폐기물 가스화용융 슬래그를 이용한 콘크리트 제조를 위한 기초 연구 2: 슬래그 혼합조건에 따른 콘크리트 제조 특성 실험

박영수,이수영,서민혜,조성수 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-

폐기물 용융 시설은 최종 처분장 부족 해결 및 다이옥신 대책 중 하나로 주목 받아 2000년대에 본격적으로 보급되었다. 최종 처분장 수명을 연장하기 위해서는 용융 시설의 도입 이외에 궁극적으로 용융 슬래그의 유효 이용을 실현시킬 필요가 있지만, 폐기물 유래의 용융 슬래그를 천연 모레로 대체 사용하는 것은 쉬운 일이 아니다. 일본의 경우 이러한 배경 속에서 에코슬래그 이용 보급 위원회가 2001년에 발족하여 용융 슬래그의 이용실상 조사, 용융 슬래그 JIS 제정, 용융 시설 조사 및 사례 소개 등을 통해 용융 슬래그의 이용 보급 활동을 전개하고 있다. 국내의 경우 폐기물 소각용융 시설은 2000년대에 본격적으로 보급되어 2017년 기준 9개소가 운영되고 있으며, 그 중 150톤/일 이상인 상용급 폐기물 소각용융 시설에서 발생한 슬래그는 유상판매를 실시하고 있으나 처리용량 100톤/일 이하 시설의 경우는 슬래그 물량부족으로 판매처 확보의 어려움으로 유상판매가 곤란한 상황이다. 일본은 현재 연간 약 80만 톤의 용융 슬래그가 생산되고 있으며, 콘크리트 제품의 골재, 아스팔트용 골재, 매립장 조성 재료 등으로 활용되고 있고 안정적인 유통을 보장하기 위해 용융 슬래그의 특징을 살린 이용 용도의 확대에 적극적으로 노력하고 있다. 본 연구에서는 폐기물 가스화용융 슬래그를 이용한 콘크리트 제조를 위한 기초 연구로써 시멘트 혼합 조건, 경화제 혼합 조건, CKD(Cement Kiln Dust) 혼합 조건에 따른 콘크리트 제조 특성을 살펴보았다. 실험 결과 슬래그와 시멘트, 물을 혼합하여 상온에서 건조 시 벽돌 제작 가능성을 확인하였다.

폐기물 가스화용융 슬래그를 이용한 콘크리트 제조를 위한 기초 연구 1: 슬래그 활용 발포 특성 실험

박영수,이수영,서민혜,조성수 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-

국내의 경우 폐기물 소각용융 시설은 2000년대에 본격적으로 보급되어 2017년 기준 9개소가 운영되고 있으며, 그 중 150톤/일 이상인 상용급 폐기물 소각용융 시설에서 발생한 슬래그는 유상판매를 실시하고 있으나 처리용량 100톤/일 이하 시설의 경우는 슬래그 물량부족으로 판매처 확보의 어려움으로 유상판매가 곤란한 상황이다. (주)대성아스콘은 일반폐기물 용융슬래그를 이용한 아스팔트 콘크리트 생산기술을 개발하여 양주시 자원 회수시설에서 발생하는 용융슬래그를 전량 회수하여 아스콘 생산에 재활용을 하고 있다. 폐기물 용융 기술의 경우 용융 슬래그의 유효 이용이 수반되어야 궁극적으로 의미가 있다 하겠다. 일본의 경우 용융 슬래그의 이용 보급을 위해서 2006년에 콘크리트용 골재 및 도로용 골재로의 용융 슬래그 JIS가 제정되었다. 일본은 현재 연간 약 80만 톤의 용융 슬래그가 생산되고 있으며, 대부분이 JIS에 준하는 제품으로 콘크리트 제품의 골재, 아스팔트용 골재, 매립장 조성 재료 등으로 활용되고 있다. 또한 안정적인 유통을 보장하기 위해 용융 슬래그의 특징을 살린 이용 용도의 확대에 적극적으로 노력하고 있으며, 지반 개량제와 배수 개선제 등의 토목 자재로서의 용도 확대와 기능성 블록 등과 같은 농업 및 어업 이용에 대한 노력이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 폐기물 가스화용융 슬래그를 이용한 콘크리트 제조를 위한 기초 연구로써 혼합비, 온도, 체류 시간 등 운전조건에 따른 발포 특성을 살펴보았다. 실험 결과 NaCO₃보다 CaCO₃가 첨가될 경우 시료의 발포가 잘 있어났으며, Graphite powder가 첨가되면 시편의 강도가 증가하는 것으로 나타났다.

