석탄재는 석탄 연소 시 발생하는 것으로 포집 방법에 따라 비산재와 바닥재로 나눌 수 있다. 비산재와 바닥재는 특성에 따라 다양한 용도로 재활용이 가능하다. 호주는 세계에서 네 번째로 석탄을 생산하는 국가이며 석탄재를 시멘트, 콘크리트, 광산 채움재, 농업용 토양 개량제 등으로 활용하고 있다. 비산재는 시멘트, 콘크리트용 보충제로 사용하면 시멘트의 강도와 콘크리트의 내구성을 향상시킬 수 있다. 광산 채움재로 석탄재를 활용하면 지반을 안정화시킬 수 있으며 석탄재의 다량 처리가 가능하다. 석탄재는 주로 알카리성이므로 광산 채움재로 사용 시 산성광산배수를 중화시킬 수 있다. 또한, 토양 개량제로 사용하면 산도 개선 효과를 얻을 수 있으며 토양의 물리적 특성 개선이나 식물에 필요한 원소를 공급할 수 있다. 호주 비산재는 식물 독성에 영향을 미치는 미량 원소 함량이 낮으며, 방사성 원소 함량도 토양 배경 농도 범위 내에 존재하기 때문에 재활용 가능성은 더 확대될 것이다. 석탄재의 특성은 연소에 사용한 석탄의 특성과 관련이 있으며 한국은 호주에서 석탄을 수입하기 때문에 한국의 석탄재도 다양한 용도로 재활용이 가능할 것이다.
석탄재는 석탄 연소 시 발생하는 것으로 포집 방법에 따라 비산재와 바닥재로 나눌 수 있다. 비산재와 바닥재는 특성에 따라 다양한 용도로 재활용이 가능하다. 호주는 세계에서 네 번째로 석탄을 생산하는 국가이며 석탄재를 시멘트, 콘크리트, 광산 채움재, 농업용 토양 개량제 등으로 활용하고 있다. 비산재는 시멘트, 콘크리트용 보충제로 사용하면 시멘트의 강도와 콘크리트의 내구성을 향상시킬 수 있다. 광산 채움재로 석탄재를 활용하면 지반을 안정화시킬 수 있으며 석탄재의 다량 처리가 가능하다. 석탄재는 주로 알카리성이므로 광산 채움재로 사용 시 산성광산배수를 중화시킬 수 있다. 또한, 토양 개량제로 사용하면 산도 개선 효과를 얻을 수 있으며 토양의 물리적 특성 개선이나 식물에 필요한 원소를 공급할 수 있다. 호주 비산재는 식물 독성에 영향을 미치는 미량 원소 함량이 낮으며, 방사성 원소 함량도 토양 배경 농도 범위 내에 존재하기 때문에 재활용 가능성은 더 확대될 것이다. 석탄재의 특성은 연소에 사용한 석탄의 특성과 관련이 있으며 한국은 호주에서 석탄을 수입하기 때문에 한국의 석탄재도 다양한 용도로 재활용이 가능할 것이다.
Coal combustion products are generated during coal combustion and can be grouped into fly ash and bottom ash depending on collection methods. Fly ash and bottom ash can be recycled for various purposes based on their characteristics. Australia is the fourth largest coal production country in the wor...
Coal combustion products are generated during coal combustion and can be grouped into fly ash and bottom ash depending on collection methods. Fly ash and bottom ash can be recycled for various purposes based on their characteristics. Australia is the fourth largest coal production country in the world and reuses coal ash as cement, concrete, mine filler, and agricultural soil amendment. When fly ash is used as a supplement for cement and concrete, strength of the cement and the durability of the concrete can be improved. Use of coal combustion product for mine backfill stabilizes underground mine voids and stores a large amount of coal ash in the voids. Because of alkalinity of coal combustion products, it can neutralize acid mine drainage when used for mine backfill. In addition, it can be used as an agricultural soil amendment to improve acidity and physical properties of the soil and to supply plant nutrients. Recycling of fly ash in Australia will be further expanded because of its low trace element contents that can be toxic to plants and low radioactive element contents existing within soil background concentrations. The characteristics of coal combustion products are related to the characteristics of the coal used for combustion, and since Korea imports coal from Australia, Korean coal combustion products also can be recycled for various purposes.
