KR20110091177A

KR20110091177A - 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 이용한 건축용 자재의 연속 제조 장치

Info

Publication number: KR20110091177A
Application number: KR20100010886A
Authority: KR
Inventors: 안지환; 한기천; 남성영; 유광석; 이성호; 황선호
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-11

Abstract

본 발명은 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 활용하여 건축용 주자재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 생활폐기물 소각 바닥재를 분쇄 체질하여 증류수와 혼합하고 교반하여 제조된 소각 바닥재 슬러리에 탄산가스를 pH 12.5로부터 pH 6까지 조정하면서 반응시켜 제조한 이산화탄소가 고정된 소각 바닥재 겔을 건조한 후, 플라스틱 외피의 심재로서 주입하고 밀봉하여 제조하는 장치를 특징으로 하는 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 이용한 건축용 부자재를 제조한다. 소각 바닥재 겔의 분사속도와 탄산가스가 탄산화반응을 일으키는 지점의 pH는 12.5이고 탄산화반응이 종결되는 기점의 pH가 6이 되도록 소각 바닥재 겔의 분사속도 및 탄산가스의 유속을 조정함으로써 소각 바닥재와 탄산가스가 결합하여 탄산칼슘의 견고한 결합을 높은 효율로 합성하는 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 이용한 건축용 자재의 연속 제조 장치 {Continuos Manufacturing Device For Building Material Using Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash with Fixed Carbon Dioxide}

본 발명은 지구온난화의 원인으로 지적되고 있는 이산화탄소를 효율적으로 고정한 생활폐기물 소각 바닥재를 건축용 자재로 재활용함으로써 이산화탄소로 인한 지구 온난화의 문제를 해결하기 위한 것이다. 또한 본원 발명은 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 활용한 건축용 자재를 연속적으로 제조하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 생활폐기물 소각 바닥재를 활용하여 이산화탄소를 고정화시키는 방법에 따라 생활폐기물 소각 바닥재의 슬러리를 제조한 후 탄산가스를 주입하여 탄산화 반응을 일으켜 이산화탄소를 효과적으로 고정하는 방법으로 제조된 이산화탄소와 결합된 생활폐기물 소각 바닥재를 건축용 자재로 활용하는 것이다.

생활폐기물 소각 바닥재는 생활폐기물 소각로에서 생활폐기물을 소각하고 남은 잔류물로서 크게 비산재와 바닥재로 나눌 수 있다. 소각로 상부로 비산하여 배출되는 비산재는 다이옥신류의 함유량과 중금속의 함유량 및 용출량이 높아 중간처리하여 지정폐기물 매립지에 매립되는 반면 바닥재는 다이옥신류의 함유량이 낮아 환경적인 문제가 없으며, 중금속 용출량이 비산재에 비해 매우 낮아 골재 등으로 활용이 기대되나 대부분 매립처분되고 있다. 더욱이 바닥재는 소각재 배출량의 80%(무게비) 이상을 차지하는 폐기물로 그 재활용성이 높은 물질이다.

본 발명은 대부분 매립처분되고 있는 생활폐기물 소각 바닥재를 이산화탄소를 안정한 화합물로 고정하기 위한 물질로 재활용하기 위한 방법이다.

본 발명은 이산화탄소가 탄산칼슘의 형태로 고정된 소각 바닥재를 원료로 하여 건축용 자재를 연속적으로 제조하는 장치에 관한 것이다. 이산화탄소가 탄산칼슘의 형태로 고정된 생활폐기물 소각 바닥재는 그 강도가 일반 탄산칼슘에 비하여 떨어지나, 탄산칼슘을 구성성분으로 한다는 점, 이산화탄소를 고정할 수 있다는 점, 폐기된 소각 바닥재를 재활용할 수 있다는 점, 생활폐기물 소각 바닥재를 대량으로 연속 제조할 수 있다는 점에서 종래의 기술에 대하여 새로운 기술 사상을 가지고 있다.

본 발명은 지구온난화 원인으로 지적되고 있는 이산화탄소를 효율적으로 고정하여 동 문제를 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 생활폐기물 소각 바닥재를 이산화탄소와 효과적으로 반응시켜 이산화탄소를 고정화함으로써 온실가스의 주된 원인 중 하나인 이산화탄소를 저감시키는 방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 생활폐기물 바닥재와 탄산가스가 화합반응을 통하여 탄산칼슘이 생성되며, 이 탄산칼슘이 함유된 생활폐기물 소각 바닥재를 재활용하는데 특징이 있다.

본 발명은 탄산칼슘을 구성 성분으로 하는 생활폐기물 바닥재를 원료로 하여 건축용 자재를 연속적으로 제조하는 방법을 제공한다.

