KR20190091106A - 일메나이트 또는 탄소계 물질을 이용한 석면 함유 물질의 무해화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석면 함유 물질의 무해화 방법에 관한 것이다. 상기 무해화 방법은 석면 함유 물질과 열-발생제를 혼합하는 단계, 및 제조된 혼합물에 마이크로파를 조사하는 단계를 포함한다. 상기 열-발생제는 탄소계 물질, 일메나이트 또는 이의 조합일 수 있다. 상기 무해화 방법은 혼합물에 마이크로파를 조사하기 전에 혼합물에 열-전도제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 열-전도제는 알칼리 규산염일 수 있다.

Description

일메나이트 또는 탄소계 물질을 이용한 석면 함유 물질의 무해화 방법 {METHOD FOR DECOMPOSING ASBESTOS-CONTAINING MATERIALS USING ILMENITE OR CARBON-BASED MATERIALS}

본 발명은 석면 함유 물질의 무해화 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 석면 함유 물질에 탄소계 물질, 일메나이트 또는 이의 조합인 열-발생제를 혼합한 후, 제조된 혼합물에 마이크로파를 조사하여 수행되는 석면 함유 물질의 무해화 방법에 관한 것이다.

천연 석면 재료는 섬유질 구조이며, 뛰어난 유연성 및 내열 특성을 갖는다. 상기 천연 석면 재료는 이러한 특성으로 인해 종래에는 석면-시멘트 슬레이트와 같은 지붕 재료를 준비하기 위해 시멘트질 물질과 혼합하여 사용되었다. 섬유질 구조의 석면은 수화된 시멘트 상에 강하게 결합되어 시멘트 메트릭스에 고정된다. 그러나, 석면-시멘트 물질에서 이렇게 고정된 석면도 기계적 처리 또는 풍화 침식 작용에 의해 석면 분진을 야기할 수 있다. 이러한 석면 분진은 인간에게 위험한 발암성 물질로 판명되었다.

매립지에 석면 함유 폐기물을 처분하는 일반적인 방법은 심각한 환경 및 경제적인 문제에 직면하게 되었고, 이에 석면 함유 폐기물을 분해하여 무해화하는 처리 기술이 석면 함유 폐기물을 처리하는 가장 좋은 대안으로 부각되었다.

열처리를 통한 석면 함유 물질의 무해화는 전형적으로 800℃ 이상의 고온에서 석면 성분을 탈수시켜 수행된다. 예를 들어, 가장 풍부한 석면 광물인 Mg₃Si₂O₅(OH)₄는 3 단계의 열분해 과정을 통해 무해화된다. 상기 3 단계의 열분해 과정은 100 내지 150℃에서의 수화수(hydrated water) 손실 단계, 500℃에서의 구조적 OH 기의 손실 단계, 및 820℃에서의 위험하지 않은 포르스테라이트 미네랄(forsterite mineral)을 야기하는 상 변화 단계를 포함한다. 이러한 과정은 고온의 용광로에서 석면 함유 물질을 열처리하여 수행된다. 그러나, 이 방법에 의해 석면 함유 물질을 무해화하는 경우, 큰 에너지 소비 및 높은 장비 비용 소요 등의 문제점이 발생하여 바람직하지 못하다 (미국 특허 제4,678,493호 참조).

1,000℃ 이상의 전기로에서 다양한 용융 촉진제에 의한 석면 섬유의 유리화 또는 고온 플라즈마 아크 기술을 사용한 유리화는 석면 함유 물질을 완전하게 무해화하여 용융 유리 제품을 얻는다 (일본 특허 공개 제2009-034651호 및 일본 특허 공개 제2011-206680호 참조). 그러나, 이 방법 또한 에너지 소비 및 장비 비용 측면에서 동일한 단점이 존재한다.

