KR20130032796A - 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 관한 것으로서, 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 있어서, 상기 석면을 황산, 질산 또는 염산 중 적어도 하나를 포함하는 산성용액에 침지시키는 침지단계; 및 상기 산성용액을 100℃ 내지 200℃로 가열하여, 상기 석면과 반응시키는 반응단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 침지단계에서, 상기 산성용액의 농도는 0.5N 내지 5N인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래에 고온 소각, 용융, 매립 등으로 폐석면을 처리하던 것과 달리, 황산과 같은 강한 산성을 갖는 용액을 석면과 최적의 비율과 조건하에서 반응시킴으로써, 석면을 저렴하면서도 효과적으로 무해화시킬 수 있으며, 폐황산 등 버려지는 지정폐기물을 재활용하면서도, 효율적으로 석면을 무해화할 수 있을 뿐만 아니라, 폐기물로 다른 폐기물 처리할 수 있어, 자원순환형 녹색기술에 해당하는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 종래에 고온 소각, 용융, 매립 등으로 폐석면을 처리하던 것과 달리, 황산과 같은 강한 산성을 갖는 용액을 석면과 최적의 비율과 조건하에서 반응시킴으로써, 석면을 저렴하면서도 효과적으로 무해화시킬 수 있으며, 폐황산 등 버려지는 지정폐기물을 재활용하면서도, 효율적으로 석면을 무해화할 수 있을 뿐만 아니라, 폐기물로 다른 폐기물 처리할 수 있어, 자원순환형 녹색기술에 해당하는 장점이 있다.
Description
본 발명은 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 종래와 달리, 강한 산성을 갖는 용액을 석면과 최적의 비율과 조건하에서 반응시킴으로써, 석면을 저렴하면서도 효과적으로 무해화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 폐황산 등 버려지는 산성용액을 재활용할 수 있어, 폐기물로 다른 폐기물을 처리하는 자원순환형 녹색기술에 해당하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 관한 것이다.
석면은 자연에서 발생하는 여섯가지의 섬유상 규소화물을 통칭하는 상업적인 용어이다. 석면은 고온의 열에 강하고, 강산성이나 강알칼리성과 같은 화학물질과의 반응성도 낮으며, 기계적 강도가 뛰어나, 선박 등의 단열재, 건축물의 내화재, 자동차의 브레이크 라이닝 등 3000여종 이상의 제품에서 사용되고 있다.
그러나, 최근 폐석면에 대한 위험성이 밝혀지면서, 폐석면의 처리가 문제되고 있다. 폐석면은 2겹의 폴리에틸렌이나 특수 재질의 용기에 담아 수거/운반되어, 법적으로 허용된 처리기술을 이용하여, 무해화 기준에 맞게 처리되어야 한다.
한국과 미국은 무해화기준을 1%미만으로 삼고 있으며, 유럽의 주요 선진국과 일본은 0.1%미만으로 더 엄격하고 적용하고 있다.
현재 폐석면의 처리는 고온에서 용융 또는 소각시키거나 시멘트와 섞어 고형화한 후 매립하는 방법이 일반적이며, 그 외에 고에너지의 마이크로파나 플라즈마를 이용하여 용융시켜 처리하거나, 전기분해가스 혹은 브라운 가스 등을 이용하여 처리하기도 한다.
그러나, 이러한 방법들은 많은 양의 에너지를 소모해야 하며, 비용 또한 많이 소요되는 문제가 있다.
이에, 특정 화학물질과 석면의 구성물질과의 반응으로 석면의 형태가 파괴되거나 다른 물질로 전환되어 더 이상 석면의 화학적 조성을 갖지 않는 물질로 만드는 화학적 처리방법에 대한 개발이 요구되어 있다.
뿐만 아니라, 황산은 비료 제조, 폐수처리, 석유정제, 반도체 공정 등에서 많이 사용되고 있어, 그 폐기물로 발생되는 폐황산의 양이 매년 수만톤에 이르며, 한국의 경우, 2008년에 배출된 폐황산의 양만 8만 9천톤에 이르는 것으로 알려져 있다.
