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폐유리병 재활용을 위한 파분쇄 특성 연구
Comminution Characteristics for Recycling Waste Glass Bottle 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.29 no.2, 2020년, pp.28 - 36  

이한솔 (과학기술연합대학원대학교 자원순환공학과) ,  이훈 (한국지질자원연구원)

초록
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폐유리병을 순환 잔골재로 활용하여 재활용률을 향상시키기 위해 다양한 파분쇄 산물의 입도, 입형, 에너지 분석을 통해서 재활용 공정에 적용할 수 있는 최적의 장비 선정을 위한 파분쇄 특성 연구를 수행하였다. 파분쇄시 발생하는 힘의 종류인 충격, 압축, 마모가 특징적으로 나타는 장비인 해머크러셔, 슈레더 및 롤크러셔, 볼밀 총 4가지 장비를 선정하여 실험을 진행하였다. 각 장비의 파분쇄 산물의 입도분석을 수행한 결과 슈레더에서 발생한 산물만이 콘크리트용, 아크팔트용 순환 잔골재의 품질 기준을 만족시키는 것으로 확인되었다. 화상소프트웨어(Image J, National institute of health)를 이용한 입형 분석 결과 대부분 입자의 입형이 1.6 이하의 값을 가지고 있어 순환 잔골재로 재활용하기에 위험성이 적고 편장석 비율 규정 조건 또한 충족하는 것으로 판단되었다. 또한 각 장비에서 소모되는 에너지를 측정해본 결과 에너지 대비 입자의 감소 비율이 슈레더의 산물이 가장 높은 것으로 확인되었다. 따라서 10mm 이하의 일정 입도구간에서 폐유리병 파분쇄시 적용될 수 있는 최적의 장비는 슈레더임을 판단할 수 있었다. 본 연구를 통해서 폐유리병 파분쇄 공정의 에너지 효율 및 제품의 경쟁력 향상에 큰 기여를 할 수 있을 것이라고 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To enhance the recycling rate of wasted glass bottles toward recycled aggregates, the study would decide optimal comminution equipment based on the particle size distribution, aspect ratio and equipment energy analysis. The impact, compress and abrasion is type of generated force by comminution. So,...

주제어

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 폐유리병 재활용을 위해 필수적으로 고려해야하는 파분쇄 연구를 수행하였으며, 도출된 데이터를 통해 콘크리트용, 아스팔트용 순환 잔골재로써 사용가능성에 대한 여부를 판단하였다. 최종적으로 파분쇄시 가장 높은 효율을 가질 수 있는 최적의 장비를 선정하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
  • 본 연구에서는 폐유리병을 콘크리트용, 아스팔트용 잔골재로 재활용하기 위해서 파분쇄를 통하여 규정된 조건을 충족시키고자 하였다. 파분쇄를 발생하는 힘의 종류로는 충격, 압축, 마모로 구분할 수 있는데22) 각 장비는 하나의 힘의 특성이 아니라 여러 종류가 복합적으로 나타난다.
  • 대상 시료는 자력/풍력 선별기를 거쳐 대부분의 이물질이 제거하였기 때문에 이물질 규정을 만족하는 것으로 확인되었다. 이에 따라, 슈레더, 롤크러셔, 해머크러셔, 볼밀의 파분쇄 장비에서 배출된 산물들을 콘크리트용 순환 잔골재 규정 입도 만족 여부를 확인해보았다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
폐유리병 재활용률을 향상시키기 위한 핵심은? 예를 들어 세라믹 타일 제조 소성 조건 연구10-12), 포장용 투수성 콘크리트에 첨가하여 사용하기 위한 연구13-15), 콘크리트에서 시멘트 대체물에 관한 연구16-18), 폐유리병을 첨가해 친환경 인공경량골재 개발 연구19,20) 등이다. 그러나 실제 재활용률을 향상시키기 위한 핵심은 제품의 경제성을 부여하는 것이며, 재활용 공정의 개선을 통해 달성 가능하다. 특히 폐유리 재활용 프로세스 중 대부분의 에너지가 소모되는 공정인 파분쇄 공정에 관한 연구가 미흡한 것으로 확인되었다.
폐유리병 파분쇄시 적용될 수 있는 최적의 장비가 슈레더인 이유는? 파분쇄시 발생하는 힘의 종류인 충격, 압축, 마모가 특징적으로 나타는 장비인 해머크러셔, 슈레더 및 롤크러셔, 볼밀 총 4가지 장비를 선정하여 실험을 진행하였다. 각 장비의 파분쇄 산물의 입도분석을 수행한 결과 슈레더에서 발생한 산물만이 콘크리트용, 아크팔트용 순환 잔골재의 품질 기준을 만족시키는 것으로 확인되었다. 화상소프트웨어(Image J, National institute of health)를 이용한 입형 분석 결과 대부분 입자의 입형이 1.6 이하의 값을 가지고 있어 순환 잔골재로 재활용하기에 위험성이 적고 편장석 비율 규정 조건 또한 충족하는 것으로 판단되었다. 또한 각 장비에서 소모되는 에너지를 측정해본 결과 에너지 대비 입자의 감소 비율이 슈레더의 산물이 가장 높은 것으로 확인되었다. 따라서 10mm 이하의 일정 입도구간에서 폐유리병 파분쇄시 적용될 수 있는 최적의 장비는 슈레더임을 판단할 수 있었다.
도시광산이란? 생산 후 사용된 다양한 제품 및 물질들은 여러 방법으로 재활용되고 있으나, 현실적으로 주로 매립 및 소각 처리되고 있는 상황에서 이를 수용할 수 있는 한계에 도달했다. 따라서 전 세계적으로 자원의 채취에서 폐기로 이어지는 선형 경제구조를 순환경제로 전환하는 정책이 추진 중이며, 대표적으로 자원의 특성상 광산 자원의 매장량 고갈로 인해 폐전자제품 등에서 자원을 재활용하는 도시광산(urban mine)이 있다1,2).
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참고문헌 (25)

