KR100373461B1 - 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정처리제 조성물 - Google Patents

중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정처리제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물 10 ℓ에 대하여 NaCl 100 내지 120 g, Na2CO3550 내지 700 g, NaAlO2150 내지 180 g, FeCl320 내지 50 g, CaCl250 내지 100 g, 및 NaNO3280 내지 320 g을 포함하는 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 물 10 ℓ에 대하여 NaCl 100 내지 200 g, Na2CO3500 내지 800 g, NaAlO250 내지 150 g, FeCl320 내지 50 g, KCl 또는 CaCl250 내지 150 g, NaNO350 내지 100 g, Na2SO430 내지 100 g, 및 멜라민수지 설폰산소다, 리그닌 설폰산소다, 또는 이들의 혼합물 200 내지 500 g을 포함하는 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 제조되는 고화안정 처리제는 생활쓰레기 소각재, 화력 발전소 석탄재, 제철소에서 발생되는 각종 슬러지를 시멘트, 물과 혼합하여 고형화 할 때, 소각재, 석탄재, 제강 슬러지 등에 함유된 금속 결합을 촉진하여 시멘트 수화를 급속히 일어나게 함으로써 초기강도를 증진시키고, 용존물질의 반응으로 형성된 CaO 등의 팽창재를 다량 생성시켜 급결에 따른 크랙 등의 문제를 해결함과 동시에 포함된 지연제의 효과로 수화반응이 장기간 지속되어 저항성과 장기강도를 증대시켜,원 소각재 등에 함유된 중금속 등의 안정화 및 시멘트 고형체의 강도증진 효과를 나타낼 뿐 아니라 제강 슬러지 등에 포함된 중금속의 용출을 방지할 수 있다.

Description

중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물{A STABILIZATION COMPOSITION FOR PREPARING OF CEMENT CONCRETE TO TREAT HEAVY METALS}
본 발명은 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생활쓰레기, 소각재, 화력발전소 석탄재, 제철소에서 발생되는 각종 슬러지를 시멘트, 물과 혼합하여 시멘트를 고형화할 때 첨가되는 고화안정 처리제로서 소각재, 석탄재, 제강슬러지에 함유된 금속의 이온 결합을 강력히 촉진함과 동시에 시멘트 수화반응을 조절하여 시멘트 수화생성물을 증대시킴으로써, 시멘트 고형물의 강도를 현격히 증가시킬 수 있는 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물에 관한 것이다.
시멘트는 물과 접촉하면 시멘트 중의 수경성 화합물과 물이 화학반응을 일으킨다. 이 반응을 시멘트의 수화(Hydration)반응이라 하며, 이때 수화에 의해 수화물(Hydrate)이 생긴다.
수화 현상은 시멘트의 가장 중요한 현상의 하나로 시멘트의 응결 및 경화 전반에 관계하는 것이지만, 수화 반응의 과정 및 수화물이 복잡하여 아직도 그 메카니즘에 관해서는 규명되지 않고 있으나, 중간 과정을 생략하고 최종적인 관계를 요약하면 다음과 같다.
CaSO4ㆍ2H2O →CaSO4ㆍ2H2O → 3CaOㆍAl2O3ㆍ3CaSO4ㆍ32H2O ↗3CaOㆍAl2O3(셀리트; Celite) →3CaOㆍAl2O3ㆍ6H2OH2O + →4CaOㆍAl2O3ㆍ13H2O → 3CaOㆍAl2O3ㆍ6H2O↖3CaOㆍSiO2(알리트; Alite) →3CaOㆍ2SiO2ㆍ3H2O + Ca(OH)22CaOㆍSiO2(벨리트; Belite) ↗4CaOㆍAl2O3ㆍFe2O3(페리트;Felite) →3CaOㆍAl2O3ㆍ6H2O + 3CaOㆍFe2O3ㆍ6H2O
물 + 포틀랜드시멘트 → 포틀랜드시멘트 수화물
상기와 같은 최종적인 관계에서 알 수 있는 바와 같이, 물과 포트랜드 시멘트를 혼합하면 포틀랜드 수화물이 얻어진다.