이러한 폐황산은 보통 중화처리 후 폐기물 처리업체에 의해 처리되거나 불순물을 걸러낸 후 재사용되고 있다. 따라서, 이러한 폐황산을 재활용할 수 있는 기술또한 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래에 고온 소각, 용융, 매립 등으로 폐석면을 처리하던 것과 달리, 황산과 같은 강한 산성을 갖는 용액을 석면과 최적의 비율과 조건하에서 반응시킴으로써, 석면을 저렴하면서도 효과적으로 무해화시킬 수 있는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 저에너지 및 저비용으로 석면을 무해화처리할 수 있는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 폐황산 등 버려지는 산성물질을 재활용하면서도, 효율적으로 석면을 무해화할 수 있을 뿐만 아니라, 폐기물로 다른 폐기물 처리할 수 있어, 자원순환형 녹색기술에 해당하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 수차례의 실험을 통해, 무해화에 최적화된 물질 및 반응조건을 수치화함으로써, 폐산을 이용하여 석면의 무해화처리 효율을 극대화시킨 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법은, 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 있어서, 상기 석면을 황산, 질산 또는 염산 중 적어도 하나를 포함하는 산성용액에 침지시키는 침지단계; 및 상기 산성용액을 100℃ 내지 400℃로 가열하여, 상기 석면과 반응시키는 반응단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 침지단계에서, 상기 산성용액의 농도는 0.5N 내지 5N인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 침지단계에서, 상기 산성용액은 중금속이 포함된 폐황산, 폐질산 또는 폐염산 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 침지단계에서, 상기 산성용액 1리터(ℓ)에 대하여, 상기 석면은 300 내지 700g의 비율로 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 침지단계에서, 상기 석면의 입자크기는 0.01mm 내지 5mm인 것을 특징으로 하며, 상기 반응단계에서, 상기 석면의 입자크기가 2mm 내지 5mm인 경우에는, 상기 산성용액을 100RPM 내지 300RPM의 속도로 교반하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응단계에서, 반응시간은 1 내지 30시간인 것을 특징으로 하며,상기 침지단계 이전에, 상기 폐황산, 상기 폐질산 또는 상기 폐염산 중 적어도 하나가 100부피%일 때, 증류수를 500부피% 내지 800부피% 첨가하여 희석하는 희석단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 따르면, 종래에 고온 소각, 용융, 매립 등으로 폐석면을 처리하던 것과 달리, 황산과 같은 강한 산성을 갖는 용액을 저온에서, 석면과 최적의 비율과 조건하에서 반응시킴으로써, 석면을 저렴하면서도 효과적으로 무해화시킬 수 있는 장점이 있다.
즉, 저에너지 및 저비용으로 석면을 무해화처리할 수 있는 장점이 있다.
또한, 폐황산 등 버려지는 산성물질을 재활용하면서도, 효율적으로 석면을 무해화할 수 있을 뿐만 아니라, 폐기물로 다른 폐기물 처리할 수 있어, 자원순환형 녹색기술에 해당하는 장점이 있다.