특히, 생활폐기물 소각 바닥재를 건축용 자재로 연속 대량 생산함으로써 단순히 매립하여 버려지는 소각 바닥재를 재활용하여 자원의 절약과 환경의 보호라는 효과를 동시에 추구할 수 있는 발명으로서 특징이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 생활폐기물 소각 바닥재와 물을 혼합하여 균질의 슬러리를 제조한 후 일정한 유량의 탄산가스를 주입하여 탄산화 반응을 유발함으로써 이산화탄소를 안정한 탄산염 화합물로 고정화시킨 후, 벨트상으로 이송되는 연속제조장치에서 플라스틱을 외피제로 하고, 이산화탄소가 탄산염 형태로 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 심재로 하여, 벨트 프레스 또는 몰드 장치를 사용하여, 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 연속적으로 제조하는 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 생활폐기물 소각 바닥재의 현탁액을 제조하여 탄산가스와 반응시켜 이산화탄소를 화학적으로 안정한 탄산염 형태로 제조함으로써 이산화탄소를 효과적으로 고정할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 이산화탄소가 고정된 소각 바닥재를 건축용 자재로서 연속 대량 생산하여 재활용함으로써 자원절약 및 환경보호의 목적을 달성할 수 있다.

발명을 통해 대부분 매립처분되고 있는 생활폐기물 소각 바닥재를 활용하여온실가스 중 하나인 이산화탄소를 안정하게 고정함으로써 대부분 매립처분되고 있는 바닥재를 재활용하고 이산화탄소 배출 저감을 기대할 수 있는 발명이라고 할 수 있다.

도 1은 벨트프레스를 사용하는 이산화탄소가 고정된 소각 바닥재를 활용한 건축용 자재의 연속 제조장치 측면
도 2는 벨트프레스를 사용하는 이산화탄소가 고정된 소각 바닥재를 이용한 건축용 부자재의 연속 제조장치의 평면도
도 3는 150㎛ 이하의 생활폐기물 소각 바닥재의 33.3%의 현탁액에 99.9%의 이산화탄소를 주입했을 때의 시간에 따른 pH 변화도
도 4은 150㎛ 이하의 생활폐기물 소각 바닥재와 33.3%의 생활폐기물 소각 바닥재의 99.9%의 이산화탄소를 주입했을 때의 열분석 결과도
도 5는 150㎛ 이하의 생활폐기물 소각 바닥재와 33,3%의 소각 바닥재에 99.9%의 이산화탄소를 주입했을 때의 XRD 분석 결과도

본 발명은 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 이용한 건축용 자제의 연속 제조 장치에 관한 것으로, 본 발명은 소각 바닥재와 탄산가스를 사용하여 이산화탄소를 고정하는 제1단계 장치와 소각 바닥재에 이산화탄소를 고정하여 생산된 탄산칼슘이 함유된 생활폐기물 소각 바닥재를 원료로 하여 건축용 자재를 연속적으로 제조하는 제2단계로 구분되는 장치에 관한 발명이다.

먼저 소각 바닥재와 탄산가스를 사용하여 이산화탄소를 고정하는 제1단계 장치는 생활폐기물 소각재 150㎛이하로 분쇄하고 체질하여 균일한 크기의 미분쇄물로 제조한 다음 증류수와 혼합하여 생활폐기물 소각 바닥재 슬러리를 제조한 후 이 슬러리에 탄산가스를 주입하여 탄산화 반응을 유발함으로써 이산화탄소를 탄산염 형태의 안정한 화합물로 고정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 생활폐기물 소각 바닥재 슬러리에 탄산가스를 주입하는 과정은 바닥 소각재를 분쇄하고 체질하여 균일하게 한 다음 증류수를 넣어 슬러리를 제조한 다음 교반하여 균질한 슬러리를 제조한 후 이 슬러리 상태의 소각 바닥재에 탄산가스를 주입함으로써 소각 바닥재에 이산화탄소가 안정하게 결합하여 탄산칼슘을 제조하게 된다. 슬러리에 탄산가스를 주입하는 과정에서 이산화탄소가 효율 높게 결합하는 것은 pH 조절에 의하여 가능하며, pH의 범위를 최초 단계 12.5에서 탄산화반응이 종결되는 시점에서는 pH 6을 나타내는 것을 본 발명자들이 확인하고 본 발명에 이르게 되었다(도3).

본 발명의 제1단계 방법으로 생산된 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재는 이산화탄소가 탄산칼슘으로 합성되어 화학적으로 안정하게 이산화탄소가 고정된다.