상기 3CaOㆍSiO2(Alite)는 물과 혼합되면 가수분해를 일으켜 3CaOㆍ2SiO2ㆍ3H2O (토버모라이트; Tobermorite) 겔과 Ca(OH)2가 되고, 토버모라이트 겔은 클링커 입자의 표면을 엷은 층으로 싸고 있다. Ca(OH)2는 액상으로 녹아 몇분 사이에 포화 상태가 되어 3CaOㆍAl2O3ㆍ6H2O가 되며, 석고가 없으면 이른바 순결(Flash Setting) 반응을 일으킨다. 그런데, 상기 용액 중에는 CaSO4ㆍ2H2O가 존재하기 때문에 이것이 3CaOㆍAl2O3와 반응하여 불용성의 3CaOㆍAl2O3ㆍ3CaSO4ㆍ32H2O(칼슘 설포알루미네이트; Calcium Sulfoaluminate 또는 에트린 가이트; Ettringite)가 되어 침전하는 등 많은 종류의 수화물이 생성된다.
이때, 상기 시멘트 수화물의 혼합물인 시멘트 풀이 시간이 경과함에 따라 수화에 의하여 유동성과 점성을 상실하고 고화하는 현상을 '응결(Setting)'이라 하며, 응결이 끝난 시멘트의 경화체는 시간이 경과할수록 겔 생성이 증대하여 시멘트 입자 사이가 치밀하게 채워지면서 경화(Hardening)가 진행된다. 이와 같이, 섬유상, 침상, 박편상의 시멘트 겔의 미세한 결정이 큰 표면 에너지에 의하여 서로 응집, 교착화하여 치밀한 겔의 망상구조를 형성하고 다시 반응의 진행에 따라 서로 결합이 강화되어 강도가 발현된다.
상기의 시멘트 고형화에 대한 종래 기술로는 금속 이온을 흡착하여 처리하는 방법이 있으며, 이러한 방법은 상온에서 처리가 가능하고 처리비가 저렴하다는 장점이 있으나, 유해 폐기물의 성상에 따라 각각에 적합한 고화 조제를 사용하여야 하며, 산성, 알카리성에서 중금속이 쉽게 용출된다는 문제점이 있다.
또한, 아스팔트를 이용하여 중금속을 고용화하는 방법 및 폐플라스틱을 이용하여 고형화하는 방법 등은 고형체의 내수성, 내약품성 및 내식성 등이 우수하나, 고형체 제조시 가열이 필요하므로 중금속 폐기물의 처리비용이 높다는 단점이 있다.
이외에도 물리적, 화학적 안정성이 우수하고 감용률이 좋은 소결 고형화법, 용융 고형화법 등이 사용되고 있으나, 이 역시 처리비용이 높고 저비점 중금속이 휘산된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 생활쓰레기 소각재, 석탄재, 제강 슬러지 등에 함유된 유해 중금속의 이온결합 촉진과 시멘트의 수화생성물을 증대시켜, 고형물의 현저한 강도를 증진시키고 유해 중금속의 용출을 방지할 수 있는 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 고형체(인터로킹블록)의 납 용출 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 고형체(인터로킹블록)의 6가 크롬 이온의 용출 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 고형체의 휨강도 시험 결과를 나타내는 막대 그래프이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,
NaCl, Na2CO3, NaAlO2, FeCl3, CaCl2및 NaNO3를 포함하는 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물을 제공한다.
더욱 상세하게는 상기 고화안정 처리제 조성물이 물 10 ℓ에 대하여 NaCl 100 내지 120 g, Na2CO3550 내지 700 g, NaAlO2150 내지 180 g, FeCl320 내지 50 g, CaCl250 내지 100 g, 및 NaNO3280 내지 320 g을 용해하여 제조되는 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 NaCl, Na2CO3, NaAlO2, FeCl3, KCl 또는 CaCl2, NaNO3,Na2SO4,및 멜라민수지 설폰산소다, 리그닌 설폰산소다, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물을 제공한다.
