폐동슬래그로부터 유가금속의 회수 및 안정화 기술 연구

엄남일,김우일,최효현,윤철우,김태희,신선경,오길종 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

현재 선진국에서는 유해폐기물로부터 유해물질의 분리 및 회수를 위한 연구를 활발히 진행하고 있으며, 이를 통해 안정화를 도모함으로써 유해폐기물에 대한 새로운 자원창출의 기대와 유가금속의 확보를 위한 저비용 고효율의 독창적인 처리 기술을 확립하는데 주력하고 있다. 그러나 국내의 경우 유해폐기물의 관리를 위한 세분화된 목록화만 수립되어 있을 뿐 유해폐기물활용에 관한 정책수립이나 안정화 및 유가금속 회수에 대한 기술개발이 미흡한 실정이다. 유해폐기물의 하나인 폐동슬래그는 국내의 경우 산화동 제조과정에서 연간 약 2백만톤이 발생되고 있다. 폐동슬래그에는 많은 양의 규소, 철 등이 포함되어 있어 일부 시멘트 등의 보조 원료로 재사용 되고 있지만 납, 구리, 비소 등의 유해물질도 함유하고 있기 때문에 대부분 고형화 처리를 통해 재활용되고 있다. 하지만 유해물질의 분리 및 회수를 통하여 폐동슬래그의 안정화가 확보된다면 광범위한 순환자원화가 가능한 기술적 토대를 마련할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 유해폐기물인 폐동슬래그로부터 유해물질의 제거에 따른 안정화와 유가금속을 확보하기 위한 분리기술에 대해 연구하였다. 그 결과 고안된 전체공정은 전처리 단계인 자력선별 공정과 산침출 및 금속회수가 가능한 2단계 습식처리공정으로 구성되었으며, 공정을 통해 폐동슬래그의 순환자원화 가능성에 대해 확인할 수 있었다.

생활폐기물 소각 바닥재의 처리 공정 특성 연구

엄남일,한기천,유광석,김형석,안지환 한국자원공학회 2009 한국자원공학회지 Vol.46 No.6

In this study, we investigated the application of mineral process technology such as classification, magnetic separation, eddy-current separation and density separation, as well as the environmental stabilization of MSWI bottom ash during washing process with carbonation reaction, for the effective pre-treatment method. As the result, coarse iron, ferrous oxide and non-ferrous metal were separated by dry magnetic and eddy-current separation based on the particle size. And the decrease of chloride and heavy metal leaching concentration and the recovery of fine ferrous oxide were researched through the washing and density separation. Also, we planned the flowsheet for pre-treatment of bottom ash. 본 연구에서는 생활폐기물 소각 바닥재의 처리공정 특성을 연구하고자 분리 특성 및 안정화 특성을 연구하였다. 자원처리 기술인 입도분리(sizing), 자력선별(magnetic separation), 와류정전선별(eddy-current separation), 비중선별 그리고 수세처리를 이용하여 분리특성을 확인하였으며, 특히 수세처리 시 탄산화 반응을 일으켜 불용성 염화물의 제거와 중금속 용출량의 감소를 유도하여 바닥재의 안정화 특성을 확인하였다. 그 결과 입도 분급을 통해 확인된 철편(iron), 산화철(ferrous oxide), 비철금속(non-ferrous metal) 염화물은 자력선별, 와류정전선별, 비중선별 그리고 수세처리에 의해 분리가 가능하였다. 또한, 수세처리 시 탄산화 반응을 통해 90% 이상의 염화물을 제거시킬 수 있었으며, 납과 구리의 용출량을 각각 0.3 ppm과 0.2 ppm을 0.01 ppm이하로 감소시켰다. 생활폐기물 소각바닥재를 대상으로 한 각 처리기술의 연구 결과를 통해 처리 공정도를 계획하여, 효율적인 전처리 방법을 유도하였다.

