KR20230127135A

KR20230127135A - 유동층상 보일러 석탄회와 미분탄 석탄회를 포함하는 고화재 조성물

Info

Publication number: KR20230127135A
Application number: KR1020220175534A
Authority: KR
Inventors: 김석규; 김태형; 송명신; 송현진
Original assignee: 동창기업주식회사
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2023-08-31
Also published as: KR102586157B1

Abstract

본 발명은 (1) Na₂SO₄가 5 내지 20 중량%로 포함된 미분탄 석탄회 20 내지 65 중량%; (2) free-CaO를 포함하는 CaO가 15 중량% 이상으로 포함된 유동층상 보일러 석탄회 20 내지 50 중량%; (3) 고로슬래그 5 내지 15 중량%; (4) 칼슘페라이트 3 내지 15 중량%; (5) 고흡수성 수지 1 내지 5 중량%;를 포함하는 유동층상 보일러 석탄회와 미분탄 석탄회를 포함하는 고화재 조성물에 관한 것이다.

Description

유동층상 보일러 석탄회와 미분탄 석탄회를 포함하는 고화재 조성물{A solidification composites pulverized coal ash and fluidized-bed boiler coal ash}

본 발명은 유동층상 보일러 석탄회와 미분탄 석탄회를 포함하는 고화제 조성물에 관한 것으로서, 상기 고화제 조성물은 매립장 복토재 및 성토재, 지반안정재 등으로 사용할 수 있다.

성토재는 일반적으로 건축, 토목, 도로, 지하철 등의 공사현장에서 발생되는 토사를 활용하거나, 부족 시는 인근 야산의 토사를 활용하고 있다. 하지만 현재 전국적으로 토사가 부족하여 성토공사 현장에서는 성토재 구입에 따른 공사 지연이 발생되고 있으며, 폐기물 중간처리업체 또한 폐기물을 재활용함에 있어, 폐기물에 토사를 1:1의 비율로 혼합하여 재활용 하여야 하나 토사를 구입할 수 없어 재활용에 많은 어려움을 겪고 있는 현실이다.

석탄회에 대한 재활용 용도 및 관련 기준은 "철강 슬래그 및 석탄배출사업 자의 재활용 지침"에서 15개 재활용 용도를 규정하고 있으며, 아울러 관련 성능 기준도 제시하고 있다. 그러나 규정된 기준은 개별 인허가된 설계시공 지침에 의한 품질기준에 적합하도록 한다는 규정만 되어 있으며 구체적인 관리 기준은 없는 상태이다. 환경부 지침에서 규정하는 성토재료 활용을 위한 각 용도별 품질 기준은 별도로 규정되어 있다. 노체, 노상, 뒷채움, 동상방지층, 보조기층 등이 성토용 분야로 포함되며, 가장 대표되는 성능 기준은 수정 C.B.R 값으로 대별할 수 있다. 석탄회 자체로는 성능 기준 충족 여부가 확실하지 않기 때문에 혼합토 사용 비율에 대한 기준 수립이 필요하며, 환경적인 유해 여부에 대한 검토가 필요하다.

한편, 매립장 복토재는 일일복토재, 중간 복토재로 구분되는데, 폐기물의 무단 투기 혹은 무계획적인 매립으로 인해 많은 환경문제가 발생함에 따라 매립지의 적정 설계, 위생적인 관리 및 합리적인 운영이 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 그러므로 폐기물 매립 시 발생되는 침출수 처리와 매립장 운영 시 발생되는 폐기물의 분진 및 가스상 물질에 의한 환경문제의 저감을 위해서는 매립지와 매립 작업의 적절한 관리 운영, 매립 작업 후의 복토, 그리고 매립 가스의 효율적인 포집과 안전한 처리 등이 필요하다.

매립지의 복토는 쓰레기 냄새 발생억제, 병원균의 확산방지, 화재 방지, 침출수 저감 및 지표수와 지 하수 오염방지, 우수 배제 등의 역할을 수행하기 위하여 현재 폐기물관리법에 의거하여 투수성이 낮은 양질의 흙을 사용하여 두께 15cm 이상으로 다지도록 하고 있다. 그러나, 대다수 매립장이 복토재로 사용할 흙의 확보에 어려움을 겪고 있어 최근에는 토사의 확보 및 구입, 운반 등에 따르는 문제와 복토를 두껍게 실시함으로써 생기는 매립 용적의 감소 문제를 해결하기 위하여 흙 이외의 다른 물질의 사용이 활발하게 검토되고 있다. 특히 좁은 국토와 많은 인구 등으로 인해 매립지 확보에 어려움이 예상되는 현실을 감안한다면 일일복토재로서의 기능을 발휘하면서도 흙을 대체할 대용복토재의 개발 및 실용화는 이미 가지고 있는 매립지의 수명연장과 경제적인 측면에서 중요한 의미를 가진다.

