생활폐기물 소각재중 바닥재를 이용한 11CaOㆍ$7Al_2O_3$ㆍ$CaCl_2$클링커의 제조

안지환,김형석,한기천,조진상,한기석,Ahn Ji-Whan,Kim Hyung-Seok,Han Gi-Ckun,Cho Jin-Sang,Han Ki-Suk 한국자원리싸이클링학회 2002 資源 리싸이클링 Vol.11 No.4

The clinker of which main component was calcium-chloroaluminate ($l1CaOㆍ7Al_2$$O_3$ㆍ$CaCl_2$), was synthesized with the bottom ash of municipal solid waste incinerator ash. The hydration mechanism and synthesis temperature of calcium-chloro-aluminate were investigated. The synthesized clinker was blended with a cement. It was substituted with 3~13 wt.% for clinker and $CaSO_4$ of ordinary portland cement. The compressive strength and the content of leached heavy metals of its mortar were measured. Calcium-chloroaluminate was synthesized above $800^{\circ}C$ and its main hydrate was ettringite ($3CaOㆍAl_2$$O_3$ㆍ$3CaSO_4$ㆍ$32H_2$O). The calcium-chloroaluminate was also synthesized above $800^{\circ}C$ with the bottom ash of which size fraction was below 30 mesh mainly. The compressive strength of the blended cement mortar was increased as the additive content of the clinker synthesized from the bottom ash was increased by 11 wt.%. The concentration of heavy metals leached from each mortar was satisfied with the value of the environmental standards and regulations. 생활폐기물의 소각으로 발생되는 바닥재(bottom ash)로 calcium-chloroaluminate($l1CaOㆍ7Al_2$$O_3$ㆍ$CaCl_2$)가 함유된 클링커를 제조한 후 이들 클링커의 수화반응성 및 보통 포틀랜드 시멘트와 혼합 사용할 때의 압축강도 및 중금속 용출특성을 연구하였다. 시약으로 calcium-chloroaluminate를 제조한 결과. calcium-chloroaluminate는 80$0^{\circ}C$부터 생성되며, $CaSO_4$ 및 $Ca(OH)_2$ 와의 수화반응에 의해 ettringite($3CaOㆍAl_2$$O_3$ㆍ$3CaSO_4$ㆍ$32H_2$O)가 생성된다. 4 mesh 이하의 바닥재를 분쇄하지 않고 온도별로 1시간 소성한 결과, 80$0^{\circ}C$부터 calcium-chloroaluminate가 30 mesh 이하의 입도에서 합성되었다. $1,000^{\circ}C$에서 소성한 30 mesh 이하의 바닥재에 무수석고($CaSO_4$)를 10 : 6의 중량비로 혼합한 후 이들 혼합물을 보통 포틀랜드 시멘트에 3~13 wt.% 첨가하여 제조한 모르타르의 압축강도를 측정한 결과, 이들 혼합물의 치환량이 11 wt.%까지 증가됨에 따라 보통 포틀랜드 시멘트의 압축강도보다 높았다. 각 모르타르 공시체를 1 mm 이하로 분쇄하여 중금속 용출시험 결과, 용출된 중금속의 농도는 환경규제치보다 낮았다.

폐(廢)콘크리트 미분말(微粉末)과 무기성(無機性) 폐부산물(廢副産物)을 이용(利用)한 $CO_2$ 고형화(固形化)

