KR20220016707A - 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제, 이를 이용한 탈황방법 및 이의 탈황공정 부산물을 활용한 결합재 조성물 - Google Patents

중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제, 이를 이용한 탈황방법 및 이의 탈황공정 부산물을 활용한 결합재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탈황제와 탈황방법 및 이를 이용한 결합재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탈황 공정시 발생되는 폐기물의 중금속 용출을 억제할 수 있어 탈황 분진 폐기물 처리 비용 등을 절감할 수 있고 활용이 미흡한 순환 유동층 보일러 연소 잔재물을 대량 재활용할 수 있는 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제, 이를 이용한 탈황방법 및 이의 탈황 공정 부산물을 활용한 결합재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제는 순도 90% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO3) 100중량부에 대하여 노내탈황 방식의 순환 유동층 보일러에서 배출되는 CaO 함량이 20∼70중량%이며, SO3 함량이 5∼35중량%인 연소 잔재물 0.1∼100중량부를 포함한다.

Description

중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제, 이를 이용한 탈황방법 및 이의 탈황공정 부산물을 활용한 결합재 조성물{DESULFURIZING AGENT, DESULFURIZING METHOD AND BINDER AGENT USING THE SAME}
본 발명은 탈황제와 탈황방법 및 이를 이용한 결합재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탈황 공정시 발생되는 폐기물의 중금속 용출을 억제할 수 있어 탈황 분진 폐기물 처리 비용 등을 절감할 수 있고 활용이 미흡한 순환 유동층 보일러 연소 잔재물을 대량 재활용할 수 있는 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제, 이를 이용한 탈황방법 및 이의 탈황 공정 부산물을 활용한 결합재 조성물에 관한 것이다.
소결(Sintering)은 분체를 녹는점 이하 또는 부분적 용융 정도로 가열하여 단단한 결합체로 만드는 것을 의미하는 것으로, 제철소의 소결공정은 분광, 석회석, 분코크스, 반광 및 분탄 등을 포함하는 배합원료를 소결기에서 연소시켜 고로에 장입하기 위한 소결광을 제조하는 공정이다. 제철소의 소결공정에서는 배출가스는 황(S)을 다량 포함하고 있기 때문에 대기오염을 방지하기 위해 탈황설비를 이용하여 배출가스로부터 황을 제거한다. 탈황제로써는 수산화칼슘(Ca(OH)2) 또는 중탄산나트륨(NaHCO3)을 많이 사용하고 있다. 그러나, 수산화칼슘은 중금속 용출의 문제점이 발생하지 아니하나 낮은 반응성으로 인하여 탈황 효율이 낮다는 문제점이 있고, 중탄산나트륨은 높은 탈황 효율을 가지는 장점은 있으나 중금속이 용출된다는 문제점이 있다.
상기 중탄산나트륨을 탈황제 사용하는 공정은 중탄산나트륨을 배기가스 중에 투입하여 반응시키고 황화물 형태의 반응 결과물을 포집 수거하여 폐기 처분하는 것으로 이루어진다. 또한 다이옥신 배출 및 중금속 용출을 억제하기 위해 활성탄을 중탄산나트륨과 같이 투입할 수도 있다.
2NaHCO3(탈황제) + SO2 + 1/2O2 → Na2SO4(폐기물) + 2CO2 + H2O
탈황공정은 주어진 배기가스 온도에서 한정된 시간 내에 신속히 반응을 완결하여야 하는데, 중탄산나트륨은 95℃의 비교적 낮은 온도에서부터 탄산나트륨으로 열분해 되기 때문에 최적의 탈황제로 사용되고 있다.
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
이러한 탈황공정에서 중탄산나트륨의 분말도가 높을수록 배기가스 중의 황 성분과의 반응 속도를 상승시킴과 더불어 배기가스 중의 유해한 중금속류들을 유효하게 흡착하여 대기 중으로 배출되는 배기가스를 청정하게 유지 관리하는 것이 가능해진다.
