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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 석회석 슬러지를 각 시간 동안 진동밀로 분쇄하여 입도를 제어한 후, 석회석 슬러지의 입도에 따른 물리·화학적 특성을 검토하고자 하였다.
- 본 연구에서는 제철공정에서 생석회 제조 시 발생하는 산업폐기물인 석회석 슬러지를 배연탈황공정에 적용하고자 하였다. 또한 석회석 슬러지의 입도별 탈황성능 및 석고 생성율에 대한 실험을 실시하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 아울러 물리·화학적 특성 분석을 마친 시료는 회분식 SO2가스 제거시험을 실시하여 입도분포에 따른 석회석 슬러지의 탈황성능 및 부산 탈황석고의 생성율을 검토 하고자 하였다.
- 1970년대 중반, 미국, 독일, 일본 등 선진국을 중심으로 환경오염에 대한 관심이 급격하게 증가하게 되었다. 환경오염의 발생 원인으로는 급속한 산업발전에 따른 에너지 사용량 증가이며, 특히 화석연료 연소시 발생하는 NOx, SOx 등의 환경오염물질을 처리하기 위한 연구를 진행하였다.
제안 방법
- X-선 회절 분석결 과를 바탕으로 G/C비 (Gypsum main peak intensity/ Calcite main peak intensity)를 계산하여 생성된 석고의 양 및 탈황효율을 비교·분석하였다.
- 입도분포 측정을 마친 시료는 pH 측정을 위해 50 g씩 칭량하여 증류수 100 mL에 혼합한 후 250rpm의 회전속도로 교반하였으며, 각 시간 (0분, 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분, 90분, 120분, 150분, 180분)에 따른 pH 변화를 측정하였다. pH 특성 분석을 마친 석회석 슬러지는 탈황효율 검토를 위해 함수율을 70%로 제어한 후, 진공 데시게이터를 이용한 회분식 가스 제거 시험을 실시하였다. Flue 가스는 500 ppm의 SO2가스를 제조(N2 balance)하여 사용하였으며, 실험방법으로는 밀폐된 데시게이터에 흡수제를 17 g 취한 후, 500 ppm의 가스를 2분 동안 주입하였다.
- 가스 제거시험을 마친 석회석 슬러지는 40℃의 건조기에서 12시간동안 건조한 후, X-선 회절 분석기를 이용하여 X-선 회절 시험을 실시하였다. X-선 회절 분석 결과를 분석하여 생성된 석고의 양을 계산한 후 석회석 슬러지와 석고의 반응성을 평가하였으며, 그 결과를 Table 3 및 Fig.
- 본 연구에서는 제철공정에서 생석회 제조 시 발생하는 산업폐기물인 석회석 슬러지를 배연탈황공정에 적용하고자 하였다. 또한 석회석 슬러지의 입도별 탈황성능 및 석고 생성율에 대한 실험을 실시하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- Flue 가스는 500 ppm의 SO2가스를 제조(N2 balance)하여 사용하였으며, 실험방법으로는 밀폐된 데시게이터에 흡수제를 17 g 취한 후, 500 ppm의 가스를 2분 동안 주입하였다. 또한 직독식 기체 검지관 (GV-110S, GASTEC社, JAPAN)을 이용하여 각 시간 (0분, 10분, 30분, 60분, 90분)마다 SO2가스 농도를 측정 한 후, 탈황효율(가스 제거성능)을 계산하였다.
- X-선 회절 분석결과를 바탕으로 G/C비 (Gypsum main peak intensity/ Calcite main peak intensity)를 계산하여 생성된 석고의 양 및 탈황효율을 비교·분석하였다. 마지막으로 X선 회절분석을 마친 시료는 주사전자현미경 (SM300, TOPCON社, JAPAN)을 이용하여 미세구조 관찰 및 분석을 실시하였다.
- 반응이 완료된 흡수제는 건조기(J-300M, JISICO社, KOREA)에서 40℃로 12시간동안 건조한 후 X-선 회절 분석기 (D5005D, SIEMENS社, GERMANY)를 이용하여 X-선 회절 패턴을 측정하였다. X-선 회절 분석결과를 바탕으로 G/C비 (Gypsum main peak intensity/ Calcite main peak intensity)를 계산하여 생성된 석고의 양 및 탈황효율을 비교·분석하였다.
- 8 kg) 를 각각의 시간 (0분, 30분, 60분, 90분)별로 진동밀 (WTVM, 웅비기계社, KOREA)을 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 석회석 슬러지는 입도 분석기 (LA-950V2, HORIBA社, JAPAN)를 이용하여 입도분포를 측정하였 다. 입도분포 측정을 마친 시료는 pH 측정을 위해 50 g씩 칭량하여 증류수 100 mL에 혼합한 후 250rpm의 회전속도로 교반하였으며, 각 시간 (0분, 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분, 90분, 120분, 150분, 180분)에 따른 pH 변화를 측정하였다.
