[논문]무해화된 폐석면에 함유된 유가금속 회수 기술 개발

김동년; 양동현; 김석찬

doi:10.14478/ace.2020.1048

무해화된 폐석면에 함유된 유가금속 회수 기술 개발
Development of Technology for Recovering Valuable Metals in Detoxified Waste Asbestos-Containing Waste 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.31 no.4, 2020년, pp.438 - 442

김동년 (국민대학교 응용화학과) , 양동현 (국민대학교 응용화학과) , 김석찬 (국민대학교 응용화학과)

초록
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Calcium silicate, larnite, merwinite, akermanite 로 구성된 무해화된 폐석면으로부터 화학적 처리를 통한 유가금속 회수를 위한 성분별 회수 조건, 유가금속 회수 공정 최적화 등에 대한 연구를 수행하였다. DACW (detoxified asbestos-containing waste)의 주성분인 Si, Ca, Mg을 SiO₂, CaSO₄, Mg(OH)₂ 화합물 형태로 분리, 회수하였다. 분리된 각 성분은 XRD 및 ICP 분석을 통하여 확인하였다. 성분별 회수 조건은 산을 처리하여 SiO₂를 우선 분리하고 연속해서 H₂SO₄ 처리하여 Ca는 황산염인 CaSO₄ 형태로 회수하였다. 남은 Mg는 강염기 조건에서 Mg(OH)₂로 침전시켜 회수하였다. 본 연구는 지정 폐기물인 폐석면을 무해화하여 구성 성분을 회수 하여 매립에 의한 석면 폐기물의 기존 처리 과정을 자원 순환형 녹색 기술로의 전환이 가능함을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Studies on the recovery conditions and optimization process for valuable metal recovery through chemical treatment from detoxified asbestos-containing waste composed of calcium silicate, larnite, merwinite, and akermanite were conducted. The main components, Si, Ca, and Mg, of detoxified asbestos-containing waste (DACW) were separated and recovered in the form of SiO2, CaSO4, and Mg(OH)2 compounds, respectively. Each separated component was confirmed through X-ray diffraction (XRD) and inductively coupled plasma spectrometer (ICP) analysis. The recovery conditions for each component were first treating them with an acid to separate SiO2 and subsequently with H2SO4 to recover Ca in the form of sulfate, CaSO4. The remaining Mg was recovered by precipitation with Mg(OH)2 under strong basic conditions. This study suggested that it is possible to convert existing treatment process of asbestos waste by landfill through recovering the components into a resource-recycling green technology.

주제어

표/그림 (10)

그림 Figure 1. XRD Pattern of after a 10 min treatment at 1300 ℃.
그림 Figure 2. Process scheme for the separation of components in DACW.
그림 Figure 3. The Effect of concentration and temperature on the silica extraction efficiency.
그림 Figure 4. XRD spectra measured after reaction at 60 ℃ for 24 h.
그림 Figure 5. XRD spectra measured after reaction with 10 N HCl for 24 h.
그림 Figure 6. The effect of time on the silica extraction efficiency with 10 N HCl 200 mL, 60 ℃.
그림 Figure 7. The effect of sulfuric acid amount on the CaSO₄ formation efficiency.
그림 Figure 8. XRD spectrum of CaSO₄ obtained after H₂SO₄ treatment.
그림 Figure 9. The effect of different pH on the Mg(OH)₄ formation effi-ciency.
그림 Figure 10. XRD spectrum of Mg(OH)₂ obtained after NaOH treatment.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 이렇게 무해화된 폐석면 폐기물(DACW: detoxified asbestos-containing waste)의 성분별 회수 조건 도출, 유가금속 회수 공정 최적화 등에 대한 연구를 수행하였다. 2018년 11월까지는 폐석면의 재활용은 원천적으로 불가하였으며 관련 시행규칙의 개정으로 시험, 연구목적에 한하여 활용할 수 있게 되었다.

제안 방법

성분별 회수 조건은 산 처리하여 SiO ₂ 를 우선 분리하고 H₂SO₄ 처리하여 Ca의 황산염인 CaSO₄ 형태로 회수하였다. 남은 Mg는 중화 처리와 강염기 조건에서 Mg(OH)₂ 로 침전시켜 회수하였다.
무해화된 폐석면 폐기물(DACW: detoxified asbestos-containing waste) 의 주성분인 Si, Ca, Mg의 성분별 회수 조건 도출에 대한 연구를 수행 하여 SiO₂ , CaSO₄ , Mg(OH)₂ 화합물 형태로 분리, 회수하였다. 분리된각 성분은 XRD 및 ICP 분석을 통하여 확인하였다.
화합물 형태로 분리, 회수하였다. 분리된각 성분은 XRD 및 ICP 분석을 통하여 확인하였다. 성분별 회수 조건은 산 처리하여 SiO ₂ 를 우선 분리하고 H₂SO₄ 처리하여 Ca의 황산염인 CaSO₄ 형태로 회수하였다.
분리된각 성분은 XRD 및 ICP 분석을 통하여 확인하였다. 성분별 회수 조건은 산 처리하여 SiO ₂ 를 우선 분리하고 H₂SO₄ 처리하여 Ca의 황산염인 CaSO₄ 형태로 회수하였다. 남은 Mg는 중화 처리와 강염기 조건에서 Mg(OH)₂ 로 침전시켜 회수하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용되는 화합물인 무해화된 석면은 (주)한국종합플랜트사에서 공급받은 것을 사용하였고, hydrochloric acid (36.0%), sulfuric acid (95.0%), sodium hydroxide (98.0%) 등 사용한 시약은 삼전화학의 제품을 구입하여 추가 정제 없이 사용하였다. XRD 분석을 통하여 무해화된 석면의 주 성분은 akermanite, calcium silicate, larnite, calcite, calcium silicate으로 구성되어 있음을 확인하였다(Figure 1).