석면 함유 물질을 열적으로 무해화하는 또 다른 방법은 적외선 유도 장치의 적용에 기초한다 (대한민국 특허 제10-1647603호 참조). 고온에서의 작동 및 장시간의 처리를 요구하는 종래의 열처리 공정들은 큰 열손실에 의해 에너지 효율이 매우 낮다.

종래의 방법과 달리, 마이크로파를 이용한 열처리 방법은 합리적인 에너지 소비 및 단순화된 공정을 제공한다. 종래의 연소 또는 전기로에서 처리하는 경우, 물질의 표면에서 내부로 점진적으로 열 대류가 발생하지만, 석면 물질 자체의 열 전도율이 낮다는 점을 고려하면, 물질의 내부가 목표 온도에 도달하기 위해서는 오랜 시간이 소요된다. 이와 달리, 상술한 마이크로파를 이용한 열처리 방법은 파동 침투의 전체 깊이에 따라 동시에 열 방출이 가능하다.

석면 물질 자체는 마이크로파 처리에 대해 불활성이거나 약하게 양성을 나타내기 때문에, 석면 구조에 침투한 마이크로파가 열 방출을 유도하지 못할 수 있다. 석면 함유 물질의 매트릭스에 시멘트 또는 석고 물질과 같은 성분이 존재하는 경우 마이크로파 처리시 열 방출을 유도할 수 있다. 그러나, 이에 의한 열 방출 효과는 200℃를 초과하지 않고, 이는 석면 섬유를 파괴하기에는 충분하지 않다.

석면 함유 물질에서 요구되는 열을 제공하기 위해서, 강력한 마이크로파 발생기를 설계할 수 있다 (대한민국 특허 제10-1164500호 참조). 또한, CaO의 공급원으로서 시멘트를 첨가하여 마이크로파 조사 시 열을 발생시킬 수 있다 (미국 특허 제2009-0223808호 참조).

그러나, 상술한 방법 또한 석면 함유 물질을 무해화하기 위한 완벽한 방법이라고 보기 어렵기 때문에, 해당 기술 분야에서는 여전히 개선된 석면 함유 물질의 무해화 방법이 요구되고 있다.

미국 특허 제4,678,493호 일본 특허 공개 제2009-034651호 일본 특허 공개 제2011-206680호 대한민국 특허 제10-1647603호 대한민국 특허 제10-1164500호 미국 특허 제2009-0223808호

본 발명은 석면 함유 물질을 탄소계 물질, 일메나이트 또는 이의 조합인 열-발생제와 혼합한 후, 마이크로파를 조사함으로써, 단순하면서도 에너지 효율적인 공정으로 석면 함유 물질을 완전하게 열 분해할 수 있는 석면 함유 물질의 무해화 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 측면에 따르면,

본 발명은,

(1) 석면 함유 물질을 열-발생제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및

(2) 상기 (1) 단계에서 제조된 혼합물에 마이크로파를 조사하는 단계를 포함하고,

상기 열-발생제는 탄소계 물질, 일메나이트(FeTiO₃) 또는 이의 조합인 석면 함유 물질의 무해화 방법을 제공한다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (1) 단계에서 석면 함유 물질은 석면-시멘트 물질이다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (1) 단계에서 석면 함유 물질은 분쇄되어, 0.5 내지 5mm의 평균 입자 크기로 공급된다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열-발생제에서 탄소계 물질은 활성탄(activated carbon)이다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (1) 단계에서 열-발생제는 분쇄되어, 0.5 내지 5mm의 평균 입자 크기로 공급된다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (1) 단계에서 석면 함유 물질과 열-발생제의 혼합 중량비는 2:1 내지 10:1이다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (2) 단계에서 마이크로파는 200 내지 1,000W의 세기로 5 내지 20분 동안 조사된다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (2) 단계에서 마이크로파의 조사는

(a) 혼합물을 200 내지 300℃까지 가열하는 단계;