Coal combustion products are generated during coal combustion and can be grouped into fly ash and bottom ash depending on collection methods. Fly ash and bottom ash can be recycled for various purposes based on their characteristics. Australia is the fourth largest coal production country in the world and reuses coal ash as cement, concrete, mine filler, and agricultural soil amendment. When fly ash is used as a supplement for cement and concrete, strength of the cement and the durability of the concrete can be improved. Use of coal combustion product for mine backfill stabilizes underground mine voids and stores a large amount of coal ash in the voids. Because of alkalinity of coal combustion products, it can neutralize acid mine drainage when used for mine backfill. In addition, it can be used as an agricultural soil amendment to improve acidity and physical properties of the soil and to supply plant nutrients. Recycling of fly ash in Australia will be further expanded because of its low trace element contents that can be toxic to plants and low radioactive element contents existing within soil background concentrations. The characteristics of coal combustion products are related to the characteristics of the coal used for combustion, and since Korea imports coal from Australia, Korean coal combustion products also can be recycled for various purposes.
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문제 정의
따라서 사용 환경에 맞게 적절한 형태로 석탄재를 재활용해야 한다. 본 연구에서는 호주의 석탄재 특성에따른 재활용 사례를 조사하였으며 석탄재의 재활용과 관련해 발생할 수 있는 환경 문제를 분석하였다.
광산 채움재로 석탄재를사용하는 것은 석탄재 처리에 대한 부담을 줄일 수 있다. 호주에서 석탄재를 광산 채움재로 사용한 예는 주로 지하 채굴적의 붕괴를 막기 위한 용도와 석탄재를폐기하기 위한 목적이다. 뉴사우스웨일즈주의 UpperHunter Valley의 Warkworth에서 지하광산과 노천광산을운영하고 있는 Wambo Mining Corporation은 석탄재를 기반으로 한 채움재를 적용해 Wambo Collier y 광산의 채굴적을 안정화하였다.
제안 방법
석탄재는 Swanbank 매립지에서 돌을제거하고 비산재의 수분 함량을 조절하여 밀도를 낮추고 운송에 드는 비용을 최소화하였다. 슬러리 상태로 된재료는 물이 차 있는 광산내로 주입하였으며 물은 슬러리를 주입하는 동안 펌프로 뽑아 수처리 시설에서 역삼투로 처리하였다. 광산 채굴적 채움 공사는 2009년 7월중순에서 시작하여 2010년 11월까지 수행하였으며 총약 50000 m3의 비산재를 사용하였다15).
대상 데이터
슬러리 상태로 된재료는 물이 차 있는 광산내로 주입하였으며 물은 슬러리를 주입하는 동안 펌프로 뽑아 수처리 시설에서 역삼투로 처리하였다. 광산 채굴적 채움 공사는 2009년 7월중순에서 시작하여 2010년 11월까지 수행하였으며 총약 50000 m3의 비산재를 사용하였다15).
퀸즐랜드 교통과는 도로의 붕괴를 막기 위해 광산 지하공간의 backfill을 실시하였다14). 광산의 채움재는 근처 CS Ener gy의 Swanbank Power Station 매립지의 석탄재를 시멘트와 폐석, 물과 혼합하여 페이스트로 제조하였다. 석탄재는 Swanbank 매립지에서 돌을제거하고 비산재의 수분 함량을 조절하여 밀도를 낮추고 운송에 드는 비용을 최소화하였다.
2014년 보고서에 따르면 CAF에 광물찌꺼기를 사용하고 바인더로 시멘트, 비산재, 석회를 첨가하여 강도를 조절하였다. 비산재는 Port Augusta에서생산된 비산재를 사용하였으며 조성은 주로 57%의 폐석, 26.5%의 deslimed 광물찌꺼기와 모래, 2.5% 시멘트, 5% 미분 비산재, 9% tailings liquor로 구성되어있다13).