안지환,유광석,Ahn, Ji-Whan,Yoo, Kwang-Suk 한국자원리싸이클링학회 2009 資源 리싸이클링 Vol.18 No.3

무기성 산업폐기물을 이용한 $CO_2$ 고형화 연구는 폐콘크리트 시멘트 미분말 등 무기성 산업폐부산물의 성분 중의 CaO 또는 MgO 성분과 지구온난화의 주범인 $CO_2$와 반응시켜 탄소를 안정적으로 고형화시켜 대기 중의 $CO_2$의 발생을 저감시키는 연구이다. 본 고에서는 산업 현장 및 도시에서 발생되는 $CO_2$의 대기 방출을 저감시킴과 동시에 산업폐부산물의 유효 자원화를 위한 $CO_2$ 고형화 연구의 국내외 기술 동향을 파악하고, 이를 통해 한국형 $CO_2$ 저감 및 활용 기술을 제시하고자 한다. This paper will introduce the study which is the solidification and reduction of $CO_2$ green house gas, by using inorganic industrial wastes such like waste cement, steel making slag, incineration ash and so on. These inorganic wastes contain a large quantity of CaO content in common, which is easily reacted with CaO resulting in formation of $CaCO_3$. It will be suggested in this study that the necessary of the reduction and solidification of $CO_2$ gas with using industrial inorganic wastes is for building the Korea carbon storage model in this study.

생활폐기물(生活廢棄物) 소각(燒却) 바닥재의 자력선별(磁力選別)에 따른 크롬과 니켈의 거동(擧動)

안지환,엄남일,조계홍,오명환,유광석,한기천,조희찬,한춘,김병곤,Ahn, Ji-Whan,Um, Nam-Il,Cho, Kye-Hong,Oh, Myung-Hwan,You, Kwang-Suk,Han, Gi-Chun,Cho, Hee-Chan,Han, Choon,Kim, Byong-Gon 한국자원리싸이클링학회 2007 資源 리싸이클링 Vol.16 No.6

생활 폐기물은 대부분 유리류와 자기류뿐만 아니라 많은 양의 iron을 함유하고 있으며 약 $3{\sim}11%$에 달한다. 대부분의 iron은 Ni-Fe와 Ni-Cr-Fe 같은 합금으로 존재하거나, 부식방지와 광택을 위해 Ni와 Cr로 도금된 iron으로 존재하고 있기 때문에 소각로에서 소각될 경우 철 재품 표면에 심하게 파손된 $Fe_3O_4$층과 함께 $NiFe_2O_4$와 FeCr_2O_4$을 형성하게 되어 바닥재에 존재하게 되어 중금속산화물 층을 형성시킬 수 있다. iron은 자력이 매우 강해 자력선별에 의해 쉽게 선별되며 이러한 효과로 인해 중금속 산화물의 선별까지 얻을 수 있다. 또한 바닥재는 다양한 Ni와 Cr 산화물들을 함유하고 있으며, Ni와 Cr은 강자성을 띈 물질이기 때문에 자력선별에 의해 큰 영향을 받을 수 있다. 따라서 자력선별에 따른 Ni와 Cr의 거동에 대해 조사하였으며 그 밖의 다른 중금속(Cu, Pb, Cd, As)들의 거동 또한 확인해 보았다. 그 결과 Ni와 Cr은 약 $45{\sim}50%$의 선별율을 보였으며, Cu와 Pb는 $15{\sim}20%$을 나타냈다. 또한 자력선별 전과 후의 바닥재에 대해 Ni와 Cr의 용출량을 확인해본 결과 자력선별 후 바닥재의 용출량이 더 낮음을 확인할 수 있었다. Although the ferrous material was separated by the magnetic separation before the incineration process, the municipal solid waste incineration bottom ash generated during incinerator in metropolitan area consists of many iron products which account for about $3{\sim}11%$ as well as ceramics and glasses. The formation of $NiFe_2O_4$ and $FeCr_2O_4$ with a $Fe_3O_4-Fe_2O_3$ (similar to pure Fe) on the surface of iron product was found during air-annealing in the incinerator at $1000^{\circ}C$, because Ni and Cr has a chemical attraction about iron is using to coat with Ni and Cr metals for poish or to prevent corrosion. Therefore, Fe-Ni Cr oxide can be formed on durface of the iron product and it can be separated from bottom ash through the magnetic separation. So, in this study, the separation ratio of heavy metals as magnetic separation and mineralogical formation of Fe-ion(heavy metal) in ferrous metals corroded were investigated. As the result, the separation ratio of Ni and Cr based on particle sizes accounted for about $45{\sim}50%$, and Cu and Pb accounted for below 20%. Also, the leaching concentration of Ni and Cr in bottom ash separated by magnetic separation was lower than that in fresh bottom ash.