  1. Ko, I., Park, J. H., Park, J. H., et al., 2018 : Feasibility study on technology status level and location conditions of urban mining industry in abandoned mine area, Journal of Korean Society for Rock Mechanics and Rock Engineering, 55(6), pp.553-563. 

  2. Bangs, C., Meskers, C., Van Kerckhoven, T., 2016 : Trends in electronic products - the canary in the urban mine, Proceedings of the Electronic Goes Green, 7-9 September 2016, Printed in Berlin. 

  3. Ministry of Environment, Waste Recycling Statistics, https://www.data.go.kr/dataset/3043420/fileData.do, January 09, 2020. 

  4. Lim, D. K., Kang, E. T., 2009 : Porous materials from waste bottle glasses by hydrothermal treatment, Journal of the Korean Ceramic Society, 46(3), pp.275-281. 

  5. Bu, M. S., Kim, J. S., 2006 : Disposal behaviors of college students in recycling resources, Journal of the Korean Home Economics Association, 44(4), pp.145-157. 

  6. Jani, Y., Hogland, W., Augustsson, A., 2014 : Specification the metal content of waste glass from an old glass landfill, Linnaeus Eco-Tech, 24-26 November 2014, Printed in Sweden. 

  7. Khatib, J., Negim, E. M., Sohl, H. S., et al., 2012 : Glass powder utilisation in concrete production, European Journal of Applied Sciences, 4(4), pp.173-176. 

  8. Mear, F., Yot, P., Cambon, M., et al., 2006 : The characterization of waste cathode-ray tube glass, Waste Management, 26(12), pp.1468-1476. 

  9. Job, S., 2013 : Recycling glass fibre reinforced composites-history and progress, Reinforced Plastics, 57(5), pp.19-23. 

  10. Shayan, A., Xu, A., 2004 : Value-added utilisation of waste glass in concrete, Cement and Concrete Research, 34(1), pp.81-89. 

  11. Johnson, C. D., 1974 : Waste glass as coarse aggregate for concrete, Journal of Testing and Evaluation, 2(5), pp.344-350. 

  12. Lee, H. G., Oh, H. S., Sim, J. S., et al., 2013 : An experimental study on the multi-deterioration resistances of concrete containing waste-glass sludge, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, 13(2), pp.67-74. 

  13. Lee, Y. I., Eom, H. H., Kim, Y. W., et al., 2013 : Effect of additive composition on flexural strength of cullet-loess tile bodies, Journal of the Korea Ceramic Society, 50(6), pp.416-422. 

  14. Kim, J. K., Lim, I. D., 2013 : The development of environmental friendly glass tile design for coal refuse, Journal of Korea Design Knowledge, 25, pp.367-375. 

  15. Yang, W., Lee, S. H., Shim, J. W., 2006 : An experimental study on the physical properties of recycled glass tile as the firing conditions, Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, 26(1), pp.473-476. 

  16. Kim, Y. K., Hung, Y. G., Song, J. B., et al., 2005 : Fabrication and physical properties of tiles recycled waste glass, Journal of the Korean Ceramic Society, 42(3), pp.193-197. 

  17. Sung, C., Kim, T., 2011 : Engineering properties of permeable polymer concrete for pavement using powdered waste glass and recycled coarse aggregate, Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 53(6), pp.59-65. 

  18. Shao, Y., Lefort, T., Moras, S., et al., 2000 : Studies on concrete containing ground waste glass, Cement and Concrete Research, 30(1), pp.91-100. 

  19. Topcu, I. B., Canbaz, M., 2004 : Properties of concrete containing waste glass, Cement and Concrete Research, 34(2), pp.267-274. 

  20. Shayan, A., 2002 : Value-added utilisation of waste glass in concrete, IABSE Symposium Report, 86(6), pp.12-21. 

  21. Kim, S. S., Lee, J. B., Nam, B. R., et al., 2009 : Performance evluation of artificial lightweight aggregate mortar manufactured with waste glass, Journal of the Korea Concrete Institute, 21(2), pp.147-152. 

  22. Park, S. J., Lee, S. G., Choi, H. B., 2014 : Application of powdered waste glasses and calcium carbonate for improving the properties of artificial lightweight aggregate made of recycled basalt powder sludge, Journal of the Korea Institute of Building Construction, 14(3), pp.230-236. 

  23. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Recycled Aggregate Quality Standard, https://www.law.go.kr/LSW/admRulInfoP.do?admRulSeq2100000107568, January 09, 2020. 

  24. National Competency Standards, Comminution Process Operation, https://www.ncs.go.kr/unity/th03/ncsSearchMain.do, January 09, 2020. 

  25. Austin, L. G., Klimpel, R. R., Luckie, P. T., 1984 : Process engineering of size reduction: ball milling, Society of Mining Engineers, New York. 

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