생활폐기물(生活廢棄物) 소각(燒却) 바닥재의 자력선별(磁力選別)에 따른 ferrous material의 분리(分離) 특성(特性)

엄남일,한기천,유광석,조희찬,안지환,Um, Nam-Il,Han, Gi-Chun,You, Kwang-Suk,Cho, Hee-Chan,Ahn, Ji-Whan 한국자원리싸이클링학회 2007 資源 리싸이클링 Vol.16 No.3

도심지에서 발생하는 생활폐기물들은 재활용 가능한 목재나 iron 등을 분리시킨 후 소각장으로 보내지기 때문에 자기류나 유리류 그리고 가장 많은 양을 차지하고 있는 가연성 물질로 존재하게 된다. 하지만 소각 전 분리 공정에도 불구하고 생활폐기물에서의 iron의 함유량은 약 $3{\sim}11%$에 달하고 있다. 이러한 iron은 소각로에서 소각 처리될 경우 약 $1000^{\circ}C$의 온도(로의 내부 온도)에서 산화반응에 의해 표면에 산화물 층을 형성하게 된다. 소각된 바닥재는 water-cooling냉각 처리를 통해 냉각되며 물과 접촉한 iron 표면의 산화물 층은 심한 붕괴가 일어나 부식작용이 더욱 활발히 일어나며 많은 양의 ferrous material($Fe_3O_4,\;Fe_2O_3,\;FeS_2$)을 생성하게 된다. 이러한 iron과 ferrous material은 산화 환원 작용에 의해 부피변화를 일으키기 때문에 시멘트 골재 등으로의 재활용 시 많은 문제점을 일으킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소각 바닥재를 이용하여 각 입도별 자력선별에 따른 ferrous material의 분리 특성에 대해 연구하였다. 그 결과 전체 바닥재의 약 18.7%(ferrous product; $Fe_3O_4,\;Fe_2O_3,\;FeS_2$, iron)가 자력선별(자력세기:3800gauss)에 의해 분리 되었으며 1.18mm이상의 입도에서 전체 ferrous product의 87.7%가 분포하였다. iron의 경우 전체 바닥재의 약 3.8%의 함유량을 보였으며 1.18mm이상의 입도에서 전체 iron의 99%이상이 존재하였다. The bottom ash of municipal solid waste incineration generated during incineration of municipal solid waste in metropolitan area consists of ceramics, glasses, ferrous materials, combustible materials and food waste and so on. Although the ferrous material was separated by the magnetic separation before the incineration process, of which content accounts for about $3{\sim}11%$ in bottom ash. The formation of a $Fe_3O_4-Fe_2O_3$ double layer(similar to pure Fe) on the iron surface was found during air-annealing in the incinerator at $1000^{\circ}C$. A strong thermal shock, such as that takes place during water-cooling of bottom ash, leads to the breakdown of this oxidation layer, facilitating the degradation of ferrous metals and the formation of corrosion products and it existed as $Fe_2O_3,\;Fe_3O_4\;and\;FeS_2$. So, many problems could occur in the use of bottom ash as an aggregate substitutes in construction field. Therefore, in this study, the separation of ferrous materials from municipal solid waste incineration bottom ash was investigated. In the result, the ferrous product(such as $Fe_2O_3,\;Fe_3O_4,\;FeS_2$ and iron) by magnetic separator at 3800 gauss per total bottom ash(w/w.%) accounted for about 18.7%, and 87.7% of the ferrous product was in the size over 1.18 mm. Also the iron per total bottom ash accounted for about 3.8% and the majority of it was in the size over 1.18 mm.

바젤협약 관련 국제동향 및 수출입폐기물 개선방안 연구

엄남일 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2019 No.2

수출입 폐기물 관리체계 개선을 위한 앞으로의 방향에 대한 고찰

엄남일,박윤수,김우일,박선오,김용준,김기헌,이영기 한국폐기물자원순환학회 2018 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2018 No.05