생활폐기물 소각재를 이용하여 합성한 클링커의 중금속 및 수화반응 거동에 관한 연구

안지환,한기천,한기석,Ahn Ji Whan,Han Gi Chun,Han Ki Suk 한국자원리싸이클링학회 2004 資源 리싸이클링 Vol.13 No.4

The intension of this study is to produce ordinary portland cement using ash, both bottom ash and fly ash, obtained from municipal solid waste incineration ash (MSWI). We used limestone, waste molding sand, shale, slag from converting furnaces and fly ash as main raw materials and mixed them, setting the lime saturation factor (LSF) within 91.0, the silica modulus (SM) within 2.40, and iron modulus (IM) within 1.80. We conducted tests adding bottom ash alone 1, 2 and 3% by weight, respectively, and a mixture of bottom ash 0.9% and fly ash 0.1 % by weight. The result of analysis on clinker shows that the more ash is added, the lower the burnability index (B.I.) falls, lowering the mineral evolution of calcium silicate accordingly. From the measurement of compressive strength we have learned that the more ash is used, the lower the strength becomes. 생활폐기물 소각재(바닥재+비산재)를 이용하여 보통 포틀랜드 시멘트를 제조하고자 하였다. 주원료로는 석회석, 폐주물사, shale, 전로슬래그 및 fly ash를 이용하였으며, modulus를 LSF 91.0, SM 2.40, IM 1.80의 수준으로 배합하였다. 바닥재의 경우는 배합물에 1, 2, 3wt.%까지 첨가하였으며, 바닥재와 비산재의 혼합시료는 각각의 함량을 0.9 및 0.1 wt.%로 하여 첨가하였다. 클링커 분석결과 소성성 지수(B.I)는 소각재가 많이 첨가 될수록 낮아지는 것으로 나타났으며, calcium silicate 광물의 발달이 저하되는 것을 확인 할 수 있었다 또한, 압축강도 측정결과, 소각재 사용량이 증가함에 따라 강도가 저하되는 것으로 확인되었다.

알칼리 자극제에 의한 고로수쇄슬래그의 활성화 특성

안지환,조진상,김형석,한기석,김환,Ahn, Ji-Whan,Cho, Jin-Sang,Kim, Hyung-Seok,Han, Gi-Chun,Han, Ki-Suk,Kim, Hwan 한국세라믹학회 2003 한국세라믹학회지 Vol.40 No.10

알칼리 자극제의 종류에 따른 고로수쇄슬래그의 수화 및 물리적 특성을 조사하였다 활성화제는 $Na_2$SiO$_3$, $Na_2$CO$_3$, NaOH, $Na_2$SO$_4$를 사용하였고, $Na_2$SiO$_3$, $Na_2$CO$_3$, $Na_2$SO$_4$는 $Na_2$O, NaOH는 $\frac{1}{2}$$Na_2$O로 환산하여 1, 3, 5, 7 wt%를 첨가한 후 W/S=0.5로 실험을 실시하였다. 또한, 압축강도 실험은 OPC에 대해 각각 30 wt% 첨가하여 실험을 하였다. 활성화제의 종류에 따라 주요 수화생성물은 C-S-H, $C_4$AH$_{13}$, AFt, Al(OH)$_3$ 등이었으며, $Na_2$CO$_3$의 경우가 가장 큰 슬래그의 수화율을 보였다. $Na_2$SO$_4$를 사용하였을 때 압축강도가 가장 크게 나타났다. This paper examines the hydration and physical properties of alkali-blast furnace slag cement activated by Na$_2$SiO$_3$, Na$_2$CO$_3$, NaOH, Na$_2$SO$_4$. Four levels of Na$_2$O content in mixtures, 1, 3, 5, and 7 wt%, were investigated, and a W/S ratio 0.5 was used to prepare paste and mortar specimens. Compressive strength measurement of mortars was carried out adding alkali activated slag 30 wt% to OPC. The main hydration products with alkali activator kinds were C-S-H,C$_4$AH$\_$13/, AFt and Al(OH)$_3$ etc. For using Na$_2$CO$_3$ activated slag, hydration ratio of slag was higher than that of different activators, and Na$_2$SO$_4$ activated slag mortar appeared the highest compressive strength values at 28 days with activator content of 5 and 7 wt%.

