KR19990071845A

KR19990071845A - 수용성 실리케이트 조성물

Info

Publication number: KR19990071845A
Application number: KR1019980704127A
Authority: KR
Inventors: 에르겐 멜가드 크리스텐센
Original assignee: 카프톤 피터
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1999-09-27
Also published as: PL327329A1; ATE216907T1; EA000714B1; NO982480D0; HUP9901062A3; WO1997020600A1; EP0863781A1; HUP9901062A2; AP878A; AU708426B2; EA199800503A1; TR199800967T2; AP9801271A0; AU1092397A; CN1211197A; JP2000505824A; NZ323881A; DE69621039D1; CA2238180A1; EP0863781B1

Abstract

a) 소디움 및 포타슘 실리케이트, 또는 이들의 실리케이트 화합물의 혼합물에서 선택된 실리케이트 화합물의 10%w/w 내지 50%w/w; b) 염, 소디움 및 포타슘이온중에서 선택된 양이온, 및 할로겐, 설페이트 및 카보네이트 이온중에서 선택된 음이온, 또는 이들 염의 혼합물의 1%w/w내지 5%w/w; c) 에틸렌 글리콜의 0.25%w/w 내지 5%w/w; 및 d) 물을 포함하는 실리케이트-함유 수용성 용액 조성물. 실리케이트 화합물은 소디움 실리케이트, 특히 Na₂SiO₃, Na₆Si₂O₇, Na₂Si₃O₇또는 Na₂Si₄O₉의 일반식을 가지는 소디움 실리케이트, 또는 그들의 혼합물이 바람직하다. 염은 소디움 클로라이드가 바람직하다. 조성물은 오염물질을 캡슐화하고, 가연성 물질을 방화성으로 하고, 화재를 소화하는데 유용하다.

Description

수용성 실리케이트 조성물

독일 특허 공개공보 번호 159,797에는 오일 또는 오일 오염물질을 무해하게 하기 위한 규산소다-함유 조성물의 용도가 기재되어 있으나, 이 조성물은 성분을 측정 및 사용시 혼합이 필요한 두가지 성분의 조성물 시스템이다. 독일 특허 공개공보 번호 1,248,197에는 오일 또는 용매의 흡착을 위한 조성물로서, 문제의 조성물은 분말 규산소다, 고체 염 및 고체 흡수제인 담체의 혼합물로 구성된 건조된 조성물을 기재하고 있다.

발명의 요약

한가지 성분, 즉 다른 성분들뿐만 아니라 용해된 실리케이트를 함유하는 수용성 용액 조성물로서, 이 조성물로 캡슐화함으로써 오염물질을 무해하게 할 수 있고 더나아가 안정화시킬 수 있으며 어떠한 용해, 측정 또는 사용시 혼합이 필요하지 않는 조성물의 제조가 가능함이 현재 발견되었다.

따라서, 본 발명은 다음을 포함하는, 실리케이트 함유 수용성 용액 조성물에 관한 것이다:

a) 소디움 및 포타슘 실리케이트, 또는 이들 실리케이트 화합물의 혼합물에서 선택된 실리케이트 화합물의 10%w/w 내지 50%w/w;

b) 염, 소디움 및 포타슘이온중에서 선택된 양이온, 및 할로겐, 설페이트 및 카보네이트 이온중에서 선택된 음이온, 또는 이들 염의 혼합물의 1%w/w 내지 5%w/w;

c) 에틸렌 글리콜의 0.25%w/w 내지 5%w/w; 및

d) 물.

본 발명은 다른 목적뿐만 아니라 오염물질의 캡슐화에 유용한 실리케이트-함유 수용성 용액 조성물에 관한 것이다.

경제성뿐만 아니라 이용가능성때문에, 실리케이트 화합물은 소디움 실리케이트가 바람직하다. 그것은 기술분야의 전문가에게 공지된 것이기 때문에, 실리케이트 음이온에 있는 실리콘의 평균 원자수 및 규산 히드록시 그룹의 이용가능한 수중에서 평균 염형성도에 따라, 소디움 실리케이트와 같은 용해성 실리케이트는 몇가지 형태로 존재한다. 소디움 실리케이트의 경우, 이런 관계를 종종 Na₂O:SiO₂몰비로 표현하며, 상업적으로 이용가능한 소디움 실리케이트 제품 및 질은 꽤 넓은 범위내의 비율을 가진다. 따라서, 본 발명에 유용한 소디움 실리케이트는 Na₂O:SiO₂몰비가 약 4:1 내지 1:4범위중 어느하나이고, 바람직하게는 약 1:1 내지 1:4범위내이다. 이러한 맥락에서, 소디움 실리케이트 화합물에 대한 구체예는 Na₂SiO₃, Na₆Si₂O₇, Na₂Si₃O₇, 또는 Na₂Si₄O₉, 또는 이들의 혼합물, 특히 Na₂Si₃O₇의 대략적인 평균식(average formula)에 상응하는 것들이다.

