선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 EAF 더스트-점토계 슬러리의 pH에 따른 습식혼합 여액 중의 중금속 이온 용출량을 분석한 후 슬러리의 pH 조절을 통해 공정 여액과 소지 중의 중금속 이온의 농도를 조절하고자 하였으며, 소지 내 중금속의 농도변화가 소성 과정 중의 중금속 휘발에 미치는 영향을 소지 내 중금속 총량 측정을 통해 분석하고 중금속 이온의 안정화 정도를 TCLP(toxicity characteristic leaching procedure) 시험을 통해 평가함으로써 소성 공정을 이용한 EAF 더스트의 재활용 기술의 친환경성을 평가하고 자 하였다.
제안 방법
- 열처리된 시편은 200 mesh 이하의 크기로 분쇄하여 60°C에서 12시간 건조시키고, 강산으로 완전히 용해시킨 뒤 이를 희석하여 ICP 분석을 통해 중 금속의 총량을 측정하였다. 700, 800, 1100°C에서 15분간 열처리한 시편을 TCLP 법에 따라 용출시킨 후 여액 중의 중금속 농도를 ICP-AES(ICP-1000IV, Shimadzu, Japan)를 이용하여 측정하였다.
- 습식혼합 공정을 이용하는 경우 유해중금속이 포함된 폐수는 적절한 처리가 필요하며, 습식혼합 여액 중의 중금속 이온의 용출을 최소화함으로써 혼합공정에 따른 환경오염 및 폐수처리 공정을 최소화할 수 있다. 따라서 EAF 더스트-점토계 슬러리의 pH를 8, 10, 12로 조절하여 중금속의 용출농도를 측정 하으며 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다. Zn, Pb, Cd의 경우 pH 10 이상에서는 거의 검출되지 않았으며, Cr의 경우에는 pH 12에서 용출량이 다소 증가하였다.
- 습식혼합 시 고액비는 1 :2로 하였으며, 이는 실제 공정조건과 동일한 조건에서 중금속의 용출량을 측정하기 위한 것이었으며, EAF 더스트 용출 실험의 경우에는 중 금속 용출량을 최대화하기 위하여 1 : 50의 고액비 조건에서 실험하였다. 이와 같은 고액비의 차이로 인해 습식 혼합 여액 중의 중금속 이온의 농도는 25배 농축되어 있는 것으로 볼 수 있으며 Table 2에 Zn와 Pb에 대해서 Fig.
- 상온에서 제조한 시편은 미연탄소의 존재 때문에 총량 분석이 불가능한 관계로 이를 제거하기 위해서 최저 열처리 온도를 600°C로 하였으며, 이 온도에서 중금속 성분의 휘발은 거의 없을 것으로 예상된다. 열처리된 시편은 200 mesh 이하의 크기로 분쇄하여 60°C에서 12시간 건조시키고, 강산으로 완전히 용해시킨 뒤 이를 희석하여 ICP 분석을 통해 중 금속의 총량을 측정하였다. 700, 800, 1100°C에서 15분간 열처리한 시편을 TCLP 법에 따라 용출시킨 후 여액 중의 중금속 농도를 ICP-AES(ICP-1000IV, Shimadzu, Japan)를 이용하여 측정하였다.
- 유해 중금속이 다량 포함된 EAF 더스트를 점토와 습식 혼합하여 소성함으로써 중금속을 안정화시키고 벽돌, 인공골재 등으로 재활용하기 위하여 슬러리의 pH와 혼합비에 따른 중금속 성분의 거동을 분석한 결과는 다음과 같다.
- 이때 pH는 acetic acid와 IN의 NaOH를 사용하여 4, 6, 8, 10, 12로 조절하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 1의 여과지에 거른 후 중금속이 용출된 용액을 ICP-AES(ICP-1000IV, Shimadzu, Japan) 분석을 하였다.
- 적점토와 EAF 더스트를 80 mesh의 체로 거른 뒤, 점토에 EAF 더스트를 각각 0, 20, 40, 60, 80, 100 wt% 첨가한 후 습식혼합 공정에서 이용되는 1 : 2의 고액비로 1시간 동안 자석식 교반기에서 습식 혼합하였다. 혼합된 슬러리는 5 卩m의 여과지로 걸러낸 후 ICP-AES(ICP- 1000IY Shimadzu, Japan)를 이용하여 여액 중의 중금속 이온의 농도를 측정하였다.