분사법에 의한 초미립 경질 탄산 칼슘 분말의 합성

안지환,박찬훈,김정효,이종국,김환,Ahn, Ji-Whan,Park, Charn-Hoon,Kim, Jeong-Heo,Lee, Jong-Kook,Kim, Hwan 한국세라믹학회 1996 한국세라믹학회지 Vol.33 No.11

Ultrafine calcim carbonate powders with the size of 0.05~0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ and the calcite phase were prepared by the nozzle spouting method which was conducted by spouting calcium hydroxide slurry in reactor filled with CO2 gas. Well dispersed ultra-fine particles were synthesized in condition of high Ca(OH)2 concentration of the slurry ( 0.5wt%) synthesized calcium carbonate powder was shown the large particle size with agglo-meration.

A study on the hydration of sludge from limestone washing process in a steel making factory

안지환,김가연,김환,Ahn, Ji-Whan,Kim, Ka-Yeoun,Kim, Hwan The Korean Institute of Resources Recycling 1994 資源 리싸이클링 Vol.3 No.3

포항제철소에서 발생되는 석회석슬러지의 기본탄산계 특성중의 일부분인 수화반응 연구를 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 석회석슬러지는 광물조성상 calcite이며 고품위(CaO 51%) 미분말(15~22$\mu\textrm{m}$) 석회석으로 보통탄산칼슘 영역 (-3mm + 325mesh)에 속하는 것으로 분류되었다. 2. 석회석슬러지는 수세슬러지와 소성로 습식집진 dust의 혼합슬러지이며 약 8:2의 비율로 구성되어 있다. 수차례 시료채취한 소성로 습식집진 dust는 전형적인 calciteduTdmsk 실조업에서는 일부 열분해 시작한 quick lime과 다시 집진수와 수화된 slaked lime의 혼재가 예상되므로 두 공정 슬러지의 분리로 석회석슬러지의 품위를 향상시킬 수 있다. 3. 석회석슬러지를 소성, 수화하여 제조된 slaked lime의 각종 수화반응기 종류별에 변화에 대해 검토하였다. 일반적인 기계적인 교반기인 magnetic stirrer의 shaking incubator, ultrasonic vibration reactor을 비교 검토한 결과 ultrasonic vibration reactor에서 격렬하지 않은 수화반응과 타반응기 보다 미세한 분체생성 및 균일한 입도분포의 특징을 갖고 있었다. 4. Ultrasonic vibration reactor에서 미분말의 slaked limetod성에 최적인 광액 농도는 10wt%이하였으며, 수화완료 시간도 5~10분으로 타반응기 보다 짧았다. 5. 석회석슬러지는 천연산 석회석을 원료로 한 경우 10~20$\mu\textrm{m}$의 불균질 slaked lime 분체를 생성에 반해 석회석슬러지는 균일한 1~5$\mu\textrm{m}$ 분체를 생성하였다. Hydration process is one of the basic carbonation system. Limestone sludge produced in Pohang Iron & Steel Co., Ltd. We tested for identify of hydration characteristics. The result obtained in this study can be summarized as follows; 1. The classify of limestone sludge is type of ground calcium carbonate(-3mm+325mesh)and the major mineral of calcite, and further more high grade(CaO 51%), fine powder(15~22$\mu\textrm{m}$). 2. Limestone sludge mixed two process sludge, first one is washing process sludge and the other one is wet collect kiln dust. The composition rate is about 8:2. Wet collect kiln dust is major mineral of calcite, too. But the sludge is assumed to one by quick lime, slaked lime and unreacted natural limestone. So, the ideal process is dividing of the washing process sludge and wet collect kiln dust. 3. We manufactured of slaked lime from limestone sludge. To investigate the effect of hydration reactor, the experiments was done with various reactor type as magnetic stirrer, shaking incubator and ultrasonic vibration reactor, respectively. Generally, ultrasonic vibration reactor is excellent hydration for limestone sludge and produced very fine slaked lime powder with ideal distribution. 4. The optimum condition is 10% pulp density, when the manufacture of fine slaked lime powder by ultrasonic vibration reactor. And hydration times to compare the results of the study with ultrasonic vibration reactor of generalized most short time(5~10 min). 5. Finally, the dispersive characteristics of slaked lime powder measured 1~5 $\mu\textrm{m}$ from limestone sludge were compared with those of natural limestone ones(10~20$\mu\textrm{m}$), in order to check applicability of slaked lime with hydration process from limestone sludge.