실리케이트 화합물, 특히 소디움 실리케이트는 조성물중에 13-31%w/w, 바람직하게는 15-31%w/w, 더욱 바람직하게는 18-31%w/w, 가장 바람직하게는 21-31%w/w, 예를 들면 27%w/w의 양으로 존재한다.

상기의 b) 항목에 나타난 염은 예를 들면 소디움 클로라이드, 소디움 브로마이드, 소디움 요오드, 소디움 설페이트, 소다움 카보네이트, 포타슘클로라이드, 포타슘 브로마이드, 포타슘 요오드, 포타슘 설페이트, 포타슘 카보네이트, 또는 이들 염의 혼합물일 수 있다. 그러나, 이용가능성 및 경제성 때문에, b)항목에서 사용되는 염은 소디움 클로라이드가 바람직하다. 염, 특히 소디움 클로라이드는 1-4%w/w, 바람직하게는 2-4%w/w, 더욱 바람직하게는 약 3%w/w 양으로 존재할 수 있다.

상기의 항목 c)의 에틸렌 글리콜에 관해서, 이 성분은 장기간-안정성이라는 면에서 안정화 효과를 나타낸다고 여겨진다. 따라서, 에틸렌 글리콜이 없는 경우, 실리케이트 함유 조성물이 고체 침적물로 점차 변해갈 것이며, 이는 바람직하지 못한 실리케이트 반응의 시작가능성을 나타낸다는 것을 발견했다. 바람직한 구체예에서, 에틸렌 글리콜은 0.5-1%w/w, 더욱 바람직하게는 1.5-3%w/w, 특히 0.5-2%w/w, 가장 바람직하게는 0.5-1%w/w, 예를 들면 0.7%w/w의 양으로 존재한다.

본 발명에 따른 조성물의 바람직한 실시예는 일반식이 Na₂Si₃O₇인(보통 Na₂O:SiO₂몰비가 1:3.1임)소디움 실리케이트를 약 27%w/w, 0.7%w/w의 에틸렌 글리콜, 및 약 3%w/w의 소디움 클로라이드, 나머지는 물을 함유한다.

어떠한 적용을 위해서는, 또한 예를 들면 에톡실화된 지방산 등의 비이온성 계면활성제와 같은 계면할성제; 예를 들면 실리콘 오일 (예,디메틸폴리시록산), 또는 폴리 에틸렌 옥시드 또는 폴리프로필렌 옥시드 등의 소포제; 예를 들면 합성 계면활성제에 기초한 기포제 등의 안정한 거품을 형성하기 위한 기포제(방화(fireproofing) 또는 소화(extinguishing)를 위한) 와 같은 몇몇 특수한 첨가제를 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 작용제의 유형 및 기능에 따라 다양한 양으로 포함할 수 있으나, 일반적인 함량은 0.1-5%w/w범위이다.

본 발명의 조성물에 특히 적합한 용도중 하나는, 예를 들면 오일 또는 다른 탄화수소잔재, 콜올타르, 또는 살충제(예, Aldrin^TM(상표명), Endrin^TM(상표명) 또는 Pentachloroplend^TM(상표명)와 같은 산업적인 화학물로 오염된 모래 또는 토양, 비산회(fly ash) 및 소각로의 슬래그와 같은 중금속-오염된 미립자, 오래된 산업장소의 토양, 형광 광튜브(관상(管狀)형광등)의 잔재, 기타 등등의 오염된 고형물의 처리이다. 따라서, 본 발명의 조성물로 이런 물질들을 처리한 경우, 어떠한 추가의 처리없이, 상기 물질이 환경으로 계속적으로 침출(leaching)할 가능성을 상당히 감소시커거나 심지어 제거할 정도로 조성물이 오염물질 및/또는 오염된 물질을 매우 효과적으로 캡슐화하는 유리질 겔을 형성할 수 있음이 알려져 있다. 이로 인해, 오염물질이 지하수 매장소와 같은 환경으로 침출할 상당한 위험없이, 제어가 없거나 단지 최저한으로 제어되는 보관소에서 실리케이트-캡슐화된 오염물질 및 오염된 물질을 저장할 수 있게 되었다.

본 발명의 조성물과 함께 칼슘-함유 물질(예, 소석회)과 같은 2가 양이온을 함유하는 수용성 물질로 캡슐화될 물질을 처리한다면, 캡슐화는 더욱 효과적이다. 어떠한 이론에 관계없이, 칼슘과 같은 2가 양이온이 규산소다 용액의 겔화를 촉진하다고 알려진 사실이 이 효과의 원인이라고 여겨진다.

게다가, 순수한 규산소다와 마찬가지로, 본 발명의 조성물은 또한 여러 가지 물질, 가정의 쓰레기뿐만 아니라, 특히 직물, 종이, 카드판, 지붕의 이엉, 기타등등의 흡수성 물질의 방화처리에 사용될 수도 있음을 발견했다. 본 발명의 조성물을 처리한 경우, 문제의 물질 과 섬유와 같은 그들의 하위 구성성분이 유리질 실리케이트겔로 캡슐화될 것이다. 통상의 규산소다 용액보다 유리한 점은 겔을 형성하여 방화효과를 가지나 통상의 순수한 규산소다 용액을 사용한 경우와 마찬가지로 건조효과는 없기 때문에 그 효과가 매우 빠르다는 것이다. 또한 특히 처리대상이 직접적 웨더링(direct weathering)이 쉽다면, 조성물의 이동을 방지하거나 감소시키기 위해 수지를 함께 처리함으로써 방화효과를 향상시킬 수도 있다고 여겨진다. 생각할 수 있는 바로는, 이러한 수지는 페놀, 아크릴, 또는 스틸렌 수지의 상업적으로 이용가능한 분산물과 같은 수용성 수지 분산물일수 있다.