- 석회석 슬러지의 탈황효율 검토를 위해 석회석 슬러지의 입도별 pH 특성 및 탈황효율 비교 실험을 실시하였다. 석회석 슬러지의 입도별 pH 특성을 검토하기 위해 2 kg씩 칭량된 석회석 슬러지(CaCO3 기준 1.8 kg) 를 각각의 시간 (0분, 30분, 60분, 90분)별로 진동밀 (WTVM, 웅비기계社, KOREA)을 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 석회석 슬러지는 입도 분석기 (LA-950V2, HORIBA社, JAPAN)를 이용하여 입도분포를 측정하였 다.
- 석회석 슬러지의 입도에 따른 pH 특성을 분석하기 위해 진동밀을 이용해 석회석 슬러지를 분쇄한 후, 입도분포를 측정하였으며 그 결과를 Table 2 및 Fig. 3에 나타내었다.
- 석회석 슬러지의 탈황효율 검토를 위해 석회석 슬러지의 입도별 pH 특성 및 탈황효율 비교 실험을 실시하였다. 석회석 슬러지의 입도별 pH 특성을 검토하기 위해 2 kg씩 칭량된 석회석 슬러지(CaCO3 기준 1.
- 분쇄된 석회석 슬러지는 입도 분석기 (LA-950V2, HORIBA社, JAPAN)를 이용하여 입도분포를 측정하였 다. 입도분포 측정을 마친 시료는 pH 측정을 위해 50 g씩 칭량하여 증류수 100 mL에 혼합한 후 250rpm의 회전속도로 교반하였으며, 각 시간 (0분, 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분, 90분, 120분, 150분, 180분)에 따른 pH 변화를 측정하였다. pH 특성 분석을 마친 석회석 슬러지는 탈황효율 검토를 위해 함수율을 70%로 제어한 후, 진공 데시게이터를 이용한 회분식 가스 제거 시험을 실시하였다.
- 즉 분쇄시간 이 증가함에 따라 석회석 슬러지의 평균입경은 작아지며, 45 µm 체 통과분은 증가하는 것을 알 수 있다. 입도분포 측정을 완료한 시료들을 이용하여 석회석 슬러지의 입도에 따른 pH 특성을 평가하였으며, 그 결과는 Fig. 4와 같다.
데이터처리
- 가스 제거시험을 마친 석회석 슬러지는 40℃의 건조기에서 12시간동안 건조한 후, X-선 회절 분석기를 이용하여 X-선 회절 시험을 실시하였다. X-선 회절 분석 결과를 분석하여 생성된 석고의 양을 계산한 후 석회석 슬러지와 석고의 반응성을 평가하였으며, 그 결과를 Table 3 및 Fig. 6에 나타내었다.
- 분쇄시간에 따른 석회석 슬러지의 탈황성능을 비교· 평가하기 위해 가스 제거시험을 실시하였으며, 그 결과를 Fig. 5에 나타내었다.
성능/효과
- 1) 석회석 슬러지의 화학분석 결과 CaO 및 MgO 함량은 각각 51.5%, 0.71%로 나타났으며, 이는 CaCO3 환산시 약 92%로, MgO 함량 또한 양호한 수준이므로 탈황공정에서의 흡수제로 사용하기에 적합한 것으로 판단된다.
- 2) 석회석 슬러지를 진동밀로 미분쇄한 후 pH를 측정한 결과, 평균입경이 작을수록 초기 용해속도가 증가 하지만, CaCO3 이온이 물에 용해되어 포화되는 양은 평균입경에 관계없이 유사한 수준을 나타내는 것을 확인하였다.
- 3) 석회석 슬러지를 흡수제로 사용하여 SO2가스 제거시험을 실시한 결과, 초기 30분 내에 70% 이상의 SO2가스가 제거되는 산-염기 중화반응이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 가스 주입 후 60분이 경과하면 주입된 SO2가스의 95% 수준이 제거되는 것을 확인할 수 있었다.
- 4) SO2가스와의 반응이 완료된 석회석 슬러지를 X선 회절 분석한 결과, 석고 생성량은 평균입경이 작아질수록 소폭 증가하는 것으로 나타났다. 또한 X-선 회절 분석결과로부터 계산되어진 G/C비를 비교할 경우 60분 분쇄한 시료에서 가장 높은 값(0.
