우며, 그 입경이 대략 100㎛ ~ 수cm 정도로 넓게 분포하고 있으며, 큰 덩어리는 1cm 이하로 파쇄하 여 해수와 함께 매립장으로 이송하여 매립된다. 또한, 보일러로부터 비산하여 전기집진기에서 포집되어 배출되는 석탄재는 비산재라고 불리우며, 이러한 비산재는 그 평균입경이 대략 20 ~ 60㎛이고, 최대 입경은 100㎛이하이며, 바닥재와 함께 매립장으로 이송된다. On the other hand, the coal ash discharged to the bottom of the boiler is called the bottom ash, the particle diameter is widely distributed in the range of about 100㎛ ~ cm, large chunks are crushed to less than 1cm and transported to the landfill along with seawater to be landfilled. In addition, coal ash scattered from the boiler and collected in the electrostatic precipitator is called fly ash, and the fly ash has an average particle diameter of approximately 20 to 60 μm, a maximum particle diameter of 100 μm or less, and is transferred to a landfill along with the flooring material.
현재 국내 발전소별 인근에 매립된 석탄재의 규모는 약 3000만톤에 이르고 있으며, 향 후 경제규모 증가로 인한 발전소 증설은 불가피할 것으로 예상됨에 따라 석탄재 매립량은 폭발적인 증가가 예상된다. Currently, the amount of coal ash in the vicinity of domestic power plants is about 30 million tons, and the expansion of power plants is expected to be inevitable due to the increase in economic scale.
그러나 매립 석탄재가 일반폐기물로서 재활용이 가능한 재료임에도 불구하고 재활용은 거의 전무한 상태이며, 일부에서 재활용을 시도하고 있으나 매립 석탄재의 재료 특성상 재활용에 어려움이 있어 극히 소량이 일반건축자재인 내장용 벽돌, 시멘트 제조시 보조재료로 재활용되고 있다.However, despite the fact that the landfilled coal ash is a material that can be recycled as general waste, there is almost no recycling, and some attempts to recycle it, but due to the characteristics of the landfill coal ash, it is difficult to recycle, so very small amounts of building bricks and cement for general construction materials It is recycled as an auxiliary material in manufacturing.
따라서 이러한 석탄재를 간단한 공정으로 효과적으로 재활용할 수 있는 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다. Therefore, the development of a technology that can effectively recycle such coal ash in a simple process is urgently required.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 석탄재를 간단한 공정에 의하여 토사와 혼합하여 품질이 우수한 성토재를 제조할 수 있는 성토재 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조되는 성토재를 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a landfill material manufacturing method and a landfill material produced by the manufacturing method that can produce a quality landfill material by mixing coal ash with soil by a simple process.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 성토재 제조방법은, 1) 석탄재를 분쇄하는 단계; 2) 토사를 선별하는 단계; 3) 상기 석탄재와 생석회를 혼합하는 단계; 4) 상기 석탄재와 생석회의 혼합물에 상기 토사를 혼합하는 단계; 5) 상기 석탄재, 생석회 및 토사의 혼합물에 중화제를 더 혼합하는 단계;를 포함한다. Filling material manufacturing method according to the present invention for achieving the above technical problem, 1) pulverizing coal ash; 2) screening the soil; 3) mixing the coal ash and quicklime; 4) mixing the earth and sand to the mixture of coal ash and quicklime; And 5) further mixing a neutralizing agent with the mixture of coal ash, quicklime and soil.
본 발명에서 상기 토사는 일반토 또는 준설토일 수 있으므로 다양한 토사를 그대로 활용할 수 있는 장점이 있다. In the present invention, the earth and sand may be a general soil or dredged soil, there is an advantage that can be utilized as a variety of soil.
그리고 본 발명에서 상기 생석회는 상기 석탄재 및 토사 총중량의 2 ~ 4 중량%의 비율로 혼합되는 것이, 성토재의 경도를 강화할 수 있으므로 바람직하다. And in the present invention, the quicklime is preferably mixed at a ratio of 2 to 4% by weight of the total weight of the coal ash and the earth and sand, it is preferable because it can strengthen the hardness of the fill material.