폐콘크리트로부터 회수된 시멘트 페이스트 미분말의 시멘트 원료화 연구

안지환,김형석,조진상,한기천,한기석,김환,Ahn, Ji-Whan,Kim, Hyung-Seok,Cho, Jin-,Sang,Han, Gi-Chun,Han, Ki-Suk,Kim, Hwan 한국세라믹학회 2003 한국세라믹학회지 Vol.40 No.8

건설폐기물 중 폐콘크리트를 40$0^{\circ}C$로 가열한 후 ball mill로 분쇄하여 재생골재를 생산할 때 발생된 미분말을 보통 포틀랜드 시멘트의 SiO$_2$, CaO, A1$_2$O$_3$원에 대한 대체원료물질로서 활용하고자 하였다. 클링커를 제조하기 위한 주원료는 석회석, shale, 전로슬래그, fly ash를 이용하였고, modulus는 LSF:91.0, SM:2.60, IM:1.60로 고정한 후 shale에 대해 미분말을 25, 50, 15, 100%까지 치환하여 클링커를 제조하였다. 클링커의 주요생성광물은 1,45$0^{\circ}C$에서 OPC와 같은 광물상인 $C_3$S, $\beta$-C$_2$S, $C_3$A, $C_4$AF 상으로 나타났다. 조합원료의 반응성을 비교하기 위해 시차열분석을 실시하고, 소성성지수를 구한 결과, 클링커의 광물상 생성온도는 plain과 유사했으며, 소성성지수는 48.6-51.4 정도로 나타났다. The fine powder produced by heating and grinding of the waste concrete in the waste construction was investigated whether utilize as substitution raw material of SiO$_2$, CaO, and Al$_2$O$_3$ source for OPC clinker manufacture is possible or not. In order to synthesize OPC clinker, limestone, shale, converter slag and fly ash were used as main raw materials, and modulus was fixed LSF 91.0, SM 2.60, IM 1.60. The synthesized clinkers were characterized. The Main products of synthesized clinker were C$_3$S, ${\beta}$-C$_2$S, C$_3$A, C$_4$AF as OPC clinker at 1,43$^{\circ}C$. As a result of TG-DTA and burnability index(B.U) analysis of each raw mixtures, the formation temperature of clinker phases was similar and B.I was showed easy burning as 48.6∼51.4.