대한민국 등록특허 10-1127059호

본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

폐기되어 발전소 매립장에 매립되는 미분탄 석탄회, 유동층상 보일러 석탄회, 고로슬래그 및 칼슘페라이트 화합물 등을 사용함으로써, 쓰레기 매립장의 일일복토재, 도로 등의 성토재, 지반안정재, 폐광산의 중금속 고화용 안정화재, 산성 오염수에 의한 오염 방지재로 사용할 수 있는 흙과 동일한 색상과 형태를 가지는 인공 토양 형태의 고화재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,

(1) Na₂SO₄가 5 내지 20 중량%로 포함된 미분탄 석탄회 20 내지 65 중량%;

(2) free-CaO를 포함하는 CaO가 15 중량% 이상으로 포함된 유동층상 보일러 석탄회 20 내지 50 중량%;

(3) 고로슬래그 5 내지 15 중량%;

(4) 칼슘페라이트 3 내지 15 중량%;

(5) 고흡수성 수지 1 내지 5 중량%;를 포함하는 유동층상 보일러 석탄회와 미분탄 석탄회를 포함하는 고화재 조성물을 제공한다.

본 발명의 고화재 조성물은 천연 흙을 대체하여, 폐기되는 미분탄 석탄회, 유동층상 보일러 석탄회, 고로슬래그 및 칼슘페라이트 등을 사용함으로써, 환경 보호 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 고화재 조성물은 가격 급등 등에 의해 수급이 원활하지 않은 모래와 같은 골재를 대체함으로써, 지반 보강을 안정적 및 경제적으로 수행할 수 있게 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 고화재 조성물은 매립장 복토, 도로 등의 성토재 등으로 사용되어 절토에 의한 환경 파괴를 방지하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 고화재 조성물은 중금속 안정화재로 사용되어 2차적인 중금속 오염을 방지하며, 폐광산에서 발생하는 중금속 이온을 효율적으로 고화시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 고화재 조성물은 알칼리 활성화제를 전혀 사용하지 않고 고로슬래그 및 중금속 고화용 재료로서 칼슘페라이트 화합물을 사용하여 경화시킴으로써, 광산 채굴적 충진시 경제성 및 친환경성을 획기적으로 개선시킨다.

또한, 본 발명의 고화재 조성물은 수화 및 경화된 상태에서 pH가 12 내지 13이 되는 칼슘페라이트 화합물에 함유되어 있는 다량의 영가 철 성분에 의하여 산성 오염수의 중화처리도 가능하므로, 산성 오염수에 의한 오염 방지제로서 폐광산 주변의 오염을 효과적으로 방지하는 효과를 제공한다.

도 1은 시험예 1에서 실시된 제1 내지 제3 실험의 실시 방법을 모식적으로 도시한 도면이며,
도 2는 석탄회 매립장에 1년 이상 매립된 미분탄 플라이애시의 성분 분석표이며,
도 3은 비매립된 미분탄 플라이애시의 성분 분석표이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 유동층상 보일러 석탄회와 매립된 미분탄 석탄회를 포함하는 고화재 조성물은 (1) Na₂SO₄가 5 내지 20 중량%로 포함된 미분탄 석탄회 20 내지 65 중량%; (2) free-CaO를 포함하는 CaO가 15 중량% 이상으로 포함된 유동층상 보일러 석탄회 20 내지 50 중량%; (3) 고로슬래그 5 내지 15 중량%;

(4) 칼슘페라이트 3 내지 15 중량%; (5) 고흡수성 수지 1 내지 5 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고화재 조성물은 쓰레기 매립장의 일일복토재, 도로 등의 성토재, 지반안정재, 폐광산에서 발생하는 중금속 이온을 효과적으로 고화시킬 수 있는 폐광산의 중금속 고화용 안정화재, 산성 오염수에 의한 오염 방지재로 유용하게 사용될 수 있다.