이와 같은 탈황제로서의 중탄산나트륨은 폐기물로 생성되는 Na2SO4(망초) 중의 중금속류의 함량을 증가시키게 되며, 페기물인 망초를 매립 처리하면 침출수의 중금속 함량을 증가시킨다는 문제를 야기한다. 따라서, 최근에는 중탄산나트륨을 탈황제로 사용시 중금속 용출을 억제할 수 있는 조성물에 대한 연구가 다수 이루어지고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1573002호는 "소결 배가스 중의 황산화물 제거용 조성물 및 소결 배가스 중의 황산화물 제거 방법"에 관한 것으로, 탄산수소나트륨 84 내지 95중량%; 중금속 안정제 0.1 내지 3중량%; 및 중화제 1 내지 5중량%;을 포함하는 조성물이되, 상기 중금속 안정제는 잔데이트(xanthate)계 화합물이고, 상기 조성물은, 전체 구성 성분의 합이 전체 100중량%가 되도록 각 구성 성분의 함량이 선택되는 것인 소결 배가스 중의 황산화물 제거용 조성물을 개시하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-2116688호는 “탈황 및 중금속 용출 억제용 조성물”에 관한 것으로, 중탄산나트륨 90 중량%; 및 중금속 용출 억제제 10 중량%;를 포함하고, 상기 중금속 용출 억제제는 돌로마이트 5 중량%; 황산철 3 중량%; 및 수산화칼슘(Ca(OH)2) 2 중량%로 이루어지고, 상기 돌로마이트는 50 내지 100㎛의 입자 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 탈황 및 중금속 용출 억제용 조성물을 개시하고 있다.
대한민국 공개특허 10-2019-0073267은 “탈황 분진 폐기물의 중금속 용출 억제 방법 및 그에 사용되는 탈황제”에 관한 것으로, 중탄산나트륨을 탈황제로 이용 후 발생된 탈황 분진 폐기물에 석고를 추가로 혼합하여 탈황 분진 폐기물의 중금속 용출 억제하는 방법을 개시하고 있다.
대한민국 공개특허 10-2019-0041583는 “탈황 분진 폐기물의 중금속 용출 억제 방법 및 그에 사용되는 탈황제”에 관한 것으로, 황산제일철(FeSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 염화알루미늄(AlCl), 폴리염화알루미늄(PAC), 염화제일철(FeCl3),황산제이철(Fe2(SO4)3), 폴리황산철, 및 디에틸디티오카바믹산아연(Diethyldithiocarbamic Acid Zinc Salt)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 탈황 폐기물 중 중금속의 용출 억제제, 및 탈황 폐기물 중 중금속의 용출 억제 방법을 개시하고 있다.
대한민국 공개특허 10-2016-0117311은 “돌로마이트계 중금속 등 흡착재, 그 제조방법 및 그 품질관리방법, 그리고 중금속 등 흡착방”에 관한 것으로, 본 발명의 돌로마이트계 중금속 흡착재는, 중금속 흡착제거율을 높인 반소성 돌로마이트로서, 분말 X선 회절에 의한 리트벨트법을 이용하여 해석한 돌로마이트 소성물 중의 잔류 CaMg(CO3)2상의 함량이, 0.4≤x≤35.4(질량%)인 반소성 돌로마이트이며, 바람직하게는 황산 제1철을 더 함유하는, 돌로마이트계 중금속 등 흡착재를 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허들은 탈황 분진 폐기물의 중금속 중 수은, 납 또는 그 화합물의 용출 억제 효과가 우수하지 못하여 현재 상용화가 되지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1573002호 대한민국 등록특허 제10-2116688호 대한민국 등록특허 제10-1936385호 대한민국 공개특허 10-2019-0073267 대한민국 공개특허 10-2019-0041583 대한민국 공개특허 10-2016-0117311
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 탈황 공정시 발생되는 폐기물의 중금속 용출을 억제할 수 있어 탈황 분진 폐기물 처리 비용 등을 절감할 수 있고 활용이 미흡한 순환 유동층 보일러 연소 잔재물을 대량 재활용할 수 있는 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제와 탈황방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 위와 같은 탈황공정중에 발생되는 탈황공정 부산물을 활용한 결합재 조성물을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제는 순도 90% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO3) 100중량부에 대하여 노내탈황 방식의 순환 유동층 보일러에서 배출되는 CaO 함량이 20∼70중량%이며, SO3 함량이 5∼35중량%인 연소 잔재물 0.1∼100중량부를 포함한다.