- 중금속의 총량을 분석하기 위한 시편은 각각 600, 800, 1000, 1100°C 온도에서 2시간 유지하여 휘발이 충분히 일어날 수 있도록 하여 혼합비와 열처리 온도에 따른 휘발량의 차이를 비교하였다. 상온에서 제조한 시편은 미연탄소의 존재 때문에 총량 분석이 불가능한 관계로 이를 제거하기 위해서 최저 열처리 온도를 600°C로 하였으며, 이 온도에서 중금속 성분의 휘발은 거의 없을 것으로 예상된다.
- 적점토와 EAF 더스트를 80 mesh의 체로 거른 뒤, 점토에 EAF 더스트를 각각 0, 20, 40, 60, 80, 100 wt% 첨가한 후 습식혼합 공정에서 이용되는 1 : 2의 고액비로 1시간 동안 자석식 교반기에서 습식 혼합하였다. 혼합된 슬러리는 5 卩m의 여과지로 걸러낸 후 ICP-AES(ICP- 1000IY Shimadzu, Japan)를 이용하여 여액 중의 중금속 이온의 농도를 측정하였다. 여과된 고형체를 직경 10 mm 크기의 구형으로 성형한 후 120°C에서 48시간 이상 항량이 되도록 건조하였다.
성능/효과
- 이러한 결과로 보았을 때 EAF 더스트 내에 가장 많이 존재하는 Zn, Pb의 순으로 용출농도를 나타내었으며, Cd와 Cr의 경우에는 10 ppm 이하의 용출량을 나타내었다. Cr을 제외한 중금속 성분의 pH 10에서 거의 용출되지 않는 것을 알 수 있었다. 이렇게 전 pH 영역에서 중금속이 용출되지만 pH 10에서 가장 적게 용출되는 이유는 Zn, Pb, Cr 등이, 양쪽성 금속의 성질을 갖기 때문이다.
- EAF 더스트에 다량 포함된 Zn, PW 미량 포함되어 있는 Cr, Cd 등은 pH 10에서 용출농도가 가장 작았으며, EAF 더스트와 점토를 습식혼합하는 경우 점토 입자의 중금속 흡착 및 이온교환 효과에 의해 여액 중의 중 금속 이온의 농도는 더욱 감소하였다. 이와 같이 중금속 성분의 용출이 거의 일어나지 않는 pH 10의 조건에서 제조한 EAF 더스트-점토계 소지의 경우에 EAF 더스트의 혼합비가 20 wt% 이하인 경우 점토와 중금속 성분과의 반응에 의해 중금속의 휘발이 억제됨을 관찰할 수 있었으며 TCLP 실험결과 Zn, Pb, Cd, Cr 등의 중금속 용출은 기준치 이하로 효과적으로 중금속이 안정화되었음을 확인할 수 있었다.
- Table 2에서 볼 수 있듯이 점토와의 습식혼합에 의해 중 금속의 용출농도는 크게 감소함을 알 수 있으며 이는 점토 입자에 의한 중금속 흡착 및 이온교환 효과에 의한 것으로 보여진다[11]. Zn와 Pb의 경우 pH 10에서는 중금 속 이온의 용출농도 자체가 작기 때문에 거의 0에 가까운 값을 나타냈으며 pH 8보다는 pH 12에서 점토 첨가에 의한 중금속 이온 감소 효과가 큰 것으로 나타났다. 이상에서 살펴본 바와 같이 pH 10의 조건에서는 여액 중의 중금속 이온의 농도가 거의 0에 가까우며 따라서 습식혼합 및 여과 과정에서 더스트 중의 중금속 성분의 유출이 거의 없이 EAF 더스트-점토 소지 중에 분포하게 됨으로서 공정 여액에 의한 환경오염 물질의 배출이 최소화 될 수 있다.
- pH에 따른 조성별 TCLP 분석 결과(Fig. 4) Zn의 경우, EAF 더스트가 40wt%까지 첨가되었을 때까지 안정화되어 거의 용출되지 않았음을 볼 수 있었다. Pb의 경우 EAF 더스트가 40, 60wt%인 시편에서 용출농도가 가장 큰 것으로 나타났으며 EAF 더스트의 혼합비가 증가할 경우 감소하는 것으로 나타났다.