마찬가지로, 또한 물로 전혀 불을 끌수 없거나 불을 끄기 어려운 물질에서 소화용으로 본 발명의 조성물을 사용할 수 있음을 발견했다. 따라서, 정상적인 상황에서는 물로 불을 끌수 없는 불타고 있는 자동차 고무타이어를 본 발명의 조성물로서 사실상 효과적으로 소화할 수 있음을 발견했다.

또한 물질의 점화, 소화기용의 연기가 나지 않는 분말포사약(propellent)와 같이 외부 산소를 필요로 하지 않는 화재를 본 발명의 조성물이 방지할 수 있음을 관찰했으며, 이러한 효과를 또한 미사일 또는 플라스틱 폭발물용 포사약에까지 확장할 수도 있다고 여겨진다. 따라서, 그러한 물질의 잔여 군사용품을 무해하게 하거나 제거하는데 본 발명의 조성물을 사용할 수도 있다. 비슷하게, 또한 조성물이 군사용 소이탄 화약(예, 네이팜탄 물질, 즉 플라스틱-겔 용매/휘발유 혼합물 유형)에 있는 것과 같은 높은 가연성 물질을 무해하게 할 수도 있다.

오염된 고형물의 처리에 본 발명의 조성물을 사용할 경우, 오염물질의 유형에 따라 광범위에 걸쳐 다양한 양으로 조성물을 적용할 수 있으며, 정확한 양은 중요하지 않으며 통상적인 시험으로 기술분야의 전문가에 의해 쉽게 확인할 수 있다. 그러나, 일반적인 지침으로서 본 발명의 조성물의 적합한 양은 오염된 고형물당 1내지 50중량부, 바람직하게는 2-10중량부일 수 있다. 만약 예를 들면 토양의 표면 부분에 오염이 한정되어 있다면, 매우 간단한 방식으로 단순히 오염된 물질위에 본 발명의 조성물을 붓거나 분사함으로써 적용할 수 있다. 더 깊은 위치에 오염이 있는 경우, 토양으로 구멍난 파이프로 구멍을 뚫어 조성물을 토양속으로 펌프함으로써 적용할 수 있다. 비산회와 같은 결합이 약한(loosen) 미립자물질인 경우, 임의로 콘크리트 혼합기와 유사한 회전 드럼 혼합기에서 일종의 혼합작용을 하는 동안, 상기 물질위에 단순히 본 발명의 조성물을 분사하여 행할 수 있다.

이와 유사하게, 방화 목적으로 본 발명의 조성물을 사용할 경우, 물질의 가연성, 그 물질의 수용성 용액의 흡수력과 같은 인자에 따라, 광범위한 양으로 사용할 수 있다. 일반적인 양은 방화될 물질 100부분당 2 내지 70중량부일 수 있다. (지물 또는 종이인 경우) 조성물을 그 위에 분사함으로써 적용하거나, 또는 (폐기물과 같은 큰 부피의 물질인 경우)공지된 방법으로 물질에 조성물을 주입할 수도 있다.

다음의 실시예로서 본 발명을 추가로 예시할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

다음의 성분으로 부터 조성물을 제조했다:

1. Na₂O : SiO₂의 몰비가 1:3.1인 소디움 실리케이트의 33%w/w수용성용액 410 kg

2. 에틸렌 글리콜 3.5kg

3. 소디움 클로라이드의 15%w/w 수용성 용액100kg.

소디움 실리케이트용액을 800리터 혼합용 용기에 담고 프로펠러 교반기로 강하게 교반하면서 에틸렌 글리콜을 점차 첨가하여 조성물을 제조했다. 그런 다음, 같은 방식으로 강하게 교반하면서 소디움 클로라이드 용액을 점차 첨가했다. 결과로 얻은 맑은 용액의 밀도는 약 1.3 g/ml 였다.

실시예 2

이 실시예는 본 발명의 조성물, 즉 실시예 1에서 제조된 조성물로 처리하여 토양으로부터 유기 오염물질의 침출능의 변화를 조사하기 위해 수행한 시험에 관한 것이다. 토양에서 오염물질로 설정된 폴리클로리네이트 바이페닐(PCB) 및 디젤 오일을 고정화할 수 있는 조성물의 능력을 시험하기 위해 이 시험을 고안했다.

