KR19980046062A

KR19980046062A - 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화방법

Info

Publication number: KR19980046062A
Application number: KR1019960064347A
Authority: KR
Inventors: 박현서; 반봉찬
Original assignee: 이대원; 삼성중공업 주식회사
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 1998-09-15
Also published as: KR100488140B1

Abstract

칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화 방법에 관한 내용이 개시된다. 제철 및 제강공정에서 부산하는 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 쓰레기 소각재와 혼합하고, 혼합된 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 쓰레기 소각재를 용융시키면, 처리비용을 대폭 줄일 수 있으며, 도시쓰레기 소각재에 포함된 10∼20%의 금속성분을 회수하여 재활용 할 수 있으며, 용해 작업후 생성되는 슬래그를 벽돌과 자갈 등 건축자재로 재활용 할 수 있다.

Description

칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화 방법

본 발명은 쓰레기 소각재를 안정화하는 안정화 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 칼슘카바이드(CaC₂) 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 쓰레기 속각로에서 발생되는 소각재는 비산재와 바닥재 두 가지 종류가 있는데, 이중 대부분(80∼85%)은 바닥재이다. 바닥재는 주로 30∼40%의 산화규소(SiO₂,)와, 12∼17%의 산화칼슘(CaO)과, 6∼10%의 산화알루미늄(Al₂O₃), 1-5%의 철(Fe)과, 3∼7%의 산화나트륨(Na₂O)과, 2∼3%의 미연소분 등으로 이루어지며, 비산재는 바닥재보다 염기성 성분을 보다 많이 포함한다. 이러한 비산재와 바닥재에는 크롬(Cr), 주석(Sn), 구리(Cu), 납(Pb) 등의 중금속이 다량 함유되어 있다. 또한, 도시쓰레기 소각로의 소각재에는 약 10∼20%의 금속성분도 포함되어 있다.

소각에 의한 쓰레기 감량은 30∼50%이며, 소각재 냉각용으로 물을 사용하면 소각에 의한 쓰레기 감량은 약 50%정도 된다. 이러한 소각재는 전량 별다른 후처리 없이 매립되고 있다. 따라서, 매립시 분진이 발생되는 문제점과, 침출에 의한 중금속이 용해되는 문제점 등이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 소각재를 고형화하는 방법과, 소각재를 용융하여 부피를 최소화하는 방법이 연구 및 채용되고 있다.

고형화하는 방법에는 시멘트로 소각재를 고형화하여 처리하는 방법이 있는데, 고형화하면서 부피가 증가되어 소각에 의한 쓰레기 감량효과가 줄어드는 단점이 있어 채용이 불투명하다.

부피를 최소화하는 방법에는 소각재를 아크로에서 용융하여 소각재의 부피를 최소화하는 방법이 있는데, 이 방법은 용융 설비가 고가이며 에너지가 많이 소모되는 문제점도 있지만, 다음과 같은 유리화공정에서 염기도를 조정하는데 필요한 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

대부분의 소각재의 염기도는 0.3∼0.5이고, 도시 소각재의 경우에는 염기도가 더 적기 때문에 아크로에서 용융될 때 점성도가 크고, 전기전도도가 적어 소각재를 유리화시키기가 어렵다. 또한, 소각재 내에는 미연탄분이 들어있어 용해후 벽돌 및 자갈과 같은 건축자재로 사용하기 어렵다. 종래에는 유리화과정에서 탄산나트륨(Na₂Co₃)이나 탄산칼슘(CaCo₃) 등의 염기성 성분을 추가하여 염기도를 조절하였다.

상기 유리화과정에서 사용되는 탄산나트륨이나 탄산칼슘은 쓰레기를 처리하기 위한 전체비용을 감안할 때 결코 싸지 않아, 상술한 용융하여 소각재의 부피를 최소화하는 방법의 채용이 지체되고 있다.

따라서, 당업계에서는 상술한 탄산나트륨과 탄산칼슘을 대체할 소재를 개발 할 것과, 도시쓰레기 소각재에 포함된 10∼20%의 금속성분을 회수하여 재활용 할 것과, 용해 작업후 소각재를 벽돌과 자갈 등 건축자재로 재활용 할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.

