시멘트 공정에서는 산업부산물 및 생활폐기물 적용에 따른 여러 문제점들이 발생한다. 이들 폐기물 사용에 따라 발생하는 염소 바이패스더스트의 주성분은 칼륨과 염소이며, 소량의 중금속이 함유되어 있다. 따라서 폐기물 재활용 측면에서, 염소 바이패스 더스트 내 중금속 제거가 필요하다. 본 연구에서는 염소 바이패스 더스트를 용해하여 제조되는 염화칼륨 내 중금속 제거 실험을 진행하였다. 최적의 중금속 제거 조건을 도출하기 위해 증류수 함량, 침전제 투입량을 제어하였다. 이에 따라 제조된 염화칼륨 분말 내 존재하는 중금속 종류 함량 등을 분석하였다. 침전제 투입량 증가에 따라 중금속 Pb의 함량이 감소하였다. A더스트와 증류수의 배합비 1:2, 침전제(NaOCl) 3%, B 더스트와 증류수의 배합비 1:2, 1:3.5, 침전제 3% 조건에서 중금속 Pb, Cd 및 As가 모두 불검출 되었다.
시멘트 공정에서는 산업부산물 및 생활폐기물 적용에 따른 여러 문제점들이 발생한다. 이들 폐기물 사용에 따라 발생하는 염소 바이패스 더스트의 주성분은 칼륨과 염소이며, 소량의 중금속이 함유되어 있다. 따라서 폐기물 재활용 측면에서, 염소 바이패스 더스트 내 중금속 제거가 필요하다. 본 연구에서는 염소 바이패스 더스트를 용해하여 제조되는 염화칼륨 내 중금속 제거 실험을 진행하였다. 최적의 중금속 제거 조건을 도출하기 위해 증류수 함량, 침전제 투입량을 제어하였다. 이에 따라 제조된 염화칼륨 분말 내 존재하는 중금속 종류 함량 등을 분석하였다. 침전제 투입량 증가에 따라 중금속 Pb의 함량이 감소하였다. A더스트와 증류수의 배합비 1:2, 침전제(NaOCl) 3%, B 더스트와 증류수의 배합비 1:2, 1:3.5, 침전제 3% 조건에서 중금속 Pb, Cd 및 As가 모두 불검출 되었다.
Many problems are occurred by using industrial by-product and municipal solid waste in the cement manufacturing process. The main components of chlorine by-pass dust generated by the use of the wastes are $K^+$, $Cl^-$, and a slight amount of heavy metals is also contained. In ...
Many problems are occurred by using industrial by-product and municipal solid waste in the cement manufacturing process. The main components of chlorine by-pass dust generated by the use of the wastes are $K^+$, $Cl^-$, and a slight amount of heavy metals is also contained. In terms of waste recycling, it is necessary to eliminate the heavy metals. Therefore, in this study, the experiments for the removal of heavy metals from KCl which was produced by chlorine by-pass dust were conducted. In order to find optimum conditions for the removal of heavy metals, we have controlled the amount of water and precipitator. The type and concentration of heavy metals in KCl were analyzed. The concentration of heavy metals decreased as amount of precipitator increased. The heavy metals such as Pb, Cd, and As were not detected in dust A and B, when the mixing ratios between dust A(B) and water were controlled to be 1:2 (1:2, 1:3.5) with the addition of 3% precipitator (NaOCl).
Many problems are occurred by using industrial by-product and municipal solid waste in the cement manufacturing process. The main components of chlorine by-pass dust generated by the use of the wastes are $K^+$, $Cl^-$, and a slight amount of heavy metals is also contained. In terms of waste recycling, it is necessary to eliminate the heavy metals. Therefore, in this study, the experiments for the removal of heavy metals from KCl which was produced by chlorine by-pass dust were conducted. In order to find optimum conditions for the removal of heavy metals, we have controlled the amount of water and precipitator. The type and concentration of heavy metals in KCl were analyzed. The concentration of heavy metals decreased as amount of precipitator increased. The heavy metals such as Pb, Cd, and As were not detected in dust A and B, when the mixing ratios between dust A(B) and water were controlled to be 1:2 (1:2, 1:3.5) with the addition of 3% precipitator (NaOCl).