시험의 일반적인 설명

물질:

여러 가지 인자에 근거하여 오염물질을 선택했다. 디젤 오일은 가장 널리 존재하는 유형의 토양의 오염물질이기에 디젤오일을 우선적으로 선택했으며, 높은 환경적 독성 때문에 PCB's는 우선적으로 선택했다. 토양 기질의 단순화된 모델로서 모래를 사용했다. 이런 유형의 토양을 선택한 것은 상대적으로 그 조성이 단순하기 때문이다. 모래를 사용함으로써 시험 결과에 영향을 미칠 수 있는 인자의 수를 감소시킬 의도였다. 반면에, 아마도 더 복잡한 유형의 토양은 기질에 오염물질이 결합하는데 긍정적 효과를 미칠수 있다는 것을 주목해야 한다. 결과적으로, 모래에서 수행한 시험에 의하면 다른 유형의 토양에 비해 오염물질의 침출정도가 높았으며, 따라서 더욱 엄격한 시험으로 여겨질 수 있다.

시험물질의 제조:

디젤오일 및 PCB's를 메틸렌 클로라이드에서 용해하여 이용액을 건조한 모래와 혼합함으로써 실험실에서 모래에 오염물질을 적용했다. 모래를 교반함과 동시에 메틸렌 클로라이드를 증발시켰다. 이러한 방식으로, 1500g의 모래을 758mg의 디젤오일으로 오염시켰고, 또다른 배치(batch)에서 1500g의 모래을 758mg의 PCB로 오염시켰으며, 이는 각각 505ppm 디젤오일 및 523ppm PCB에 상응했다.

오염시킨후에, 각각의 배치로부터 3개의 작은 샘플을 취하여 동질성의 대조를 위한 분석을 했다.

실시예 1의 조성물로 처리:

오염된 배치의 동질성을 확인한 후에, 이들을 각각 둘로 나누었다: 하나는 조성물로 처리하고 다른 하나는 처리하지 않은 블랭크(blank)이다.

알루미늄 접시위에 모래 배치를 깔고 모래가 축축해질 때까지 조성물을 분사함으로써 처리를 수행했다. 두 개의 750g 시험배치 각각에 대해 실시예 1의 조성물 13g을 사용했으며, 이는 모래 샘플에 근거하여 조성물이 1.7%w/w에 상응했다.

분사한 후에, 실온에서 3시간동안 모래를 건조했다. 각 배치로부터 두개의 샘플을 취하여 동질성의 대조를 위한 분석을 했다.

침출방법:

각 성분(즉, 디젤오일 및 PCB)에 대해, 6가지 독립적인 실험을 수행했다; 3가지는 처리된 모래로 행하고 3가지는 처리되지 않은 모래로 행했다.

각 실험에서, 50g의 건조 모래 샘플을 모조의 빗물(pH 4.0) 100ml에 첨가했다. 16시간동안 혼합물을 기계적으로 흔들었다. 분리한 후에, 더 분석하기 위해 수용액상을 단리했다.

화학적 분석:

내부 표준액을 첨가한 후에, 메틸렌 클로라이드로 전술한 수용액상을 추출했으며, 추출물을 GC-MS로 분석했다. 조성물로 처리하기 전과 후에 50g의 모래를 취하여, 내부표준 및 5-10ml의 수돗물을 첨가하여 2시간동안 메틸렌 클로라이드로 추출함으로써 동질성 시험을 행했다.

결과

동질성 시험:

조성물로 처리하기 전과 후 모두에 대해 오염의 동질성에 대한 분석을 수행했다. 3회 측정에 있어 표준편차는 표 1에 나타냈다. 화학적 측정상의 불확실성뿐만 아니라 배치에서 비동질성이 결과에 포함된다.

시험 배치에서의 비동질성 (상대 표준 편차)
	디젤오일	PCB
처리전	8.3%	11.8%
처리후	6.3%	7.7%

오염물질의 캡슐화

처리전과 후의 모래 배치의 분석에 의하면 분석적인 방법으로 추출할 수 있는 오염물질의 양을 보여준다. 조성물로 처리한 후에 추출되지 않는 부분은 캡슐화된 것으로 여겨질 수 있다. 표 2는 캡슐화된 오염물질의 양을 나타낸다.

처리후의 비추출성 오염물질의 양
	디젤오일	PCB
캡슐화	61%	44%

디젤 오일:

표 3 은 디젤오일에 대한 침출 시험의 결과를 나타낸다. 모래는 모래 50g당 첨가된 디젤오일 25mg을 함유한다.

디젤오일: 모래에 대한 침출능
샘플 번호	처리	μg 용출	평균μg	std.μg	% rel.std.
1	예	306	255	47	18
2	예	245
3	예	214
4	아니오	987	854	145	17
5	아니오	700
6	아니오	874

PCB침출:

표 4는 PCB에 대한 침출 시험의 결과를 나타낸다. 50g모래당 첨가된 PCB 26mg가 모래에 포함된다.

모래에서 PCB에 대한 침출능
샘플 번호	처리	μg 용출	평균μg	std.μg	% rel.std.
1	예	499	777	243	31
2	예	884
3	예	948
4	아니오	2064	1495	590	39
5	아니오	1534
6	아니오	886

결론

모래를 실시예 1의 조성물로 처리한 경우, 모래에서부터 디젤오일의 침출능은 70%가 감소했다. 유사하게, 모래에서부터 PCB's의 침출능은 48%가 감소했다. 또한 이 실험에 의해 조성물의 처리후에 오염물질의 추출량이 감소했음을 나타냈다. 디젤오일은 61%, PCB는 44%만큼 감소했다.