또한 본 발명에서 상기 중화제는 황산염인 것이, 알카리성인 석탄재를 효과적으로 중화시킬 수 있으므로 바람직하다. Further, in the present invention, the neutralizing agent is preferably sulfate because it can effectively neutralize alkaline coal ash.
그리고 본 발명에서는 전술한 성토재 제조방법에 의하여 제조되는 성토재를 제공한다. In addition, the present invention provides a fill material prepared by the above-described fill material manufacturing method.
본 발명에 따르면 유용하게 활용할 수 있는 일반폐기물인 석탄재를 간단한 공정에 의하여 효과적으로 재활용할 수 있는 장점이 있다. 특히, 토목 또는 건축 공사 현장에서 발생하는 성토재 부족 문제를 해결할 수 있으며, 일반적인 성토재보다 낮은 단가로 성토재를 제공할 수 있는 장점이 있다. 도 1a 내지 도 1c에 의하면 본 발명에 따른 성토재는 성토재로서의 성능이 우수함으로 할 수 있다. 특히, 성토재 중에서 매우 우수한 품질이 요구되는 도로 건설에 사용되는 성토재 요건을 충족하는 것을 알 수 있다. According to the present invention there is an advantage that can be effectively recycled by the simple process of coal ash which is useful general waste. In particular, it is possible to solve the problem of shortage of landfill material that occurs in civil engineering or building construction site, there is an advantage that can provide a landfill material at a lower cost than the general landfill material. 1A to 1C, the fill material according to the present invention may be excellent in performance as a fill material. In particular, it can be seen that meets the requirements for landfill material used in the construction of the road, which requires very good quality of the landfill material.
한편 본 발명에 따른 성토재는 일반폐기물인 석탄재를 사용함에도 불구하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 제조된 성토재의 용출시험 결과 오염물질이 전혀 검출되지 아니하여 성토재로 사용하여도 환경적으로 아무런 문제가 없음을 알 수 있다. Meanwhile, although the landfill material according to the present invention uses coal material, which is general waste, as shown in FIG. 2, no contaminants are detected as a result of the dissolution test of the manufactured landfill material. It can be seen that there is no.
또한 본 발명에 따른 성토재 자체의 성분을 분석한 결과 도 3a 내지 도 3c에도시된 바와 같이, 토양 오염 우려 기준에서 정해진 기준치보다 훨싼 낮은 수치를 나타냄을 알 수 있다. In addition, as a result of analyzing the components of the fill material itself according to the present invention, as shown in Figures 3a to 3c, it can be seen that the value is much lower than the reference value set in the soil pollution concern standards.
결국 본 발명에 따르면 석탄재 재활용 문제를 환경적인 문제를 일으키지 않고 해결할 수 있으며, 제조되는 성토재의 품질 또한 매우 우수한 것을 알 수 있다. After all, according to the present invention can solve the coal ash recycling problem without causing environmental problems, it can be seen that the quality of the fill material is also very excellent.
또한 우리나라에서 많이 발생하는 준설토를 해양에 폐기하지 않고, 건설현장에서 활용할 수 있는 장점도 있다. In addition, there is an advantage that can be utilized in the construction site, without discarding the dredged soil that occurs a lot in our country.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
먼저 석탄재를 분쇄하는 단계가 진행된다. 본 실시예에서 사용하는 석탄재는 석탄화력발전소에서 발생하는 바닥재(bottom ash)와, 비산재(fly ash)가 혼합된 바닥재 또는 폐기물 소각시 발생하는 바닥재 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 석탄재는 단위 체적당 입자수가 적어서 입자간 인력 및 마찰력이 감소하여 점성이 높은 준설토 등과 혼합시 유동성을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. First, the step of pulverizing coal ash is carried out. The coal ash used in the present embodiment is preferably made of any one of a bottom ash generated in a coal-fired power plant, a floor ash mixed with fly ash or a floor ash generated during incineration of waste. Such coal ash has an advantage of increasing the fluidity when mixed with dredged soil having high viscosity due to the reduced number of particles per unit volume and the attraction and friction between particles.
