[논문]점토와 혼합된 제강슬래그의 이온 용출 및 재활용 가능성 평가

김형주; 이현기; 함태규; 정소희; 김형수

doi:10.14481/jkges.2024.25.5.39

[국내논문] 점토와 혼합된 제강슬래그의 이온 용출 및 재활용 가능성 평가
Assessment of Ion Leaching and Recycling Potential of Steel Slag Mixed with Clay

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.25 no.5, 2024년, pp.39 - 47

김형주 (Department of Civil Engineering, Kunsan National University) , 이현기 (Renewable Energy Research Institute, Kunsan National University) , 함태규 (Renewable Energy Research Institute, Kunsan National University) , 정소희 (Department of Civil and Environmental Engineering, Kunsan National University) , 김형수 (Renewable Energy Research Institute, Kunsan National University)

초록
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본 연구에서는 재활용 시 도로용이나 지반 보강재로 사용되는 전기로 제강슬래그의 입경별 중금속 용출 실험과 제강슬래그와 점토를 혼합한 혼합비별 공시체의 이온 용출을 실험하여 환경적 특성을 분석하였다. 폐기물 공정시험결과 시료 시험항목에서 중금속은 검출되지 않은 것으로 나타났으며, 물과 접하지 않은 제강슬래그의 경우 용출이 일어나지 않는 것을 알 수 있었으나, 제강슬래그의 중금속 용출 실험을 진행하여 ICP-OES 분석한 결과 일부 중금속이 검출되었다. 제강슬래그가 물과 반응하면 제강슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 화학반응이 일어나 용출이 되는 것을 알 수 있었다. 제강슬래그의 입경별 용출 실험을 진행한 결과 가장 많은 용출이 일어난 알루미늄의 경우 입경이 작을수록 커지는 것으로 나타났으며, 제강슬래그와 점토를 혼합한 혼합토의 경우 제강슬래그의 함량이 증가할수록 알루미늄의 용출량은 증가하였다. 그러나 제강슬래그만을 사용했을 때보다 제강슬래그와 점토의 혼합토에서 용출되는 알루미늄의 양이 현저히 낮아졌으며, 다른 중금속들도 용출되는 양이 기준치 이하로 나타났다. 그러므로 제강슬래그와 점토의 혼합토를 재활용하여 도로용이나 성토용 재료로 사용 시 중금속의 용출에 대한 우려는 매우 낮아질 것으로 사료된다. 이러한 결과는 순수 제강슬래그만을 사용하는 것보다 제강슬래그와 점토를 혼합한 재료가 친환경적으로 지속가능하고 안전한 대안이 될 수 있다고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the environmental implications of electric arc furnace steel slag, commonly used in road construction and soil reinforcement, were examined. Experiments were conducted to assess the leaching of heavy metals based on particle size and to investigate ion leaching from specimens with varying mixtures of steel slag and clay. The official waste test revealed no detectable heavy metals in the sample items. However, when subjected to leaching experiments and analyzed using ICP-OES, certain heavy metals were found. The reaction of steel slag with water, facilitated by free CaO within the slag, was identified as the cause of leaching. Results showed that aluminum, exhibiting the highest leaching rate, displayed an inverse relationship with particle size. In mixed soil containing steel slag and clay, higher steel slag content resulted in increased aluminum leaching. Nonetheless, the quantity of leached aluminum was notably lower in mixed soil compared to pure steel slag. Furthermore, leaching of other heavy metals remained within acceptable limits. These findings suggest that recycling mixed soil of steel slag and clay for road construction or soil stabilization presents reduced environmental risks compared to using steel slag alone. Utilizing such mixtures could offer an environmentally sustainable and safe alternative.

주제어

표/그림 (24)

그림 Fig. 1. Production processing and uses of the steel slag
표 Table 1. Used analysis device
표 Table 2. Steel slag elution test conditions
표 Table 3. Steel slag + clay elution test conditions
그림 Fig. 2. Jar-Test by steel slag particle size
그림 Fig. 3. Jar-Test by steel slag content
그림 Fig. 4. Particle size distribution curve of steel slag and clay
표 Table 5. Components of steel slag and clay
표 Table 4. Physical of G city river clay and steel slag
그림 Fig. 5. Se concentration of steel slag by particle size
그림 Fig. 6. Mg concentration of steel slag by particle size
그림 Fig. 7. Al concentration of steel slag by particle size
표 Table 6. Official waste test results of steel slag
표 Table 7. ICP analysis results by steel slag particle size (unit : ppm)
그림 Fig. 8. Heavy metal concentration of steel slag by particle size
표 Table 8. ICP analysis results by steel slag content (unit : ppm)
그림 Fig. 9. Se concentration of steel slag by content
그림 Fig. 10. Mg concentration of steel slag by content
그림 Fig. 11. Al concentration of steel slag by content
그림 Fig. 12. Heavy metal concentration of steel slag by content
그림 Fig. 13. Differences between measured and forecast aluminum values depending on steel slag content
그림 Fig. 14. SEM image of steel slag
그림 Fig. 15. SEM image of clay
그림 Fig. 16. SEM image of steel slag+clay (2:8)

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