(b) 혼합물 내의 열-발생제를 통해 열을 집중적으로 발산시키는 단계; 및

(c) 혼합물 내의 석면 함유 물질을 용융시키는 단계로 구분하여 수행되며,

상기 (a) 단계의 마이크로파 세기는 (b) 단계의 마이크로파 세기의 40 내지 60%이고, 상기 (c) 단계의 마이크로파 세기는 (b) 단계의 마이크로파 세기의 70 내지 90%이다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 무해화 방법은 (2) 단계에서 혼합물에 마이크로파를 조사하기 전에, 혼합물에 열-전도제가 첨가되는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열-전도제는 알칼리 규산염이다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 알칼리 규산염은 3 내지 5의 실리카 모듈러스(SiO₂/Na₂O의 비)를 갖는다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 알칼리 규산염은 10 내지 15 중량%의 알칼리 규산염 용액의 형태로 혼합물에 첨가된다.

본 발명에 따른 석면 함유 물질의 무해화 방법은 석면 함유 물질에 마이크로파를 조사하여 분해를 위한 열을 공급함으로써, 비교적 단순한 공정에 의해 석면 함유 물질을 완전하게 열 분해할 수 있다.

석면 함유 물질이 마이크로파에 대한 활성이 낮으므로 열 발생을 위한 열-발생제를 필요로 하는데, 본 발명에서 사용된 탄소계 물질 또는 일메나이트는 마이크로파의 조사에 의해 다량의 열을 방출할 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 에너지 효율이 높다.

또한, 상기 탄소계 물질 또는 일메나이트는 사용 후, 회수하였을 때 일정 수준 이상의 열 발생 능력을 유지할 수 있어 한두 번 재사용할 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 공급원료 비용 측면에서도 효과적이다.

도 1은 본 발명에 따른 석면 함유 물질의 무해화 방법을 도식화한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실험예 1에 따른 XRD 분석 결과이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 SEM 분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 실험예 2에 따른 XRD 분석 결과이다.
도 5는 본 발명의 실험예 2에 따른 SEM 분석 결과이다.
도 6은 본 발명의 실험예 3에 따른 SEM 분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 실험예 4에 따른 SEM 분석 결과이다.
도 8은 본 발명의 실험예 5에 따른 SEM 분석 결과이다.
도 9는 본 발명의 실험예 6에 따른 SEM 분석 결과이다.
도 10는 본 발명의 실험예 7에 따른 SEM 분석 결과이다.

본 발명에 따라 제공되는 구체예는 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.

본 발명은 석면 함유 물질과 열-발생제를 혼합하는 단계(도 1의 S100), 및 석면 함유 물질과 열-발생제의 혼합물에 마이크로파를 조사하는 단계(도 1의 S200)를 포함하는 석면 함유 물질의 무해화 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 석면 함유 물질의 무해화 방법은 상기 마이크로파의 조사 단계에 앞서 선택적으로 상기 혼합물에 열-전도제를 첨가하는 단계(도 1의 S300)가 수행될 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 석면 함유 물질의 무해화 방법을 도식화하여 설명한다.

석면은 섬유상으로 마그네슘이 많은 함수규산염 광물이다. 이러한 석면은 건축자재, 방화재, 전기전열재 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 하지만, 석면이 인간에게 나쁜 영향을 미친다는 보고가 나오기 시작했고, 호흡을 통해 석면 가루를 마시면 폐암이나 폐증, 늑막이나 흉막에 악성종양을 유발할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이에 따라, 해당 기술 분야에서는 폐석면을 무해화하여 안전하게 처리하는 방법이 지속적으로 연구되고 있다.

본 발명에서 석면 함유 물질은 다양한 분야에 적용된 유해한 석면을 포함하는 재료를 의미하고, 보다 구체적으로 건축재료로 사용되는 석면-시멘트 물질이 바람직한 분해 대상이 될 수 있다. 본 발명에서 석면 함유 물질의 분해는 석면의 주성분인 유해한 크리소타일(chrysotile)이 열에 의한 상변화로 무해한 포르스테라이트(forsterite)로 변형되는 것을 의미한다. 상기 상변화는 하기의 반응식 1로 간단하게 나타낼 수 있다.