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문제 정의
본 연구에서는 염소 바이패스 더스트로부터 중금속을 함유하지 않은 KCl을 제조하기 위한 다양한 변수실험을 실시하였다. 특히 증류수 함량과 중금속 침전제의투입량 등을 제어하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서는 증류수의 함량, 중금속 침전제의 투입량에 따른 중금속 함량을 분석·검토하였다.
제안 방법
4와 5에 나타내었다. A, B 더스트와 증류수의 배합조건은 각각 1 : 2, 1 : 3.5이며, 침전제는 3% 조건의 샘플을 분석하였다. 더스트의 입자 형상은 대부분 부정형으로 존재하였으며, 입자는 불균일한 구조로 관찰되었다.
더스트 및 회수한 염화칼륨의 물리·화학적 특성분석을 위해 결정상과 미세구조 및 화학성분 분석을 진행하였다. X-선 회절기(D8 ADVANCE, BRUKER社)로 결정상 분석을, 주사전자현미경(EM-30, COXEM社)으로 입자형상 분석을, 유도결합 플라즈마 분광광도계(720-ES, VARIAN社)로 화학성분 분석을 수행하였다.
더스트 및 회수한 염화칼륨의 물리·화학적 특성분석을 위해 결정상과 미세구조 및 화학성분 분석을 진행하였다.
더스트는 전기로 내 투입되는 연료 종류에 따라 성분 차이가 있으며, 이에 따라 더스트를 각각 두 종류(A, B)로 구분하였다. 더스트 종류별 특성 차이를 알아보기 위하여 화학성분 및 결정상 분석을 진행하였다. 이에 대한 결과를 Fig.
더스트와 염화칼륨의 입자 형상 분석을 위해 SEM 분석을 진행하였으며 미세구조 분석결과를 Fig. 4와 5에 나타내었다. A, B 더스트와 증류수의 배합조건은 각각 1 : 2, 1 : 3.
증류수 사용시 더스트의 용해 특성을 이용하여 염화칼륨 제조 실험을 진행하였다. 더스트와 증류수 배합 시 더스트는 50g을 사용하였으며 더스트와 증류수의 배합은 질량기준으로 1:1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4로 제어하였다. 또한 용해 시 온도는 15 ± 3oC 수준이었다.
염소 바이패스 더스트를 사용하여 제조되는 염화칼륨 내 중금속 제거 실험을 진행하였다. 더스트와 증류수의 배합비, 중금속 침전제 투입량에 따른 중금속 함량 변화를 알아보기 위하여 더스트와 증류수의 배합비 1:1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4의 조건으로 실험하였다. 먼저 1차 여과액에 중금속 침전제인 NaOCl 용액을 첨가하였으며, 침전제 투입량은 더스트 투입량 기준 1%, 1.
5, 4의 조건으로 실험하였다. 먼저 1차 여과액에 중금속 침전제인 NaOCl 용액을 첨가하였으며, 침전제 투입량은 더스트 투입량 기준 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%로 제어하였다. 이에 따른 염화칼륨 내 중금속 Pb, As, 및 Cd의 화학분석 결과를 Table 2와 3에나타내었다.
이 방법은 슬러리 여과액의 중금속 제거 과정에서 응집제 또는 킬레이트제, 환원제의 첨가 후 전해 처리를 한다는 단점이 있다9). 본 연구에서는 슬러리 여과액에 중금속 침전제만을 첨가하여 중금속 산화물을 형성 및 제거하였다.
중금속 제거실험 조건에서 중금속 침전제(NaOCl) 투입량에 따른 결정상 변화를 알아보고자 하였으며, 이를 Fig. 2에 나타내었다. A 더스트의 염화칼륨 수용액은 중금속 침전제 투입량에 따른 결정상의 큰 차이는 없었으며, KCl 결정만이 주피크로 나타났다.
본 연구에서는 염화칼륨 제조를 위해 국내 S사 시멘트 공장의 염소 바이패스 더스트를 사용하였다. 증류수 사용시 더스트의 용해 특성을 이용하여 염화칼륨 제조 실험을 진행하였다. 더스트와 증류수 배합 시 더스트는 50g을 사용하였으며 더스트와 증류수의 배합은 질량기준으로 1:1.
분리된 1차 여과액에 중금속 침전제(NaOCl) 혼입 후 10분간 교반하였으며, 이 후 미교반 상태로 10시간으로 유지시켰다. 최적의 중금속 제거 조건을 도출하기 위해 중금속 침전제 투입량을 제어하였다. 배합별 중금속 침전제 투입량은 더스트 무게 기준 1%, 1.