또한, 상기 중탄산나트륨 100중량에 대하여 생석회 미분말, 소석회 미분말, 백운석 미분말, 경소백운석 미분말, 석회석 미분말 및 고로슬래그 미분말 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물을 0.1∼100중량부 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황방법은 상기 탈황제를 투입하여 탈황 반응조에서 이산화항을 포함하는 배기가스와 반응시켜 탈황하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탈황공정 후 남은 부산물은 CaO 함량이 0.1∼35중량%, Na2O 함량이 15∼49중량%, SO3 함량이 15∼49중량% 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 결합재 조성물은 상기 탈황제를 투입하여 탈황 반응조에서 이산화항을 포함하는 배기가스와 반응시켜 배출된 탈황공정 부산물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 결합재는 상기 탈황공정 부산물 100중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 1∼10,000중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 결합재는 상기 탈황공정 부산물 100중량부에 대하여, 시멘트 1∼10,000중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 배기가스 라인에서 발생하는 SOx를 제거하기 위해 탈황제로 중탄산나트륨(NaHCO3)를 사용 시, 탈황 공정 후 발생하는 부산물에서 중금속이 용출되어 환경오염을 유발할 수 있는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 탈황 공정 시 발생되는 폐기물의 중금속 용출을 억제할 수 있어 탈황 분진 폐기물 처리 비용 등을 절감할 수 있고 활용이 미흡한 순환 유동층 보일러 연소 잔재물을 대량 재활용할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 의한 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제, 이를 이용한 탈황방법 및 이의 탈황 공정 부산물을 활용한 결합재 조성물에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 의한 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제, 이를 이용한 탈황방법 및 이의 탈황 공정 부산물을 활용한 결합재 조성물은 순도 90% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO3) 100중량부에 대하여 노내탈황 방식의 순환 유동층 보일러에서 배출되는 CaO 함량이 20∼70중량%이며, SO3 함량이 5∼35중량%인 연소 잔재물 0.1∼100중량부를 포함한다.
중탄산나트륨(NaHCO3)은 탄산나트륨 제조 시 중간물질로 생성되는 백색의 단사정계 결정을 가지는 물질로, 가열시 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 생성되면서 탄산나트륨(Na2CO3)으로 변환되고, 상기 탄산나트륨(Na2CO3)은 배출가스 중의 황산화 가스, 염화가스, 불화가스 등의 환경오염을 유발시키는 물질과 결합하여 우수한 탈황성능을 갖는다. 그러나 제철소 소결 탈황 공정에서 중탄산나트륨만을 탈황제로 사용하는 경우 반응 후 폐기물의 중금속 용출 수치가 높아 통상 매립처리되는 것이 대부분이다. 따라서, 장기간에 걸쳐 물과 접촉 시 수용액 내에 중금속류가 용출되지 않아야 한다. 철광석 소결 공정 중에 발생하는 금속류는 대개 금속으로 환원되기 이전의 산화물, 황화물 또는 수화물 등의 화합물 형태로 존재하는 데, 수용액의 pH가 부적절하여 수화물의 용해도가 높아지거나, 이들 금속 화합물을 유효하게 응집(flocculation)시키지 못하게 되면 금속들이 물에 이온으로 용해되어 침출수의 중금속 함량을 법적 기준치 이상으로 상승시키게 된다. 본 발명의 발명자는 연료와 석회석을 혼소하여 로내 탈황을 실시하는 순환 유동층 보일러 연소 잔재물이 탈황공정 폐기물 침출수 중의 중금속 용출량을 획기적으로 감소시킬 수 있음을 발견하였다.