[반응식 1]

크리소타일 미네랄은 8면체 [Mg₆O₄(OH)₈]⁴ 형태로 브루사이트(brucite)의 두 층 사이에 사면체 (Si₄O₁₀)^4- 시트로 구성된 샌드위치(sandwich) 구조를 갖는다. 따라서, 크리소타일 미네랄의 열분해는 실질적으로 브루사이트 성분의 탈수산화 반응(dehydroxylation)이다. 순수한 브루사이트(Mg(OH)₂)의 특성 분해 온도는 435℃이지만, 크리소타일 미네랄에서는 500℃ 이상의 온도에서 분해가 발생한다. 결정수(crystalline water)의 손실은 온도 증가율에 크게 영향을 받는다. 즉, 가열률이 높을수록 석면 분해 온도가 낮아진다. 온화한 온도에서 수산화기(OH^-)의 완전한 손실로, 크리소타일 미네랄은 무수의 메타크리소타일 상으로 전환되고, 이는 전형적으로 800℃ 이상의 고온에서 비섬유 구조의 포르스테라이트 미네랄로 재결정화된다.

본 발명에 따른 석면 함유 물질의 무해화 방법은 상술한 열분해를 마이크로파 열처리를 통해 수행한다. 마이크로파 열처리는 종래의 방법에 비해 합리적인 에너지 소비 및 단순화된 공정을 제공한다. 마이크로파 열처리는 파동이 침투하는 전체 깊이에 따라 동시에 열을 방출할 수 있기 때문에, 물질의 내부 또한 효율적으로 가열할 수 있다. 그러나, 석면 자체는 마이크로파에 불활성이거나 약하게 양성을 나타내기 때문에, 열 방출을 위한 보조 첨가제가 필요하다. 종래에는 이러한 첨가제로서 CaO의 공급원인 시멘트가 사용되었지만(미국 특허 제2009-0223808호), 이에 의한 열 방출 효과는 200℃를 초과하지 않아 석면 섬유 구조를 파괴하기에는 충분하지 않았다. 본 발명에서는 이를 개선하기 위해 열 방출을 위한 보조 첨가제로서 열-발생제를 사용한다. 본 발명에 따른 열-발생제는 탄소계 물질, 일메나이트 또는 이의 조합일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 탄소계 물질은 활성탄(activated carbon) 또는 이의 조합이 바람직할 수 있다. 석면 함유 물질에 열-발생제를 혼합함으로써, 열-발생제는 마이크로파의 조사에 의해 석면 함유 물질에 더 빠르게 열을 제공할 수 있고, 이러한 열은 석면 섬유 구조를 파괴할 수 있을 정도의 높은 온도를 갖는다.

상술한 석면 함유 물질과 열-발생제는 효율적인 열분해 반응을 위해 혼합 전에 각각 적절한 형태로 분쇄될 수 있다. 분쇄를 위한 장치는 해당 기술 분야에서 사용되는 일반적인 장치가 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 석면 함유 물질은 0.5 내지 5mm, 보다 바람직하게는 1 내지 3mm의 평균 입자 크기를 갖도록 분쇄되는 것이 바람직할 수 있다. 석면 함유 물질의 입자 크기가 지나치게 큰 경우에는 입자 내부에서 열 방출이 용이하지 않아 석면 섬유 구조가 완전하게 파괴되지 않을 수 있다. 반면에, 석면 함유 물질의 입자 크기가 지나치게 작은 경우에는 입자 자체가 갖는 열의 함량이 크지 못하고, 석면 섬유 구조의 물리적 파괴에 의해 석면의 무해화가 효율적으로 진행되기 어렵다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 열-발생제는 0.5 내지 5mm, 보다 바람직하게는 1 내지 3mm의 평균 입자 크기를 갖도록 분쇄되는 것이 바람직할 수 있다. 열-발생제의 입자 크기가 지나치게 큰 경우에는 석면 함유 물질에 고르게 분포되기 어려워 효율적으로 열을 공급하기 어렵다. 반면에, 열-발생제의 입자 크기가 지나치게 작은 경우에는 열-발생제에 의해 발생하는 열의 양이 적어 석면 섬유 구조를 효율적으로 파괴할 수 없다.