본 연구에서는 염소 바이패스 더스트로부터 중금속을 함유하지 않은 KCl을 제조하기 위한 다양한 변수실험을 실시하였다. 특히 증류수 함량과 중금속 침전제의투입량 등을 제어하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 염화칼륨 제조를 위해 국내 S사 시멘트 공장의 염소 바이패스 더스트를 사용하였다. 증류수 사용시 더스트의 용해 특성을 이용하여 염화칼륨 제조 실험을 진행하였다.
염소 바이패스 더스트를 사용하여 제조되는 염화칼륨 내 중금속 제거 실험을 진행하였다. 더스트와 증류수의 배합비, 중금속 침전제 투입량에 따른 중금속 함량 변화를 알아보기 위하여 더스트와 증류수의 배합비 1:1.
성능/효과
1) 중금속 침전제 투입량 증가에 따라 2차 여과 후 제조된 KCl 내 중금속 함량이 감소하였다. 이는 중금속 침전제인 NaOCl 용액과 1차 여과액 내 중금속 Pb이 반응하여 일부 산화물을 형성하는 것으로 추정되었다.
2) A, B 더스트의 용해 후 얻어진 1차 여과액으로부터 제조된 KCl 분석결과 중금속 Pb의 함량이 각각 90.3183 ppm, 34.0 ppm이고, 1차 여과액에 중금속 침전제 1% 이상 사용 후 얻어진 2차 여과액으로부터 제조된 KCl 분석결과 중금속 Pb의 함량이 각각 0.2251 ppm, 0.1360 ppm 이하로 확인되었다. 따라서 중금속 제거 기준 대비 중금속 침전제 투입량 1% 이상의 조건에서 충분한 중금속 Pb의 제거가 이루어졌다.
이는 중금속 침전제인 NaOCl 용액과 1차 여과액 내 중금속 Pb이 반응하여 일부 산화물을 형성하는 것으로 추정되었다. A 더스트와 증류수 배합비 1 : 2, 침전제 3% 조건에서, B더스트와 증류수 배합비 1 : 2, 1 : 3.5, 침전제 3% 조건에서 중금속 Pb, Cd과 As은 모두 불검출 되었다. 배합비율 1 : 3.
2에 나타내었다. A 더스트의 염화칼륨 수용액은 중금속 침전제 투입량에 따른 결정상의 큰 차이는 없었으며, KCl 결정만이 주피크로 나타났다. 더스트에 존재하는 중금속은 미량이므로 결정상 분석에서는 나타나지 않았다.
3 mg/kg으로 토양 오염 우려 기준보다 낮은 함량이며, 중금속이 제거된 염화칼륨의 중금속 함량은 이를 모두 충족하였다. A, B dust의 염화칼륨 내 중금속 Pb의 함량은 각각 0.2251 mg/kg, 0.1360 mg/kg 이하 수준이었으며, 중금속 As과 Cd은 모두 불검출 되었다. 또한 중금속 침전제 투입량이 1% 이상일 경우 중금속 Pb은 충분한 제거가 이루어졌으며, 중금속 기준에도 적합하였다.
반면에 염화칼륨의 입자는 육면체 구조를 이루고 있으며, 이는 KCl의 결정구조인 정방정계 결정구조를 갖는 보고와 일치하였다13). A, B 더스트를 원료로 사용하여 회수한 염화칼륨 미세구조에서 대부분 육면체 구조가 관찰되었으며, 이들 입자 형상에 큰 차이는 없었다. 이는 A, B더스트로부터 제조된 염화칼륨 내 중금속 Pb의 농도가 각각 0.
2. Results of XRD analysis of KCl obtained when the amount of NaOCl changes from 0% to 3%.
5이며, 침전제는 3% 조건의 샘플을 분석하였다. 더스트의 입자 형상은 대부분 부정형으로 존재하였으며, 입자는 불균일한 구조로 관찰되었다. 반면에 염화칼륨의 입자는 육면체 구조를 이루고 있으며, 이는 KCl의 결정구조인 정방정계 결정구조를 갖는 보고와 일치하였다13).