일반적으로 상기 순환 유동층 보일러 연소 잔재물은 코크스, 석탄, 고형연료 등을 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 석회석과 혼소하여 로내 탈황하는 방식의 보일러 상하부에서 플라이애시 및 바텀애시 형태로 발생한다. 순환 유동층 보일러의 탈황공정은 연소실 내에 석회석을 주입하여 연료와 함께 연소시켜 연소가스 중의 인산화황과 석회석이 로내에서 반응하여 연소가스 중의 황은 제거되고 무수석고(CaSO4)가 생성되며, 황과 반응하지 않은 석회석은 탈탄산되어 생석회(CaO) 성분으로 전이되어 배출된다. 특히, 순환 유동층 보일러 연소 잔재물은 약 850℃의 온도에서 연소되어 유리질 성분이 없기 때문에 포졸란 반응을 일으킬 수는 없지만 CaO 및 CaSO4 성분이 매우 높게 함유되어 있다. 따라서, pH가 11.5 이상의 강알칼리 물질이며 일반적으로 중금속은 높은 알칼리도에서 더 높은 흡착과 응집을 보이며 알칼리도가 낮은 환경에서는 흡착된 중금속이 다시 용출될 수 있는데 적절히 높은 pH를 유지시킬 수 있다. 또한, Ca2+ 이온은 Na+ 이온에 비해 금속 화합물에 대한 강한 응집력을 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서, 중탄산나트륨만을 탈황제로 사용할 경우 탈황 폐기물 중의 망초(Na2SO4)가 낮은 응집 특성을 나타내는 Na+ 이온으로만 구성된 것에 비하여, 순환 유동층 보일러 연소 잔재물은 Ca2+ 이온을 제공함으로써 산화물 등의 화합물 형태로 존재하는 금속 화합물을 강하게 응집(flocculation)시킬 수 있기 때문에, 중금속이 수용액 중에 용해되는 것을 억제할 수 있고, 그 결과 수용액 중의 중금속 이온의 농도는 낮아질 수 있다.
또한, 상기 연소 잔재물은 주성분이 생석회(CaO) 및 무수석고(CaSO4) 성분으로 생석회는 물과 반응 시 소석회(Ca(OH)2)로 전이 후 안정된 탄산칼슘 성분으로 전이될 수 있을 뿐만 아니라 무수석고 성분은 중탄산나트륨 성분과 반응하여 안정된 탄산칼슘 성분 전이될 수 있다. 따라서, 중금속류를 흡착 또는 응집하여 가장 안정된 물질 상태인 탄산염으로 침전되며 수용액 중의 중금속 이온의 농도를 낮출 수 있다.
상기 연소 잔재물은 CaO 함량이 20∼70중량%이며, SO3 함량이 5∼35중량%를 함유한 상태가 바람직하다. CaO 함량이 20중량% 미만이면 중금속 흡착 효과가 저하되고 70중량%를 초과할 경우 상대적으로 SO3 함량이 감소하여 그 효과가 오히려 저하하게 된다. SO3 함량이 5중량% 미만이면 전체적으로 무수석고 성분이 적어 그 효과가 저하되고 SO3 함량이 35%를 초과하게 될 경우 상대적으로 CaO 함량이 적게 되어 중금속 용출 저감 효과가 저하하게 된다.
또한, 상기 연소 잔재물은 중탄산나트륨(NaHCO3) 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 0.1중량부 미만일 경우 그 효과가 발휘되지 못하고 100중량부를 초과할 경우 상대적으로 중탄산나트륨의 함량이 줄어들어 탈황 효율이 크게 저하하게 된다.
