KR20170047474A - 폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법 - Google Patents

폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법 Download PDF

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Abstract

폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법이 개시된다. 이러한 고화재 제조 방법은, 폐석고에 포함된 자성 물체를 자력을 이용하여 선별해내는 자력선별단계(110)와, 자성 물체가 선별된 폐석고를 파쇄기를 이용하여 파쇄하는 파쇄단계(120)와, 상기 파쇄단계에서 파쇄된 폐석고로부터 저비중 물질을 분리해내는 1차 선별단계(130)와, 상기 1차 선별 단계 이후의 폐석고로부터 소정의 기준 크기 이상의 입자 크기를 갖는 거대 토사를 분리해내는 2차 선별단계(140)와, 상기 2차 선별단계에서 소정의 기준 크기 이상의 입자 크기를 갖는 거대 토사가 분리된 결과물에 고화를 위한 첨가물과 pH 조정 약품을 첨가하여 혼합하는 혼합단계(150)를 포함한다.

Description

폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법 {SOLIDIFICATION MATERIAL MAKING METHOD FOR UTILIZING WASTE GYPSUM AS PUBLIC WATERS RECLAMATION SOIL}
본 발명은 고화재 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 폐석고(waste gypsum), 특히 각종 산업분야에서 발생되는 폐석고(phosphogypsum)의 재활용율을 높이고 친환경적으로 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법에 관한 것이다.
각종 산업 분야에서 발생되고 있는 폐석고는 매년 수백만톤에 이른다. 폐석고는 인산비료 제조공정에서 발생되는 인산부산석고(인산석에서 인산추출시 SO4 2 -가 인산과 치환되어 발생), 석유화학 및 화력발전소의 탈황공정에서 발생되는 탈황석고, 제련부산물인 제련석고, 티타늄 제조공정에서 발생되는 티탄석고, 그리고 폴리염화알루미늄(PAC) 석고 등이 있으며, 이들 중 인산비료 제조공정에서 발생되는 인산부산석고가 많은 비중을 차지하고 있다. 이와 같이 산업 분야에서 발생되고 있는 폐석고는 재활용되기도 하며, 특별한 처리없이 자체 매립장에 매립되기도 한다.
폐석고의 토목분야에서의 활용 양태를 살펴보면, 성토재 및 매립재료로서 활용되기도 하고, 도로의 재료로서 활용되기도 하며, 연약지반 및 지반안정재료로서 석회 등과 일정한 비율로 혼합되어 활용되고 있고, 현재 폐기물 관리법에서도 해안의 공유수면매립재료로 활용할 수 있도록 정해져 있다.
또한, 폐석고를 해안점토 및 연약지반의 고화처리를 위해 활용한 일 예가 대한민국 공개특허 10-2005-0024754(2005년 03월 11일자 공개)에 개시되어 있다. 상기 문헌에는 화학공장에서 발생하는 폐석고와 시멘트를 적당한 비율로 혼합한 혼합 재료를 이용하여 연약점토로 구성된 해안지역의 건설 공사에 함수비가 높은 점토를 단시간에 고화시키고, 또한 연약지반에 대하여 폐석고를 활용하여 안정화시키는 방법을 개시하고 있다.
하지만, 폐석고의 이러한 다양한 활용에 있어서 환경오염 방지 등을 위한 별도의 처리없이 그 상태로 활용되는 경우 여러가지 부수적인 문제점들이 수반될 수 있다.