1360 ppm 이하로 확인되었다. 따라서 중금속 제거 기준 대비 중금속 침전제 투입량 1% 이상의 조건에서 충분한 중금속 Pb의 제거가 이루어졌다. 이는 중금속 기준에도 적합한 농도이며, 제조된 염화칼륨의 사용성을 높일 수 있을 것으로 판단되었다.
1360 mg/kg 이하 수준이었으며, 중금속 As과 Cd은 모두 불검출 되었다. 또한 중금속 침전제 투입량이 1% 이상일 경우 중금속 Pb은 충분한 제거가 이루어졌으며, 중금속 기준에도 적합하였다. 더스트를 증류수에 용해·여과시 중금속 Pb는 여과액에 일부 잔류하며, Pb 이외의 중금속 As와 Cd은 여과시 제거되었다.
배합비율 1:2 조건에서 더스트는 과포화상태이고 슬러리의 점도가 짙으므로 여과시 중금속이 제거되어 불검출된 것으로 사료되었다. 배합 비율 1:3.5 조건에서도 더스트가 과포화상태로 증류수에 충분히 용해되었으며, 침전제 투입량도 적절하여 중금속이 불검출된 것으로 사료되었다. 이는 가장 우수한 중금속 침전효과를 나타내는 조건으로 도출되었다.
이는 가장 우수한 중금속 침전효과를 나타내는 조건으로 도출되었다. 중금속 기준은 Pb 3 mg/kg, As 1.5 mg/kg, Cd 0.3 mg/kg으로 토양 오염 우려 기준보다 낮은 함량이며, 중금속이 제거된 염화칼륨의 중금속 함량은 이를 모두 충족하였다. A, B dust의 염화칼륨 내 중금속 Pb의 함량은 각각 0.
이에 따른 염화칼륨 내 중금속 Pb, As, 및 Cd의 화학분석 결과를 Table 2와 3에나타내었다. 중금속 침전제 투입량 증가에 따라 염화칼륨 내 중금속 Pb 함량이 감소하는 경향을 보였으며, As과 Cd은 불검출 되었다. 이는 침전제 사용에 따라식 (1)과 같이 여과액 내 중금속 Pb의 산화반응에 의한 중금속 침전으로 인해 제거된 것으로 판단된다11,12).
이는 염소 바이패스 더스트가 시멘트 공정의 부산물이기 때문에 CaO 함량이 높게 나타났기 때문인 것으로 사료되었다. 화학분석 결과 A 더스트에서는 Ca 함량이 K 함량보다 약 1.1배 높게 검출되었으며, B 더스트에서는 K 함량이 Ca 함량보다 약 1.9배 높게 검출되었다. 이는 전기로 내 투입되는 원료 및 연료의 종류에 따라서 더스트의 성분 차이가 발생하는 것으로 판단되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
염화칼륨은 어떻게 사용되는가?
염화칼륨의 주요 생산국은 캐나다(Canpotex), 러시아(BPC) 등이다, 염화칼륨의 주 수요처는 농업용 비료이며, 공업용으로는 전기 분해 등의 공정을 거쳐 가성 칼륨, 탄산 칼륨 등 칼륨계 제품을 만드는데 이용된다9,10). 염화칼륨은 국내 광산이 전무하여, 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다.
바이패스 더스트의 주 성분은 무엇인가?
시멘트 산업에서는 부원료 및 보조연료로 폐기물이 재활용되고 있으며, 폐기물 사용량 증가로 인해 공정부산 더스트 발생량이 증가하고 있다1-3). 공정부산 더스트(바이패스 더스트)의 주요성분은 알칼리와 염소, 칼륨 등으로 구성되어 있다4,5). 특히 알칼리와 염소 성분은 킬른 동체 내부 코팅 또는 링을 형성하여 원료 이송을 방해한다.
염소 바이패스 시스템이 필요한 이유는 무엇인가?
공정부산 더스트(바이패스 더스트)의 주요성분은 알칼리와 염소, 칼륨 등으로 구성되어 있다4,5). 특히 알칼리와 염소 성분은 킬른 동체 내부 코팅 또는 링을 형성하여 원료 이송을 방해한다. 또한 다량의 염소, 알칼리 등은 시멘트 품질 저하의 원인이 된다6,7). 이를 위해 염소 바이패스 시스템을 구축하는 추세이며, 이는 폐기물로 처리하거나 공장 내에서 재활용하고 있다.
참고문헌 (13)
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