실시예 3

이 실시예에서 조사의 목적은 비산회 및 슬래그 등의 폐기물에서 중금속과 같은 오염야기 성분을 캡슐화에 의해 지하수의 오염을 감소시키기 위해 본 발명의 조성물로 처리하기 전과 후에 비산회 및 슬래그로 부터 침출물을 비교하는 것이다. 유럽 프리스탠다드(Europe prestandard) CEN/TC292/WG2 Doc 25, 10th 드래프트(Draft):"과립성 폐기물 및 슬러지의 침출에 대항 컴플라이언스 시험(Compliance test for leaching of granular waste materials and sludges)."에 따라서 시험을 수행했다.

침출능에 대한 지시자로서, Si, Cu, Zn, Pb, Cd 5개 원소를 선택했다. 이런 선택의 이유는 우선적으로 이들 원소가 심각한 환경오염을 야기하는 것이다. 두 번째로는 비산회 및 슬래그에 Zn이 높은 함량으로 존재하기 때문에 Zn을 선택했다.

방법

시험물질:

비산회 및 슬리그 샘플에 처리된 것 및 처리되지 않은 것 모두에 대해서 시험을 수행했다. 시의 소각로 공장에서 샘플을 채취했다. 화학적 분석의 결과는 물질의 조성을 나타내는 것이며, 아래 표 5에 나타냈다. 이들 결과는 일반적인 비산회 및 슬래그와 일치함을 나타낸다(Niels Thygesen등의 : Risikoscreening af forurenihgskomponenter udvasker fra slagger. Vandkvalitesinstituttet(VKI), Denmark 1992).

본조사의 성질 때문에 물질을 건조하고 대부분 2mm의 크기가 되도록 조(jaw)분쇄기에서 크기를 작게할 필요성이 있었다.

침출시험에 사용된 비산회 및 슬래그의 실험실 샘플의 조성

WDXRF-용출시험을 하기전에 소석회 및 슬래그의 분석
원소	단위	소석회	슬래그
Mg	g/kg	12	9
Al	g/kg	63	49
S	g/kg	268	308
P	g/kg	8	9
S	g/kg	41	24
Cl	g/kg	33	6
K	g/kg	20	11
Ca	g/kg	167	148
Fe	g/kg	15	51
Zn	g/kg	23	4
Ti	g/kg	15	9
V	mg/kg	210	120
Cr	mg/kg	770	500
Mn	mg/kg	1230	1220
Co	mg/kg	22	67
Ni	mg/kg	150	130
Cu	mg/kg	1300	1700
As	mg/kg	130	20
Sr	mg/kg	480	380
Mo	mg/kg	30	40
Cd	mg/kg	120	<20
Sn	mg/kg	1240	200
W	mg/kg	<20	30
Pb	mg/kg	6800	750

실시예 1의 조성물로 처리:

비산회 및 슬래그의 건조된 샘플의 일부분을 취하여 조성물로 처리하였다. 약 1cm의 일정한 두께로 접시에 폐기물을 깔고 완전히 젖을 때까지 실시예 1의 조성물을 분사함으로써 처리를 행했다. 분사에 사용된 조성물의 양은 비산회에 대해470 ml/kg 및 슬래그에 대해 240 ml/kg이었다. 분사한 후에 침출시험을 행하기전에 3일간 공기로 건조했다.

침출 시험:

CEN/TC292/WG2 DOC 25 Rev. 10, 방법 C에 따라 시험을 했다.이 방법은 L/S=2 및 L/S=2-10에서 두단계 시험이다. L/S는 고체에 대한 액체의 비율의 약자이며, 이 비율은 어떠한 주어진 시간동안 고체(S는 건조된 물질의 kg)에 접촉한 액체(L 은 리터로)의 축적양간의 비율을 의미한다. L/S는 L/kg으로 표현된다.

4가지 다른 물질로 시험을 수행했다:

· 조성물로 처리한 비산회

· 건조된 비산회

· 조성물로 처리한 슬래그

· 건조된 슬래그

자세한 실험방법은 CEN- standard draft에 기재되어 있다. 여기서 사용된 방법에서, 작은 변화가 있다. 따라서, 변형된 방법의 원리는 다음과 같다:

모조 빗물(20mg/l, NaCl에 HCl로 pH 3.0으로 맞춤) 200ml을 100g의 폐기물에 첨가했다. 30분간 물질을 현탁시킨후, HCl로 pH 3.0으로 다시 맞추었다. 6시간 동안 현탁물을 흔든다음, 원심분리를 하고 원심분리물(centrifugate)를 여과하고 분석했다.

