간행물
한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집
- 발행기관 한국폐기물자원순환학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 부정기
- 수록기간 1984 ~ 2018
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
권호리스트/논문검색
2013년 추계학술발표회 논문집 (2013년 11월) 257건
161.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
산업 부산물인 고로슬래그 미분말은 잠재 수경성을 가지고 있어 Non-CO₂ 시멘트를 대표하는 물질로 평가받고 있다. 콘크리트 구조물의 균열은 콘크리트 자체의 자기수축 및 건조 수축에 기인한다. 이러한 균열은 수분과 공극의 이동 통로로 작용하여 콘크리트의 내구성을 저하시키는 주요 요인으로 작용한다. 본 연구는 2, 3종 고로 슬래그 미분말을 활용하여 공극 구조를 개선하고자 한 것으로 분말도 4,000 cm²/g과, 7,000 cm²/g을 사용하여 페이스트를 제작하고 이에 따른 공극 비교를 실시하였다. 슬래그 미분말의 치환량은 20, 40, 70%를 실시하였다. 팽창에 의한 수축 보상을 위하여 CSA를 일정 부분 치환하여 실험을 실시하였으며, 슬래그 분말도 증가에 따라 비표면적이 증가하고 이에 따른 작업성이 변동도 하기 때문에 이를 고유동화제를 사용하여 동일한 물배합비를 유지하였다. 슬래그 미분말 증가에 따른 총 공극량은 동일한 수준을 유지하였으나 0.02 ㎛ 이하의 공긍량은 증가하는 것으로 나타났으며 특히, 0.05~0.1 ㎛ 이하의 공극감소가 치환량 70%에서 높은 것을 알 수 있었다. 결과적으로 시멘트 페이스트 경화체 조직이 치밀해져 수밀한 콘크리트의 제조가 가능할 것으로 판단되었다.
162.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
시멘트 혼화재료로 사용하는 플라이애쉬는 수화열의 저감 등으로 인하여 매스콘크리트등에 적용되어 왔으며 최근에는 시멘트 산업에서의 온실가스 저감과 경제성 확보를 위하여 콘크리트 제조 단게에서 필수적으로 사용하는 재료로 인식되고 있다. 그러나 플라이애쉬 사용은 콘크리트의 초기강도 저하와 중성화 저항성에 대한 취약성하다. 본 연구에서는 플라이애쉬 사용에 따른 초기강도 저하와 공극 증가에 따른 중성화 저항성 취약점을 보완하기 위하여 CSA를 일정량 첨가하여 초기강도를 개선하고 미세공극 구조를 개선하고자 하였다. 플라이애쉬 사용량은 최대 30%까지 시멘트를 치환하였고 CSA 사용량은 플라이애쉬의 8%를 정량 치환하였다. 자기치유 특성 실험은 0.2mm 이내의 균열을 인위적으로 발생하고 여기에 지속적으로 수분을 공급함으로써 시간 경과에 따른 투수량으로 평가를 실시하였다. 실험결과 플라이애쉬 10%치환하고 팽창재인 CSA를 5% 치환할 경우 첨가하지 않은 시험체에 비하여 14일이내 투수량은 50% 이하로 감소하는 특성을 나타내었다. 이러한 결과는 팽창재에서 석출된 에트링자이트 및 수산화칼슘 수화물이 균열을 충진하여 나타난 현상으로 판단된다.
163.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
시멘트 모르타르 및 콘크리트는 재료를 비교적 쉽게 구할 수 있고 형상가공이 용이하고, 압축력과 내구성 우수, 안정한 구조물의 시공이 가능한 장점을 가지고 있어 건축재료로서 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 휨 및 인장강도, 접착성, 내약품성 등이 약한 결점을 가지고 있어 이를 보완하기위한 연구들이 진행되고 있으며, 폐기물을 이용한 에코시멘트, 고기능성 시멘트, 강도와 내구성이 뛰어난 시멘트의 개발을 시도하고 있다. 국내에서는 산업부산물을 활용한 무기결합재에 관한 연구는 아직 미미한 상태이며, 대학, 연구소 및 시멘트 업계를 중심으로 산업부산물 10 ~ 40%를 치환 사용하는 혼합시멘트에 관한 연구가 수행되어져 왔다. 본 연구에서는 국내의 K사에서 생산되는 SBR폴리머를 사용하여 제작한 비소성 무기결합재 폴리머와 폴리머를 사용하지 않은 보통 시멘트 모르타르와의 강도특성에 대한 비교 시험을 실시하였다. 본 논문의 연구 내용은 다음과 같다.