소각용융슬래그의 특성 및 수처리 여과재 활용에 관한 연구

박상구,김건흥 한국습지학회 2012 한국습지학회지 Vol.14 No.4

본 연구의 목적은 폐기물에서 발생되는 소각재 용융슬래그의 여과재 활용가능성을 검증하는데 있다. 이를 위하여 소각재 용융슬래그의 여과재 기능을 수행할 수 있는지 안전성 검토를 수행하고, 일반적인 여과재로 사용 되는 주문진 표준사를 대조군으로 하여 실제 여과실험을 수행함으로서 그 여과능을 분석하였다. 연구결과에 따르 면 용융슬래그 여과재는 중금속 용출율이 지정폐기물 허용기준 내로 사용이 가능한 수준이며, 여과 실험 결과 SS와 COD의 경우 표준여과사와 유사한 수준의 여과능을 나타내었으며, T-N, T-P의 경우는 표준여과사 보다 소각용융슬래그가 T-N은 26.96%, T-P는 6.55% 더 높은 처리율을 보였다. 또한, 소각용융슬래그의 입경에 따 른 제거율 비교를 수행한 결과 No.40#(0.43mm)와 혼입경의 경우 표준여과사와 동등 또는 그 이상의 여과능을 보였다. 따라서, 용융슬래그를 여과사로 활용할 경우 주문진 표준사에 비하여 자원절약과 자원재활용의 효과를 가져 올 수 있을 것으로 판단된다.

아크 용융로에서 Stainless steel의 용융 시 방사성 핵종의 분배특성에 대한 연구

민병연(Byung Youn Min),송평섭(Pyung Seob Song),안준형(Jun Hyung Ahn),최왕규(Wang Kyu Choi),정종헌(Chong Hun Jung),오원진(Won Zin Oh) 대한환경공학회 2005 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2005 No.12

연구용 원자로(TRIGA) 및 우라늄 변환시설을 포함한 원자력 시설의 해체 시 발생되는 방사성 금속 폐기물의 효과적인 처리기술 개발을 위해 아크로에서 SUS 304에 Surrogate nuclides(Co, Cs, Ce, Sr) 500ppm을 오염시켜 다양한 슬래그를 사용하여 실험실 규모의 용융실험을 수행하였다. 용융 시료들의 결정상 구조를 규명하기 위해 X선 회절분석기(XRD)를 이용하였으며, 고화체 표면의 특성을 살펴보기 위해 주사현미경(SEM)을 사용하였고, 주괴와 슬래그 내에 포함되어 있는 성분들의 조성비는 ICP를 사용하여 핵종의 분배특성을 고찰하였다. 온도와 시간은 가장 중요한 변수이며 효과적인 방사성 핵종의 제거를 위해서는 최소 1500℃가 필요하였다. 용융체에서 발견된 Co-60의 양은 처음 아크로에 첨가되어 측정되어질 것이라고 예상된 양과 거의 일치하였다. 비록 약간의 Co-60이 슬래그로 이동하거나 산화된 금속 미립자가 기체 정화 시스템으로 이동될 것이라고 예상했지만, 용융로 분진에서는 발견되지 않았다. 분석 결과 Co는 슬래그에서 약간 검출되었으며 배기가스에서는 거의 발견할 수가 없었고, 거의 대부분이 금속에 전체적으로 균일하게 희석되어 존재하였다. 일부 실험에서는 Co-60의 약 90% 이상이 주괴에서 회수된 반면에 높은 증발압력을 가지고 있는 Cs은 용융체로부터 휘발되어 배기체로 휘발 또는 비말동반되어 SUS 304 주괴에서 아주 미미하게 검출되었다. Cs은 슬래그에서 Cs2SiO₃와 같은 안정한 화합물로 슬래그 상에 존재할 것으로 사료된다. 오염된 surrogate nuclide의 효과적인 제거를 위해 적절한 Slag 사용이 필요함을 결과를 통해 알 수 있었으며 Al₂O₃-CaO-SiO₂의 주 구성 슬래그에 산화력 및 전기전도도 등의 슬래그 물성을 변화시키는 플럭스를 첨가하였을 때 비방사성 동위원소가 슬래그 쪽으로 이동하여 효과적으로 제거됨을 알 수 있었다. 결론적으로 Co는 슬래그에 의한 제거보다는 균질화에 의한 희석효과에 Sr, Cs, Ce은 적절한 슬래그 조성과 종류에 의해 효과적인 제염이 이루어 짐을 볼 수 있었다.