또한, 수차례의 실험을 통해, 무해화에 최적화된 물질 및 반응조건을 수치화함으로써, 폐산을 이용하여 석면의 무해화처리 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법을 순차적으로 나타낸 순서도
도 2는 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 의한 백석면 섬유시료의 처리전/후의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 3은 도 2는 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 의한 ACS시료의 처리전/후의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리 전/후의 백석면과 ACS속의 백석면의 PLM(편광현미경)결과를 나타낸 그래프
도 5는 인산을 이용하여 석면의 무해화처리를 한 경우의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 6은 불산을 이용하여 석면의 무해화처리를 한 경우의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 7은 황산을 이용하여 석면의 무해화처리를 한 경우의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 8은 인산+황산, 불산+황산의 복합산을 이용하여 석면의 무해화처리를 한 경우의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 9는 0.5~2mm 및 2~5mm 크기의 ACS시료를 무해화처리한 후의 PLM 이미지 사진
도 10은 기계적 교반 유무에 따른 용출속도를 나타낸 그래프
도 11은 30N의 폐황산용액을 5N의 농도로 희석한 후, 본 발명에 의한 무해화처리를 실시한 후의 XRD결과를 나타낸 그래프
도 2는 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 의한 백석면 섬유시료의 처리전/후의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 3은 도 2는 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 의한 ACS시료의 처리전/후의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리 전/후의 백석면과 ACS속의 백석면의 PLM(편광현미경)결과를 나타낸 그래프
도 5는 인산을 이용하여 석면의 무해화처리를 한 경우의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 6은 불산을 이용하여 석면의 무해화처리를 한 경우의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 7은 황산을 이용하여 석면의 무해화처리를 한 경우의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 8은 인산+황산, 불산+황산의 복합산을 이용하여 석면의 무해화처리를 한 경우의 XRD변화를 나타낸 그래프
도 9는 0.5~2mm 및 2~5mm 크기의 ACS시료를 무해화처리한 후의 PLM 이미지 사진
도 10은 기계적 교반 유무에 따른 용출속도를 나타낸 그래프
도 11은 30N의 폐황산용액을 5N의 농도로 희석한 후, 본 발명에 의한 무해화처리를 실시한 후의 XRD결과를 나타낸 그래프
이하, 본 발명에 의한 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법은, 도 1에 나타난 바와 같이, 희석단계(S10), 침지단계(S20) 및 반응단계(S30)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
먼저, 희석단계(S10)는 상기 침지단계(S20) 이전에, 폐황산, 폐질산 또는 폐염산 중 적어도 하나가 100부피%일 때, 증류수를 500부피% 내지 800부피% 첨가하여 희석하는 단계이다. 이는 폐황산 등의 폐산성용액을 사용하는 경우에, 폐산성용액을 본 발명의 반응에 최적화하기 위하여, 농도를 조절하는 공정이다. 필수공정은 아니나, 폐산성용액을 사용하는 경우에는, 석면의 무해화 효율을 극대화하기 위해 실시하는 것이 바람직하다.
여기서, 폐황산, 폐질산 또는 폐염산이란, 산업공정 등에서 사용되고 폐기물로 발생되는 황산, 질산, 염산을 의미한다. 수차례의 실험결과, 폐기물로서의 황산, 질산, 염산의 농도가 비교적 일정함을 밝혀내어, 이를 토대로, 희석단계(S10)에서, 증류수와의 최적의 혼합비율을 정량화하였다.
희석단계(S10)에서, 폐황산, 폐질산 또는 폐염산 중 적어도 하나가 100부피%일 경우, 증류수를 500부피% 내지 800부피%의 비율로 첨가하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 증류수를 550부피% 내지 650부피% 첨가하는 것이 효과적이다. 일반적으로 사용되고 버려지는 산성용액의 농도를 고려할 때, 증류수가 500부피%미만인 경우에는, 충분히 희석되지 않아, 높은 농도로 인해, 무해화 반응이 효과적으로 이루어지지 못 하며, 800부피%를 초과하는 경우에는 낮은 농도로 인해, 무해화 반응이 일어나지 못 하는 문제가 있다.
다음으로, 침지단계(S20)는 상기 석면을 황산, 질산 또는 염산 중 적어도 하나를 포함하는 산성용액에 침지시키는 단계이다. 이는 석면을 특정 강산성용액에 침지시킴으로써, 반응을 유도하기 위한 공정이다.
여기서, 석면은 섬유상 규소화물을 통칭하는 상업적인 용어로, 석면을 포함하는 물질이면, 어느 것이든 사용가능하다. 즉, 석면이 포함된 물질을 본 발명에 의해 무해화 반응을 수행하더라도, 포함된 석면의 무해화가 가능하다.
또한, 상기 침지단계(S20)에서, 상기 산성용액은, 강한 산성을 갖는 용액이면 가능하나, 수차례의 실험결과, 황산, 질산 또는 염산 중 적어도 하나를 사용하는 것이 무해화효율이 높으며, 더 바람직하게는 황산을 사용하는 것이 가장 효율이 우수하다.