또한 이러한 석탄재는 SiO2 51.84%, Al2O3 34.1%, F2O 6. 12%, CaO 3.4%, MgO 0.92%, K2O 1. 04%, Na2O 0.99% 기타 1. 36 %로 이루어지므로 성토재로 사용하여도 환경적으로 아무런 문제점이 발생하지 않는다. In addition, these coal ashes are 51.84% SiO 2 , 34.1% Al 2 O 3 , F 2 O 6. 12%, CaO 3.4%, MgO 0.92%, K 2 O 1. 04%, Na 2 O 0.99% Others 1. 36% Because it is made of, even if used as a fill material does not cause any environmental problems.
상기 석탄재는 전술한 바와 같이, 그 입경이 1 cm이하로 비교적 작으나, 일부의 바닥재는 수 cm 정도로 큰 경우가 있다. 따라서 이러한 석탄재를 0.02 ~ 25mm 정도의 크기로 분쇄하는 과정이 필요하다. 이렇게 입자를 일정하게 하면, 토사와의 혼합 또는 생석회와의 혼합 과정에서 균일한 혼합이 가능한 장점이 있다. As described above, the coal ash is relatively small, having a particle diameter of 1 cm or less, but some flooring materials may be as large as several cm. Therefore, the process of pulverizing such coal ash to the size of 0.02 ~ 25mm is required. If the particles are made constant in this way, there is an advantage that uniform mixing is possible in the process of mixing with earth and sand or quicklime.
그러나 이러한 석탄재 분쇄 과정은 사용되는 석탄재가 0.02 ~ 25mm 정도의 입경을 가지는 석탄재인 경우에는, 생략될 수 있다. 즉, 별도의 분쇄 과정을 거치지 않고서도 그대로 사용할 수 있는 것이다. However, the coal ash crushing process may be omitted when the coal ash used is coal ash having a particle diameter of about 0.02 to 25 mm. That is, it can be used as it is without going through a separate grinding process.
다음으로 토사를 선별하는 단계가 진행된다. 본 실시예에서는 토사로 일반토 또는 준설토를 사용하는 것이 바람직하다. 먼저 일반토라 함은 일반적으로 토목 또 는 건축 공사를 진행함에 있어서, 땅파기 과정에서 발생하는 흙을 말한다. 이러한 일반토는 지반을 구성하고 있던 토사이므로 별도의 제조 공정을 거치지 않고 그대로 성토재로 사용하여도 무방하며, 성토재로는 가장 바람직한 형태이다. 그러나 이러한 일반토는 성토 작업이 필요한 작업 현장에서는 매우 부족한 것이 현실이다. 따라서 이러한 일반토만으로 성토 작업이 완료할 수 없으므로 본 실시예에서처럼 석탄재와 일반토를 혼합하여 부족한 성토재를 보충하는 것이다. Next, the process of sorting the soil is carried out. In the present embodiment, it is preferable to use general soil or dredged soil as the earth and sand. First of all, general soil refers to soil generated in the process of digging in civil engineering or building construction. Since the general soil is the soil which constituted the ground, it may be used as it is without going through a separate manufacturing process, it is the most preferable form as the soil material. However, such a general soil is very lacking in the work site that needs fill work. Therefore, the filling work can not be completed only by the general soil, so as to replenish the insufficient fill material by mixing coal and general soil as in this embodiment.
한편 준설토는 하천이나 해안의 바닥에 쌓인 흙이나 암석 따위를 쳐내어 깊게 하는 과정에서 발생하는 흙을 말한다. 우리나라에서는 항만 개발이나 하천 정비 과정에서 준설토가 대량으로 발생하지만, 이 준설토의 대부분을 해양에 투기하는 방법으로 처리하고 있다. 이러한 준설토는 점성이 너무 높아서 성토재 등에 직접 사용하기가 어려우나 본 실시예에서 제시하는 바와 같이, 석탄재와 혼합하면, 점성이 낮아지므로 준설토를 효과적으로 활용할 수 있는 장점이 있다. Dredged soil, on the other hand, refers to the soil that occurs in the deepening process by scavenging and deepening soil or rocks accumulated on the bottom of a river or coast. In Korea, dredged soils are generated in large quantities during port development and river maintenance, but most of these dredged soils are treated by dumping them in the ocean. Such dredged soil is too difficult to be used directly in the fill material, such as viscous soil, but as shown in this embodiment, when mixed with coal ash, the viscosity is lowered, there is an advantage that can effectively use the dredged soil.
