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) Separation of Ferrous Materials from Municipal Solid waste Incineration Bottom Ash원문보기
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.
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 be...
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.
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.
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문제 정의
이를 통해 바닥재에 함유되어 있는 자성 물질, 특히 앞에서 언급한 강자성 물질인 iron과 FeaQi는 자력선별만으로도 충분히 선별이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 생활폐기물 소각 바닥재의 자력선별에 따른 ferrous material의 분리 특성에 의해 연구하였다.
제안 방법
ferrous product로 규정하였다. ferrous product# 파/분쇄한 후 표준체를 이용하여 iron을 선별하였다, ferrous product는 자력 선별을 통하여 분리되었으며 분리된 ferrous product# strong magnetic product로 규정하였고, 남아있는 ferrous product를 weak magnetic product로 규정하였다. 전체 공정도를 Fig.
자력선별 방법은 3800gauss 자력의 세기로 하여 바닥재에 함유되어 있는 ferrous material을 선별하였으며 이를 ferrous product로 규정하였다. ferrous product# 파/분쇄한 후 표준체를 이용하여 iron을 선별하였다, ferrous product는 자력 선별을 통하여 분리되었으며 분리된 ferrous product# strong magnetic product로 규정하였고, 남아있는 ferrous product를 weak magnetic product로 규정하였다.
대상 데이터
본 실험에서 사용된 생활폐기물 소각 바닥재는 대한민국 광명시에 위치한 생활폐기물 소각장에서 발생하는 바닥재를 대상으로 하였다. 소각로에서 1QQO℃로 소각된 후 water-cooling 처리 공정을 통해 냉각 처리된 바닥재를 취하였다.
자력 선별기 (3800gauss의 자력세기)를 이용하여 생활폐기물 소각 바닥재의 ferrous material을 선별하였다. 그 결과 약 18.
성능/효과
FeKZ의 함유율이 strong magnetic product와 weak magnetic product에서 각각 75.0%와 24.71%> 보였으며, non-magnetic product는 4.24%로 매우 낮은 값을 보였다.
8과 Table 6에 나타냈다. Fig. 8에서의 XRD 분석결과, 1.18 mm이상의 입도에서의 결과와 마찬가지로 strong magnetic product에서는 대부분이 ferrous material(Fe3O4, Fe2O3, FeS)로 이루어져 있었고 week magnetic product 에서는 ferrous material의 peak가 비교적 낮았으며, nonmagnetic product에서는 나타나지 않았다. Table 6은 화학조성을 나타낸 것이다.
결과에서 나타나듯 0.3~ 1.18 mm에서의 광물상과 화학조성이 1.18 mm이상의 것과 동일하다는 것을 확인할 수 있었다. 0.
그 결과 약 18.7%의 ferrous product# 선별할 수 있었으며 그 중에 약 3.8%는 iron으로 존재하였다. 대부분의 ferrous product와 irone- 1.
4는 aggregate의 화학조성 과 광물 학적 조성을 나타낸 것이다. 대부분 Si와 Ca의 화합물로 이루어진 유리, 도자기 및 폐 시멘트의 성분으로 구성되었으며 ferrous materials의 존재 또한 확인할 수 있었다.
위의 결과에서 알 수 있듯이 1.18 mm이상의 바닥재에서 대부분의 iron과 ferrous material을 함유하였으며 자력선별을 통해 쉽게 분리시킬 수 있었다.
9에서의 XRD 분석결과, 대부분 CaCC>3와 $(0로 이루어졌으며 ferrous material의 peak는 뚜렷이 나타나지 않았다. 화학조성 분석 결과(Table 7) Fe3O4의 함유율이 weak ferrous product와 non-magnetic product에서 각각 2.89%와 2.01%로 매우 낮게 나타났다.
후속연구
하지만 국내뿐만 아니라 국외에서도 아직까지 대부분 생활폐기물 소각 바닥재에 대한 연구의 포커스를 주성분인 SiO2나 CaCO3을 중심으로 진행되어 왔기 때문에 바닥재의 안정화에 대한 근본적인 해결을 얻지 못하고 있는 실정이다. 따라서 바닥재에 포함된 모든 성분들에 대한 충분한 연구가 진행되어야 할 것이다. 그 중 하나가 바로 바닥재에 포함된 ferrous material에 대한 이해이다3).
환원 반응을 통한 부피변화로 인해 안전상의 문제점을 일으킬 수 있다. 하지만 위의 결과에서도 알 수 있듯이 입도분리와 자력의 세기에 따른 자력선별을 통해 iron과 ferrous material의 선택적인 분리가 가능하며 이러한 문제점을 해결 할 수 있을 것이다.
참고문헌 (8)
Ministry of Environment in Korea, 2005 The national waste generation and the present state of treatment 2004, Korea
Kist Europe, 2002 : State of the art of ash and construction waste recycling in Europe and plan for cooperation, Europe
J. Svoboda, J. and Fujita, T., 2003 : Recent development in magnetic methods of material separation, Minerals Engineering, 16, pp.785-792
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