폐기물의 국가 간 이동 시 선진국 등 자국의 폐기물에 대한 엄격한 규제를 피하기 위해서 부적정 처리를 진행해 왔으며 이러한 이슈는 국제문제로 대두되었다. 특히 1976년 이탈리아 소베소에서 발생한 다이옥신 유출사고 때 증발한 폐기물이 1983년 그린피스에 의해 프랑스의 한 마을에서 발견되었고, 그 후 1987년 6월 ‘유해폐기물의 환경적이고 건전한 관리를 위한 타이로 지침과 원칙’이 채택된 카이로 지침을 바탕으로 1989년 3월 스위스 바젤에서 세계 116개국 대표가 참석한 가운데 바젤협약(1992년 5월 협약 발효)이 채택되었다. 이에 따라 우리나라는 1994년 바젤협약에 가입함에 따라 폐기물국가간이동법을 제정하여 수출입 폐기물을 바젤협약의 분류체계로 전환하였으며, 최근에는 수출입 규제폐기물과 관리폐기물로 구분하여 관리하고 있다. 최근 들어 바젤협약 당사국총회에서는 국가 간 수출입 폐기물 규제와 효율적인 관리를 위한 제도마련을 회원국들에 요구하고 있으며, 우리나라(환경부 및 국립환경과학원)에서도 이에 맞추어 수입 및 수출되는 폐기물의 통관절차・이동・유통・저장 및 재활용 처리 등 전 부분에 걸쳐 관리체계의 개선에 대해 효과적인 방안을 모색하고 있다. 그럼에도 불구하고 규제 및 관리폐기물 판단기준 부제, 폐기물과 중고제품 구분의 모호성, 수출입 폐기물 품목 세부 분류의 필요성 등 많은 문제점이 나타나고 있는 것도 사실이다. 이에 대해 본 연구에서는 수출입 폐기물 관리체계 개선을 위한 문제점과 이를 극복할 앞으로의 해결 방안에 대해 언급하고자 하였다.

생활폐기물 소각 바닥재의 수세에 따른 염화물 특성

엄남일,조영도,한기천,안지환,이경훈,반봉찬 한국자원공학회 2007 한국자원공학회지 Vol.44 No.2

도심지에서 발생하는 생활 폐기물은 자기류나 유리류 그리고 가연성물질과 그 밖의 음식물 쓰레기들로 혼재해 있다. 가연성 물질에 섞여 있는 PVC 제품과 같은 플라스틱 제품, 가죽, 옷, 수거되지 않은 음식물 쓰레기 등은 생활 폐기물 안에 많은 양의 염화물을 함유시킨다. 소각장에서 생활 폐기물을 소각시킬 경우 염화물은 소각재에 남아있으며 염화물의 대부분은 물에 의해 쉽게 녹는 가용성 물질이기 때문에 소각 바닥재를 매립하여 처리하거나 도로포장재 혹은 골재 등으로 재활용 할 경우 많은 문제점을 일으킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 발생되는 생활 폐기물 소각 바닥재를 이용하여 각 입도별 염화물의 분포와 존재 형태 그리고 수세를 통한 염화물의 거동 등의 연구를 통해 바닥재에 함유된 염화물의 특성을 파악하였다. 그 결과 바닥재에 함유된 염화물은 80%의 가용성 염화물과 20%의 불용성 염화물로 존재하였으며, 염화물의 함유량을 입도별로 확인 해본 결과 입도가 작을 수 록 증가하는 경향을 보였다. 가용성 염화물의 경우 대부분 NaCl과 KCl의 형태로 존재하였으며, 불용성 염화물의 경우 Friedel 염의 형태로 존재하였다. 특히 입도가 작을 수 록 Friedel 염의 함유량은 높게 나타났으며 이는 입도가 작을 수 록 Cl의 용출율(Cl용출량/Cl함유량)이 작아지는 이유이다. Municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash generated during incineration of municipal solid waste in metropolitan area consists of ceramics, glasses, combustible materials and food waste and so on. The plastic product such as PVC, leather, clothes and food waste in bottom ash includes harmful chloride. The bottom ash has limited the its use as road material and cement concrete, because the chloride in MSWI bottom ash incinerated by incinerator is soluble in water. Therefore, in this study, the characteristics of chloride in bottom ash was investigated, though the distribution of chloride from based on particle size, characteristic of Friedel’s salt in bottom ash and behavior of chloride via washing process. As a result, the soluble chloride like KCl and NaCl in bottom ash that is possible to be removed by washing process accounted for about 80%, the Friedel’s salt (insoluble) about 20%. The content of chloride was increased with the smaller particle size, especially Friedel’s salt too. Thus, The leaching concentration per content of chloride was decreased with the smaller particle size.