뿐만 아니라, 반도체 공정 등에서 사용한 폐기물인 중금속이 포함된 폐황산, 폐질산 또는 폐염산 중 적어도 하나인 경우에도, 순수한 황산, 질산, 염산과 거의 비슷한 정도로 무해화효율이 높다.
즉, 본 발명에 의하면, 폐황산 등의 폐산성용액을 사용하더라도, 충분한 석면의 무해화를 달성할 수 있어, 자원활용성이 우수하며, 경제성이 뛰어난 장점이 있다.
또한, 침지단계(S20)에서, 상기 산성용액의 농도는 O.5N 내지 5N(노르말농도)인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3N 내지 5N, 가장 바람직하게는 4N인 것이 효과적이다. 0.5N미만인 경우에는, 석면의 분해반응이 거의 진행되지 않으며, 반응시간 또한 현저히 증가하는 문제가 있으며, 5N를 초과하는 경우에는 농도 대비 반응효율이 급격히 떨어지므로, 경제성 및 실용성이 낮은 문제가 있다.
상기 침지단계(S20)에서, 상기 산성용액 1리터(ℓ)에 대하여, 상기 석면은 300 내지 700g의 비율로 첨가하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 500 내지 600g의 비율로 첨가하는 것이 효과적이다. 300g미만인 경우에는, 석면의 화학구조가 충분히 분해되지 않아, 무해화 수율이 현저히 떨어지는 문제가 있으며, 700g을 초과하는 경우에는 과도한 양으로, 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 오히려 무해화 수율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 침지단계(S20)에서, 상기 석면의 입자크기는 5mm이하인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 0.01mm 내지 5mm, 더욱 바람직하게는 0.1mm 내지 5mm, 가장 바람직하게는 1mm 내지 2mm인 것이 효과적이다. 0.01mm미만인 경우에는, 별도의 분쇄과정에 많은 에너지가 소요되는 문제가 있으며, 5mm를 초과하는 경우에는, 반응시 교반이 필수적으로 필요하여 추가에너지가 소요될 뿐만 아니라, 반응효율이 현저히 떨어져, 결과적으로 무해화가 충분히 이루어지지 않으며, 수율이 급격히 저하되는 문제가 있다.
마지막으로, 반응단계(S30)는 상기 산성용액을 100℃ 내지 400℃로 가열하여, 상기 석면과 반응시키는 단계이다. 이는 반응을 통해, 석면의 화학적 구조를 해체시키는 공정이다. 상기 침지단계(S20)와 반응단계(S30)는 거의 동시에 일어날 수 있다.
반응단계(S30)에서, 반응온도는 100℃ 내지 400℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 120℃ 내지 150℃, 가장 바람직하게는 130℃인 것이 효과적이다. 100℃미만인 경우에는, 석면의 무해화속도가 급격이 저하될 뿐만 아니라, 반응성 또한 낮아지며, 200℃를 초과하는 경우에는 석면의 무해화속도 및 반응성의 상승율은 미미한 반면에, 에너지소모는 현저히 증가하여, 처리비용이 증가하는 문제가 있다. 즉, 본 발명은 종래의 일반적인 반응온도에 비해, 현저한 저온인 100℃ 근처에서, 최적의 무해화가 가능하여, 저에너지로 무해화반응이 가능한 장점이 있다.
또한, 반응단계(S30)에서, 반응시간은 온도 및 석면의 종류에 따라 차이가 있으며, 무해화 기준에 부합할 때까지 반응시키면 무방하나, 다양한 조건하에서 실험한 결과, 1 내지 30시간인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 내지 10시간, 가장 바람직하게는 7시간인 것이 효과적이다. 1시간 미만인 경우에는, 충분한 무해화처리가 이루어지지 않는 문제가 있으며, 30시간을 초과하는 경우에는, 경제성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.