상기 Na₂SO₄가 5 내지 20 중량%로 포함된 미분탄 석탄회로는 미분탄 보일러에서 발생하여, 석탄회 매립장에 1년 이상 매립된 미분탄 석탄회가 사용될 수 있다. 미분탄 석탄회가 매립장에 1년 이상 매립되는 경우, 반복적인 강우, 해수 유입 및 배출 등으로 석탄회의 불순물이 적어진 상태가 된다. 특히, 이러한 미분탄 석탄회는 비매립 미분탄 석탄회와 비교하여 Na₂SO₄의함량이현저히 증가되는 특징을 갖는다. 즉, 미분탄 보일러에서 배출된 비매립 미분탄 석탄회에는 Na₂SO₄가0.1 내지1 중량%로 포함되나, 석탄회 매립장에 1년 이상 매립된 미분탄 석탄회에는 Na₂SO₄가 5 내지 20 중량%로 포함된다. 특히, 본 발명에서는 Na₂SO₄가 10 내지 20 중량%로 포함된 미분탄 석탄회가 바람직하게 사용될 수 있다.

위와 같은 사실은 도 2 및 도 3에 나타낸 매립 미분탄 석탄회와 비매립 미분탄 석탄회에 대한 성분분석표로부터 확인될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3에서 Na₂O는 Na₂SO₄에 포함된 성분으로서 SO₃와 Na₂SO₄를 형성하며, 이 때, SO₃가 한계성분(한계반응물)으로 작용하게 된다. 구체적으로 도 2의 매립 미분탄 석탄회의 경우, SO₃가 7.96 중량%로 포함되어 있는데 이 성분이 한계성분이 되므로 화학양론적으로 계산하면 Na₂SO₄는 14.12 중량%가 포함된다. 반면, 도 3의 비매립 미분탄 석탄회의 경우, Na₂O가 0.552 중량%로 포함되어 있는데 이 성분이 한계성분이 되므로 화학양론적으로 계산하면 Na₂SO₄는 1 중량% 이하로 포함된다.

상기 Na₂SO₄ 성분이 5 내지 20 중량%로 포함된 미분탄 석탄회는 고화재 조성물의 투수성을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다. 따라서 이러한 고화재 조성물은 강우 시 또는 홍수 시, 안정적인 지반 보강 및 매립장 복토, 도로 등의 성토재 등으로 사용되어 안정적으로 지반을 유지할 수 있다.

한편, Na₂SO₄ 는 Na₂O와 SO₃로 해리되는데, 상기 SO₃는 CaO, Al₂O₃와 반응하여 에트링자이트를 생성한다. 상기 에트링자이트는 시멘트 재료에서 생성되는 화합물로서 속경, 조강 등의 특성을 제공하는 물질로 알려져 있다. 따라서, 미분탄 석탄회에 Na₂SO₄가 상술한 범위로 포함되는 경우, 이러한 에트링자이트에 의해 경화체의 압축강도가 현저하게 향상된다.

또한, 상기 에트링자이트는 중금속 이온의 고정화 효과를 향상시킨다. 따라서, 미분탄 석탄회에 Na₂SO₄가 상술한 범위로 포함되는 경우, 중금속 이온 고정화 효과가 현저하게 증가하며, 이에 따라 환경 개선 효과가 제공될 수 있다.

반면, Na₂SO₄ 성분이 5 중량% 미만으로 포함되는 경우, 고화제 조성물의 투수성 향상, 압축강도 향상, 및 중금속 이온의 고정화 효과 향상을 기대할 수 없다.

상기 미분탄 석탄회는 2년 이상 매립 상태로 유지된 것을 사용하는 것이 더욱 바람직할 수 있다.

상기 미분탄 보일러 석탄회는 바텀애시 및 플라이애시를 포함할 수 있으며, 이들은 1~2:1~2의 중량비로 포함될 수 있다.

상기 미분탄 석탄회는 조성물 총 중량에 대하여 20 내지 65 중량%로 포함되며, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량%로 포함될 수 있다.

상기 미분탄 석탄회가 20 중량% 미만으로 포함되는 경우, 투수성, 일축 압축강도, 중금속 고정화 효과가 부족해지므로 바람직하지 않으며, 65 중량%를 초과하는 경우 수화 및 고화 시간이 많이 지연되는 문제가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.