남아있는 폐기물을 모조 빗물 300ml에 현탁한 후에 추가로 18시간 동안 현탁물을 흔들었다. 현탁물을 흔든다음, 현탁물을 원심분리를 하고 침출액을 여과하고 분석했다. 테플론으로 봉합된 나선 캡을 가진 500ml 유리병에서 교반을 행했다. 교반 온도는 22℃이다. 모든 시험은 2회씩 행했다.

화학적 분석:

다음의 인자에 대해 침출시험의 모든 침출액을 분석했으며, 금속 함량에 대한 분석을 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방출 스펙토메트리로서 행했다:

· pH

· 전도성

· Cr 함량

· Ni 함량

· Cu 함량

· Zn 함량

· Pb 함량

· Cd 함량

Cr에 대한 분석은 모두 탐지한계값(0.02 mg/kg)이하의 값을 나타냈다.

결과

전도성 및 pH에 대해, 여러 가지 샘플의 침출액은 다음의 결과를 나타냈다:처리되지 않은 비산회:

첫 번째 침출액: 전도성 25℃: 131 ms/cm

pH: 4.08

두 번째 침출액: 전도성 25℃: 55.3 ms/cm

pH: 5.26

처리된 비산회:

첫 번째 침출액: 전도성 25℃: 121 ms/cm

pH: 5.94

두 번째 침출액: 전도성 25℃: 38 ms/cm

pH: 6.32

처리되지 않은 슬래그:

첫 번째 침출액: 전도성 20℃: 72.5 ms/cm

pH: 5.49

두 번째 침출액: 전도성 20℃: 17.2 ms/cm

pH: 6.48

처리된 슬래그:

첫 번째 침출액: 전도성 20℃: 76.8 ms/cm

pH: 6.10

두 번째 침출액: 전도성 20℃: 25.6 ms/cm

pH: 6.52

연속적으로 페기물과 접촉한 두 개의 침출액에서 전술한 5가지 원소 각각의 농도를 측정했다. 분석결과는 아래의 표 6 및 표 7에 나타냈다. 샘플의 양에 대하여 2 침출액의 합한 양으로서 각원소의 전체량을 계산했다.

표 6은 처리한 및 처리하지 않은 비산회에서 세척되어 나온 전체 원소의 양을 나타낸다. 표는 또한 실시예 1의 조성물로 처리함으로써 침출능이 감소된 것을 나타낸다.

표 7은 처리한 및 처리하지 않은 슬래그에서 세척되어 나온 전체 원소의 양을 나타낸다. 표는 또한 실시예 1의 조성물로 처리함으로써 침출능이 감소된 것을 나타낸다.

소석회에서 세척되어 나온 전체양
원소	처리되지 않은 것mg/kg	처리된 것mg/kg	감소%
Ni	14	5	62
Cu	190	91	51
Zn	12600	2800	77
Pb	590	60	90
Ca	120	61	49

슬래그에서 세척되어 나온 전체양
원소	처리되지 않은 것mg/kg	처리된 것mg/kg	감소%
Ni	4.6	2.6	45
Cu	10.3	9.9	4
Zn	560	1500	72
Pb	0.24	0.17	29
Ca	0.62	0.59	5

결론

실시예 1의 조성물로 처리하기 전 후에 폐기물의 침출특성을 비교할 때, 결과에 의하면 비산회의 경우 처리에 의해 꽤 효과적인 중금속의 침출이 감소했으며, 즉 관심대상의 금속에 따라 50 내지 90%의 감소가 있었다.

슬래그의 경우, 감소는 상대적으로 수%의 작은 감소에서 부터 70%이상에 이르기까지 더욱 다양했다. 이것은 주로 사용된 방법이 슬래그 과립의 구멍 및 전체표면을 코팅하는데 실패한 것에 의해 설명할 수 있다고 믿어진다.

실시예 4

본 실시예에서, 주요 오염물질은 자동차 매연이고 특히 디젤오일인 산업장소에서 회수한 오염된 토양을 처리하기 위해 실시예 1의 산물을 사용했다.

각 샘플의 측정을 위해, 500g의 토양을 5리터 플라스틱 물통에 넣었다. 이들 샘플에 대해, 소석회를 첨가하고 석회가 잘 혼합되도록 손으로 저으면서 석회를 첨가했다. 아래의 표에서 나타난 양을 100토양부당 중량부로 표현한다.

석회를 첨가하거나 첨가하지 않은 토양 샘플에 동시에 토양샘플을 저으면서hand-powerd garden sprayer을 사용하여 액체조성물을 분사함으로써 지시된 양 및 지시된 시간으로 실시예 1의 조성물을 처리한다. 분사처리후, 증기 후드에서 약간의 바람하에 실온에서 2시간동안 둠으로써 샘플을 건조했다.

토양 샘플의 오일함량을 결정하기 위해 Danish Oliebranchens Miljopulje(Oil Industry Environmental Comittee)의 분석방법에 따라 처리된 샘플을 분석했다. 이 분석법의 근거는 용매추출 및 가스크로마토그래피이며, 다음의 일잔적인 방법로 수행했다:

토양샘플을 0.05M 소디움 파이로포스페이트용액 20ml에 현탁하고, 이 혼합물을 3시간동안 쉐이킹(shaking)테이블위에서 펜탄 20ml로 추출하였다. 사용된 펜탄은 두성분, 즉 브로모벤젠(높은 휘발성 표준액) 및 O-ter 페닐 (낮은 휘발성 표준액)로 구성된 내부 표준액을 함유햇다.

