환경기술/ 페기물의 프라즈마에 의한 무해화, 재자원화
오늘은 입니다.
등록번호: 문화 라-08507 / ISSN 1599-4643(국제표준연속간행물번호)
본 자료는 메탈넷코리아에서 취재.조사.편집 및 기술자료로 무단전제.복사하는 것은 불법입니다.
제휴.제안.질의 & 광고게재.신제품소개 및 자료문의: 월간 메탈넷코리아 편집부
서울국제야금&주.단조&열처리산업전
아스베스트 페기물의 프라즈마에 의한 무해화, 재자원화
개요

보온재료등을 사용한다고 하면 아스베스트 페기물의 프라즈마용해에 의한 무해화, 재 자원화 확신실험을 하였다. 아스베스트는 그 조성이나 용해조 건에 의존하면 총적인 조건에 서 의 결정구아스베스트조및비섬유구조가 소실된 균질항 스라그라고 한다.
또 환경청 보고 의 46號의 용출기준 을 만족하고 화학적에 안정하는것을 확인했다. 더욱이는 스라그는 로반 재료라는 재리용이므로 아스베스트페기물의 용융재기원화 수단이고 프라지마가열이 적용될 수 있는것을 표시한다.

(1) 서언

아스베스트는 불연성에서 판열·내식·기계강도 등에 우질적소재를 쓰기 위해 보온재료등 공업제품이 넓게 이용되고 있으며 그인체 에로의 유해성이 분명하다. 1975년아래는 그런 공 사가 금지된만큼 공업제품의 사용이 제한되여 있다. 한방면으로아스베스트페기술은아스베 스트라 불리우는 제거 공사에 있어 발생량이 금후 4.000t/년정도 로 예측되고 있어 각종보온 재, 건재등 함아스베스트유페기물량은아스베스트페기물의 수배~10배정도로 추측된다고 한다.
이것의아스베스트페기물 은 현재 특별과니산업페기물에 지정되여있어 미리전에 내수성재 료 에서 두층으로 묶어서 절단형처분장에 묻어서 처리함에 대응 시킨다. 다른 한방면으로 1992 년에아스베스트페기물의 중간처리방법이 라 하는[용융설비를 사용하는 많은 용융]방법이 알 려져 용융처 리하는것에 의한 그유해성을 개질한 경우는 일반산업페기물에서 수집운반, 재 생, 처분할수 있고 여기까지 가라스용융로를 이용한 방법이 개발되였다고 한다. 그러나아스 베스트페기물밖에 없는아스베스트제지작 업에 따라 발생한 금속이나 콩크리트등 페기물도 포함하여 용융처리
하면 대폭적이 감용비가 얻어질 새로운 가열기술도입이 기대되 고 있다고 한다. 이러한 배 경하에서 필자는 페기물의 물리화학 적 성질에 맞춰 고온열을 안정하게 공급하는것으로부 터 대용량 화가 쉽게 처리속도를 빠르게 달성하는 프라즈마가열을 선정하고 재자 원화를 위 하여아스베스트페기물의 용융처리기술의 개발을 진행하고 있다. 이글에서는 보온재료등을 사용하고 있는아스베스트를 써서 그조성과 가열조건을 변화시켜 프라즈마용융처리하고 아스베스트페기물의 무공해용융처리조건을 해명하고 용융처리하여 얻 은 스라구의 로반재료의 성질을 평가하는 결과를 진술한다.

(2) 기초 실험장치의 개요

프라즈마용융처리기초 실험장치는 프라즈마토치, 프라즈마로, 배가스정화장치, 배가스 조성 의 분석장치로부터 구성하였다. 그다음 프라즈마의 구성도를 그림 1에서 표시한다. 프라즈마 로는 용융상황을 관찰하는 창, 공기주입구, 시료투입구, 배가스 흡수구등을 갖고 있다. 또 웃부분의 내화뚜 껑을 밖으로 열수 있게끔 간단하게 구조하고 용융단지를 립상태 의 내화자 료에서 고정한것이므로 이 용융단지를 쉽게 교환할수 있는 구조로 되였다.
실험에서는 내경225mm, 깊이190mm의 흑염제 도가니와 내경이 230mm, 깊이220mm의 알류 미늄제 도가니 두가지를 사용했다. 시험재료는 투입구에 세트 재료를 투입棒에 의한 용융도 가니 둘레까지 옮기고 용융도가니 둘레부터 도가니 안에로 자연落下 시킨다. 프라즈마로내 의 온도는 k형열전대에 관한 또 용융시의 용탕표 면온도는 2色式방사온도계에 의해 기측된 다. 용융할때에는 로내 에 공기가 주입함에 있어 로내압력이 미부압일정이 되면 배가스 흡 수량이 배제된다고 한다. 프라즈마 토치는 전극에 산화 란탄 인입하고 탄가스텐을 사용하면 로도타입이고 직류이행모다에서 운운한다. 프라즈마 가스는 아르곤을 사용하고 있다.