더욱 상세하게는 상기 고화안정 처리제 조성물이 물 10 ℓ에 대하여 NaCl 100 내지 200 g, Na2CO3500 내지 800 g, NaAlO250 내지 150 g, FeCl320 내지 50 g, KCl 또는 CaCl250 내지 150 g, NaNO350 내지 100 g, Na2SO430 내지 100 g, 및 멜라민수지 설폰산소다, 리그닌 설폰산소다, 또는 이들의 혼합물 200 내지 500 g을 용해하여 제조되는 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 기재된 고화안정 처리제 조성물들이 시멘트 량의 2 내지 6 중량%로 포함되는 시멘트 경화체를 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 포틀랜드 시멘트 중에는 규산삼석회(C3S, 알리트)와 규산이석회(β-C2S, 벨리트)가 약 75 내지 78 % 정도 함유되어 있으며, 이들 사이의 에트린 가이트(Ettringite) 결합이 시멘트 본래의 강도 발현의 주력이 된다.
이러한 시멘트를 고형화하기 위해서 일반적으로 물을 혼합하는 경우, 작용 주체는 알리트(Alite; C3S) 및 셀리트(Celite; C3A)로서 시멘트 수화물의 형성에는 이들의 수화가 주된 것이며, 수중의 알리트 및 펠리트의 입자 표면으로부터 Ca2+이온이 방출되어 시멘트 혼합물을 급속히 pH 10 이상의 고 알칼리성으로 변화시킨다.
이 반응은 물을 주입한 후 2 내지 3 분내에 종료되지만, 시멘트 입자는 그 직후부터 응집되어 플록(flock)을 생성하는 작용이 일어난다.
따라서, 시멘트 입자 표면에 흡착되어 입자를 균일하게 일정 간격으로 분산시켜 플록을 방지하고 어느 정도의 유동성을 가진 시멘트 페이스트를 얻기 위해서는 분산효과가 있는 첨가제를 사용하는 것이 매우 유효하다.
이를 위해, 본 발명에서는 고른 분산을 통한 수화반응 촉진효과와, 다중 이온 결합에 따른 수화생성물의 증대에 의해 초기 및 장기 강도 발현을 증가시키는 효과를 나타내어 이 두 가지 작용에 의해서 중금속 용출 억제효과를 나타내는 시멘트 경화용 고화안정 처리제를 제공한다.
즉, 본 발명의 고화안정 처리제는 시멘트 입자를 고르게 분산시켜 고화안정 처리제에 포함된 Na+및 K+금속이온 화합물이 수화생성물인 Ca(OH)2와 반응함에 따라서 시멘트 중의 알리트, 벨리트에 작용하여 수화작용을 촉진시키는 물질이며, 이 반응 과정에서 멜라민수지 설폰산소다 또는 리그닌 설폰산소다에 의해 시멘트 입자가 균일하게 분산되어 수화촉진 작용이 일어난다.
상기 에트린 가이트(Ettringite: 3CaOㆍAl2O3ㆍ3CaSO4ㆍ32H2O)의 기본구조는 화학식에 따라 한 분자 중에 32 분자의 많은 물을 함유하고 있기 때문에, 시멘트 경화시 수중에 뜬 시멘트 입자 또는 골재 사이를 상기 에트린 가이트가 시멘트 수화물의 연결 고리 역할을 하여 유동성을 감소시킨다.
더욱이 본 발명은 자유수로 채워져 있는 공간을 수화물로 충진하여 경화를 진행시키기 때문에 시멘트의 수화 반응은 약간의 체적 감소를 동반하면서, 자유수를 고화시켜 공간을 줄이는 반응이다.
이와 같이, 자유수의 공극을 증대된 수화반응 생성화합물이 채워줌에 따라, 초기 및 장기 강도가 중요한 조강 시멘트, 다량의 물을 함유한 하상 오니, 및 유해 물질의 용출 방지에 유효하게 사용 가능하다.