염기도를 조절하기 위한 탄산나트륨과 탄산칼슘을 대체할 수 있고, 도시쓰레기 소각재에 포함된 10∼20%의 금속성분을 회수하여 재활용 할 수 있고, 용해 작업후 소각재를 벽돌과 자갈 등 건축자재로 재활용 할 수 있도록 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화 방법을 구현하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화 방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명에 따른 쓰레기 소각재 안정화 방법은 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 쓰레기 소각재를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 쓰레기 소각재를 용융시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에서는 상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그가 제철소의 용선 예비처리공정에서 부산되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는 상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그가 직경이 20mm이하로 분쇄되는 단계를 더 포함되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는 상기 분쇄된 탈황슬래그를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는 상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 쓰레기 소각재가 혼합되어 염기도가 0.7∼1.5으로 되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서는 상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그가 중량 퍼센트로 이산화규소 5∼9%, 산화알루미늄 3∼5%, 산화칼슘 15∼20%, 유황 2∼4%, 전철분 55∼60%, 탄소 8∼11%을 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 쓰레기 안정화 방법은 처리비용을 대폭 줄일 수 있으며, 도시쓰레기 소각재에 포함된 10∼20%의 금속성분을 회수하여 재활용 할 수 있으며, 용해 작업후 소각재를 벽돌과 자갈 등 건축자재로 재활용 할 수 있다.

이하 첨부된 도면 및 표를 참조하면서 본 발명에 따른 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제철 및 제강산업에는 전로조업 전에 불순물을 제거하는 용선 예비처리과정이 있으며, 용선 예비처리과정에서 발생되는 슬래그에는 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그, 탈규슬래그, 탈인슬래그가 있다. 본 발명에서는 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 유리화공정에서 염기도를 조절하기 위한 염기도 조절용 소재로 사용한다.

표 1에 나타난 바와 같이, 상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그에는 물에 잘 녹는 알카리 산화물이 포함되어 있어 그냥 매립되면 침출 등의 문제를 일으키기 때문에 알칼리 산화물은 매립되기 전에 회수되어야 하며, 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그에 포함된 15∼25%의 금속성분은 자원의 재활용 측면에서 매립되기 전에 회수되어야 한다. 그러나 상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그는 전부가 매립되고 있는 실정이다.

칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 소각재의 화학적 조성

	탈황슬래그(중량%)	소각재(중량%)
1. 산화칼슘(CaO)	15∼20	12∼17
2. 이산화규소(SiO₂)	5∼9	30∼40
3. 산화알루미늄(Al₂O₃)	3∼5	6∼10
4. 유황(S)	2∼4	-
5. 산화나트륨(Na₂O)	-	3∼7
6. 탄소(C)	8∼11	-
7. 미연소분	-	2∼3
8. 전철분(T, Fe)	55∼60	-

칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그는 15∼20%의 산화칼슘을 가지므로 종래에 염기도 조절용 소재로 사용되던 산화나트륨을 대체할 수 있다.

상술한 바와 같은 화학적 조성을 갖는 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 소각재는 다음과 같은 방법에 의하여 안정화된다.

도 1을 참조하면, 처리할 칼슘카바이드 탈황슬래그와 소각재를 준비한다. 칼슘카바이드 탈황슬래그를 약 20mm이하로 분쇄하고 건조시켜 준비하며, 소각재를 건조시켜 준비한다. 건조 및 분쇄된 탈황슬래그 및 소각재는 아크로에 용이하게 장입될 수 있으며, 빨리 용융될 수 있기 때문이다.

아크로는 양전극 간의 전기적 접촉이 양호하도록 먼저 코크스입자를 사용하여 1100∼1300℃로 가열한다. 그리고 준비한 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그 및 소각재를 혼합하여 염기도 0.8로 맞추어 아크로에 장입한다. 장입이 끝난 약 30분 후에 출탕한다.