(3)실험방법

(3-1)용융실험재료(실험자료=실료)
용융아스베스트실료로서 타이 칼슘보온재, 수련보온재, 파라이트보온재, 석면 크로스, 석면 스레트를 선정한다. 이다음 석면크로스와 석면스레트 밖에는 현재시장에서 판매하는 제품에 아스베스트가 함유되지 않기때문에 시장판매에아스베스트를 혼입하여 사용한다. 표1에서 실 료의 화학조성을 표시한다. 또 표2에서아스베스트의 종류와 그물리화학적 성질을 표시한다. 크린타이루노미가 현재로 사용이 확인함에 있어 동시에 입수가 가능하다.
이 때문 에 혼입 된아스베스트라는 크린타이루를 사용한다. 역시 크린타이루는6가지류의아스베스트광물중에 서 용점, 비열도 제일 높은 용융처리가 제일 쉽게 되는 물건이라고 생각된다. 쿠린타이루의 혼입량은아스베스트가 규제시킨 이전의 보온재의 사용실적으로 부터 중량割合에서 5~10%라 한다. 실료 는 프로즈마 로내에로의 투입을 쉽게 하기 위해 스치루 항아리에 봉입시킨다. 또 아스베스트보온재의 보호 덮개나 건가페재등 혼재를 想定하여 탄수강 과콩크리트를 합하여 실험을 했다.
(3-2) 실험조건
실험조건은 그림3에서 표시한것과 같이 실험번호1~6에서는 각 아스베스트실료 및 비크리스타이루 그 물건을 각기 직경80mm, 깊이105mm의 스친 항아리에 봉입하고 흑염제도자기내에 간격적으로 투입한다. 1회에 투입한 실료량은 실료의 밀도가 성 기여 170g~38g의 범위에 있다. 아스베스트실료의 중량은 累計하면 3kg되고 용융시의 프라 즈마전류는 300A (약50KW)일정이 된다. 또 실험번호 7은 크리스타이루 함유수련 보온재를 탄소강과 콘크리트와 함께 알류미늄 제 도자기내에서 같이 용융처리 된다. 이 실험에서는 프라즈마전류를 200A, 300A, 500A로 상승시켜 프라즈마출력을 30KW, 40KW, 50KW로 3단계에 증가시킨다. 프라즈마출력이 전류에 비례하지 않는것은 기앗프길 이가 다름에 따라 전압이 달라진 다. 용융고화체는 용탕을 도자기내에서 자연랭각 시켜 제 조한다.

(3-3)스라구 평가항목
아스베스트의 인체에로의 영향은 공기중에 떠있어아스베스트를 흡수하는것에 의해 발생하고 특히는아스베스트의 화학적성질보다도 섬유형에 관계되는것이 指摘되고 있다. 이때문에아스 베스트 라는 특질소멸의 평가방법이고 스라구의 X선 회축분석에 의한 크리스타인의 구조소 멸을 마크로한 시점으로 부터, SEM사진에 의한 섬유상태구조의 소실을 마크로한 시점으로 부터 확인하는것이라고 한다. 이것의 분석을 그림2에 표시하고 4箇所에 대하여 진행했다.
또 스라구를 재리용하기 위해 화학적 안정성을 [환경廳告示46號]에 피준한 용출실험에 따라 평가했다. 厚生省부터 [일반페기물의 용융고화물에 관한 목표기준]이라는 칼슘, 연, 6價 그라 무, 히소, 총수은, 세린의 6가지 용출기준이 결정되였다고 한다. 용출액중 의 이런 6가지 원 소를 분석하고 또 스라구의 표간비중흡수률, 감량, 안정성, 수정 CBR치를 측정하고 도로용 골재의 기준치와 비교하는데서 스라구의 로반재료라는 성질을 평가했다.