하수처리에 있어서 소각용융슬래그의 여과특성

박상구 ( Sang-goo Park ),한양수 ( Yang-soo Han ),이민희 ( Min-hee Lee ) 한국환경기술학회 2014 한국환경기술학회지 Vol.15 No.5

본 연구에서는 폐기물 소각재를 활용한 용융슬래그를 사용하여 여과재로 활용하기 위한 여과실험을 수행하였으며, 표준여과사와 비교함으로서 용융슬래그의 여과재 적용 가능성을 검토하였다. 표준여과사와 소각용융슬래그를 이용하여 여과실험을 수행한 결과 SS와 COD 제거율은 표준여과사와 소각용융슬래그가 비슷한 처리율을 보였으며, T-P의 경우는 6.6%, T-N은 소각용융슬래그가 27.0%가 더 높은 제거율을 보였다. 용융슬래그와 표준여과사를 이용하여 시간변화에 따른 여과율실험을 수행한 결과 소각용융슬래그 No.40#(0.43 mm)의 경우 여과능이 표준여과사와 동등한 여과능을 보이는 것으로 나타남에 따라 여과재 입경을 고려할 경우 표준여과사 보다 동등하거나 그 이상의 여과성능을 예상할 수 있으며, 소각용융슬래그가 더 빠른 여과속도를 나타내어 소각용융슬래그가 표준여과사에 비하여 시간당 통과 유량을 증대시킬 수 있고 면적당 처리 유량이 크게 증대 가능하다. The objective of the study is to find a way to utilize the MSWI(municipal solid waste incinerator) slag as filter material and used the standard sand as actual filtering experiment to analyze filtering efficiency. As the result of filtering test, the removal efficiency of SS and COD showed about same level of filtering capability similar to standard filter sand. The MSWI slag has shown 27.0% higher with T-N, and 6.6% higher with T-P compared to the standard filter sand. Also, the removal efficiency comparison result with No. 40#(0.43mm) the MSWI slag showed equal or greater filtering capability and higher filtration velocity. Thus, the MSWI slag could help to advance treatment efficiency if used as filtering material instead of the filter sand.

고로(高爐)슬래그로 부터 제조(製造)된 용융(溶融)클링커의 광물조성(鑛物組成)과 색도특성(色度特性)

추용식,서성관,임두혁,송훈,이종규,이승호,Chu, Yong-Sik,Seo, Sung-Kwan,Im, Du-Hyuk,Song, Hun,Lee, Jong-Kyu,Lee, Seung-Ho 한국자원리싸이클링학회 2011 資源 리싸이클링 Vol.20 No.6