본 실시예에서는 이러한 일반토 또는 준설토로 이루어지는 토사에서 입경이 큰 암석 등을 제거하는 선별 과정을 거친다. 물론, 어느 정도 크기의 자갈 등은 그대로 사용하여도 무방하다. In the present embodiment, a process of removing rock having a large particle size from the earth and sand consisting of such general soil or dredged soil is performed. Of course, gravel of some size may be used as it is.
다음으로 상기 석탄재와 생석회를 혼합하는 단계가 진행된다. 이 생석회는 성토재의 경도를 높이기 위하여 혼합되는 것이다. 전술한 바와 같이, 석탄재는 일반적인 토사보다 그 유동성이 크고 경도가 낮으므로 석탄재와 토사를 혼합하여 제조되는 성토재의 경도가 일반적인 토사보다 낮아서 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 석탄재의 경도를 강화하기 위하여 경도 강화제를 첨가하는 것이 며, 이러한 경도 강화제로 친환경적이면서도 저렴한 생석회를 사용하는 것이다. Next, the step of mixing the coal ash and quicklime proceeds. This quicklime is mixed to increase the hardness of the fill material. As described above, coal ash has a higher fluidity and lower hardness than general earth and sand, and the hardness of the fill material produced by mixing coal and earth and sand may be lower than that of general earth and sand. Therefore, in the present embodiment is to add a hardness enhancer in order to strengthen the hardness of the coal ash, it is to use environmentally friendly and cheap quicklime as such hardness enhancer.
이 생석회는 전체 석탄재 및 토사 총중량의 2 ~ 4 중량%의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 생석회의 비율이 4 중량%를 초과하는 경우에는 제조되는 성토재의 경도가 너무 높아서 작업성이 낮아지고, 비용이 높아지는 문제점이 있다. 한편 생석회의 비율이 2 중량% 미만인 경우에는 제조되는 성토재의 경도가 너무 낮아서 성토재로서 사용이 곤란한 문제점이 있다. This quicklime is preferably mixed in a proportion of 2 to 4% by weight of the total coal ash and total weight of the soil. When the ratio of quicklime exceeds 4% by weight, the hardness of the manufactured fill material is too high, resulting in low workability and high cost. On the other hand, if the ratio of quicklime is less than 2% by weight, there is a problem that it is difficult to use as a fill material because the hardness of the prepared fill material is too low.
다음으로 상기 석탄재와 생석회의 혼합물에 상기 토사를 혼합하는 단계가 진행된다. 이 단계는 본 실시예에 따른 성토재 제조방법에서 매우 중요한 단계인데, 이 단계에서 석탄재와 토사가 균일하게 혼합되어야 품질이 우수한 성토재가 제조될 수 있다. 이를 위하여 본 실시예에서는 석탄재와 생석회 혼합물을 일 방향에서 중력을 이용하여 낙하시키고, 타방향에서 토사를 낙하시키면서 석탄재와 토사가 혼합되도록 한다. Next, the step of mixing the soil to the mixture of coal ash and quicklime is in progress. This step is a very important step in the fill material manufacturing method according to the present embodiment, the coal material and the soil is uniformly mixed in this step can be produced a good quality land material. To this end, in this embodiment, the coal ash and quicklime mixture is dropped using gravity in one direction, and the coal ash and the soil are mixed while dropping the soil in the other direction.