또한, 반응단계(S30)에서, 상기 석면의 입자크기가 2mm 내지 5mm인 경우에는, 상기 산성용액을 100RPM 내지 300RPM의 속도로 교반하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 4mm 내지 5mm인 경우에는, 상기 산성용액을 200RPM 내지 250RPM의 속도로 교반하는 것이 효과적이다.
이러한 교반은 필수적이진 않으나, 교반을 실시하게 되면, 반응속도가 증가될 뿐만 아니라, 고르게 석면의 무해화처리가 이루어지는 장점이 있다.
석면 입자의 크기가 2mm미만인 경우에는 교반을 실시함으로 인한 효과가 미미하므로, 교반하지 않아도 무방하며, 5mm를 초과하는 경우에는, 본 발명의 범위를 벗어나기 때문에, 2mm 내지 5mm로 교반실시 여부를 한정하였다.
수차례의 실험결과, 입자의 크기에 따라, 교반속도를 달리하는 것이 무해화효율에 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 이에 따라, 입자크기에 따른 최적의 교반속도를 도출하였다.
또한, 교반속도는 100RPM 내지 300RPM인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 150RPM 내지 250RPM, 가장 바람직하게는 200RPM인 것이 효과적이다. 100RPM미만이거나 300RPM을 초과하는 경우에는, 소모되는 에너지 대비 교반으로 인한 반응속도 및 무해화효율의 증가가 미미한 문제가 있다.
이하에서는, 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법의 우수성을 입증하기 위해 실시한 실험결과를 살펴보도록 한다. 본 발명의 범위에 속하는 실시예와, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예로 구분하여, 실험을 실시함으로써, 본 발명의 우수성을 입증하고자 한다.
본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법을 동일하게 적용하되, 산성용액의 종류, 농도, 반응시간, 반응온도 등의 변수를 달리하여 실험하였다. 이하 실험에서는, 특별한 기재가 없는 한, 실시예 및 비교예 모두 본 발명의 무해화 처리방법으로 이루어졌다.
1. 본 발명에 의해 석면의 구조가 파괴될 수 있는지에 관한 실험
도 2는 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 의한 백석면 섬유시료의 처리전/후의 XRD변화를 나타낸 그래프이다. 여기서, 백석면은 2θ 회절각도가 12.12°와 24.38°에서 가장 강도가 큰 주 피크와 두 번째 피크가 나타났다. 세 번째 강도의 피크는 19.6°에서 나타났다. 100℃에서 본 발명에 의해 무해화처리할 경우에, 도 2에 나타난 바와 같이, 분명한 결정성을 보였던 백석면 물질이 특정한 각도에서 회절현상이 사라지고, 완만한 회절패턴을 가진 비결정성의 물질로 바뀌었음을 알 수 있다.
백석면과 유사하게 ACS(Asbestos-Containing Sheet)시료를 백석면과 동일한 반응조건에서 처리하였을 경우, 도 3에 나타난 바와 같이, ACS 중의 백석면(C로 표시)은 완전히 사라지고 최종적으로 황산칼슘(S로 표시)이 생성되었음을 알 수 있다. 이를 통해, 석면폐기물이 본 발명의 무해화처리에 의해 그 구조가 파괴됨을 알 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리 전/후의 백석면과 ACS속의 백석면의 PLM결과를 나타낸 그래프이다. 백석면은 1.602의 굴절율을 가진 시약으로 염색한 뒤 편광현미경으로 관찰할 때(분산염색법), 2시와 8시 방향의 축에서 파란색으로 관찰되며, 긴 섬유상 물질인 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명의 무해화처리 후에는, 백석면은 긴 섬유상의 석면형태가 사라지고, 종횡비가 3:1이하인 비석면형태로 변한 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실험을 통해, 본 발명에 의하면, 석면의 구조가 파괴되어, 무해화처리됨을 확인할 수 있었다.
2. 산의 종류에 따른 석면의 무해화처리 효과
먼저, 본 발명의 황산과, 그에 비해 약산인 인산, Si를 녹여내는 특성이 있는 불산(HF)을 비교하여 실험하였다.