(3) 결과와 검토

용융시의 전류, 전압, 로내온도등의 결과는 같은바 크리스타리루함유수련보 온재를 용융처리 하는 실험(번호1)의 결과를 그림3에서 표시한다로내온도및 비배가스온도는 용융시간의 경과 와 함께상승한다. 용융표면온도를 기측하는 방사온도계치는 실료의 투입에 의해 하강하고 실료의 용융과 함께 상승하며 투입전의 온도로 회복한다. 여기에 용탕표면온도가 약 2,000℃ 로서 매우 높은 것이고 그것은 방사온도계의 기정점을 프라즈마전극점 근처에 있기때문이 다.
표4에서 실험결과를 표시하고 그림4에서 용융처리전의 실료와 처리후의 용융고하체중량의 결과를 표시한다. 역시 여기에서 열 처리시에 발생하는 다스트 중량은 3%미만이기에 기록 도 하지 않았다. 번호1~6의 실험에 있어서 투입하는 아스베스트실료에 대한 스라구층의 중 량 이 감소되고 있다. 이것은 처리전이 크리스타인의 결정수가 증발하기 때문이다. 한방면 으로 투입하는 스친 항아리에 대한 금속층의 중량 을 도자기 자료에 있어 C의 용해에 있어 증가는 산화에 의해 감소된다.
아스베스트보온재에 대한 스라그층의 체적비를 보면 약10%~25%의 범위에서 큰 감용비가 얻어졌다. 실험번호 7의 감용비는 약 55%에 있다. 이 실험에서 탄소강이 산화되여 스라구에 로 이동하고 그때문에 스라구의 중량이 약 1.5kg이 증가되고 밀도도 3.7(g/cm3)로 서 실험 번호 1~6의 스라구보다도 크게 되였다고 한다. 더욱이 실험에 있어 가열시간, 투입에네르기 가 다른바 이것은 투입한 스치루 도자기가 완전히 용해된후에 다음의 실료를 투입하기 위한 데 있고 かさ밀도가 작은 만큼 스치루 도자기에 있어 투입회수가 많고 가열시간, 투입에네 르기가 많이 필요하지 않는다고 한다.
(4-2)스라구의 성상(성질과 상태)
사진1에 각 실험에서 사용하는 용융실료의 SEM사진과 스라그의 개관및 비SEM사진을 표 시한다. SEM사진관찰로부터 섬유구조가 완전히 소실되고 있는 것이 확인되였다.
또 스라구 의 X선 분석결과 를 그림5에서 표시한다.
어느것의 스라구부터도 크리스타이루 특유 피크는 검출할 수 없다고 했다.
용융실험에서는 일반적으로 스라구에 관하여 규정 되여 있는 중금 속류는 표5에서 표시하고 있어 모두 용출액중에 서 검출되였는바 일반페기물의 용융고화물 에 관련하는 목표기준 을 만족한다.
이것의 결과로부터 아스베스트페기물은 그조성이나 용 융조 건에 있어서 프라즈마용융처리함에 있어 아스베스트라하는 성질이 소감된 화학적인 안 전한 스라구라고 한다.
여전히 크리스타리루를 함유시킨 수련보온재와 보온재를 용융처리한 실험에서는 스라구는 ガラス상태로 되고 그이외의 실험에서는 스라구는 모두 땅땅한 결정질로 되여있다. 용융 스 라구가 가라스질일까 결정질일까는 그 화학조성과 랭각속도에 의존한다.
일반적에는 시리카 가 많은 물건이나 랭각하는 장소에는 가라스 상태의 비 스라구 정질로 되여 평온하 고 또 염기도의 높은 스라구만큼 결정질이 되여 평온하다.
수련보온재와 파라이트보온재는 시리카 농도가 높고 또 염기도도 낮추기 위해 가라스질의 스라구로 되였으며 그것은 염기도도 높은 결정질의 땅땅한スラグ 라 고 한다. 또 이것의 스라구에서느 각 성분의 평형상태도로부터 추정한 결과 결정상이 검출되였다고 한다. 결정질의 스라구는 견강하면 서도 저량의 감소도 작은 내구성이 좋아서 골재로 재이용시에 유리하다고 한다.