즉, 폐석고는 중금속과 같은 오염물질을 포함하고 있고, 또한 매립되어 있는 폐석고를 토출하여 재활용하고자 할 경우, 볼트, 너트, 철봉 등의 금속 물체, 그리고 비닐 등의 불순물이 많이 포함되어 있어, 재활용시 많은 제약이 따르게 된다. 특히, 공유수면 매립용으로 재활용함에 있어서는, 특별한 처리 없이 그대로 공유수면 매립용으로 활용하는 경우 환경오염 원인이 될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하여 폐석고를 재활용할 수 있도록 하기 위한 방안이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 10-2005-0024754(2005년 3월 11일자 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폐석고로부터 각종 자성 물체들 그리고 중금속이나 기타 이물질을 분리해낸 상태로 매립을 위한 폐석고를 확보한 후, 고화를 위한 첨가물과 pH 조정 약품을 첨가함으로써 환경오염의 염려없이 폐석고를 공유수면 매립토로서 활용할 수 있도록 하고, 기타 매립토에 비해 경제성 있는 폐석고를 이용함으로써 비용절감될 수 있는, 고화재 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 양상에 따라 폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법은, 폐석고에 포함된 자성 물체를 자력을 이용하여 선별해내는 자력선별단계(110)와, 자성 물체가 선별된 폐석고를 파쇄기를 이용하여 파쇄하는 파쇄단계(120)와, 상기 파쇄단계에서 파쇄된 폐석고로부터 저비중 물질을 분리해내는 1차 선별단계(130)와, 상기 1차 선별 단계 이후의 폐석고로부터 소정의 기준 크기 이상의 입자 크기를 갖는 거대 토사를 분리해내는 2차 선별단계(140)와, 상기 2차 선별단계에서 소정의 기준 크기 이상의 입자 크기를 갖는 거대 토사가 분리된 결과물에 고화를 위한 첨가물과 pH 조정 약품을 첨가하여 혼합하는 혼합단계(150)를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 pH 조정 약품은 알칼리성 물질로서, 수산화나트륨일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 고화를 위한 첨가물은 플라이애쉬(flyash)와 황산알루미늄(Al2(SO4)3)을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 1차 선별단계(130)에서의 저비중 물질은 비닐, 분진 또는 중금속 미세 입자이다.
일 실시예에 따라, 상기 1차 선별단계(130)는, 상기 파쇄단계(120)에서 파쇄된 폐석고 측으로 공기 분급기를 이용하여 송풍하는 단계와, 상기 파쇄단계(120)에서 파쇄된 폐석고를 로딩(loading)한 상태로 진동판을 이용하여 진동시키는 단계와, 상기 송풍하는 단계 및 상기 진동시키는 단계에 의해 비산되는 저비중 물질을 흡입 호퍼 및 흡입 펌프를 이용하여 흡입하는 단계와, 상기 흡입하는 단계에서 흡입되는 저비중 물질을 수거 박스 내에 수거하는 저비중 물질 수거 단계를 포함한다.
본 발명은 폐석고를 공유수면 매립토로 활용할 수 있는 고화재 제조 방법을 제공함으로써, 폐석고의 재활용률을 높일 수 있으며, 아울러, 폐석고로부터 각종 자성 물체 그리고 중금속이나 기타 이물질이 분리된 상태의 고화재를 제공함으로써 환경오염 원인을 줄일 수 있고, 기타 매립토에 비해 경제성 있는 폐석고를 이용함으로써 비용절감될 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법의 전체 흐름을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 도 1의 고화재 제조 방법의 전체 흐름의 블록도이고,
도 3은 도 1의 1차 선별단계(130) 내의 구체적인 세부 단계들(130a, 130b, 130c, 130d)을 나타낸 블록도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다. 첨부된 도면 및 설명되는 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명에 관하여 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 간략화되고 예시된 것임에 유의하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법의 전체 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 고화재 제조 방법의 전체 흐름의 블록도이며, 도 3은 도 1의 1차 선별단계(130) 내의 구체적인 세부 단계들(130a, 130b, 130c, 130d)을 나타낸 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법은, 우선 폐석고를 준비하는 단계가 선행된다. 이러한 폐석고는 앞서 언급한 바와 같이 인산부산석고, 탈황석고, 제련석고, 티탄석고, 폴리염화알루미늄 석고 또는 상기 부산석고들이 자체매립장에 매립된 것을 굴토한 것이고, 폐기물 관리법에서 해안의 공유수면매립재료로 활용할 수 있도록 정해져 있으며, 또한 폐석고를 공유수면매립재료로서 활용하기 위한 노력도 많이 기울여져 왔으나, 폐석고에 포함되어 있는 비닐과 같은 불순물, 볼트, 너트 철봉 등과 같은 자성 금속 물체, 그리고 미세 입자 내에 포함된 중금속 물질 등을 포함하고 있어, 공유수면매립재료로 활용시 중금속 용출로 인한 환경오염 가능성이 매우 높다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 폐석고를 처리하는 과정을 거치도록 하여 공유수면매립재료로 활용할 수 있는 고화재를 제조하는 방법을 제공한다.