석면 함유 물질과 열-발생제의 혼합을 위해, 해당 기술 분야에서 사용되는 일반적인 장치가 사용될 수 있다. 석면 함유 물질에 효율적으로 열을 공급하기 위해 석면 함유 물질과 열-발생제의 혼합비는 적절하게 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 석면 함유 물질과 열-발생제는 2:1 내지 10:1, 보다 바람직하게는 10:3 내지 10:4의 혼합 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 범위보다 석면 함유 물질이 다량 함유되면, 열-발생제에 의한 열 공급이 용이하지 않아 석면 섬유 구조의 일부가 분해되지 않을 수 있다. 반면에, 상기 범위보다 열-발생제가 다량 함유되면, 과량의 열-발생제의 사용에 따라 추가적으로 개선되는 효과가 없기 때문에 원료의 양에 따른 경제성 측면에서 바람직하지 않다.

상술한 방법에 따라 제조된 혼합물에 마이크로파를 조사하여 석면 함유 물질을 열분해하여 무해화한다. 마이크로파의 조사 조건은 상술한 열분해 반응식에 따라 비섬유 구조의 포르스테라이트 미네랄로 상 변환시킬 수 범위 내에서 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 마이크로파는 200 내지 1,000W, 바람직하게는 350 내지 700W의 세기로 5 내지 20분, 바람직하게는 8 내지 12분 동안 조사될 수 있다. 마이크로파는 일반적으로 동일한 세기로 일정 시간 동안 조사할 수 있지만, 석면의 상술한 열분해 반응을 고려하여 단계별로 마이크로파의 세기를 조절하는 경우 보다 적은 마이크로파의 세기로도 효율적으로 열분해 반응을 수행할 수 있다. 마이크로파의 조사는 (a) 혼합물을 200 내지 300℃까지 가열하는 단계, (b) 혼합물 내의 열-발생제를 통해 열을 집중적으로 발산시키는 단계, 및 (c) 혼합물 내의 석면 함유 물질을 용융시키는 단계로 구분하여 수행된다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 (a) 단계의 마이크로파 세기는 (b) 단계의 마이크로파 세기의 40 내지 60%이고, 상기 (c) 단계의 마이크로파 세기는 (b) 단계의 마이크로파 세기의 60 내지 80%일 수 있다. 상기 (a) 단계는 혼합물을 예열하는 단계로 순간적으로 혼합물이 가열될 필요는 없기 때문에, 최고 세기의 절반 정도의 세기로 마이크로파를 조사해도 충분하다. 상기 (b) 단계는 석면 섬유를 구조적으로 균열 및 분해하기 위해서 필요하며, 이 단계에서는 열-발생제로부터 순간적으로 다량의 열을 방출시켜야 한다. 그래서 해당 단계에서는 적용 가능한 최고의 세기로 마이크로파를 조사한다. 이 후에 (c) 단계에서는 석면 함유 물질이 용융되기 시작하는데, 이 때는 열의 강도를 유지하는 것이 중요하다. 열의 강도를 유지하기 위해서는 최고의 세기로 마이크로파를 조사할 필요는 없다. 오히려, 최고의 세기로 마이크로파를 조사하는 경우 열-발생제가 빠르게 연소되어 소진되기 때문에, 열-발생제의 재사용이 어려워진다. 따라서, 최고의 세기보다는 일정 수준으로 세기를 낮추어 마이크로파를 조사하는 것이 바람직하다.