또한, 상기 중탄산나트륨 100중량에 대하여 생석회 미분말, 소석회 미분말, 백운석 미분말, 경소백운석 미분말, 석회석 미분말 및 고로슬래그 미분말 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물을 0.1∼100중량부 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 물질들은 칼슘 또는 마그네슘 이온을 함유하고 있으며 산성가스를 흡착한다. 산성가스와 반응하여 황산칼슘 또는 황산마그네슘 형태로 변화되고, 이렇게 생성된 황산염은 중금속을 흡착하는 기능을 수행한다. 따라서, 중금속뿐만 아니라 산성가스를 흡착하는 반응을 보이기 때문에 중탄산나트륨의 사용량 감소로 인하여 탈황효율이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황방법은 상기 탈황제를 투입하여 탈황 반응조에서 이산화항을 포함하는 배기가스와 반응시켜 탈황하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 탈황제는 기존 제철소 탈황 설비의 변형 없이 탈황제만 변경하여 기존 공정과 동일하게 사용이 가능하다.
또한, 상기 탈황공정 후 남은 부산물은 CaO 함량이 0.1∼35중량%, Na2O 함량이 15∼49중량%, SO3 함량이 15∼49중량% 범위인 것이 바람직하다. 기존 중탄산나트륨만을 탈황제로 사용할 경우 부산물의 주 결정 형태는 황산나트륨, 탄산나트륨, 염화나트륨 등으로 구성되나, 본 발명의 경우 그 외 생석회, 무수석고, 탄산칼슘 등이 추가로 존재할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 결합재 조성물은 상기 탈황제를 투입하여 탈황 반응조에서 이산화항을 포함하는 배기가스와 반응시켜 배출된 탈황공정 부산물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 기존 중탄산나트륨만을 탈황제로 사용할 경우에 비해 생석회, 무수석고, 탄산칼슘 성분이 추가로 존재하기 때문에 철근 부식 우려가 없는 시멘트 혼화재료, 콘크리트 2차제품용 결합재, 연약지반 처리용 고화재, 지반 그라우트재 등 다양한 용도에 활용이 가능하다.
또한, 상기 결합재는 상기 탈황공정 부산물 100중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 1∼10,000중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 1중량부 미만이면 그 효과가 미비하며, 10,000중량부를 초과할 경우 자극제의 함량이 상대적으로 적어져 강도 발현이 어렵게 된다.
통상의 고로슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 표면에 비결정질 피막이 형성되어, 내부의 Ca2+, Al3+ 등의 용출이 이루어지지 않는다. 그러나, 탈황공정 부산물을 혼입 후 물을 투입하게 되면, 상기 연소 잔재물이 함유하고 있는 황산나트륨, 생석회 및 무수석고 성분에 의해 자극을 받아 경화될 수 있다. Na+, Ca2+ 및 SO4 2-로 용해되어 높은 pH를 유지시킴과 더불어 황산염 자극을 유도하고 CaO 성분이 물과 반응하여 Ca(OH)2로 변환되어 생성된 OH-와 탈황 과정 중 생성된 SO4 2-성분이 고로슬래그 미분말의 비결정질 피막을 파괴하여 Ca2+, Al3+ 등의 용출이 용이하게 되고, 용출 이온들이 CaO-SiO2-H2O계 수화물 등을 생성하게 됨으로써 경화를 빠르게 촉진하고, 잉여 황산화물은 침상형의 구조를 가지는 에트린가이트 수화생성물(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)을 생성시킴으로써 수화체 내부의 조직을 치밀화하여 경화체의 압축강도를 향상시킬 수 있다. 따라서 상기 탈황 공정 부산물은 고로 슬래그 미분말의 반응 촉진재로서 매우 효과적으로 활용할 수 있다.