상기 미분탄 석탄회는 Na₂O를 10 중량% 이상, 바람직하게는 15 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 20 중량% 이상, 가장 바람직하게는 25 중량% 이상으로 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 고화재 조성물은 free-CaO를 포함하는 CaO가 15 중량% 이상으로 포함된 유동층상 보일러 석탄회를 포함한다. 상기 free-CaO를 포함하는 CaO는 free-CaO와 함께 CaSO₄ 같이 CaO가 다른 원자와 화합물을 이루고 있는 CaO 형태를 모두 포함하는 것을 의미한다. 즉, 광물에서 CaO는 free-CaO 형태와 CaSO₄ 같이 CaO가 다른 원자와 화합물을 이루고 있는 형태로 존재하며, 상기 free-CaO는 별도로 분리되어 CaO 상태로 존재하는 산화칼슘(CaO)만을 의미한다.

상기 free-CaO를 포함하는 CaO가 전체 화학적 조성에서 15 중량% 미만일 경우, 매립회의 수화 작용을 촉진 시키는 역할이 약해 경화특성이 바람직하게 진행되지 않는 단점이 발생하므로 바람직하지 않다. 상기 free-CaO를 포함하는 CaO의 함량의 상한값은 예를 들어, 25 중량%, 30 중량%, 또는 40 중량%일 수 있다.

상기 유동층상 보일러 석탄회는 조성물 총 중량에 대하여 20 내지 50 중량%로 포함되며, 더욱 바람직하게는 25 내지 35 중량%로 포함될 수 있다.

유동층상 보일러 석탄회가 20 중량% 미만으로 포함되는 경우 매립회의 수화 촉진 역할이 약해 경화특성이 바람직하게 진행되지 못하므로 바람직하지 않으며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 과다한 수화열의 발생으로 균열 발생 등의 문제가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.

본 발명의 조성물에 있어서, 상기 고로슬래그로는 특히, 급냉 고로 수쇄슬래그가 바람직하게 사용될 수 있다. 급냉 고로 수쇄슬래그가 사용되는 경우에는 본 발명의 조성물의 경화 후 장기 일축 압축강도 향상 효과가 우수한 점에서 바람직하다.

상기 고로슬래그는 미분탄 석탄회인 바텀애시 및 플라이애시의 고형화를 위하여 사용된다. 상기 고로슬래그는 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 15 중량%로 포함되며, 더욱 바람직하게는 7 내지 12 중량%로 포함될 수 있다. 상기 고로슬래그가 5 중량% 미만으로 포함되면 충분한 고형화 반응이 진행되지 못하여 고형화 압축강도가 미약한 단점이 발생하며, 15 중량%를 초과하면 필요 이상으로 고형화 압축강도가 발현되어 경제적이지 못하다.

본 발명의 조성물에 있어서, 상기 칼슘페라이트는 mCaO·nFe₂O₃ 화합물로서 mCaO·nFe₂O₃ 함량이 65 내지 90 중량%인 칼슘페라이트 화합물이 사용되며, 상기 칼슘페라이트 화합물은 바텀애시 및 플라이애시 또는 중금속이온과 반응하여 칼슘페라이트-중금속 복합염 화합물을 생성하여 중금속 이온을 고화시키며, 본 발명의 조성물의 경화특성을 구현한다.

상기 칼슘페라이트는 조성물 총 중량에 대하여 3 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 8 내지 12 중량%로 포함될 수 있다. 상기 칼슘페라이트가 3 중량% 미만으로 포함되면 중금속 고정화 복합염의 생성이 어렵고, 15 중량%를 초과하면 지나치게 빠른 경화 특성으로 인하여 사용에 적합하지 못하다.

본 발명의 조성물에 있어서, 상기 고흡수성 수지로는 폴리아크릴산계 고흡수성 수지를 포함할 수 있다.

상기 폴리아크릴산계 고흡수성 수지로는 폴리 아크릴 아마이드, 폴리아크릴산, 폴리 메타크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으며, 시판중인 제품으로서, 예를 들어, LG화학의 “SAP”를 구입하여 사용할 수 있다.

상기 고흡수성 수지는 물과 결합하여 중금속이온을 고정화 시키는 역할과, 고정화된 중금속 이온이 다시 용출되지 않도록 안정화 시키는 기능을 수행한다.

상기 고흡수성 수지는 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2 내지 4 중량%로 포함될 수 있다.

상기 고흡수성 수지가 1 중량% 미만으로 포함되면 팽윤작용이 제대로 진행되지 못하여 중금속 이온의 고정화 효과가 미약하며, 5 중량%를 초과하는 경우 지나치게 물을 흡수하여 혼합 등의 작업성을 잃게 된다.