탄소계 물질 또는 일메나이트와 같은 열 발생 물질로부터 석면 함유 물질에 효과적으로 열을 공급하기 위해 마이크로파 조사 전에 열-전도제가 혼합물에 첨가될 수 있다. 열-전도제는 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 물질이면, 제한 없이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 열-전도제는 알칼리 규산염일 수 있다. 상기 알칼리 규산염은 물을 혼합하여 액상으로 첨가될 수 있고, 이러한 상태로 첨가되는 경우 열-전도제로서의 역할 뿐만 아니라 결합제 및 습윤제로서의 역할이 병행될 수 있다. 결합제로서의 알칼리 규산염은 모든 혼합물 성분을 경화되고 압축된 형태로 함께 보유할 수 있게 하기 때문에, 마이크로파 처리에 대한 취급을 용이하게 한다. 습윤제로서의 알칼리 규산염은 분쇄 및 글라인딩 과정에서 위험한 석면 섬유가 먼지와 공기 중으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 알칼리 규산염은 혼합 용기 내부의 코팅을 제공하여 열 충격으로 인한 용기의 균열을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 알칼리 규산염은 10 내지 15 중량%의 알칼리 규산염 용액의 형태로 혼합물에 첨가되고, 상기 알칼리 규산염 용액은 석면 함유 물질 100 중량부를 기준으로 40 내지 70 중량부가 혼합물에 첨가되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 범위 내에서 알칼리 규산염 용액은 석면 함유 물질을 충분하게 적셔 열-전도제, 결합제 및 습윤제의 역할을 적절하게 수행할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 알칼리 규산염은 3 이상, 바람직하게는 3 내지 5의 실리카 모듈러스(SiO₂/Na₂O의 비)를 갖는다. 상기 실리카 모듈러스 범위 내의 알칼리 규산염을 사용하는 경우 최종적으로 무해화된 석면 물질에서 보다 우수한 접착 특성 및 낮은 알칼리 함량 특성을 가질 수 있다.

상술한 방법에 따라 석면 함유 물질을 마이크로파로 처리한 후 냉각된 물질은 미-연소된 열-발생제 덩어리와 용융된 석면 슬레이트 유리 제품으로 구성된다. 초기 투입량의 약 30 내지 50%의 남은 열-발생제 덩어리는 쉽게 분리될 수 있고, 분리된 열-발생제는 열 발생 능력이 일정 수준 이상으로 유지되어 다음 처리 사이클에서 재사용될 수 있다.

본 발명에 따라 무해화된 석면 물질은 시멘트 및 세라믹 산업에 사용될 수 있다. 구체적으로, 석면 함유 물질의 무해화된 유리 제품은 미-연소 열-발생제와 함께 분쇄될 수 있다. 석회 및 점토 성분으로 산화물 조성을 보정한 후, 시멘트 클링커의 제조 원료로 사용될 수 있다. 혼합물 내의 열-발생제의 존재는 클링커 소결의 고온 처리에 부가적인 연료를 제공하기 때문에 유익하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

오래된 석면-시멘트 슬레이트(조성: 58.0%의 CaO, 21.7%의 SiO₂, 7.7%의 MgO, 4.4%의 Fe₂O₃, 4.0%의 Al₂O₃, 2.0%의 SO₃)를 분쇄하여 2 내지 4mm의 입자 크기를 갖는 분말을 제조하였다. 상기 석면-시멘트 슬레이트 10g과 활성탄(동양 탄소 사 제조, CDLW 타입, 325 mesh) 3g을 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 제조된 혼합물에 실리카 모듈러스(SiO₂/Na₂O의 비)가 3인 규산 나트륨을 15 중량%의 용액으로 제조하여 혼합물에 5g 분무하였다. 이 후에, 상기 혼합물에 350W 세기의 마이크로파를 2분 동안, 700W 세기의 마이크로파를 5분 동안, 560W 세기의 마이크로파를 5분 동안 조사하여 석면-시멘트 슬레이트를 분해하였다.