이러한 경우 운송비 문제로 인해 주로 광산 근처에 발전소가 있으며 발전소에서 생산되는 폐기물을근처 광산에 파이프로 운송하여 채굴적을 메꿈으로써폐기물 처리 비용과 운송비를 저감시킨다. 빅토리아주Latrobe Valley의 발전소로부터 나오는 석탄재 폐기물은 파이프를 통해 근처 갈탄 광산의 채굴적으로 수송하여 처리하였다. 그러나 Latr obe Valley의 석탄 화력 발전소주변의 매립지가 Gippsland의 대기, 지하수, 강을 오염시킬 수 있다.
석탄재는 가행광산에서 지속적인 채광의 안전성을 위한 backfill 용도로 사용하지만 이미 폐광된 광산 채굴적의 지반 환경 안정화를 위하여도 사용한다. 퀸즐랜드주의 Ipswich 지역에서 차량 전용 도로를 건설하던 중지하에 존재하는 오래된 광산을 발견하였다. 그 광산은19세기 초반부터 1987년까지 운영된 광산으로 광산의크기나 깊이, 정확한 위치에 대한 정보가 알려지지 않았다.
Macquarie 발전은 석탄재를 1년에 2Mt까지 생산하며 2002년에서 2003년 사이 비산재, 바닥재, 석회 및 석고를 각각 60561 t, 5154 t, 475 t,2067 t 판매하였다17). 퀸즐랜드주의 Kogan Cr eek 발전소는 Kogan Cr eek광산으로부터 4 km 떨어진 곳에 위치하며 광산 채굴적을 메우는데 석탄재를 사용한다. 광산은 노천광산으로 광산 채굴적을 폐석으로 채우며 발전소에서 나온 석탄재는 소량의 물과 혼합하여 파이프라인을 통해 광산으로 수송하여 채굴적을 다 채우면 폐석과 토양으로 덮고 식생을 형성한다18).
표토로 사용한 토양은 석탄재와 다른 재활용 폐기물로 구성되었다. 토양 개량제는 Hunter Water Corporation에서 얻은 biosolid와 석탄재, 석회 및 석고를 섞어 제조하였다. Macquarie 발전은 석탄재를 1년에 2Mt까지 생산하며 2002년에서 2003년 사이 비산재, 바닥재, 석회 및 석고를 각각 60561 t, 5154 t, 475 t,2067 t 판매하였다17).
Macquarie 발전은 1996년 환경개선 사업을 실시하였는데 Ravensworth 근처의 노천광산의 채굴적을 Bayswater 발전소의비산재로 채우고 표토를 덮어 그 위에 식생을 형성하였다. 표토로 사용한 토양은 석탄재와 다른 재활용 폐기물로 구성되었다. 토양 개량제는 Hunter Water Corporation에서 얻은 biosolid와 석탄재, 석회 및 석고를 섞어 제조하였다.
성능/효과
호주 비산재는 유럽 비산재에 비해 Cu, Mo, Ni, Zn의 농도는유사하나, 원소들의 함량 편차가 더 크게 나타났다. Be과 Ge의 함량은 호주 비산재가 약간 높으며, Be는 시료간의 편차가 매우 컸다. 중국 비산재와 비교하여 호주 비산재의 Cu, V, Pb 값은 더 낮았으며 Zn과 As는서호주 비산재에서 높은 값을 보였다22).
2는 호주 산성 비산재와 알칼리성 비산재에 존재하는 원소의 함량 범위를 보여주고 있다. 비산재의 미량원소 농도 범위는 대부분 일반 비료에서 검출되는 농도보다 낮고, 어떤 경우에는 오염되지 않은 토양에서 검출되는 것보다 더 함량이 낮게 나타났다. 특히 알칼리 비산재는 일반적으로 산 비산재보다 Cd, Ni,Pb의 미량 원소 수준이 낮다27).