본 발명의 고화안정 처리제의 조성 중 FeCl3는 셀리트 수화 생성물인 3CaOㆍAl2O3ㆍ6H2O와 3CaOㆍFe2O3ㆍ6H2O의 조성에 기여하며, CaCl2또는 KCl은 수화 중간 생성물인 3CaOㆍAl2O3ㆍ6H2O에 CaSO4와 함께 작용해 겔의 생성을 증대시켜 시멘트 입자를 치밀하게 채우며 경화에 관여한다.
또한, 본 발명의 고화안정 처리제 중의 Na+및 K+이온 화합물은 시멘트 수화반응시 급속결합을 이루어 조기강도를 발현하며, 본 발명에서 사용하는 멜라민수지 설폰산소다, 리그닌 설폰산소다, 또는 이들의 혼합물은 CaSO4ㆍ2H2O와 반응하여 생성된 에트린 가이트의 분산을 도움으로써 플래쉬 셋팅에 따른 부작용을 방지하며 겔의 생성을 증대시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 고화안정 처리제의 조성물은 시멘트의 수화 반응에 관여하여 플래쉬 셋팅에 따른 크랙 등의 부작용을 방지하며, 시간이 경과할수록 겔의 생성이 증대하여 시멘트 입자 사이가 치밀하게 채워지면서 경화가 진행되고, 시멘트 수화물의 다중 이온 결합에 의하여 수화 생성물이 두껍게 쌓여지게 됨으로써, 중금속의 용출이 억제되는 효과가 더욱 향상될 뿐만 아니라 콘크리트 강도도 더욱 증가하게 된다.
이 단계에서부터 서서히 물과 이온의 이동이 적어지고 반응속도에 제동이 걸려 이때부터 시멘트 경화체 강도가 발현되기 시작한다.
따라서, 상기 Na2CO3와 Ca(OH)2의 반응에 따라 생성되는 NaOH는 알리트와 벨리트의 수화 초기에 생성되는 저분자의 규산칼슘수화물(C-S-H)을 용해시켜 어느 정도의 시간이 경과되면 중합이 진전되어 고분자가 결정화되기 시작한다.
이러한 고화안정 처리제의 각 조성은 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 NaCl, Na2CO3, NaAlO2, FeCl3, CaCl2및 NaNO3를 포함하는 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물을 제공한다.
상기 NaCl은 물 10 ℓ에 대하여 100 내지 120 g을 사용하는 것이 바람직하며, 이는 SiO2및 CaO와 반응하여 비결정질의 C-S-H를 급속히 생성하여 응결 작용을 증진시킨다. 이때, 그 양이 120 g을 초과하여 사용하면 이상 응결 현상이 일어나므로 바람직하지 않으며, 100 g 미만으로 사용하면 응결 작용 효과가 미약하여 바람직하지 않다.
상기 Na2CO3는 물 10 ℓ에 대하여 550 내지 700 g을 사용하는 것이 바람직하고, 과부족인 경우에는 상기와 같은 현상을 보이므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서 NaAlO2를 물 10 ℓ에 대하여 150 내지 180 g을 사용하면 Na2CO3보다 그 급결성 작용이 크므로 NaAlO2와 Na2CO3는 동시 배합하여 사용하고, 이러한 경우 NaAlO2가 수중에서 가수분해되어 NaOH와 Al(OH)3로 되어 양자의 상승 작용에 의하여 경화 촉진 효과를 증가시킨다.
상기 FeCl3은 물 10 ℓ에 대하여 20 내지 50 g을 사용하고, 및 NaNO3는 물 10 ℓ에 대하여 280 내지 320 g을 사용하는 것이 바람직하다. 그 양이 상기 범위를 초과하면, 고화체 내에 염이 다량 함유되어 고화체 강도가 저하되므로 바람직하지 않고, 상기 범위 미만이면 고화체의 중금속 용출량이 증가하고 강도의 저하효과를 나타내므로 바람직하지 않다.