도 5에 나타난 바와 같이, 인산의 경우, XRD, SEM, PLM의 결과 모두, 순수 백석면과 ACS에 적용시 석면이 무해화 수준으로 제거되지 않고 남아있는 것을 확인할 수 있었다.
여기서, B는 브루사이트(brucite), C는 백석면, L은 칼사이트(calcite))를 의미한다.
또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 불산은 ACS에서의 석면제거에서 인산보다는 다소 우수한 결과를 보였다. 도 6의 XRD결과에 의하면, 5시간 처리후, 석면의 주 피크가 사라지는 것으로 나타났다. 그러나, PLM으로 검증평가를 하였을 때에는, 여전히 석면형태의 미세섬유상 물질들이 검출되는 것으로 확인되었는 바, 완전한 무해화가 어려우며, 고농도와 장시간 처리하면 가능할 수도 있으나, 경제성 및 안정성 면에서 한계가 있음을 확인하였다.
도 6에서, F는 SiO2를 의미한다.
도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 사용된 황산으로 처리한 경우에는, 인산,불산과 달리, 석면처리 효율이 월등히 우수하였다. 2N농도에서 5시간 처리후, XRD결과 석면의 피크가 사라졌으며, PLM 검증시에도 잘게 쪼개진 석면입자들이 1%미만으로 존재하는 것으로 확인되었다.
또한, 인산+황산, 불산+황산과 같이 복합산을 이용하여 실험하였으나, 도 8에 나타난 바와 같이, 황산만을 사용한 경우에 비해, 상승효과를 볼 만큼의 수준으로까지 석면을 완전히 제거하지는 못 하였다.
도 8에서, G는 석고(gypsum)를 의미한다.
따라서, 본 발명의 황산을 단독으로 적용한 것이 무해화처리에 가장 효율적임을 알 수 있었다.
3. 석면 입자 크기에 따른 무해화처리 효과
본 실험에서는, 분쇄된 ACS시료의 크기를 체거름을 통하여, 0.5mm, 0.5~2mm, 2~5mm의 크기로 분리하여, 황산으로 무해화처리를 한 결과를 관찰하였다. 시료 입자의 크기가 5mm를 초과하도록 커지는 경우에는, 완전 무해화의 결과를 얻을 수 없었다.
도 9는 0.5~2mm 및 2~5mm 크기의 ACS시료를 무해화처리한 후의 PLM 이미지 사진으로, 입자가 클수록 무해화효율이 저하됨을 확인할 수 있으며, 5mm이하인 경우에는 백석면이 1%미만으로 존재하는 것으로 보아, 무해화처리가 가능함을 알 수 있다.
4. 기계적 교반에 따른 무해화처리 효과
본 실험에서는, 석면 무해화처리에 기계적 교반이 미치는 영향을 조사하기 위하여, 교반이 없는 경우와 200RPM에서 교반한 경우를 비교실험하였다. 교반에 의한 석면의 무해화처리 효과는 산성용액으로 빠져나오는 속도(시간당 석면의 구성물질의 농도(Mg, Si)를 측정함으로써 비교하였다. 여기서, 석면입자의 크기는 0.5mm이하인 것을 사용하였다.
그 결과는 도 10에 나타난 바와 같으며, 증류수 상태(MQ라 표시)에서는 기계적 교반의 유무에 관계없이 무해화가 이루어지지 않음을 확인할 수 있으며, 황산용액 상태에서는, 무해화가 이루어졌으며, 교반을 한 경우에 무해화처리 속도가 다소 증가하였으나, 그 영향이 크지는 않은 것으로 확인되었다.
따라서, 기계적 교반이 본 발명의 석면 무해화처리 속도에 영향을 미치기는 하지만, 그 영향이 크지는 않음을 알 수 있었다. 다만, 본 실험에서 석면입자의 크기는 0.5mm이하였는 바, 입자크기가 증가하게 되면, 교반이 무해화반응에 미치는 영향이 증가할 것임을 알 수 있다.