또한, 상기 결합재는 상기 탈황공정 부산물 100중량부에 대하여, 시멘트 1∼10,000중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 시멘트는 일반 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 준조강 시멘트, CSA(Calcium Sulfur Aluminate), 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 중 어느 하나이거나 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. 상기 시멘트는 1중량부 미만일 경우 그 효과가 미비하며, 반대로 10,000중량부를 초과할 경우 강도는 크게 증진되나 상대적으로 연소 잔재물의 혼입량이 감소하고 비용이 과도하게 상승하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 의한 탈황공정 부산물은 다양한 건설재료의 결합재로 재사용이 가능하다.
이상, 제철소 철광석 소결 공장의 중탄산나트륨 탈황제에의 응용을 기준으로 본 발명을 상술하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 순환 유동층 보일러 연소 잔재물을 중탄산나트륨에 혼합한 탈황제는 고형연료 및 바이오 고형연료 발전소, 도시/산업 쓰레기 소각장, 코크스 소결로 등 중탄산나트륨계 탈황제를 사용할 때 발생하는 폐기물 분진에 적용 가능함은 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니된다.
비교예(탈황제 : 중탄산나트륨 100%)
먼저, 제철소 소결 탈황 공정에 탈황제로 순도 99.1%인 중탄산나트륨만을 100중량부를 사용하여 발생된 탈황공정 폐기물의 중금속 용출실험(폐기물공정시험 기준)을 실시하였다.
실시예1(탈황제 : 중탄산나트륨 90중량%, 연소 잔재물 10중량%)
제철소 소결 탈황 공정에 순도 99.1%의 중탄산나트륨 90중량%와, 순환 유동층 보일러에서 배출되는 연소 잔재물 10중량%를 혼합하여 제조한 탈황제를 투입하여 발생된 탈황공정 폐기물의 중금속 용출실험을 실시하였다.
상기 연소 잔재물은 순환 유동층 보일러에서 석회석과 페트로 코크스를 혼합 연소하여 로내탈황을 실시하여 발생된 것이며, CaO 함량이 63.5중량%, SO3 성분이 24.7중량%이다.
실시예2(탈황제 : 중탄산나트륨 90중량%, 연소 잔재물 5중량%, 경소백운석 5중량%)
제철소 소결 탈황 공정에 순도 99.1%의 중탄산나트륨 90중량%와, 순환 유동층 보일러에서 배출되는 연소 잔재물 5중량%와, 순도 약 85중량%의 경소백운석 미분말 5중량%를 혼합하여 제조한 탈황제를 투입하여 발생된 탈황공정 폐기물의 중금속 용출실험을 실시하였다.
상기 연소 잔재물은 순환 유동층 보일러에서 석회석과 페트로 코크스를 혼합 연소하여 로내탈황을 실시하여 발생된 것이며, CaO 함량이 63.5중량%, SO3 성분이 24.7중량%이다.
제철 소결 탈황 공정 후 탈황제 종류에 따른 중금속용출 결과 분석
아래 표 1은 제철 소결 탈황 공정 후 탈황제 종류에 따른 중금속용출 결과를 나타내었다.
KSLT
6가크롬 구리 수은 카드뮴 납 비소 시안
허용기준 1.5 3.0 0.005 0.3 3.0 1.5 1.0
비교예 1 불검출 1.894 0.012 0.289 5.11 0.245 불검출
실시예 1 불검출 불검출 불검출 불검출 0.428 불검출 불검출
실시예 2 불검출 불검출 불검출 불검출 0.417 불검출 불검출
분석결과, 표 1에서 보는바와 같이 비교예에서 발생된 탈황공정 폐기물의 경우 수은, 납이 허용 기준치를 초과하는 것으로 나타났다. 그러나 실시예 1과 2는 납을 제외한 모든 항목이 불검출 되었으며, 특히 납은 비교예에 비하여 약 1/10 수준으로 낮게 검출되었음을 확인할 수 있었다.