- Cd의 경우, 산성 영역에서 알칼리 영역으로 갈수록 용출량이 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과로 보았을 때 EAF 더스트 내에 가장 많이 존재하는 Zn, Pb의 순으로 용출농도를 나타내었으며, Cd와 Cr의 경우에는 10 ppm 이하의 용출량을 나타내었다. Cr을 제외한 중금속 성분의 pH 10에서 거의 용출되지 않는 것을 알 수 있었다.
- 이상에서 살펴본 바와 같이 EAF 더스트 내에 존재하는 대부분의 중금속 성분은 양쪽성 금속의 성질을 나타내며, 특히 산성 영역에서 용출량이 큰 것으로 나타났다. 유가금속의 회수를 목적으로 하는 경우에는 강산 또는 강알칼리의 pH 조건에서 유가금속의 용출을 최대화하는 것이 유리하다.
- Zn와 Pb의 경우 pH 10에서는 중금 속 이온의 용출농도 자체가 작기 때문에 거의 0에 가까운 값을 나타냈으며 pH 8보다는 pH 12에서 점토 첨가에 의한 중금속 이온 감소 효과가 큰 것으로 나타났다. 이상에서 살펴본 바와 같이 pH 10의 조건에서는 여액 중의 중금속 이온의 농도가 거의 0에 가까우며 따라서 습식혼합 및 여과 과정에서 더스트 중의 중금속 성분의 유출이 거의 없이 EAF 더스트-점토 소지 중에 분포하게 됨으로서 공정 여액에 의한 환경오염 물질의 배출이 최소화 될 수 있다.
- EAF 더스트에 다량 포함된 Zn, PW 미량 포함되어 있는 Cr, Cd 등은 pH 10에서 용출농도가 가장 작았으며, EAF 더스트와 점토를 습식혼합하는 경우 점토 입자의 중금속 흡착 및 이온교환 효과에 의해 여액 중의 중 금속 이온의 농도는 더욱 감소하였다. 이와 같이 중금속 성분의 용출이 거의 일어나지 않는 pH 10의 조건에서 제조한 EAF 더스트-점토계 소지의 경우에 EAF 더스트의 혼합비가 20 wt% 이하인 경우 점토와 중금속 성분과의 반응에 의해 중금속의 휘발이 억제됨을 관찰할 수 있었으며 TCLP 실험결과 Zn, Pb, Cd, Cr 등의 중금속 용출은 기준치 이하로 효과적으로 중금속이 안정화되었음을 확인할 수 있었다.
- 3에 나타내었다. 중금속의 휘발이 거의 없는 600°C 열처리 온도에서의 중금속 총량을 기준으로 열처리 온도 및 혼합비에 따른 소지 내 중금속 총량을 비교한 결과로부터 소성 온도가 높고 점토의 혼합비가 낮을수록 중금속의 휘발이 증가하는 경향을 나타내었다. 이와 같은 결과는 점토의 SiO2 성분과 EAF 더스트의 알칼리, 알카리토금속 및 중금속 성분과의 반응에 의한 액상 형성에 의한 중금속 안정화 기구를 나타내는 것으로 보여진다.
- 3(b)에 나타낸 바와 같이 혼합비에 따른 Pb 총량 측정결과로 설명이 가능하다. 즉, EAF 더스트 40 wt% 이상의 혼합비에서는 Pb 성분의 휘발량이 증가하여 소지 내의 Pb 농도는 오히려 감소하며 그 결과 용출농도가 감소한 것으로 보여진다. 한편, Fig.
- 즉, EAF 더스트 40 wt% 이상의 혼합비에서는 Pb 성분의 휘발량이 증가하여 소지 내의 Pb 농도는 오히려 감소하며 그 결과 용출농도가 감소한 것으로 보여진다. 한편, Fig. 4에 나타낸 Zn, Pb, Cd, Cr의 용출량은 모두 국내 중금속 용출 기준치를 넘지 않음을 확인할 수 있었으며 중금속이 효과적으로 안정화되었음을 알 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.