상기 CaCl2는 물 10 ℓ에 대하여 50 내지 100 g을 사용하는 것이 바람직하고, 과부족(±10 %)인 경우에는 원소 기능의 밸런스가 무너져 응결이 빨리되지만 강도는 상승하지 않으므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명은 NaCl, Na2CO3, NaAlO2, FeCl3, KCl 또는 CaCl2, NaNO3, Na2SO4,및 멜라민수지 설폰산소다, 리그닌 설폰산소다 또는 이들의 혼합물을 포함하는 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물을 제공한다.
상기 NaCl은 물 10 ℓ에 대하여 100 내지 200 g을 사용하는 것이 바람직하며, 이는 SiO2및 CaO와 반응하여 비결정질의 C-S-H를 급속히 생성하여 응결 작용을 증진시킨다. 이때, 그 양이 200 g을 초과하여 사용하면 이상 응결 현상이 일어나므로 바람직하지 않으며, 100 g 미만으로 사용하면 응결 작용 효과가 미약하여 바람직하지 않다.
상기 Na2CO3는 물 10 ℓ에 대하여 500 내지 800 g을 사용하는 것이 바람직하고, 과부족인 경우에는 상기와 같은 현상을 보이므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서 NaAlO2를 물 10 ℓ에 대하여 50 내지 150 g을 사용하면 Na2CO3보다 그 급결성 작용이 크므로 NaAlO2와 Na2CO3는 동시 배합하여 사용하고, 이러한 경우 NaAlO2가 수중에서 가수분해되어 NaOH와 Al(OH)3로 되어 양자의 상승 작용에 의하여 경화 촉진 효과를 증가시킨다.
상기 FeCl3은 물 10 ℓ에 대하여 20 내지 50 g을 사용하고, 및 NaNO3는 물 10 ℓ에 대하여 50 내지 100 g을 사용하는 것이 바람직하다. 그 양이 상기 범위를 초과하면, 고화체 내에 염이 다량 함유되어 고화체 강도가 저하되므로 바람직하지 않고, 상기 범위 미만이면 고화체의 중금속 용출량이 증가하고 강도의 저하효과를 나타내므로 바람직하지 않다.
상기 KCl 또는 CaCl2는 물 10 ℓ에 대하여 50 내지 150 g을 사용하는 것이 바람직하고, 과부족(±10 %)인 경우에는 원소 기능의 밸런스가 무너져 응결이 빨리되지만 강도는 상승하지 않으므로 바람직하지 않다.
상기 Na2SO4는 물 10 ℓ에 대하여 30 내지 100 g을 용해하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 멜라민수지 설폰산소다, 리그닌 설폰산소다, 또는 이들의 혼합물의 사용량은 물 10ℓ에 대하여 200 내지 500g을 용해하여 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 다량의 에트린 가이트의 생성을 위해 결합수로 물과 함께 상기 조성의 고화안정 처리제를 첨가하면 함수비가 저하하는 동시에 입자의 이동을 구속할 수 있다. 또한, 본 발명의 Na+및 K+이온을 함유한 화합물은 수산화칼슘, 규산칼슘에서 용출된 칼슘이온의 입자를 응집시킴으로써, 입자가 더욱 급속히 결합하게 되며 수산화칼슘 수화물의 생성을 촉진시켜 강도의 상승 또는 경화를 촉진할 수 있고, 장기 재령(양생 시간)에서는 SiO2, Al2O3등의 성분이 Ca(OH)2와 반응을 일으켜, CaO 및 CaSO4등의 팽창성 불용성 물질 및 포졸란화합물을 생성하므로, 경화를 촉진함과 동시에 자유수가 휘발된 공극을 상기 화합물들이 채워주므로 장기재령 및 저항성을 갖게 한다.
이러한 고화안정 처리제를 시멘트 경화체에 적용한 구체적 예를 들면 다음과 같다.