이는 Ca2+ 이온이 Na+ 이온에 비해 금속 화합물에 대한 강한 응집력을 나타내어 중탄산나트륨만을 탈황제로 사용할 경우 탈황 폐기물 중의 망초(Na2SO4)가 낮은 응집 특성을 나타내는 Na+ 이온으로만 구성된 것에 비하여, 순환 유동층 보일러 연소 잔재물 및 경소백운석이 혼합된 실시예에서는 탈황제에서 Ca2+ 이온을 제공함으로써 산화물 등의 화합물 형태로 존재하는 금속 화합물을 강하게 응집(flocculation)시킬 수 있어 중금속이 수용액 중에 용해되는 것을 억제하였기 때문으로 판단된다.
탈황 공정 후 폐기물의 결합재로서 압축강도 측정
비교예 및 실시예1에 따른 탈황 폐기물을 결합재로서 활용성을 평가하기 위해 압축강도를 측정한 결과를 아래 표 2에 나타내었다. 물결합재비는 68% 조건이며 페이스트 형태로 제작하였다.
실험 인자 압축강도(MPa)
NO. 비교예 실시예1 1종
시멘트		 고로슬래그 미분말 3일 재령 7일 재령 28일 재령
1 100 0.34 1.23 1.89
2 100 0.67 2.25 3.87
3 30 70 4.65 8.30 14.23
4 30 70 5.75 11.31 19.32
5 30 20 50 7.97 12.56 23.47
6 30 20 50 11.27 18.81 30.81
압축강도 측정 결과 중탄산나트륨만을 탈황제로 사용한 비교예에 비하여 중탄산나트륨에 페트로 코크스 연소 잔재물을 혼합하여 탈황제로 사용한 실시예1의 압축강도가 크게 나타났다. 이는 생석회 및 석고의 함량이 더 높아 자경성이 더 강하게 나타난 것으로 판단된다. 더욱이 높은 생석회 및 석고의 함량이 높을 경우 고로슬래그의 잠재수경성을 활성화시켜 수화시키는데 매우 효과적이기 때문에 1종 시멘트만을 사용한 경우에 비하여 고로슬래그 미분말이 추가 혼입된 경우가 모든 재령에서 더욱 높은 강도를 보임을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 소결공정에서 발생되는 산성가스의 제거 및 탈황 집진 더스트 중의 중금속 용출 억제 기능이 우수하고, 탈황 공정 후 부산되는 폐기물이 환경 기준치에 부합하여 폐기물 처리비용을 절감할 수 있고, 폐기물의 재활용시 중금속으로 인한 문제를 해결할 수 있는 중금속 용출을 억제하기 위한 탈황제, 이를 이용한 탈황방법 및 이의 탈황 공정 부산물을 활용한 결합재 조성물을 제공하는 발명의 효과를 가진다.

Claims (5)

  1. 순도 90% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO3) 100중량부에 대하여, 노내탈황 방식의 순환 유동층 보일러에서 배출되는 연소 잔재물 0.1∼100중량부를 포함하며,
    상기 연소 잔재물은 순환 유동층 보일러에서 배출되고, CaO 함량이 20∼70중량%이고, SO3 함량이 5∼35중량%인 것을 특징으로 하는 탈황제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중탄산나트륨 100중량에 대하여 생석회 미분말, 소석회 미분말, 백운석 미분말, 경소백운석 미분말, 석회석 미분말 및 고로슬래그 미분말 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황제.
  3. 제1항 또는 제2항에 의한 탈황제를 투입하여 탈황 반응조에서 이산화황을 포함하는 배기가스와 반응시켜 탈황하는 것을 특징으로 하는 탈황방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탈황 반응조에서 탈황공정 후 남은 탈황공정 부산물은 황산나트륨 50∼88.7중량%, 탄산나트륨 1∼20중량%, 염화나트륨 0.1∼10중량%, 생석회 0.1∼10중량%, 무수석고 0.1∼10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황방법.
  5. 제4항에 의한 탈황공정 부산물을 포함하는 것을 특징으로 하는 결합재 조성물.
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