성능/효과

1급 지정 폐기물인 폐석면을 무해화하여 구성 성분을 회수 하여 매립에 의한 석면 폐기물의 기존 처리 과정을 자원 순환형 녹색 기술로의 전환이 가능함을 제시하였다. 향후에는 실용화를 위하여 Mg, Ca, Si 등을 활용한 고부가가치의 화합물 제조를 위한 추가적인 실험을 계속해서 진행할 예정이다.
연속적으로 중화 처리 후 5 N NaOH를 사용하여 남은 여액의 pH를 염기성으로 조절하여 이에 따른 흰색 침전양을 조사하였다. Figure 9에 pH 7~ 13사이에서 얻어진 Mg(OH)₂ 의 양을 조사하였으며 결과 pH 12 부근 에서 최대양을 획득하였으며 XRD 분석을 통하여 Mg(OH)₂ 임을 확인 하였다(Figure 10).
결론적으로 DACW 20 g의 완벽한 용해 조건은 10 N HCl 200 mL 사용하여 60 ℃에서도 12 h 정도면 완전히 용해가 진행됨을 알 수 있었다.

후속연구

1급 지정 폐기물인 폐석면을 무해화하여 구성 성분을 회수 하여 매립에 의한 석면 폐기물의 기존 처리 과정을 자원 순환형 녹색 기술로의 전환이 가능함을 제시하였다. 향후에는 실용화를 위하여 Mg, Ca, Si 등을 활용한 고부가가치의 화합물 제조를 위한 추가적인 실험을 계속해서 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석면을 무해화 하는 기술이 필요한 이유는 무엇인가?	그러나 1970년대 이후 석면 분진이 인간의 호흡기관에 20~40년 잠복기를 거쳐 폐암이나 폐증, 늑막이나 흉막에 악성종양을 유발할 수 있다고 밝혀져 세계보건기구(WHO) 산하의 국제암연구소(IARC)에서 1급 발암물질로 선정하여 발표하였다[4]. 이에 따라 우리나라도 1990년 산업안전보건법에 석면을 허가를 받아야 하는 유해물질로 규정하면서 석면 사용을 규제하기 시작하였다.
	석면(asbestos)은 무엇인가?	석면(asbestos)은 자연에 존재하는 섬유상의 규산염 광물을 총칭하는 물질로서 미국 국립산업안전보건원(NIOSH: National Institute for Occupational Safety and Health)의 분류에 따르면 광물학적 조성에 근거하여 백석면(chrysotile asbestos), 청석면(crocidolite asbestos), 갈석면(amosite asbestos), 안소필라이트(anthophylite asbestos), 트레몰라이트(tremolite asbestos), 액티놀라이트(actinolite asbestos)의 6종으로 나뉘어 진다[1]. 석면 섬유는 현미경으로 관찰할 때 길이가 5 mm 이상이고 길이 대 폭의 비(aspect ratio)가 3 : 1 이상인 물질로서 다른 광물에 비해 뛰어난 내구성, 내열성, 내화성, 단열성 및 내마모성, 높은 인장 강도(tensile strength)를 갖고 있다[2].
	석면 섬유의 특징은 무엇인가?	석면(asbestos)은 자연에 존재하는 섬유상의 규산염 광물을 총칭하는 물질로서 미국 국립산업안전보건원(NIOSH: National Institute for Occupational Safety and Health)의 분류에 따르면 광물학적 조성에 근거하여 백석면(chrysotile asbestos), 청석면(crocidolite asbestos), 갈석면(amosite asbestos), 안소필라이트(anthophylite asbestos), 트레몰라이트(tremolite asbestos), 액티놀라이트(actinolite asbestos)의 6종으로 나뉘어 진다[1]. 석면 섬유는 현미경으로 관찰할 때 길이가 5 mm 이상이고 길이 대 폭의 비(aspect ratio)가 3 : 1 이상인 물질로서 다른 광물에 비해 뛰어난 내구성, 내열성, 내화성, 단열성 및 내마모성, 높은 인장 강도(tensile strength)를 갖고 있다[2]. 뿐만 아니라 화학 약품에 대한 반응성도 낮아 각종 건축 자재, 자동차 부품, 산업용 기계제품 등 3,000여 종류의 제품에 사용되어왔다[3].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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