용융클링커 제조용 혼합원료 중의 하나로 고로슬래그를 사용하였다. 고로슬래그를 사용한 혼합원료는 용융클링커 제조를 위해 1620에서 용융하였다. 냉각된 클링커는 XRD 패턴으로 클링커 광물의 생성여부를, 색도분석기로 색도를 분석하였다. 용융클링커는 XRD 분석을 통해 OPC 광물과 동등의 클링커 광물을 포함하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 용융시멘트는 OPC보다 백색도가 높아, 색상이 OPC보다 옅게 관찰되었다. 용융시멘트의 LSF 및 SM이 높아짐에 따라 백색도는 낮아졌다. 또한 슬래그를 용융시켜 제조한 시멘트 클링커는 고로 슬래그시멘트보다 백색도가 높았다. Raw mix of molten clinker was fabricated using blast furnace slag as starting material. Raw mix was melted at 1620 for molten clinker fabrication. Color and mineral composition of molten clinker was investigated by XRD and colorimeter. It was found that the molten clinker contains alite and belite equivalent to OPC clinker mineral and shows higher whiteness value than that of OPC. Whiteness of the molten clinker decreased with LSF and SM. Also the whiteness value of the slag cement using molten clinker was higher than that of common slag cement.

Melting Characteristics for Radioactive Aluminum Wastes in Electric Arc Furnace

Byung-Youn Min,Pyung-Seob Song,Jun-Hyung Ahn,Wang-Kyu Choi,Chong-Hun Jung,Won-Zin Oh,Yong Kang 한국방사성폐기물학회 2006 방사성폐기물학회지 Vol.4 No.1

한국원자력연구소 내의 연구용 원자로(TRIGA II, III) 해체 시 발생한 방사성 알루미늄 해체 폐기물의 감용 및 제염 특성을 평가하기 위해 아크로에서 알루미늄의 용융 특성 및 방사성 핵종의 분배 특성에 대한 연구를 수행하였다. 알루미늄 폐기물은 흑연전극(graphite electrode)을 이용한 전기아크로에서 4가지 종류의 플럭스를 함께 첨가하여 용융시켰다. 또한 알루미늄의 용융 시 방사성 핵종의 분배 특성을 고찰하기 위해 알루미늄 시편에 방사성 모의 핵종인 코발트, 세슘, 스트론튬의 화합물을 오염시킨 후 혹연도가니에 넣어 알루미늄 용융실험을 수행하였다. 전기아크로에서 알루미늄의 용융실험을 수행한 결과 플럭스의 종류에 따라 다소 차이는 있으나 플럭스의 첨가에 의해 알루미늄 용융체의 유동성이 증가됨을 확인할 수 있었다. 아크 용융에 의해 생성된 슬래그의 발생량은 플럭스 A와 B를 첨가한 알루미늄 용융실험에 비해 플럭스 C와 D를 첨가한 실험에서 상대적으로 많은 양이 생성됨을 알 수 있었으며, 첨가된 플럭스의 양이 증가할수록 이에 비례하여 슬래그의 발생량이 증가함을 알 수 있었다. 슬래그(slag)의 XRD 분석을 통해 방사성 핵종이 주괴에서 슬래그 상으로 이동한 후 슬래그를 구성하고 있는 산화알루미늄과 결합하여 안정한 화합물로 슬래그 상에 포집됨을 알 수 있었다. 알루미늄 폐기물의 용융시 Co의 분배율은 플럭스를 첨가한 경우에 보다 높은 제염계수를 나타냈으며, 모든 플럭스에서 40% 이상의 제염 효과를 나타내었다. 반면에 휘발성 핵종인 Cs과 Sr은 주괴로부터 98% 이상이 제거되어 대부분이 슬래그상과 분진으로 이동되는 특성을 확인할 수 있었다. The characteristics of the aluminum waste melting and the distribution of the radioactive nuclides have been investigated for the estimation on the volume reduction and the decontamination of the aluminum wastes from the decommissioning of the TRIGA MARK it and III research reactors at the Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI). The aluminum wastes were melted with the use of the fluxes such as flux , and flux in the DC graphite arc furnace. For the assessment of the distribution of the radioactive nuclides during the melting of the aluminum, the aluminum materials were contaminated by the surrogate nuclides such as cobalt(Co), cesium(Cs) and strontium(Sr). The fluidity of aluminum melt was increased with the addition of the fluxes, which has slight difference according to the type of fluxes. The formation of the slag during the aluminum melting added the flux type C and D was larger than that with the flux A and B. The rate of the slag formation linearly increased with increasing the flux concentration. The results of the XRD analysis showed that the surrogate nuclide was transferred to the slag, which can be easily separated from the melt and then they combined with aluminum oxide to form a more stable compound. The distribution ratio of cobalt in ingot to that in slag was more than 40% at all types of fluxes. Since vapor pressures of cesium and strontium were higher than those that of the host metals at the melting temperature, their removal efficiency from the ingot phase to the slag and the dust phase was by up to 98%.