상대적으로 저온(ca. 35℃)에서 가스 크로마토그래피 분석을 수행했으며, C₆-C₁₀알칸 시리즈, C₁₀-C₂₈알칸 시리즈 및 C₂₈-C₃₅알칸 시리즈에 상응하는 보유시간을 가지는 성분들에 대한 곡선영역의 합으로써 표준방식으로 오일 성분의 함량을 계산했다.

또한 분석 프로그램에는 실시예 1의 조성물의 물함량에 의한 효과를 확정하기위해 단지 물만을 처리한 샘플뿐만 아니라 처리되지 않은 샘플를 대조샘플로 포함했다.

얻은 결과는 아래 표 8에 나타냈다.

	처리 (%)
샘플	조성	시간	물	처리시간(분)	디젤(mg/kg)	%감소
A	11			10	460	80
B	8			10	660	71
C	10			10	500	78
E			5	10	1700	26
F	5	5		5	640	72
G	5	10		5	120	95
H	10	5		5	720	69
I	10	10		5	19	99
J				-	2300	대조

결과에 의하면, 물 및 손으로 처리한 경우 추출가능한 유기물질이 약간 감소했으나, 본발명의 조성물 하나만을 사용한 경우, 첨가한 조성물의 양에 따라 조성물이 추출가능한 유기물질의 양을 80%까지 크게 감소시켰다. 더욱이 소석회로 오염된 토양을 전처리한 경우, 추출가능한 유기물질의 감소는 99%에 이르렀다. 소석회가 시스템에 용해성 칼슘이온을 첨가하기 때문에 2가이온의 존재시에 용해된 실리케이트의 중합화 또는 겔화가 증가하므로, 소석회가 겔반응을 향상시킴으로써 아마도 오염물질의 캡슐화에 기여한다고 믿어진다.

실시예 5

본 실시예는 방화성 가연성 대상 및 물질, 이 경우 다양한 유형의 종이판에 관한 본 발명 조성물의 특성에 관한 것이다.

실험 a) 모든 신문용지가 젖기에 충분한 양의 실시예 1 조성물로 미세하게 조각난 신문용지 약 100g을 처리했다. 그 다음 손으로 압축하여 젖은 판으로 만들어 110℃에서 20분간 건조하고 실온에서 1시간 냉각하고, 실온에서 2일동안 건조했다. 건조된 판은 290mm X 200mm, 두께가 18.5mm로 측정되며 밀도는 og 677 kg/m³였다.

프로판 버너로 가열하는 것에 관련된 ISO 2856(a civil aviation materials test standard)에 따라 판을 시험하였다. 이 시험에서, 178mm직경의 ISO 2685:1992(E) 의 표준 프로판 버너에서 나오는 불꽃에 버너로부터 75mm거리에서 판을 처리하였다. 물질 표면근처에 써모커플(thermocouple)로서 불꽃 온도를 측정했고, 물질의 노출되지 않는 쪽에는 그위에 써모커플을 올려놓고 측정했다. 최고 온도는 1080℃이고 전체 노출시간은 15분이었다.

시험을 시작한후 약 13분 까지, 물질로 인한 보이는 불꽃이 없었다; 시간이 지나면서 연기 발생이 약간 증가하면서, 판의 뒷면 및 노출되지 않은 쪽에서 단지 소량의 연기가 관찰되었다. 시작후 13분 및 시험의 끝(15분)까지, 노출되지 않은 쪽에서 간헐적인 불꽃 내지 지속된 불꽃을 관찰할 수 있었다. 15분후 버너를 없앤후에, 1.3분동안 불꽃이 계속되었으며, 그후에 스스로 불꽃이 꺼졌다. 시험후에 판의 측정에 의하면 너비가 약간 수축되고 약 80%중량이 감소하고 딱딱한 표면 코팅을 지녔음을 나타냈다.

본 발명의 조성물은 가연성 물질을 방화하는데 매우 효과적이라고 결론을 지을 수 있다.

실험 b)

해독된 마섬유 150g의 혼합물을 실시예 1의 조성물 200g으로 혼합한 후에 실험a)와 같은 방식으로 압축 및 건조했다. 얻어진 판을 15분동안 가스 Busen 버너(약 800℃)의 불꽃에 처리했다. 약간 검어지는 것외에는 품질저하가 없었다.

실험 c)

220g 의 톱밥, 100g의 폴리비닐알콜용액풀(단일 결합), 75g의 5mm 종이칩, 실시예 1의 조성물 100g 및 750 ml의 물을 잘 혼합하고 과잉의 액체를 제거하기 위해 2 bar의 압력으로 압축한 후에, 실온에서 36시간동안 공기로 건조했다. 결과로 얻은 건조된 판을 실험 b)와 같이 800℃까지 가열했더니, 품질의 저하가 관찰되지 않았으며, 독성 연기도 발생하지 않았다.