다음으로, 준비된 폐석고 내에는 볼트, 너트, 철봉 등과 같은 자성을 띤 금속 물체들이 함께 섞여 있을 수 있으므로, 먼저, 이를 선별하는 단계를 거친다. 즉, 자력선별기를 이용하여 폐석고에 포함된 자성 물체를 선별해내는 단계(110)를 거친다.
다음으로, 자성 물체가 선별되고 난 폐석고를 파쇄기(jaw crusher)를 이용하여 파쇄하는 파쇄단계(120)를 거친다. 파쇄기는 공지의 쇄석기가 사용될 수 있는데, 일반적으로, 고정 조(jaw)와 가동 조 두 개의 판 사이에 폐석고를 투입하여 턱(jaw)과 같이 움직여 그 압축력으로 폐석고를 파쇄시킨다. 또한, 조의 크기에 따라 파쇄기의 크기가 정해지며, 고정 조와 가동 조의 아랫부분 간격인 투입재료의 배출구 간격을 조절함으로써 배출되는 재료의 크기를 조절할 수 있다.
다음으로, 파쇄단계(120)를 거쳐 파쇄된 폐석고는 폐석고로부터 저비중 물질을 분리해내기 위한 1차 선별단계(130)를 거친다. 폐석고로부터 분리되는 저비중 물질에는, 비닐이나 분진, 그리고 미세 입자 중에 포함되어 있는 중금속 등이 파쇄된 폐석고로부터 분리된다. 세부적으로는, 도 3을 참조하면, 상기 1차 선별단계(130)는 파쇄단계(120)에서 파쇄된 폐석고를 1차 선별기 내부로 로딩시킨 상태에서, 송풍기(132)를 이용하여 폐석고 측으로 송풍하여 저비중 물질 및 중금속 미세 입자들이 비산되도록 하는 단계(130a)와, 상기 저비중 물질 및 중금속 미세 입자들과 같은 저비중 물질이 비산되어 흡입 호퍼(136)의 흡입을 도울 수 있도록 하며, 파쇄된 폐석고에 섞여 있는 저비중 물질들이 더욱 잘 분리되도록 하기 위해 진동판(134)을 이용하여 진동시키는 단계(130b)와, 송풍하는 단계와 진동시키는 단계의 조합에 의해 비산되는 저비중 물질을 흡입 호퍼(136) 및 흡입 펌프(138)를 이용하여 흡입하는 단계(130c)와, 흡입 호퍼(136)를 통해 흡입되는 저비중 물질을 흡입관(137)을 거쳐 수거 박스(139) 내로 수거하는 저비중 물질 수거 단계(130d)를 포함한다. 이와 같은 1차 선별 단계(130)를 거침으로써 폐석고로부터, 비닐, 중금속 미세 입자 등과 같은 저비중 물질들이 제거된다.
미세 입자 내에 포함되어 있는 중금속에는, 예컨대, 구리(Cu), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 비소(As), 크로뮴(Cr), 수은(Hg), 시안(CN) 등일 수 있다. 구리(Cu)는 원자번호 29번으로 거의 독성을 나타내지 않으나 과다하게 축적되는 경우, 뇌, 간, 신장기능에 영향을 미치고, 아연(Zn)은 원자번호 30번으로 건전지의 음극물질로 친숙하지만, 중독되는 경우, 복통, 설사, 매스꺼움, 무기력감이 나타나며, 카드뮴(Cd)은 원자번호 48번으로 독성이 매우 큰 금속이며 중독되는 경우 이타이이타이병을 일으키고, 납(Pb)은 원자번호 82번으로 중독시 식욕부진, 현기증, 구토, 체중감소 등 뇌관련 증상이 나타나는데 주로 어린이에게서 관찰할 수 있으며, 비소(As)는 원자번호 33번으로 독성이 아주 큰 물질로 중독시, 구역질, 구토, 신경마지, 탈모 등의 증상이 있고, 크로뮴(Cr)은 원자번호 24번으로 접촉시 화상, 진무름, 괴사 등의 국부증상과 흡입시 기침, 폐울형 증상을 일으키며, 수은(Hg)은 원자번호 80번으로 중독의 위험성이 높고 중독시 신경계에 이상이 생겨 언어 장애, 운동 장애 등이 나타나고, 시안(CN)은 원자번호 112번으로 폐 등에 흡수되어 헤모글로빈의 효소작용을 저해함으로써 전신 질식 증상을 일으킬 수 있다. 이렇듯. 폐석고 내에 함께 포함된 여러 가지 중금속 미세 입자가 1차 선별 단계(130)에서 걸러지게 된다. 따라서, 기존의 폐석고 자체매립장에 폐석고가 그대로 방치되어 있는 경우 상기 중금속의 침출수가 유출되는 부작용을 빚고 있어 중금속의 제거는 아주 중요한 과제이며 중금속 계측기를 이용해 침출수에 대한 상시 계측이 필요하고 본 발명에서도 필요에 따라 중금속 계측기를 활용할 수도 있다.