용융고화슬래그를 01용한 홉음재료 활용가능정 검토

김성중(Seong-Jung Kim),이동호(Dong-Ho Rie),박현서(Hyun-Seo Park) 유기성자원학회 2000 유기물자원화 Vol.8 No.3

본 연구는 용융고화 슬래그에 대한 중금속 용출실험 및 두께별 흡음율 특성 에 따른 흡음재료로서의 활용가능성을 제시하기 위하여 수행되었다 용융고화 슬래그를 대상으로 한 중금속 용출실험 결과, 중금속이 슬래그내로 안정화되어 용출되지 않았다. 용융고화 슬래그의 저주파 영역 에서의 흡음특성은 공통적으로 600 Hz~l kHz 부근에서 최대 흡음을 나타냈고 고주파 영역에서는 3 kHz 부근에서 최대 흡음을 나타냈다 고주파 영역에서는 7kHz 주파수 영역을 념는 범위에서는 흡음율이 다시 증대하는 특정을 나타냈다. 용융고화 슬래그를 방음벽의 재료로 사용할 경우 저주파 및 고주파 영역내의 흡음율이 80% 이 상의 흡음효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났는데, 이는 흡음율 시험에 사용되는 시편의 두께에 의한 흡음특성을 고려한다연 다소 차이 가 있을 수 있으나, 흡음재료로의 재활용에 가능한 물성값을 보유한 것으로 본 연구결과 흡음자재로 활용가능성이 높은 것으로 나타났다. This study was performed to prove that vitrifìed slag can be utilized as sowld absorbing materials by investigating on heavy metal e1 ution and the properties of sound absorbing rate according to the thickness. The heavy metal e1ution experimenr indicated that heavy metal was not e1uted since it was fixed stable the slag. Vitrified slag generally exhibited a maximum sound absorbing rare around at 600Hz-lk1z and 3kHz in the low and high freque.ncy range, respectively. On the other hand, the absorbing rate increased beyo.nd the range of7kHz again. The sound absorbi.ng rate varied a little according to the thickness of the material. However, Vitrified slag is likely to the effective as a sound absorbing wall material since it has a sound absorbi.ng rate of over 80% i.n the low and high frequency region when used as a wall. The results obtained i.n this study showed that vitrifìed slag has the recyclable material properties and therefore, highly applicable to sound absorbing materials.

용융고화슬래그를 이용한 흡음재료 활용가능성 검토

김성중,이동호,박현서,Kim, Seong-Jung,Rie, Dong-Ho,Park, Hyun-Seo 유기성자원학회 2000 유기물자원화 Vol.8 No.3