- 7) Table 1의 화학성분 분석결과 를 살펴보면, CaO 및 MgO 함량은 각각 51.5%, 0.71%로 나타났다. CaO의 경우 이를 CaCO3로 환산할 경우 약 92%로 계산할 수 있으며, MgO의 경우 미량 함유되어 있기 때문에 석회석 슬러지를 흡수제로 사용하기에 적절할 것이라 판단된다.
- 즉, 탈황반응은 SO2가스와 흡수제와의 산-염기 중화반응으로써, 반응속도가 빠르다는 것을 알 수 있다. 또한 90분 분쇄한 시료의 경우 30분 경과시 약 78%, 60분 경과 시 96%의 SO2가스 제거율을 나타내었으며, 분쇄하지 않은 석회석 슬러지의 제거 속도보다 약간 더 빠른 속도로 반응이 진행되는 것을 알 수 있다. 즉, 탈황 속도 및 효율은 pH에 상당히 민감하게 반응하며, pH가 높을수록 산-염기 중화반응에 의해 반응속도가 더욱 빠르게 진행될 것이라 판단된다.
- 가스가 제거되는 산-염기 중화반응이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 가스 주입 후 60분이 경과하면 주입된 SO2가스의 95% 수준이 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 아울러 석회석 슬러지를 분쇄할 경우 분쇄하지 않은 석회석 슬러지의 SO2가스 제거 속도보다 약간 더 빠른 속도로 반응이 진행되는 것을 확인하였다.
- 분쇄시간에 따른 석회석 슬러지의 X-선 회절 분석패턴을 살펴보면, 모든 시료에서 석회석(CaCO3)과 석고 (Gypsum) 피크가 확인되었으며, 석회석 슬러지의 분쇄 시간이 증가할수록 생성된 석고의 주 피크 세기가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 평균 입경이 큰 시료의 경우 SO2가스와 반응할 수 있는 표면적이 상대적으로 작아지기 때문으로 판단된다.
- 분쇄시간에 따른 석회석 슬러지의 pH 특성을 살펴보면, 0분, 30분, 60분, 90분 분쇄한 석회석 슬러지의 pH는 각각 7.63, 7.63, 7.66, 7.66으로, 기존 탈황용 석회석의 pH(7.50)보다 약간 높은 것으로 나타났다. 분쇄시간에 따른 석회석 슬러지의 용해속도를 비교해보면, 모든 시료의 pH가 7.
- 50)보다 약간 높은 것으로 나타났다. 분쇄시간에 따른 석회석 슬러지의 용해속도를 비교해보면, 모든 시료의 pH가 7.58 수준에서 포화되어 용해속도가 감소한 것으로 나타났으며, 석회석 슬러지의 평균입경에 따른 물에 대한 용해도는 크게 관계없는 것을 알 수 있다. 또한 석회석 슬러지가 물에 포화되는데까지 걸린 시간은 평균입경이 작을수록 빠르게 나타나는 것을 알 수 있다.
- 분쇄시간에 따른 석회석 슬러지의 입도분포를 살펴보면, 분쇄하지 않은 석회석 슬러지의 평균입경은 31.4 µm, 45 µm 체 통과분은 76.8%로 나타났으며, 90 분 분쇄한 석회석 슬러지의 평균입경 및 45 µm 체 통과분은 각각 15.2 µm, 95.3%로 나타났다.
- 또한 가스 주입 후 60분이 경과하면 주입된 SO2가스의 95% 수준이 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 아울러 석회석 슬러지를 분쇄할 경우 분쇄하지 않은 석회석 슬러지의 SO2가스 제거 속도보다 약간 더 빠른 속도로 반응이 진행되는 것을 확인하였다. 즉, 탈황속도는 pH에 상당히 민감하게 반응하며, pH가 높을수록 초기 SO2가스제거 속도가 빠른 것으로 나타났다.
- 즉 분쇄시간 이 증가함에 따라 석회석 슬러지의 평균입경은 작아지며, 45 µm 체 통과분은 증가하는 것을 알 수 있다.
- 아울러 석회석 슬러지를 분쇄할 경우 분쇄하지 않은 석회석 슬러지의 SO2가스 제거 속도보다 약간 더 빠른 속도로 반응이 진행되는 것을 확인하였다. 즉, 탈황속도는 pH에 상당히 민감하게 반응하며, pH가 높을수록 초기 SO2가스제거 속도가 빠른 것으로 나타났다.
- 즉, 평균입경 18 µm, 45 µm 체 통과율을 90% 수준으로 제어하여 석회석 슬러지를 흡수제로 사용할 경우, 가장 양호한 탈황 성능 및 석고 생성율을 나타낼 것으로 사료된다.
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