실시예 2

혼합물 제조 시, 1g의 활성탄을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 석면-시멘트 슬레이트를 분해하였다.

실시예 3

혼합물 제조 시, 2g의 활성탄을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 석면 함유 물질을 분해하였다.

실시예 4

혼합물 제조 시, 4g의 활성탄을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 석면-시멘트 슬레이트를 분해하였다.

실시예 5

혼합물 제조 시, 활성탄 대신 5g의 일메나이트(FeTiO₃)를 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 석면-시멘트 슬레이트를 분해하였다.

비교예 1

실시예 1에 따른 석면-시멘트 슬레이트에 활성탄 대신에 CaO의 공급원으로서 시멘트를 혼합하였다. 이 후에, 상기 혼합물에 700W 세기의 마이크로파로 30분 동안 조사하여 석면 함유 물질을 분해하였다.

실험예

실험예 1: 실험 대상 분석

실시예 및 비교예에서 실험 대상인 오래된 석면-시멘트 슬레이트를 X-선 회절분석법(XRD)(제조사: Rigaku, 모델명: D/MAX 2500-V/PC) 및 주사 전자 현미경 분석법(SEM)(제조사: Carl Zeiss, 모델명: Supra 40)으로 분석하여, 그 결과를 각각 도 2 및 도 3에 나타내었다.

도 2의 XRD 분석 결과에서는 인체에 유해한 크리소타일 형상의 피크가 나타나는 것이 확인되었다. 또한, 도 3의 SEM 분석 결과에서는 길이가 5 μm 이상이고 길이 대 너비의 비가 3:1 이상인 인체에 유해한 섬유 형태가 관찰되었다.

실험예 2: 실시예 1의 결과 분석

실시예 1에 따라 분해된 석면-시멘트 슬레이트를 X-선 회절분석법(XRD) 및 주사 전자 현미경 분석법(SEM)으로 분석하여, 그 결과를 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다.

도 4의 XRD 분석 결과에서는 도 2의 XRD 분석 결과와 달리 인체에 유해한 크리소타일 형상의 피크는 나타나지 않고, 포르스테라이트 형상의 피크가 나타나는 것이 확인되었다. 또한, 도 5의 SEM 분석 결과에서는 길이가 5 μm 이상이고 길이 대 너비의 비가 3:1 이상인 인체에 유해한 섬유 형태가 관찰되지 않았다. 따라서, 실시예 1에 의해 석면-시멘트 슬레이트는 완전히 무해화된 것을 알 수 있다.

실험예 3: 실시예 2의 결과 분석

실시예 2에 따라 분해된 석면-시멘트 슬레이트를 주사 전자 현미경 분석법(SEM)으로 분석하여, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6의 SEM 분석 결과에서는 길이가 5 μm 이상이고 길이 대 너비의 비가 3:1 이상인 인체에 유해한 섬유 형태가 관찰되지 않았다. 따라서, 실시예 2에 의해 석면-시멘트 슬레이트는 완전히 무해화된 것을 알 수 있다.

실험예 4: 실시예 3의 결과 분석

실시예 3에 따라 분해된 석면-시멘트 슬레이트를 주사 전자 현미경 분석법(SEM)으로 분석하여, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7의 SEM 분석 결과에서는 길이가 5 μm 이상이고 길이 대 너비의 비가 3:1 이상인 인체에 유해한 섬유 형태가 관찰되지 않았다. 따라서, 실시예 3에 의해 석면-시멘트 슬레이트는 완전히 무해화된 것을 알 수 있다.