본 연구는 용융고화 슬래그에 대한 중금속 용출실험 및 두께별 흡음율 특성에 따른 흡음재료로서의 활용가능성을 제시하기 위하여 수행되었다. 용융고화 슬래그를 대상으로 한 중금속 용출실험 결과, 중금속이 슬래그내로 안정화되어 용출되지 않았다. 용융고화 슬래그의 저주파 영역에서의 흡음특성은 공통적으로 600 Hz~l kHz 부근에서 최대 흡음을 나타냈고, 고주파 영역에서는 3 kHz 부근에서 최대 흡음을 나타냈다. 고주파 영역에서는 7 kHz 주파수 영역을 넘는 범위에서는 흡음율이 다시 증대하는 특징을 나타냈다. 용융고화 슬래그를 방음벽의 재료로 사용할 경우 저주파 및 고주파 영역내의 흡음율이 80% 이상의 흡음효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났는데, 이는 흡음율 시험에 사용되는 시편의 두께에 의한 흡음특성을 고려한다면 다소 차이가 있을 수 있으나, 흡음재료로의 재활용에 가능한 물성값을 보유한 것으로 본 연구결과 흡음자재로 활용가능성이 높은 것으로 나타났다. This study was performed to prove that vitrified slag can be utilized as sound absorbing materials by investigating on heavy metal elution and the properties of sound absorbing rate according to the thickness. The heavy metal elution experiment indicated that heavy metal was not eluted since it was fixed stable in the slag. Vitrified slag generally exhibited a maximum sound absorbing rate around at 600Hz-1kHz and 3kHz in the low and high frequency range, respectively. On the other hand, the absorbing rate increased beyond the range of 7kHz again. The sound absorbing rate varied a little according to the thickness of the material. However, Vitrified slag is likely to the effective as a sound absorbing wall material since it has a sound absorbing rate clover 80% in the low and high frequency region when used as a wall. The results obtained in this study showed that vitrified slag has the recyclable material properties and therefore, highly applicable to sound absorbing materials.

소각재 용융슬래그의 중금속 용출특성에 관한 연구

한영수,이재영 한국지하수토양환경학회 2001 지하수토양환경 Vol.6 No.1

용융처리는 중금속을 안정화시키는 효과적인 방법의 하나이며, 또한 고가의 부산물을 생산해낸다. 본 연구에서는 소각재를 용융하여 얻은 슬래그의 중금속 용출특성을 평가하고자 한다. 슬래그를 재활용하는데 있어서 환경적인 적합성을 평가하기 위하여 소각재, 슬래그 및 슬래그를 재활용재로 하여 제조한 건설재료에 대한 용출시험을 수행하였다. 시험결과는 다음과 같다. (1) 국내표준용출시험법(KSLT)에 의해 시험한 슬래그의 중금속 용출농도는 소각재의 용출농도보다 낮은 값을 나타냈다. (2) 장기용출시험법에 의해 평가한 슬래그의 중금속 용출농도도 KSLT의 기준을 만족했다. (3) 슬래그의 건설재료로서의 사용성을 평가하기 위해 만든 모르타르 공시체의 용출결과, 슬래그를 재활용재로서 사용하는데 있어서 중금속 용출 측면에서 적합하다고 사료된다. (4) 독일의 소각재 재활용을 위한 가이드라인인 RG Min-StB 93, FGSV에서 제시하는 방법에 의해 시험한 결과, 본 슬래그의 용출농도는 독일의 규제기준을 만족하였다. Melting is one of the most effective treatments for stabilizing heavy metals and also creates high value by-products. In this study, authors evaluated the leaching characteristics of heavy metals in melting slag obtained by incinerator ashes. In order to evaluate the environmental compatibility of the recycled melting slag, the samples were analysed various leaching tests of heavy metals with raw incinerator ashes, melting slag and the construction materials recycled from melting slag. As the results : (1) The leaching concentrations of the melting slag were lower than those of the raw incinerator ashes in the experiment performed in accordance with Korea Standard Leaching Test (KSLT). (2) The heavy metal concentration of long term leaching test, which was conducted in various pH conditions, were under the standard level of regulation in KSLT. (3) The leaching concentration of mortar samples used for evaluating the feasibility of recycling the melting slag as construction materials also shows the suitable range for recycling. (4) The result of leaching test with the method of RG Min-StB 93, FGSV (Forschungsgesellschaft fur Stra$\beta$en- und Verkehrswesen) met the requirements in German.