1) 실험방법
1종류의 액상 폴리머를 사용하여 비소성 무기결합재 폴리머 비를 5%, 10%, 15%, 20%로 달리하여 제작한 비소성 무기 결합재 폴리머의 물성 비교를 위해 플로우를 170±5 mm로 유지하여 일정한 작업성을 확보 하였다. 이와 같이 제조한 비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도, 압축강도에 대해 28일 강도를 측정하여 보통 시멘트 모르타르와 비교하였다.
2) 비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도 및 압축강도 특성
비소성 무기 결합재 폴리머의 휨강도 및 압축강도는 보통 시멘트 모르타르와 비교하여 개선되는 모습을 나타냈다. 강도는 폴리머 함유랑의 증가에 따라 꾸준히 증가하였으며, A와 B는 폴리머 무기결합재 비 15%에서 최대값을 나타내고 있고, C는 무기결합재는 20%에서 최대값을 나타냈다. 압축강도도 휨강도와 마찬가지로 비소성 무기 결합재폴리머의 성능이 보통 시멘트 모르타르의 압축강도에 비해 개선되었다. 세 종류의 무기결합재 모두 폴리머 시멘트 비 15%에서 최대값을 나타냈다.
164.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
텅스텐은 고융점 전이금속으로 융점이 3,653K, 비중이 19.3으로 60% 이상이 초경합금으로, 24%가 철강 첨가원소로 그리고 14%가 합금용으로 이용되고 있다. 그러나 최근 부가가치가 높은 특수철강 산업과 특수조명 그리고 시약과 촉매로의 이용이 확대되면서 텅스텐의 수요가 증가하고 있다. 따라서 우리나라도 텅스텐을 전략 희유금속광으로 분류하고 관련 산업의 지속적인 성장을 위해, 전량 수입에 의존하는 텅스텐의 장기적･안정적 확보를 위한 전략을 수립하고 있다. 텅스텐광의 세계 매장량은 280만 톤에 이르는 것으로 보고되고 있으나, 중국, 러시아, 캐나다, 미국 등 4개국에 85% 이상이 부존되어 있다. 특히, 중국의 경우 180만 톤 이상이 부존되어 있어 세계 매장량의 64.3%를 차지하고 있으며, 연간 생산량은 65,000톤 이상으로 세계 생산량의 85% 이상을 점유하고 있어, 지역 편재가 심한 광종 중 하나이다. 우리나라도 과거 강원도 상동광산, 경상북도 거성광산 등에서 텅스텐을 생산하였으나, 중국의 값싼 텅스텐이 세계 시장을 선점하면서 급격한 가격하락으로 채산성이 악화되어 1980년대에 생산을 중단한 상태이다. 이처럼 오랜 기간 텅스텐광의 개발이 이루어지지 않아, 우리나라의 텅스텐 선광 관련 분야의 기술은 매우 낙후되어 있다. 따라서 국내 텅스텐광의 채산성 향상 및 해외 텅스텐광 확보를 위한 선광 관련 분야의 기술개발이 필요한 실정이다. 또한 고품위광의 고갈 및 가격 급등으로 인해 선별처리 되고 버려진 폐석으로부터 텅스텐광을 회수할 수 있는 경제적인 기술개발에 대한 관심이 고조되고 있다. 본 연구에서는 국내 텅스텐광 회수를 위한 선별공정 중 비중선별 단계에서 발생한 폐석을 대상으로 텅스텐광 회수를 위한 연구를 수행하였다. 습식 비중선별의 하나인 Shaking Table을 이용하여 실험을 수행하였으며, 반면 경사각, 반면 충정수, 물의 공급수량 등 다양한 조건을 변화하며 최적 분리조건 및 분리효율을 규명하여 대상 시료의 본 선별법을 통한 분리 가능성을 확인하였다.