토양 개량제로 비산재 사용 시 10 t/ha를 초과하지 않는 비율로 적용하며 대부분 5 t/ha 이하로 적용한다19). 호주 비산재 산분해 시험 결과 갈탄에서 생성된 비산재를 제외하고 뉴사우스웨일즈주와 퀸즈랜드주에서 정한 규제 기준을 충족하였다. 호주에서 농업 토양에 적용 가능한 비산재농도는 Pb 100 mg/kg이하, Cd 10 mg/kg, Hg 5 mg/kg이며 CaCl2 추출시B는 60 mg/kg 이하 및 전기전도도는 4.
비산재의 미량 원소 분포는 주로 원료 석탄의 미량원소 함량과 관련이 있으며 호주 석탄의 미량원소 함량이 낮아 비산재의 미량원소 함량은 낮은 편이다. 호주 비산재는 유럽 비산재에 비해 Cu, Mo, Ni, Zn의 농도는유사하나, 원소들의 함량 편차가 더 크게 나타났다. Be과 Ge의 함량은 호주 비산재가 약간 높으며, Be는 시료간의 편차가 매우 컸다.
후속연구
5 미만의 산성이며,1,100만 ha의 땅이 심각한 산성으로 확인되었다20). 따라서 알칼리성의 비산재를 토양에 처리하면 토양 산도의 개선 효과를 얻을 수 있을 것이다. 호주에서 비산재를 토양에 적용 시 토양내 영양 공급과 농작물 생산에관한 연구는 거의 보고된 것이 없다.
한국은호주에서 가장 많은 양의 석탄을 수입하기 때문에 석탄재의 특성도 알칼리성이며 미량 원소의 함량이 낮은 호주 석탄재와 비슷할 수 있다. 따라서 한국 석탄재도 독성 원소의 함량이 높지 않을 것으로 예상되며 다양한방법으로 활용이 가능할 것이다. 석탄재는 폐기물이라는 인식이 높아 재활용에 대한 거부감이 있으나 폐기물처리 비용을 줄이고 환경에 부담을 감소시키기 위해서는 다양한 방법으로 재활용할 수 있는 방안을 마련해야한다.
한국은 2016년 석탄재 배출사업자의 재활용 지침을 마련하였으며 석탄재의 재활용 용도를 레미콘 등 콘크리트 혼화재, 시멘트 원료, 경량골재, 시멘트 2차제품원료, 성토용골재, 복토용골재, 도로용골재, 목재 접착재원료, 시멘트클링커 제조원료 대체용, 배수층 골재, 요업용 재료, 고무·플라스틱 충전재, 도료·연마재·단열재원료, 제철제강 원료, 상토비료원료로 명시하고 있다. 또한 재활용 목표율을 75%로 제시하여 석탄재의 안전성이 확보된다면 석탄재의 재활용이 확대될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
석탄재란?
석탄재는 석탄 연소 시 발생하는 것으로 비산재와 바닥재로 나눌 수 있다. 비산재는 연소가스와 같이 배출되다가 집진기에서 포집된 미세한 입자를 의미하며 바닥재는 연소 시 낙하 배출된 것을 의미한다.
2010년 석탄재 총 생산량은?
전세계적으로 가장 많은 석탄을 생산하는 나라는 중국, 미국, 인도, 호주, 러시아이며 호주는 네 번째로 석탄을 많이 생산하는 국가이다2). 2010년 데이터에 따르면 석탄재 총 생산량은 780 Mt이며 가장많은 양의 석탄재를 생산하는 국가는 중국으로 385 Mt을 생산하였으며, 그 다음으로 북아메리카가 118 Mt, 인도가 105 Mt, 유럽이 52.6 Mt 순이다.
석탄재는 비산재와 바닥재로 나눌 수 있는데 각각 무엇을 하는가?
석탄재는 석탄 연소 시 발생하는 것으로 비산재와 바닥재로 나눌 수 있다. 비산재는 연소가스와 같이 배출되다가 집진기에서 포집된 미세한 입자를 의미하며 바닥재는 연소 시 낙하 배출된 것을 의미한다. 석탄의 연소 과정에서 85% 이상이 비산재로 배출되며 바닥재는15% 이하이다1).
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