출탕후 냉각된 슬래그는 유리화되었으며, 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그 및 소각재 중의 일부 금속분은 회수되어 아크로 저부에 응축된다. 그리고, 출탕할 때 슬래그가 유리화되어 있으므로 출탕작업이 종래의 소각재만 용융하여 출탕하는 출탕작업보다 아주 원활하다. 그리고, 출탕된 슬래그의 강도는 보통의 암석과 같은 정도의 기계적강도를 보였으며, 유리화 되어 물리 화학적으로도 안정되었다.

첨부된 참조 도면에 의해 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 일 실시예에 불과하다. 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 바람직한 실시예를 충분히 이해하여 유사한 형태의 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화 방법을 구현할 수 있을 것이다.

예를 들면, 상세한 설명에서는 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그 및 소각재를 혼합하여 염기도 0.8로 맞추어 아크로에 장입한다고 기술하였으나, 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그 및 소각재를 혼합하여 염기도 0.7∼1.5으로 맞추어 아크로에 장입하여도 출탕후 냉각된 슬래그는 유리화되었으며, 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그 및 소각재 중의 일부 금속이 회수되어 아크로 저부에 응축된다. 그리고, 출탕할 때 출탕작업이 아주 원활하다.

염기도에 따른 용융 제조된 슬래그와, 용융전 소각재의 침출특성을 평가하기 위하여 환경오염 공정시험법인 TCLP법에 따라 침출특성을 분석해 보았다.

시료를 건조 분쇄한 후 용출액과 1:20으로 혼합하고, 22±3℃, 진폭 4∼5cm로 분당 30±2회, 18±2시간 진탕기에서 진탕하여 여과한 후 항목별로 분석하여 표 2와 같은 침출특성을 얻었다.

표 2에 나타난 바와 같이, 용융전 소각재의 침출농도보다 용융후의 소각재 침출농도가 낮으며, 소각재만 용용한 슬래그보다 칼슘카바이드 탈황슬래그를 혼합한 슬래그가 침출농도가 낮으며, 칼슘카바이드 탈황슬래그를 혼합하여 염기도 0.8로 용융된 슬래그보다 염기도 1.5로 용융된 슬래그의 침출농도가 낮았다.

칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 소각재의 화학적 조성 (단위:ppm)

분석항목	유해폐기물 보류기준(한국)	칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그 혼합후 용융 (염기도 1.5)	칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그 혼합후 용융 (염기도 0.8)	소각재 용융	소각재
Cu	3	0.04	0.05	0.16	2
Cr	1.5	0.03	0.03	0.05	1.3
As	1.5	0.017	0.005	0.006	0.4
Zn	-	0.09	0.70	0.30	2.2
Ba	-	0.40	0.25	0.02	1.0
Hg	0.005	0.002	0.003	0.003	0.007
Cd	0.3	0.03	0.03	0.03	0.4
Pb	1	0.20	0.30	0.20	4

본 발명에 따른 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 이용한 쓰레기 소각재 안정화 방법을 이용하여 소각재를 처리하면 종래의 염기도를 조절하기 위한 탄산나트륨과 탄산칼슘을 대체하여 처리비용을 대폭 줄일 수 있으며, 도시쓰레기 소각재에 포함된 10∼20%의 금속성분을 회수하여 재활용 할 수 있고, 용해 작업후 소각재를 벽돌과 자갈 등 건축자재로 재활용 할 수 있다.

Claims

제철소의 용선 예비처리공정에서 부산되는 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그를 소정 크기로 분쇄하는 단계와,

상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 쓰레기 소각재를 혼합하는 단계와,

상기 혼합된 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 쓰레기 소각재를 용융시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각재 안정화 방법.
제1항에 있어서,

상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그는 직경이 20mm이하로 분쇄되는 되는 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각재 안정화 방법.
제1항에 있어서,

상기 분쇄된 탈황슬래그를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각재 안정화 방법.
제1항에 있어서,

상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그와 쓰레기 소각재는 혼합되어 염기도가 0.7∼1.5으로 되는 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각재 안정화 방법.
제1항에 있어서,

상기 칼슘카바이드 계열의 탈황슬래그는 중량 퍼센트로 이산화규소 5∼9%, 산화알루미늄 3∼5%, 산화칼슘 15∼20%, 유황 2∼4%, 전철분 55∼60%, 탄소 8∼11%을 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 소각재 안정화 방법.