(4-3) 스라구의 로반 재료로서의 평가
밀도가 작고 골재로서도 제일 취약하다고 생각하는 실험번호1 에서 얻었던 가라스상태 스라 구에 대하여 로반자료실험을 했다.
표 6에 실험결과와 로반자료의 규격치를 표시한다. 안정 성 (凍結融解에 있어서 파격압력에 대응하는 저항성, 저량을 몽땅 없애버리는데 있어서는 하층로반재및 비상층로반재의 규격치를 매우 만족하는 치를 얻었고 수정CBR의 미가 규격 치를 만족시켰다고 한다.
수정CBR은 자료가 締固된 층으로서 지지력을 표현하는 물건이고 립도, 함유량등의 자료고유의 성질에 의존한다.
로반자내 실험에 사용하는 스라구는 가라스 상태이기 때문에 함수비가 작고 締固 될때의 지지력이 얻어지지 않는다고한다.
거기에서 함 수비를 높이기 때문에 립경5mm 이하의 자갈돌 다스트를 스라구에 혼합하여 로반 자료실험 을 실시했다.
립경5mm이하의 립도정리하지 않은 자갈돌 다스트는 표6에서 표시한 기준을 만족시키는 동시에 골재로서 비교적 입수하기 쉬우 재료하고 한다.
그림 6에서 각분석실료 에 대하 적합한 함수비와 수정CBR의 결과를 표시한다.
이결과로부 터 직접다스트의 혼합률 을 30%이상이라 할수 있다면 수정CBR도 하층로반 재료로서의 규격치를 만족할수 있다는것 을 확인한다.

(4) 결론

보온재로서 사용하는 가능성이 있는 6가지 종류의 아스베스트함유물에 대하여 그조성이나 용융조건에 의하면 프라즈마용융처리에 있어 유해한 섬위구조가 소실되고 중금속등도 침출 하지 않는 화학적으로 안정한 스라구라는것을 확인하였다. 또 골재로서는 제일 취약한 가라 스상태 스라구에 관하여 비교적 입수가 쉬운 잡석 다스트를 30%정 도로 혼합하는 일에서 하층로반재료로서의 기준을 만족시키는것 을 확인하였다.
스라구를 실제로반재료로서 이용하는면에서는 스라구의 물리적화학적성 질이 균일하게 되는 것을 바란다. 이때문에 아스베스트로 보면 같지 않은 조성의 페기물을 용융처리하는 경우에 있어서도 균일한 스라구를 제조하기 위해서 용융처리 조건의 설명을 현재실시중이라고 한 다. 또 재자원을 추진하기 위하여 콘크리트용제골재등에로의 적용평가를 실시하고 양호한 결과를 얻었다고 한다.
페기물처리기술로서의 프라즈마가열의 이용이 착목하면서부터 도시연 탄, 중금속이나 유기 염소화합물등의 유해물질을 함유한 페기물 등의 용융처리 시스템의 연구개발이 진행되는바 특히는 도시연탄에 관하여 리서클 염용화를 그린[페기물순환형 사회기반시설]로서 프라즈마 용융로가 도시연탄시설에 설치된 예가 증가하고 있다 한 방면 에서 아스베스트페기물등의 산업페기물에 대해서도 프라즈마 방식에서의 처리조건을 확립하는것에서 무해화나 재리용이 넓게 사용될 가능성이 있으며 [자원순환형사회]의 구측에 향한 유망한 한쪽어깨로서 기대가 된다.
본 보고는 (주)일본원자력 발전소로부터의 연구를 거쳐 얻은 성과를 결론한것으로 (주)일본 원자력 발전소에 감사드립니다.
상 호: 메탈넷코리아 매체사업부문(Metal Network Korea Company)
주 소: 서울특별시 구로구 구로 3동 212-26번지 E-Space 310호 (우편번호)152-053
문의전화번호: 02-3281-5037(代表)         팩스번호: 02-3281-0280
중국상해문의처: TEL:(021)6402-6190(代表)         FAX:(021)6402-8912
Copyright ⓒ 1992-2007[창립15년] Metal Network Korea Company All rights reserved.