상기 시멘트 경화체를 제조하는 공정은 먼저 생활 쓰레기 소각재, 화력 발전소 석탄재, 제철소에서 발생하는 각종 슬러지들을 건조하여 전처리한다. 그리고, 전처리된 슬러지들을 파쇄 및 선별한 후 입도별로 선별한다. 이렇게 선별된 소각재나 슬러지와 함께 시멘트, 골재 및 물을 투입하여 혼합한다. 이때, 소각재나 슬러지의 투입량은 골재 투입량의 50 중량% 정도로 투입가능하며, 물과 시멘트의 비율은 물/시멘트(W/C)가 30 % 이하가 되도록 한다.
다음으로, 상기 슬러지, 물 및 시멘트를 혼합하면서 고화안정 처리제를 투입한다. 상기 고화안정 처리제는 시멘트 량의 2 내지 6 중량%로 투입한다. 상기 고화안정 처리제를 2 중량% 미만으로 투입하는 경우에는 본 발명의 고화안정 처리제의 효과가 미약하며, 6 중량%를 초과하여 투입하는 경우에는 더 향상된 효과가 나타나지 않으므로 경제적으로 불리하여 바람직하지 않다.
마지막으로, 고화안정 처리제를 투입한 후 그 혼합물을 압축, 진동 등을 통하여 골고루 섞어준 후 성형하고, 상기 성형물을 양생한 후 고화체를 제조한다.
이렇게 제도된 시멘트 고화제는 강도가 우수하고, 제강 슬러지 등에 포함된 중금속의 용출을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 24
생활 쓰레기 소각재를 건조하여 전처리하고 파쇄 및 선별하고, 이렇게 선별된 소각재와 시멘트를 하기 표 3에 나타낸 바와 같은 조성으로 골재와 함께 투입하였다. 여기에 물/시멘트 비가 약 20 %가 되도록 물을 투입하면서 하기의 표 1 및 2에 나타낸 바와 같은 조성의 고화안정 처리제를 하기의 표 3에 나타낸 바와 같이 시멘트 량에 대하여 2 내지 6 중량%가 되도록 투입하면서 혼합하였다. 이렇게 혼합된 시멘트 혼합물을 성형한 후 양생하여 시멘트 고화체를 제조하였다.
구분 조성(단위 : g/물 10ℓ)
NaCl Na2CO3 NaAlO2 FeCl3 CaCl2 NaNO3
실시예 1 100 550 150 30 75 280
실시예 2 100 600 160 30 75 290
실시예 3 110 550 150 50 80 310
실시예 4 110 550 150 50 80 310
실시예 5 110 600 150 40 90 290
실시예 6 110 600 160 40 90 290
실시예 7 100 700 160 40 70 280
실시예 8 100 700 170 30 70 280
실시예 9 120 700 170 30 70 320
실시예 10 120 650 180 30 60 320
실시예 11 120 650 180 30 70 310
실시예 12 110 600 170 40 60 310
구분 조성(단위 : g/물 10ℓ)
NaCl Na2CO3 NaAlO2 FeCl3 KCl NaNO3 Na2SO4 멜라민수지 설폰산소다 리그닌 설폰산소다
실시예 13 100 550 120 30 75 70 - 250 -
실시예 14 100 600 120 30 75 70 - 300 -
실시예 15 110 550 110 50 80 80 - 350 -
실시예 16 110 550 110 50 80 80 - 400 -
실시예 17 110 600 100 40 90 85 - - 250
실시예 18 110 600 100 40 90 85 - - 300
실시예 19 100 700 90 40 70 75 - - 350
실시예 20 100 700 90 30 70 75 - - 400
실시예 21 120 700 100 30 70 90 65 200 250
실시예 22 120 650 100 30 60 90 - 250 200
실시예 23 120 650 90 30 70 80 - 200 250
실시예 24 110 600 90 40 60 80 - 250 250
구 분 시멘트 량(kg/㎥) 소각재/골재량(중량%) 시멘트 투입량에 대한 고화안정 처리제의 양(중량%)
실시예 1의 고형체 400 50 2
실시예 2 400 50 2
실시예 3 400 55 4
실시예 4 320 60 4
실시예 5 340 55 2
실시예 6 400 50 2
실시예 7 340 65 2
실시예 8 340 50 4
실시예 9 340 55 6
실시예 10 340 60 6
실시예 11 340 65 4
실시예 12 400 50 2
실시예 13 320 50 2
실시예 14 320 60 6
실시예 15 320 55 4
실시예 16 320 60 2
실시예 17 340 55 2
실시예 18 340 60 2
실시예 19 340 65 2
실시예 20 340 50 4
실시예 21 340 55 4
실시예 22 340 60 4
실시예 23 340 65 4
실시예 24 400 50 2
상기와 같이 제조된 고형체를 한국 건자재 시험 연구원에서 환경부 고시 제91-97호-'91의 검사 방법에 따라 중금속 용출실험을 하여 그 결과를 하기의 표 5 및 6에 나타내었다. 하기 표 4는 폐기물 관리법에 의한 폐기물 관리 기준에 근거한 폐기물 고형체의 중금속 용출 기준을 나타낸다.