도 4는 150㎛ 이하의 생활폐기물 소각 바닥재와 본 실시예에 따라 탄산화 반응이 종결된 150㎛이하의 생활폐기물 소각 바닥재의 열분석 결과로 탄산화 반응이 종결된 생활폐기물 소각 바닥재의 경우 650℃에서 850℃ 사이에서 흡열반응이 일어나고 있으며, 중량감소가 약 24.1% 정도인 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 반응전 생활폐기물 소각 바닥재의 650℃에서 850℃ 사이에서 흡열반응에 따른 중량 감소가 8.1%인 것과 비교하면 약 16%의 이산화탄소가 탄산칼슘이 합성되어 화학적으로 안정하게 이산화탄소가 고정화되었음을 보여주는 결과이다. 도 5는 150㎛이하의 생활폐기물 소각 바닥재와 XRD분석 결과로 이산화탄소가 화학적으로 안정한 탄산칼슘으로 합성된 것을 보여준다.

본 발명의 제2단계 방법은 제1단계에서 생산된 이산화탄소가 고정된 소각 바닥재를 사용하여 건축용 자재를 연속적으로 제조하는 장치이다. 제1단계에서 생산된 이산화탄소가 고정된 소각 바닥재는 강도가 떨어져 벽돌 등 건축용 자재로서는 사용하기 어려우나 플라스틱 외피의 심재로서, 압출 또는 사출성형을 하여 건축용 보조재로서 사용할 수 있다.

본 발명의 제2단계 방법에서 제조된 건축용 자재의 외피로 사용되는 플라스틱은 PE, PP, LDPE 등 열가소성 수지뿐만 아니라 나일론과 같은 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 플라스틱은 최종 제품의 용도 및 기능에 맞추어 선택될 수 있다.

또한 본 발명의 제2단계에서는 제1단계에서 제조된 이산화탄소가 고정된 소각 바닥재를 활용한 건축용 자재로서 폐플라스틱 또는 폐플라스틱 입자와 혼합하여 도로의 충격방지 보호벽, 보도블록용 자재로서 사용할 수 있다. 이상 몇가지의 예를 들었으나, 본 발명의 제2단계에서 제작되는 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 활용한 건축용 자재는 탄산칼슘의 용도에 사용되는 보강재료 및 충진재로서의 용도로 활용될 수 있음은 이상 서술한 발명의 사상으로부터 용이하게 추정할 수 있으며, 본원 발명의 기술적 사상의 범위내에 있다.

본 발명의 제2단계에서 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 활용한 건축용 자재를 연속적으로 제조하는 장치를 도면 1을 참조로 하면서 설명한다.

도 1에서 생활폐기물 소각 바닥재 원료를 건조한 탄산칼슘을 함유한 생활폐기물 소각 바닥재 원료(30), 플라스틱 외피재(20)을 연속적으로 벨트(10) 상에 이동시키면서 이차 건조를 시킨 후 가열수단(40)을 장착한 벨트 프레스(50)를 통과하면서 압축 성형한다. 이후 적당한 크기로 컷트(60)를 사용하여 절단하고 절단된 탄산칼슘을 함유한 건축용 자재(70)를 벨트(10)와 직각 방향으로 이동 운반되는 포장재(90)에 삽입하고 밀봉장치(100)을 사용하여 밀봉처리하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘이 포함된 소각 바닥재를 원료로 건축용 부자재를 연속적으로 제조하는 장치에 관한 것이다.

상기 탄산칼슘이 함유된 소각 바닥재를 원료로 건축용 자재를 연속적으로 제조하는 장치에서 벨트 프레스를 대신하여 특정형태의 몰드를 사용하는 장치를 설계할 수 있으며, 이 경우 특정형태의 몰드의 전단계에서 컷트(60)를 설치할 수 있다.

20 플라스틱 외피, 30 생활폐기물 소각 바닥재 슬러리 50 벨트프레스 60 컷터 70 건축용 자재 80 포장장치 90 포장재 100 밀봉장치

Claims

소각 바닥재 원료를 건조한 탄산칼슘을 포함한 소각 바닥재 원료(30), 플라스틱 외피재(20)을 연속적으로 벨트(10) 상에 이동시키면서 이차 건조를 시킨 후 가열수단(40)을 장착한 벨트 프레스(50)를 통과하면서 압축 성형한 후, 적당한 크기로 컷트(60)를 사용하여 절단하고 절단된 탄산칼슘을 포함한 건축용 바닥재(70)를 벨트(10)와 직각 방향으로 이동 운반되는 포장재(90)에 삽입하고 밀봉장치(100)을 사용하여 밀봉처리하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소가 고정된 생활폐기물 소각 바닥재를 이용한 건축용 자재의 연속 제조 장치.