다음으로, 1차 선별 단계(130) 이후의 폐석고로부터 소정의 기준 크기 이상의 입자 크기를 갖는 거대 토사를 분리해내는 2차 선별단계(140)를 거친다. 2차 선별단계(140)는 대체로 굵은 모래 정도의 입자 크기를 갖는 폐석고 입자들을 선별해 내기 위한 스크린(142)에 의해 진행된다. 스크린(142)에 의해 폐석고 입자들이 아래로 통과하고(아래로 통과하는 폐석고 입자들을 화살표(145)로 표시함) 나머지 거대 토사는 별도의 거대 토사 수집통(149)으로 수집된다. 거대 토사는 예컨대, 일정 크기 이상의 돌이나 폐석고, 또는 자력선별 단계(110) 및 1차 선별단계(130)에서 미처 제거되지 못한 거대 입자의 불순물일 수 있다.
다음으로, 2차 선별단계(140) 이후, 소정의 기준 크기 이상의 입자 크기를 갖는 거대 토사가 분리된 결과물, 즉 대체로 거대 모래 정도의 입자 크기를 갖는 매립용 폐석고(CaSO4, 현재 수분이 없는 상태이므로 무수황산칼슘으로도 일컬어짐)가 확보된 상태에서, 추가로 최종적으로 고화시켜 고화재를 제조하기 위해 첨가물을 첨가하여 혼합조(150) 내에서 혼합시키고, 이에 더하여 pH 조정을 위해 혼합조(150) 내에 샤워기(155)를 이용하여 알칼리성 물질을 뿌려서 혼합시킨다. 설명에서 혼합조(150)에 관한 참조부호로서 150을 사용하고 있으나, 참조부호 150은 또한 혼합 단계를 의미하는 것으로도 표시된다.
알칼리성 물질은, 예컨대, 수산화나트륨 등일 수 있으나, 이러한 물질로 한정되는 것은 아니다. 특히 굴토된 폐석고의 경우 강산성을 띠는 경우가 많으므로, 이를 중화시키기 위해 알칼리성 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 그리고, 고화를 위해 첨가되는 첨가물은, 예를 들어, 플라이애쉬(flyash)와 응집제로서 황산알루미늄(Al2(SO4)3)일 수 있다. 그리고, 폐석고, 플라이애쉬 및 황산알루미늄의 배합비는 필요에 따라 상황에 맞게 실험을 통해 조절될 수 있는데, 즉, 폐석고의 분말도, 폐석고에 포함되어 있는 토사의 비율 등이 배합비에 대한 영향인자가 될 수 있다. 플라이애쉬(flyash)는 일반적으로 화력발전소에서 석탄원료를 사용할 때 발생하는 부산물이다. 화력발전소 등 석탄을 연료로 사용하는 시설에서 석탄을 가루로 만들어서 태우게 되는데, 이 때 이산화실리콘(SiO2)이나 산화알루미늄(Al2O3) 성분을 포함하는 미세한 먼지 상태로 남게 되고 이들을 집진기로 포집하여 수거한 것이 플라이애쉬이다. 플라이애쉬를 첨가하는 경우, 황산염, 즉 황산알루미늄(Al2(SO4)3)에 대한 저항성이나 고화재의 수밀성향상 등의 이점이 생기게 된다.