항 목 용출 기준(단위 : mg/L)
Cd 또는 그 화합물 0.3
Pd 또는 그 화합물 3
Cu 또는 그 화합물 3
As 또는 그 화합물 1.5
Hg 또는 그 화합물 0.005
알킬 Hg 또는 그 화합물 -
Cr6+또는 그 화합물 1.5
CN 화합물 1
유기인 화합물 1
PCB(Polychlorinated Biphenyl) 화합물 0.003
트리클로로에틸렌 0.3
테트라클로로에틸렌 0.1
항 목(단위 : mg/L) pH Pb Cu Cr6+ CN Hg Cd
용출 기준 - 3 3 1.5 1 0.005 0.3
사용소각재의중금속용출량 12.1 8.53 3.334 0.044 N.D N.D N.D
실시예 1실시예 2실시예 3실시예 4 12.312.212.412.3 0.29N.D0.700.12 0.1950.8580.2430.256 0.0630.034N.D0.024 N.DN.DN.DN.D N.DN.DN.DN.D N.DN.DN.DN.D
사용소각재의중금속용출량 12.1 8.53 3.334 0.044 N.D N.D N.D
실시예 5실시예 6실시예 7실시예 8실시예 9실시예 10실시예 11 12.312.212.212.112.112.112.1 0.570.280.0240.460.390.220.18 0.7120.7780.7270.5840.7080.6490.954 N.DN.D0.0210.0180.0540.0100.013 N.DN.DN.DN.DN.DN.DN.D N.DN.DN.DN.DN.DN.DN.D N.DN.DN.DN.DN.DN.DN.D
사용소각재의중금속용출량 12.3 8.53 3.334 0.044 N.D N.D N.D
실시예 12 12.1 0.96 0.164 0.021 N.D N.D N.D
주) (환경 관리 공단 수도권 매립지 분석실 '99.7 ~ '99.11)N.D : 검출되지 않음
항 목(단위 : mg/L) pH Pb Cu Cr6+ CN Hg Cd
용출 기준 - 3 3 1.5 1 0.005 0.3
사용소각재의 중금속용출량 12.1 8.53 3.334 0.044 N.D N.D N.D
실시예 13실시예 14실시예 15실시예 16 12.312.212.412.3 0.29N.D0.700.12 0.1950.8580.2430.256 0.0630.034N.D0.024 N.DN.DN.DN.D N.DN.DN.DN.D N.DN.DN.DN.D
사용소각재의 중금속용출량 12.1 8.53 3.334 0.044 N.D N.D N.D
실시예 17실시예 18실시예 19실시예 20실시예 21실시예 22실시예 23 12.312.212.212.112.112.112.1 0.570.280.0240.460.390.220.18 0.7120.7780.7270.5840.7080.6490.954 N.DN.D0.0210.0180.0540.0100.013 N.DN.DN.DN.DN.DN.DN.D N.DN.DN.DN.DN.DN.DN.D N.DN.DN.DN.DN.DN.DN.D
사용소각재의 중금속용출량 12.3 8.53 3.334 0.044 N.D N.D N.D
실시예 24 12.1 0.96 0.164 0.021 N.D N.D N.D
주) (환경 관리 공단 수도권 매립지 분석실 '99.7 ~ '99.11)N.D : 검출되지 않음
상기 표 5 및 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 24에 의해 제조된 고형체는 중금속 용출량이 폐기물 관리 기준에 근거한 중금속 용출 기준에 대하여 훨씬 낮은 값을 나타내고 있으며, 종래 사용 소각재를 고형체로 처리하지 않은 경우의 중금속 용출량과 비교하여 중금속 용출량이 훨씬 작음을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 12에 의해 제조된 고형체의 납 및 구리의 용출량을 나타내는 그래프로서, 폐기물 관리법에 근거한 폐기물 관리 기준인 3 mg/L(납과 구리)보다는 훨씬 낮은 용출량(납은 0.96 mg/L 내지 검출되지 않음, 구리는 0.858 내지 0.164 mg/L)을 나타내고 있다.