실시예 6

본 실시예는 주요한 오염야기 물질이 수운 카드뮴, 아연, 구리 및 비소등인 중금속 함유 쓰레기, 즉 형광 빛 튜브 쓰레기의 캡슐화에 관한 것이다. 먼저, 튜브의 알루미늄 및 캡을 제거하고 오염물질이 있는 유리 튜브자체를 분쇄하여 미세한 단편으로 만들었다.

분쇄된 튜브(47g)을 10mm 건조 종이칩 20g과 혼합했다. 120g 물 및 20g PVA을 잘 혼합하여 유동성 조성물로 한후에 실시예 1의 조성물 100g을 첨가하여 재혼합하였다. 분쇄된 유리 및 종이칩 혼합물을 유동성 혼합물에 첨가하고 5분간 블렌더에서 잘 혼합했으며, 민서(mincer)를 사용하여 실린더 플라스틱 덮개(sheath)에 혼합물을 주입하여 가열기내에서 12시간동안 24℃로 유지했다. 플라스틱 덮개를 제거하고 결과로 얻은 실린더 몸체를 실온에서 12시간이상 공기로 건조했다.

결과로 얻은 고체 몸체는 가장자리의 수축 또는 부서진 표시가 없었다.

실시예 7

소화기 포사약 분말의 처리

피로덱스(double base smokeless gunpowder from Hercules, USA) 50g 샘플을 종이시트에 두고 실시예 1의 조성물을 각 낟알이 축축하기에 충분한 양으로 분사하고 혼합하였다. 검은 분말과립이 회색풀상태로 변했으며, 풀을 종이위에 분사하여 약 30분간 실온에서 건조했다. 건조후에, 처리된 분말샘플을 프로판 토치 램프(불꽃온도 ca. 1000℃)로 점화를 시도했으나, 폭발이나 화염을 관찰할 수 없었다.

물로 희석한 실시예 1의 조성물로 동일한 방식으로 처리한 샘플분말을 이용한 비교시험의 결과는 프로판 토치램프로 점화시에 분말이 격렬하게 폭발하거나 탔다.

따라서 본발명의 조성물은 포사약추진제 분말을 무해하게 하는데 매우 효과적이라고 결론지었다.

Claims

a) 소디움 및 포타슘 실리케이트, 또는 이들 실리케이트 화합물의 혼합물에서 선택된 실리케이트 화합물의 10%w/w 내지 50%w/w;

b) 염, 소디움 및 포타슘이온중에서 선택된 양이온, 및 할로겐, 설페이트 및 카보네이트 이온중에서 선택된 음이온, 또는 이들 염의 혼합물의 1%w/w 내지 5%w/w;

c) 에틸렌 글리콜의 0.25%w/w 내지 5%w/w; 및

d) 물

을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리케이트-함유 수용성 용액 조성물.
제 1항에 있어서, 실리케이트 화합물이 소디움 실리케이트인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 2항에 있어서, 소디움 실리케이트는 Na₂O:SiO₂몰비가 약 4:1 내지 1:4범위이고, 바람직하게는 약 1:1 내지 1:4범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 3항에 있어서, 소디움 실리케이트는 Na₂SiO₃, Na₆Si₂O₇, Na₂Si₃O₇, 또는 Na₂Si₄O₉, 또는 이들의 혼합물, 특히 Na₂Si₃O₇의 일반식을 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1항 내지 4항중 어느 한항에 있어서, 실리케이트 화합물이 13-31%w/w, 바람직하게는 15-31%w/w, 더욱 바람직하게는 18-31%w/w, 가장 바람직하게는 21-31%w/w, 예를 들면 약 27%w/w의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1항 내지 5항중 어느 한항에 있어서, 상기 염이 소디움 클로라이드인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1항 내지 6항중 어느 한항에 있어서, 상기 염이 1-4%w/w, 바람직하게는 2-4%w/w, 더욱 바람직하게는 3%w/w 의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1항 내지 7항중 어느 한항에 있어서, 에틸렌 글리콜이 0.5-4%w/w, 바람직하게는 0.5-3%w/w, 더욱 바람직하게는 0.5-2%w/w, 가장 바람직하게는 0.5-1%w/w, 예를 들면 약 0.7%w/w의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1항 내지 8항중 어느 한항에 있어서, Na₂Si₃O₇에 가까운 평균식(average formula)을 가지는 소디움 실리케이트를 약 27%w/w, 에틸렌 글리콜를 약 0.7%w/w, 및 소디움 클로라이드를 약 3%w/w, 나머지는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
오염물질 또는 오염물질을 함유하는 물질에 제 1항 내지 9항의 조성물을 충분한 양으로 적용하는 것을 포함하는, 오염물질을 캡슐화하는 방법.
가연성 고체에 제 1항 내지 9항의 조성물을 충분한 양으로 적용하는 것을 포함하는, 가연성 고체를 방화하는 방법.
화재에 제 1항 내지 9항의 조성물을 충분한 양으로 적용하는 것을 포함하는, 화재를 소화(extinguishing)하는 방법.