위와 같은 단계를 거쳐 폐석고로부터 고화재를 제조하는 경우, 중금속을 폐석고로부터 분리해냄으로써 공유수면 매립토로 활용시, 환경오염 문제를 덜 수 있는 이점이 생기게 되고, 기존에 흙을 매립토로서 사용하는 경우와 비교할 경우 비용을 크게 절감할 수 있는 이점이 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 폐석고는 토목 분야에서, 매립재료로서 활용되기도 하고, 도로 재료로서 활용되기도 하며, 연약지반의 지반 안정재료로서 사용될 수 있는데, 내륙에서 폐석고를 건설재료로 활용하는 것은 규제되고는 있으나, 공유수면 매립 재료로서 활용하는 것은 이미 법적으로 활용하도록 된 상태에 있음에 따라 제한된 국토의 효율적 이용 및 부족한 산업단지 확충 등의 목적으로 공유수면 매립을 통한 대규모 산업단지조성이 가능하다. 특히, 강도특성에 있어서, 실내 및 현장 시험 결과에 따르면, 실내시험에서는 석고와 석회를 1:1 및 1:2로 혼합한 석고석회 안정처리 흙의 강도는, 에트린가이트(ettringites)와 내부 압력에 기인하여 석회 자체 재료보다 훨씬 증가하는 결과를 나타내었다. 또한, 현장시험에 있어서도 석회컬럼(lime columns)보다는 석고석회 컬럼(gypsumlime columns)이 더 좋은 결과를 나타내었다. 이렇듯, 폐석고를 매립재료로서 또는 연약지반의 안정재료 등으로 다양하게 활용할 수 있을 것이며, 본 발명에 따라 각종 오염 물질을 제거한 상태에서 활용되는 경우, 환경 오염 예방에 기여할 수 있을 것이며, 기타 매립토에 비해 경제성 있는 폐석고를 이용함으로써 비용절감될 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따라 폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법에 관한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 사상 및 범위는 이하의 청구항들의 해석에 의해 정해지는 것임에 유의하여야 할 것이다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 본 명세서 내에 기재된 사항들에 기초하여 본 발명의 균등 범위 내에 있는 다른 변형 예들을 얼마든지 도출해 낼 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 것임에 유의하여야 할 것이다.
110 : 자력선별단계
120 : 파쇄단계
130 : 1차 선별단계
140 : 2차 선별단계
150 : 혼합조, 혼합단계
132 : 송풍기 134 : 진동판
136 : 흡입 호퍼 137 : 흡입관
138 : 흡입 펌프 139 : 수거 박스
142 : 스크린 145 : 매립용 폐석고
155 : 샤워기

Claims (5)

  1. 폐석고를 공유수면 매립토로 활용하기 위한 고화재 제조 방법으로서,
    폐석고에 포함된 자성 물체를 자력을 이용하여 선별해내는 자력선별단계(110);
    자성 물체가 선별된 폐석고를 파쇄기를 이용하여 파쇄하는 파쇄단계(120);
    상기 파쇄단계에서 파쇄된 폐석고로부터 저비중 물질을 분리해내는 1차 선별단계(130);
    상기 1차 선별 단계 이후의 폐석고로부터 소정의 기준 크기 이상의 입자 크기를 갖는 거대 토사를 분리해내는 2차 선별단계(140); 및
    상기 2차 선별단계에서 소정의 기준 크기 이상의 입자 크기를 갖는 거대 토사가 분리된 결과물에 고화를 위한 첨가물과 pH 조정 약품을 첨가하여 혼합하는 혼합단계(150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고화재 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 pH 조정 약품은 알칼리성 물질인 것을 특징으로 하는 고화재 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고화를 위한 첨가물은 플라이애쉬(flyash)와 황산알루미늄(Al2(SO4)3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고화재 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 선별단계(130)에서의 저비중 물질은 비닐, 분진 또는 중금속 미세 입자인 것을 특징으로 하는 고화재 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 1차 선별단계(130)는,
    상기 파쇄단계(120)에서 파쇄된 폐석고 측으로 공기 분급기를 이용하여 송풍하는 단계와, 상기 파쇄단계(120)에서 파쇄된 폐석고를 로딩(loading)한 상태로 진동판을 이용하여 진동시키는 단계와, 상기 송풍하는 단계 및 상기 진동시키는 단계에 의해 비산되는 저비중 물질을 흡입 호퍼 및 흡입 펌프를 이용하여 흡입하는 단계와, 상기 흡입하는 단계에서 흡입되는 저비중 물질을 수거 박스 내에 수거하는 저비중 물질 수거 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고화재 제조 방법.
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