5. 반응온도에 따른 무해화처리 효과
본 실험에서는, 반응온도가 석면의 무해화반응에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 50℃(비교예), 70℃(비교예), 100℃(실시예) 조건하에서, 용출되는 Mg와 Si의 농도를 측정하여 비교하였다.
이하 <표 1>에 나타난 바와 같이, 시간당 용출되는 양은 온도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타나서, 온도의 증가에 따라 반응속도가 증가함을 확인할 수 있다. 그러나, 50℃와 70℃간에는, 그 차이가 크지 않았으나, 100℃에 이르러서는, 50℃,70℃에 비해 용출되는 양이 급격히 증가하였다.
즉, 50℃의 용출속도를 기준으로, 70℃에서는 약 3.24배가 증가하며, 100℃에서는 21배가 증가하였다.
따라서, 석면의 무해화반응은 100℃가 효과적인 반응이 일어나는 임계수치임을 확인하였다.
| 반응시간(min) |
용출속도 (mole/L-min) | ||
| 50℃ | 70℃ | 100℃ | |
| 10 | 9.78E-05 | 3.17E-04 | 2.01E-03 |
| 20 | 6.49E-05 | 1.57E-04 | 1.10E-03 |
| 30 | 5.87E-05 | 1.97E-04 | 9.10E-04 |
| 40 | 6.24E-05 | 2.50E-04 | 6.64E-04 |
| 50 | 1.13E-04 | 2.89E-04 | 5.22E-04 |
6. 폐산을 이용한 무해화처리의 효과
본 실험에서는, 순수한 황산을 사용한 경우와 폐황산을 사용한 경우를 비교하여, 폐산을 이용한 경우에도 석면의 무해화처리가 가능한지를 실험하였다.
도 11은 30N의 폐황산용액을 5N의 농도로 희석한 후, 본 발명에 의한 무해화처리를 실시한 후의 XRD결과이다. 폐황산 처리 후의 최종 부산물은 황산을 이용했을 때와 마찬가지로 CaSO4인 것으로 나타났으며, 폐황산을 이용하여 ACS를 처리할 때, 순수한 황산을 사용한 조건에서의 결과와 거의 동일한 무해화처리 효과가 나타났다.
따라서, 본 발명에 의하면, 폐황산 등의 폐산을 사용할 수 있으며, 순수한 산성용액과의 차이가 거의 없음을 확인할 수 있으며, 이에 따라, 석면의 처리비용을 획기적으로 절감시켜, 경제성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 폐자원을 재이용한다는 점에서 지속가능한 처리가 될 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 구성을 중심으로 일실시예를 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 일실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 할 수 있는 변형 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
Claims (7)
- 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법에 있어서,
상기 석면을 황산, 질산 또는 염산 중 적어도 하나를 포함하는 산성용액에 침지시키는 침지단계; 및
상기 산성용액을 100℃ 내지 400℃로 가열하여, 상기 석면과 반응시키는 반응단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 침지단계에서, 상기 산성용액의 농도는 0.5N 내지 5N인 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법
- 제 1항에 있어서,
상기 침지단계에서, 상기 산성용액은 중금속이 포함된 폐황산, 폐질산 또는 폐염산 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 침지단계에서, 상기 산성용액 1리터(ℓ)에 대하여, 상기 석면은 300 내지 700g의 비율로 첨가하는 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 침지단계에서, 상기 석면의 입자크기는 0.01mm 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법
- 제 4항에 있어서,
상기 반응단계에서, 상기 석면의 입자크기가 2mm 내지 5mm인 경우에는, 상기 산성용액을 100RPM 내지 300RPM의 속도로 교반하는 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 반응단계에서, 반응시간은 1 내지 30시간인 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법
- 제 2항에 있어서,
상기 침지단계 이전에, 상기 폐황산, 상기 폐질산 또는 상기 폐염산 중 적어도 하나가 100부피%일 때, 증류수를 500부피% 내지 800부피% 첨가하여 희석하는 희석단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐산을 이용한 석면의 무해화 처리방법
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