이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시 예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.

실시예 1~4: 일일복토재용 고화재 조성물 제조

하기 표 1의 성분들을 혼합하여 폐광산의 일일복토재용 고화재 조성물을 제조하였다.

성분		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예 1
매립 미분탄 석탄회	Na₂SO₄ 함량 14.12 wt%	46	45	60	50	0
비-매립 미분 석탄회	Na₂SO₄ 함량 1 wt% 이하	0	0	0	0	49
유동층상 보일러 석탄회 (free-CaO를 포함하는 CaO가 전체 화학적 조성에서 25 중량%)		35	30	25	30	30
고로슬래그		8	12	10	11	18
칼슘페라이트		8	8	12	7	0
고흡수성 수지(폴리아크릴산계 고흡수성 수지로서 LG화학의 상품명 “SAP” 사용)		3	5	3	2	3
총합(중량%)		100	100	100	100	100

<실시예 1~4 사용>

매립 미분탄 석탄회: 바텀애시 및 플라이애시의 1:1 혼합물 사용(상기 매립 미분탄 바텀애시 및 플라이애시로는 한국서부발전 태안화력 발전소에서 배출되어, 석탄회 매립장에 1년 이상 매립된 것을 사용함)

유동층상 보일러 플라이애시로는 한국남부발전 삼척화력 발전소 産 사용

<비교예 1 사용>

비매립 미분탄 석탄회: 바텀애시 및 플라이애시 1:1 혼합물 사용(상기 비매립 바텀애시 및 비매립 플라이애시로는 한국남부발전 삼척화력발전소에서 배출된 것을 사용함)

시험예 1: 매립장 복토재용 고화재 조성물의 물성평가

1) 일축 압축강도 측정

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 각각의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물 100 중량부에 대하여 물 50 중량부를 혼합한 후 3분간 전동 혼합기로 혼합 교반 한 후, 4×4×16cm의 몰드로 성형시켰다. 비교예 2로는 일반 포틀랜드 시멘트를 사용하여 동일한 방법으로 성형시켰다.

상기에서 제조된 성형체를 상온(20±3℃)에서 24시간 동안 양생한 후, 몰드에서 탈형시켰다. 상기 성형체를 60±5℃, 습도 90%의 습기 양생 조건에서 10시간 동안 양생하였다. 이때 60℃까지의 승온속도는 1시간당 10℃로 하여 급격한 온도의 상승을 방지하였다. 상기 10시간 동안 습기 양생한 시험체를 꺼내어 다시 상온(20±3℃)에서 24시간 동안 대기 양생하였다.

본 발명의 고화재 조성물의 강도 발현 능력을 확인하기 위하여 상기에서 제조된 시험체의 압축강도를 측정하였다. 압축강도측정은 KSL ISO(시멘트 모르타르 압축강도 측정방법) 기준에 따라 실시하였다.

	실시예				비교예
	1	2	3	4	1	2
압축강도(MPa)	19.1	21.9	21.8	20.2	7.2	11.8

***비교예 2: 일반 포틀랜드 시멘트 사용

상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4의 고화재 조성물로 제조된 시험체의 경우, 비매립 미분탄 석탄회를 사용한 고화재 조성물인 비교예 1의 시험체보다 현저히 우수한 압축강도 발현 성능을 나타냈다.

2) 중금속 이온 고정화 특성 측정

상기 실시예에서 제조된 매립장 복토재용 고화재 조성물의 중금속 이온 고정화 성능을 평가하기 위하여, 바닥이 막혀 있고, 중간에 물 빠짐 구멍이 형성된 판이 횡방향으로 형성되어 있고, 윗부분이 오픈되어 있는 직경 30cm의 원통형 컬럼을 준비하였다(도 1 참조). 폐광미로는 삼척시 가곡광산의 폐광미를 준비하였다.

<폐광미에 포함된 중금속 및 pH 측정>

상기 삼척시 가곡광산의 폐광미에 포함되어 있는 중금속 함량 및 pH를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.