실험예 5: 실시예 4의 결과 분석

실시예 4에 따라 분해된 석면-시멘트 슬레이트를 주사 전자 현미경 분석법(SEM)으로 분석하여, 그 결과를 도 8에 나타내었다.

도 8의 SEM 분석 결과에서는 길이가 5 μm 이상이고 길이 대 너비의 비가 3:1 이상인 인체에 유해한 섬유 형태가 관찰되지 않았다. 따라서, 실시예 4에 의해 석면-시멘트 슬레이트는 완전히 무해화된 것을 알 수 있다.

실험예 6: 실시예 5의 결과 분석

실시예 5에 따라 분해된 석면-시멘트 슬레이트를 주사 전자 현미경 분석법(SEM)으로 분석하여, 그 결과를 도 9에 나타내었다.

도 9의 SEM 분석 결과에서는 길이가 5 μm 이상이고 길이 대 너비의 비가 3:1 이상인 인체에 유해한 섬유 형태가 관찰되지 않았다. 따라서, 실시예 5에 의해 석면-시멘트 슬레이트는 완전히 무해화된 것을 알 수 있다.

실험예 7: 비교예 1의 결과 분석

비교예 1에 따라 분해된 석면-시멘트 슬레이트를 주사 전자 현미경 분석법(SEM)으로 분석하여, 그 결과를 도 10에 나타내었다.

도 10의 SEM 분석 결과에서는 길이가 5 μm 이상이고 길이 대 너비의 비가 3:1 이상인 인체에 유해한 섬유 형태가 일부 관찰되었다. 따라서, 비교예 1에 의해서는 석면-시멘트 슬레이트는 완전하게 무해화된 것은 아님을 알 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (13)

1. (1) 석면 함유 물질을 열-발생제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
   (2) 상기 (1) 단계에서 제조된 혼합물에 마이크로파를 조사하는 단계를 포함하고,
   상기 열-발생제는 탄소계 물질, 일메나이트 또는 이의 조합인 석면 함유 물질의 무해화 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 (1) 단계에서 석면 함유 물질은 석면-시멘트 물질인 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 (1) 단계에서 석면 함유 물질은 분쇄되어, 0.5 내지 5mm의 평균 입자 크기로 공급되는 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 열-발생제에서 탄소계 물질은 활성탄(activated carbon)인 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 (1) 단계에서 열-발생제는 분쇄되어, 0.5 내지 5mm의 평균 입자 크기로 공급되는 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 (1) 단계에서 석면 함유 물질과 열-발생제의 혼합 중량비는 2:1 내지 10:1인 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 (2) 단계에서 마이크로파는 200 내지 1,000W의 세기로 5 내지 20분 동안 조사되는 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 (2) 단계에서 마이크로파의 조사는
   (a) 혼합물을 200 내지 300℃까지 가열하는 단계;
   (b) 혼합물 내의 열-발생제를 통해 열을 집중적으로 발산시키는 단계; 및
   (c) 혼합물 내의 석면 함유 물질을 용융시키는 단계로 구분하여 수행되며,
   상기 (a) 단계의 마이크로파 세기는 (b) 단계의 마이크로파 세기의 40 내지 60%이고, 상기 (c) 단계의 마이크로파 세기는 (b) 단계의 마이크로파 세기의 70 내지 90%인 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 무해화 방법은 (2) 단계에서 혼합물에 마이크로파를 조사하기 전에, 혼합물에 열-전도제가 첨가되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 열-전도제는 알칼리 규산염인 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 알칼리 규산염은 3 내지 5의 실리카 모듈러스(SiO₂/Na₂O의 비)를 갖는 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 알칼리 규산염은 10 내지 15 중량%의 알칼리 규산염 용액의 형태로 혼합물에 첨가되는 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 알칼리 규산염 용액은 석면 함유 물질 100 중량부를 기준으로 40 내지 70 중량부가 혼합물에 첨가되는 것을 특징으로 하는 석면 함유 물질의 무해화 방법.

Images