동 및 동합금 제련공정에서 발생하는 폐기물의 특성

엄남일,박선오,김우일,최효현,윤철우,김태희,신선경,전태완,강영렬 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2015 No.-

동 제련 산업의 경우 1960년대까지 소비하는 전량을 수입에 의존하였고, 이후 경제발전과 함께 수요가 대폭 증가하면서 국내에서도 동 제련 생산업체가 설립되기 시작하였다. 이와 함께 자동차, 전기ㆍ전자, 철강, 건설 및 기계 산업에 주요 기초 소재를 공급하는 역할을 담당하게 되었다. 산업 특성상 수입에 의존하는 원자재의 가격이 수익성에 큰 영향을 미치기 때문에 제련 시 발생하는 폐기물을 이용한 재활용 기술연구가 필요한 실정이다. 국내 동 제련 산업은 원석인 황동광을 파ㆍ분쇄하여 제품을 생산하는 1차 동 제련 산업과 폐동스크랩, 폐동파이프 등을 원재료로 하여 동 빌레트, 동 괴, 황동봉을 생산하는 2차 동 제련산업으로 나눌 수 있다. 1차 동 제련산업의 경우 국내 유일업체에서만 생산하고 있으며, 자체 플랜트 사업을 통해 재활용 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 2차 동 및 동합금 제련공정의 경우 현재 연구실적이 많지 않다. 공정 에서 발생하는 폐기물에 함유되어있는 Cu, Zn, Pb, Fe 등의 유가금속을 재활용하기 위해서는 반드시 대상 폐기물의 물리ㆍ화학적 특성 및 환경성평가가 선행 연구되어야 한다. 본 연구에서는 동 및 동합금 제련공정에서 폐기물의 발생량, 생산제품 등 5개 사업장(C사, D사, S사, P사, H사)을 선정하여 광재, 분진, 오니 폐기물의 기본 특성을 확인하였다. 대상 폐기물의 입도특성, 광물학적 특성 및 화학적 조성을 확인하였고, 입도분포에 따라 광물학적 성상의 변화에 대해 확인하였으며, 대상 폐기물의 중금속 용출ㆍ함유량을 확인하였다. 입도특성 결과, C사와 S사 광재의 경우 육안으로 식별 가능하였으며, S,P,H의 광재는 비교적 입도별로 고루 분포되어 있음을 확인할 수 있었다. 입도의 크기가 1 mm 이상에서는 폐기물 내 금속편의 식별이 가능하여 분리가 간편하지만, 1 mm 이하 금속편의 경우 파ㆍ분쇄 후 스크리닝(Screening)을 통한 분리공정이 필요하다. 또한 0.1 mm 이하에서 11%의 중량비율을 차지하고 있는 P2시료의 경우 물리적 파ㆍ분쇄를 통해 금속편의 회수가 어렵기 때문에 자력선별, 부유선별 등의 습식제련방법을 활용하여 분리해야한다. 황동 원재료 및 황동 제품을 주로 생산하는 D사, H사, P2사의 경우 대부분이 Zn으로 이루어져 있으며, 90% 이상의 높은 함유량을 보이고 있다. 또한 동 빌레트, 동 버스바 및 동 특수합금을 제조하는 사업장의 경우 Cu, Fe. Zn의 함유량이 골고루 분포되어 있어 이를 회수하여 재활용 할 경우 유가금속의 확보와 더불어 대부분의 원자재를 수입에 의존하고 있는 국내 실정에 따라 자체생산에 의한 경제성이 확보될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 환경성평가를 통해 높은 용출특성 및 함유량을 지닌 Cd, Hg, As 등의 유해물질이 제거된 폐기물은 공업용 충전제, 절연재, 채움재, 세라믹스 원료 등으로 재활용 확대방안에 기여 할 것으로 판단된다. 본 연구의 동 및 동합금 제련공정 발생폐기물의 입도특성, 광물학적 특성 및 화학적 조성, 유해물질 함유 특성 조사결과를 바탕으로 재활용 및 유가금속의 회수를 위한 기초데이터로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