	함유량(ppm)					pH
	Cu	Pb	As	Cd	Zn	pH
폐광미	2.01	1.59	0.0	0.1	742.42	4.25

<제1시험>

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 3개에 각각 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물(10)을 20cm의 높이로 채우고, 그 위에 폐광미(20)를 10cm의 높이로 채운 후, 컬럼의 위쪽에서 50 L의 이온 정제수(40)를 부어 아래로 통과시켰다. 상기 통과된 여과수(42)를 모아 중금속 함유량 및 pH를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

<제2시험>

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 3개에 각각 폐광미(20)를 10cm의 높이로 채운 후, 그 위에 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물(10)을 20cm의 높이로 채운 후, 컬럼의 위쪽에서 50 L의 이온 정재수(40)를 부어 아래로 통과시켰다. 상기 통과된 여과수(42)를 모아 중금속 함유량 및 pH를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

<제3시험>

도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기에서 준비된 원통형 컬럼(50) 3개에 각각 폐광미와 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 1:1의 체적비로 섞은 후 30cm의 높이로 채운(30) 후, 컬럼의 위쪽에서 50L의 이온 정재수(40)를 부어 아래로 통과시켰다. 상기 통과된 여과수(42)를 모아 중금속 함유량 및 pH를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

		함유량(ppm)					pH
		Cu	Pb	As	Cd	Zn	pH
환경오염 기준		3.0	3.0	불검출	0.3	없음	-
실시예 1	제1시험	0.00	0.00	0.00	0.00	0.032	7.11
	제2시험	0.00	0.00	0.00	0.00	0.009	7.42
	제3시험	0.00	0.00	0.00	0.00	0.015	7.27
실시예 2	제1시험	0.00	0.00	0.00	0.00	0.198	7.45
	제2시험	0.00	0.00	0.00	0.00	0.173	7.21
	제3시험	0.00	0.00	0.00	0.00	0.401	7.38
비교예 1	제1시험	1.55	0.99	0.00	0.074	592.80	3.82
	제2시험	1.49	0.85	0.00	0.061	527.21	4.17
	제3시험	1.87	1.21	0.00	0.091	592.46	4.04

상기 표 4로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 2의 폐광산의 중금속 고화용 안정화재 조성물을 사용하는 경우, 여과수에서 폐광미에 포함된 중금속인 Cu, Pb, As 및 Cd가 전혀 검출되지 않았다. 또한, Zn의 경우도 최초 폐광미에 포함된 양(742.42 ppm)과 비교하여 크게 감소한 것으로 확인되었다. 또한, 여과수의 pH도 7.11~7.45로 거의 중성에 가까운 것으로 확인되었다.

반면, 비교예 1의 경우는 환경오염 기준을 통과하지만, 실시예 1 및 실시예 2와 비교하여 중금속의 잔류량이 많은 것으로 나타나 중금속 이온 고정화 효과가 실시예와 비교하여 현저히 차이가 나는 것을 알 수 있다. 특히 pH는 산성의 범위에서 벗어나지 못하고 있어 산성수에 의한 중금속 이온의 지속적인 용출이 방지하기 어려울 것으로 판단되었다.

본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

(1) Na₂SO₄가 5 내지 20 중량%로 포함된 미분탄 석탄회 20 내지 65 중량%;
(2) free-CaO를 포함하는 CaO가 15 중량% 이상으로 포함된 유동층상 보일러 석탄회 20 내지 50 중량%;
(3) 고로슬래그 5 내지 15 중량%;
(4) 칼슘페라이트 3 내지 15 중량%;
(5) 고흡수성 수지 1 내지 5 중량%;를 포함하는 유동층상 보일러 석탄회와 미분탄 석탄회를 포함하는 고화재 조성물.
제1항에 있어서,
상기 미분탄 석탄회는 화력발전소의 미분탄 보일러에서 연소후 배출되어, 석탄회 매립장에 1년 이상 매립된 것을 특징으로 하는 고화재 조성물.
제2항에 있어서,
상기 미분탄 석탄회는 바텀애시와 플라이애시가 혼합된 것을 특징으로 하는 고화재 조성물.
제1항에 있어서,
상기 칼슘페라이트는 mCaO·nFe₂O₃ 화합물로서 mCaO·nFe₂O₃ 함량이 65 내지 90 중량%인 칼슘페라이트 화합물인 것을 특징으로 하는 고화재 조성물.
제1항에 있어서,
상기 고흡수성 수지는 폴리 아크릴 아마이드, 폴리아크릴산, 폴리 메타크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고화재 조성물.
제1항에 있어서,
일일복토재, 성토재, 지반안정재, 폐광산의 중금속 고화용 안정화재, 또는 산성 오염수에 의한 오염 방지재로 사용되는 것을 특징으로 하는 고화재 조성물.