생활폐기물(生活廢棄物) 소각(燒却)바닥재의 재활용(再活用)을 위한 연구(硏究)

안지환,오명환,한춘,Ahn, Ji-Whan,Oh, Myung-Hwan,Han, Choon 한국자원리싸이클링학회 2008 資源 리싸이클링 Vol.17 No.1

국내의 생활폐기물의 처리 방법은 매립에서 소각으로 이동해 가고 있으며 이를 통하여 발생되는 소각재의 처리에 대한 비중이 점차적으로 증가하고 있다. 소각재는 90%가 바닥재로 존재하며, 바닥재는 재활용 가능한 성분을 함유하고 있기 때문에 재활용을 위한 활발한 연구가 필요하다. 예를 들어 미국과 유럽 그리고 일본의 경우 여러 분야에서 바닥재의 재활용이 이루어지고 있으며 이에 따른 환경적 경제적 효과를 얻고 있다. 하지만 이와 대조적으로 국내의 경우 소각재 관리 처리 시 대부분 매립에 의해 의존하고 있는 실정이다. 따라서 소각재의 발생특성과 성상을 조사 분석하고, 국내외의 소각재 안정화 및 재활용기술에 대한 기술조사와 평가를 기반으로 한 처리방안에 대한 연구가 절실히 요구된다. The treatment of domestic municipal solid waste has inclined to incineration process instead of disposal in landfills. So, the amount of ash generated by incineration of municipal solid waste is gradually increased. The incineration ash divides into bottom ash and fly ash. The bottom ash which accounts for about 90% of the incineration ash consists of ceramics, glasses and metals. And it can be used as the recycling product by the stabilization process. For example, the bottom ash is used as secondary building material or for other similar purposes such as road sub-bases and noise barrier in USA, Europe and Japan. But, the stabilization-treatment technique of bottom ash sti11leaves much to be desired in Korea. Thus, the domestic study of recycling about bottom ash must be improved through investigation about the chemical property and technique of stabilization.

고농도 수산화칼슘 수용액으로부터 초미립 경질 탄산칼슘 분말의 합성

안지환,박찬훈,김정효,이종국,김환,Ahn, Ji-Whan,Park, Charn-Hoon,Kim, Jeong-Heo,Lee, Jong-Kook,Kim, Hwan 한국결정성장학회 1996 한국결정성장학회지 Vol.6 No.4

Ultrafine calcim carbonate powders with the size of $0.05~0.1\;{\mu}m$ and the calcite phase were synthesized by the nozzle spouting method, which could be only obtained when high calcium ion concentration within slurry was maintained at the beginning of the reaction. But, in the regions of low ${Ca(OH)}_2$ concentration (0.5~1.0 wt%) or high ${Ca(OH)}_2$ concentration (<3.0 wt%), synthesized calcium carbonate powder was shown the large particle size with agglomeration. To obtain ultrafine calcium carbonate powder in this region, the methods of slurry circuation and $CO_{2}$ gas supply were changed during reaction. Resultly, it was possible to synthesize ultrafine particles (${\approx}0.05{\mu}\textrm{m}$)in the regions of low ${Ca(OH)}_2$ concentration (${\approx}0.5wt%$) and high ${Ca(OH)}_2$ concentration (${\approx}0.5wt%$), which can not be obtained the fine calcium carbonate powder still now. 탄산가스로 채워진 반응기에 현탁액을 분사시키는 방법(분사법)으로 탄산칼슘 분말을 제조한 결과, 현탁액의 pH 및 칼슘이온의 농도가 반응초기 일정기간 높게 유지되는 조건에서만 잘 분산된 $0.05~0.1\;\mu\textrm{m}$ 크기의 초미립 칼사이트 상 탄산칼슘 분말이 제조되었다. 반응 초기 현탁액의 pH 및 칼슘이온의 농도가 일정기간 높게 유지시키기 위하여 현탁액의 순환방식과 탄산가스 공급방식을 변환시켜 제어할 결과 그간 분사법으로 미립자의 탄산칼슘 분말 합성이 어려웠던 1 wt% 이하의 수산화칼슘 농도 영역과 고농도 현탁액 영역인 5 wt% 수산화칼슘 농도 영역에서 $0.02\;\mu\textrm{m}$ 크기의 초미립자 탄산칼슘 분말을 얻을 수 있었다.