수은 함유폐기물의 관리체계 마련을 위한 향후 고찰 방법

엄남일 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2019 No.1

동 및 동합금 제련공정에서 발생하는 폐기물의 특성

엄남일,박선오,김우일,최효현,윤철우,김태희,신선경,전태완,강영렬 한국폐기물자원순환학회 2015 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2015 No.05

동 제련 산업의 경우 1960년대까지 소비하는 전량을 수입에 의존하였고, 이후 경제발전과 함께 수요가 대폭증가하면서 국내에서도 동 제련 생산업체가 설립되기 시작하였다. 이와 함께 자동차, 전기・전자, 철강, 건설 및 기계 산업에 주요 기초 소재를 공급하는 역할을 담당하게 되었다. 산업 특성상 수입에 의존하는 원자재의 가격이 수익성에 큰 영향을 미치기 때문에 제련 시 발생하는 폐기물을 이용한 재활용 기술연구가 필요한 실정이다. 국내 동 제련 산업은 원석인 황동광을 파・분쇄하여 제품을 생산하는 1차 동 제련 산업과 폐동스크랩, 폐동파이프 등을 원재료로 하여 동 빌레트, 동 괴, 황동봉을 생산하는 2차 동 제련산업으로 나눌 수 있다. 1차 동 제련산업의 경우 국내 유일업체에서만 생산하고 있으며, 자체 플랜트 사업을 통해 재활용 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 2차 동 및 동합금 제련공정의 경우 현재 연구실적이 많지 않다. 공정 에서 발생하는 폐기물에 함유되어있는 Cu, Zn, Pb, Fe 등의 유가금속을 재활용하기 위해서는 반드시 대상 폐기물의 물리・화학적 특성 및 환경성평가가 선행 연구되어야 한다. 본 연구에서는 동 및 동합금 제련공정에서 폐기물의 발생량, 생산제품 등 5개 사업장(C사, D사, S사, P사, H사)을 선정하여 광재, 분진, 오니 폐기물의 기본 특성을 확인하였다. 대상 폐기물의 입도특성, 광물학적 특성 및 화학적 조성을 확인하였고, 입도분포에 따라 광물학적 성상의 변화에 대해 확인하였으며, 대상 폐기물의 중금속 용출・함유량을 확인하였다. 입도특성 결과, C사와 S사 광재의 경우 육안으로 식별 가능하였으며, S,P,H의 광재는 비교적 입도별로 고루 분포되어 있음을 확인할 수 있었다. 입도의 크기가 1 mm 이상에서는 폐기물 내 금속편의 식별이 가능하여 분리가 간편하지만, 1 mm 이하 금속편의 경우 파・분쇄 후 스크리닝(Screening)을 통한 분리공정이 필요하다. 또한 0.1 mm 이하에서 11%의 중량비율을 차지하고 있는 P2시료의 경우 물리적 파・분쇄를 통해 금속편의 회수가 어렵기 때문에 자력선별, 부유선별 등의 습식제련방법을 활용하여 분리해야한다. 황동 원재료 및 황동 제품을 주로 생산하는 D사, H사, P2사의 경우 대부분이 Zn으로 이루어져 있으며, 90% 이상의 높은 함유량을 보이고 있다. 또한 동 빌레트, 동 버스바 및 동 특수합금을 제조하는 사업장의 경우 Cu, Fe. Zn의 함유량이 골고루 분포되어 있어 이를 회수하여 재활용 할 경우 유가금속의 확보와 더불어 대부분의 원자재를 수입에 의존하고 있는 국내 실정에 따라 자체생산에 의한 경제성이 확보될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 환경성평가를 통해 높은 용출특성 및 함유량을 지닌 Cd, Hg, As 등의 유해물질이 제거된 폐기물은 공업용 충전제, 절연재, 채움재, 세라믹스 원료 등으로 재활용 확대방안에 기여 할 것으로 판단된다. 본 연구의 동 및 동합금 제련공정 발생폐기물의 입도특성, 광물학적 특성 및 화학적 조성, 유해물질 함유 특성 조사결과를 바탕으로 재활용 및 유가금속의 회수를 위한 기초데이터로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

생활폐기물 소각 바닥재의 가속 탄산화 메카니즘 규명 및 그에 따른 중금속 안정화

엄남일,남성영,( Thenepalli Thriveni ),안지환 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2013 No.-