또한, 도 2는 본 발명의 실시예 12 내지 24에 의해 제조된 고형체의 6가 크롬(Cr6+) 이온의 용출량을 도시한 그래프로서, 본 발명에 의해 제조된 고형체는 Cr6+가 0.063 mg/L 내지 검출되지 않음(N.D)로 나타나 폐기물 관리 기준인 1.5 mg/L 보다는 훨씬 낮은 수치를 나타내고 있음을 알 수 있다.
도 3은 시멘트 400 kg/㎥와 본 발명의 최적 배합비에 따른 고화안정 처리제 2 중량%를 사용하여 제조된 고형체의 휨 강도를 한국 건자재 시험 연구원에서 시험한 결과를 나타내는 막대 그래프로서, 제조한 후 7일, 14일, 28일 경과시 측정한 고형체의 휨강도를 나타내며, 도 3에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 고화안정 처리제를 사용한 고화체의 휨강도는 기준치인 50 kg/㎥보다도 7일째의 강도가 138 %, 14일째 강도가 117 % 및 28 일째 강도가 122 %로 나타남에 따라 휨강도 역시 우수함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 고화안정 처리제를 사용하여 폐기물에 포함된 금속과 함께 시멘트 고형체를 제조하면, 금속 이온 결합이 강력히 촉진되어 중금속 물질의 중합과 고형물의 강도가 현저히 증가한다. 또한, 상온에서 처리하므로 작업성 및 비용면에서 처리비가 저렴하고 본 발명의 고화안정 처리제가 액상이므로 균일 혼합물을 얻을 수 있어 중금속 용출 방지 및 화학적으로 안정한 고형체를 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 물 10 ℓ에 대하여 NaCl 100 내지 120 g, Na2CO3 550 내지 700 g, NaAlO2 150 내지 180 g, FeCl3 20 내지 50 g, CaCl2 50 내지 100 g, 및 NaNO3 280 내지 320 g을 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물.
  2. (삭제)
  3. 물 10 ℓ에 대하여 NaCl 100 내지 200 g, Na2CO3 500 내지 800 g, NaAlO2 50 내지 150 g, FeCl3 20 내지 50 g, KCl 또는 CaCl2 50 내지 150 g, NaNO3 50 내지 100 g, Na2SO4 30 내지 100 g, 및 멜라민수지 설폰산소다, 리그닌 설폰산소다, 또는 이들의 혼합물 200 내지 500 g을 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 처리를 위한 시멘트 경화체 제조용 고화안정 처리제 조성물.
  4. (삭제)
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고화안정 처리제 조성물이 시멘트 량의 2 내지 6 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 시멘트 경화체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 시멘트 경화체는 물과 시멘트의 비율(W/C)이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 시멘트 경화체.
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