이때, 토사의 수분 함유량이 너무 높은 경우에는 원활한 혼합작업이 일어나지 않으므로 토사의 수분 함유량을 75% 이하로 낮추는 것이 중요하다. 한편 석탄재의 경우에는 토사보다 비중이 낮으므로 수분 함유량을 150% 이상으로 높여서 토사와 석탄재의 비중이 조정할 필요성이 있다. At this time, if the moisture content of the soil is too high, it is important to reduce the moisture content of the soil sand to 75% or less because smooth mixing does not occur. Meanwhile, in the case of coal ash, since the specific gravity is lower than that of the soil, it is necessary to increase the moisture content to 150% or more to adjust the specific gravity of the soil and coal ash.
본 실시예에서 석탄재와 토사의 혼합 과정에서 석탄재와 토사의 혼합 비율은 5 : 5 내지는 7 : 3 정도의 비율인 것이 바람직하다. 성토재 제조 과정에서 석탄재의 비율이 높은 것이 석탄재 재활용 량을 높일 수 있으므로 바람직하지만, 석탄재의 비율이 너무 높은 경우에는 경도가 약한 석탄재 때문에 완성된 성토재의 경도가 너무 낮아지는 문제점이 있다. In the present embodiment, the mixing ratio of coal ash and soil in the mixing process of coal ash and soil is preferably in a ratio of 5: 5 to 7: 3. Although it is preferable that a high proportion of coal ash in the process of manufacturing the fill material improves the amount of recycled coal ash. However, when the ratio of coal ash is too high, the hardness of the finished fill material is too low due to the weak hardness of the coal ash.
다음으로 본 실시예에서는 석탄재, 생석회 및 토사의 혼합물에 중화제를 더 혼합하는 단계가 진행된다. 이 단계는 알칼리성을 띠는 석탄재의 pH를 조정하기 위한 것이다. 따라서 산성을 띠는 중화제를 더 혼합하여 제조되는 성토재의 pH를 중성에 가깝게 조정하는 것이다. 물론 일반적으로 성토재는 약한 알칼리성을 띠는 것이 바람직하지만, 너무 강한 알칼리성을 띠는 것은 문제가 있다. 본 실시예에서는 중화제를 혼합하여 성토재의 pH가 7 ~ 8 정도가 되도록 조정한다. Next, in this embodiment, the step of further mixing the neutralizing agent in the mixture of coal ash, quicklime and soil. This step is to adjust the pH of alkaline coal ash. Therefore, the pH of the fill material produced by further mixing the acidic neutralizing agent is to adjust to near neutral. Of course, in general, the fill material is preferably weak alkalinity, but too strong alkalinity is a problem. In this embodiment, the neutralizer is mixed to adjust the pH of the fill material to about 7-8.
본 실시예에서는 이러한 중화제로 황산염 화합물을 사용한다. 이러한 황산염 화합물의 예로는 황산칼슘(CaSO4), 황산칼륨(K2SO4), 황산나트륨(Na2SO4), 황산제일철(FeSO4), 황산제이철(Fe(SO4)3) 및 그 수화물 등이 있다. In this embodiment, a sulfate compound is used as such a neutralizing agent. Examples of such sulfate compounds include calcium sulfate (CaSO 4 ), potassium sulfate (K 2 SO 4 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), ferrous sulfate (FeSO 4 ), ferric sulfate (Fe (SO 4 ) 3 ), and hydrates thereof. Etc.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 성토재를 한국 건설 시험 연구소에 의뢰하여 얻은 성능시험 결과이다. 1A to 1C are performance test results obtained by commissioning a fill material according to an embodiment of the present invention to the Korea Institute of Construction Testing.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성토재를 부산광역시 보건 환경 연구원에 의뢰하여 얻은 용출시험 결과이다. Figure 2 is a dissolution test results obtained by commissioning the landfill material according to an embodiment of the present invention by the Busan Institute of Health and Environment.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 성토재를 동의과학대학 동의분석센터에 의뢰하여 얻은 토양 오염분석 결과이다. 3A to 3C are soil contamination analysis results obtained by requesting a sedimentary material according to an embodiment of the present invention to a consent analysis center of Dong-Eui University.
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