165.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
석유나 석탄은 사용하면 원래의 형질이 소멸되는 반면 금속은 사용후에도 폐기물 속에 소재의 특성과 기능이 그대로 남아 있다는 점에 착안한 것으로, 도시광산(Urban Mining)이란 산업원료인 광물금속이 제품 또는 폐기물 형태로 생활주변에 소량으로 넓게 분포되어 양적으로 광산규모를 가진 형태를 의미한다. 이러한 도시광산은 천연광산보다 높은 비율의 광물자원을 포함하고 있다. 폐전기전자제품은 귀금속을 비롯한 다량의 유가금속을 함유하고 있는 대표적 도시광석 중 하나이며, 경제성장과 국민소득의 증가로 발생량이 꾸준히 증가하고 있다. 환경보전과 자원 확보를 동시에 만족시키는 대안으로서 ‘자원순환형 사회건설’은 세계적 추세이며, 세계 각국은 재활용 관련 법안을 제정하여 폐전기전자제품의 재활용을 의무화하는 정책을 펼치고 있다. 우리나라는 폐전자제품의 효율적인 처리 및 순환자원화를 위하여 2003년에 ‘생산자책임재활용제도’를 도입한 이래, 2007년 제정된 ‘전기전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률’에서 전기전자제품 10종과 자동차를 자원순환 대상 제품으로 확대하였다. 전기전자제품과 자동차 등의 배터리로 사용되는 리튬계 전지는 현재까지 세계에서 기술 성능이 가장 좋은 충전식 화학 전지이며, 최근 카메라폰, DMB폰, 스마트폰 등 휴대용 디지털 전자기기의 융합화로 수요가 급격하게 증가하는 추세이다. 또한 전동공구, 하이브리드 자동차, 전기스쿠터, 전기자전거 등 새로운 분야에 대한 수요가 증가하고 있어 사용범위는 확대될 전망이다. 이러한 폐리튬계 전지는 2005년부터 ‘생산자책임재활용제도’의 재활용 의무대상으로 지정되었으며, 일부의 재활용 업체에서 처리하고 있다. 그러나 양극활물질 내의 코발트, 니켈, 망간, 리튬 등의 회수를 위한 연구만 활발하게 진행되고 있어, 양극 및 음극 활물질을 도포하고 있는 Cu와 Al(각각 리튬계 전지의 5-10%)의 회수를 위한 기술개발은 미비한 실정이다. 본 연구에서는 폐리튬 전지의 활물질을 도포하고 있는 Cu와 Al을 대상으로 색채선별 연구를 수행하였으며, 입자 크기, 시료의 공급량, CCD 카메라의 감도, 처리횟수 등 다양한 조건을 변화하며 최적 분리조건 및 분리효율을 규명하여 대상 시료의 본 선별법을 통한 분리 가능성을 확인하였다.
166.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
최근 화력발전소나 철강 산업에서 발생하는 산업폐기물의 재활용 방법 및 사용처에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 기존의 산업폐기물의 경우 해안 및 육상 매립에 의해 처리되고 있어서 매립지 확보에 어려움이 있고, 매립 시 발생하는 침출수 및 분진이 많은 환경문제를 유발하여 환경적・경제적 부담이 되고 있다. 이에 산업폐기물을 자원으로써 재활용하려는 방안에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 현재 산업폐기물은 주로 시멘트 대체물로써 사용되고 있으며, 이는 최근에 국제적으로 주목을 받고 있는 이산화탄소 방출량을 감소하기 위한 방안 중 하나로 주목받고 있다. 일반적으로 1 ton의 시멘트를 생산할 때 0.8 ton의 이산화탄소가 발생하는 것으로 기존의 연구들을 통해 알려진 바 있다. 국내외에서 시멘트를 대신할 수 있는 재료로써 화력 발전소에서 대량으로 발생하는 플라이애쉬나 철강 산업에서 발생하는 고로슬래그와 같은 폐자원 활용을 통한 연구가 진행되고 있다. 현재 발생하는 석탄회 중 58% 정도를 시멘트 대체물 혹은 콘크리트용 혼화재 등으로 재활용하고 있고, 고로슬래그의 경우는 발생하는 양의 대부분을 재활용하고 있다. 본 연구에서는 산업폐기물을 시멘트 대용으로 적용한 알칼리 활성 시멘트에 대한 활용가능성을 확인하였으며, 실제 현장에서 시멘트 대체용으로 사용할 수 있도록 이산화탄소 흡수능과 압축강도를 동시에 확보하고자 하였다. 이에 콘크리트 제조 시에 첨가되는 시멘트를 고로슬래그 및 플라이애쉬로 대체함으로써, 시멘트 사용량 저감을 통해 간접적으로 이산화탄소의 배출을 줄이고, 활성화시킨 고로슬래그를 활용하여 직접적으로 이산화탄소를 포집하고자 하였다. 알칼리 흡수제를 제작함에 있어 바인더로써는 고로슬래그 및 플라이애쉬를 적용하였고, 활성화제로써 수산화칼슘 및 규산나트륨을 투입하였다. 제조된 알칼리 시멘트의 이산화탄소 흡수제로써의 효능을 확인하기 위하여 실험실 규모의 column test를 통해 CO₂ 흡착능을 평가하였다. 또한 시멘트 대체용으로써의 적용 가능성을 확인하기 위해 알칼리시멘트를 사용한 페이스트와 모르타르의 배합실험을 진행하고 60℃의 고온 양생과 항온 양생의 두 조건에서 양생시키고 3일 후의 압축강도를 측정하였다. 플라이애쉬의 경우 20 mg-CO₂/㎏-흡수제 이상, 고로슬래그의 경우 27 mg-CO₂/㎏-흡수제 이상의 이산화탄소 흡착능을 보였다. 플라이애쉬의 경우 양생 조건에 상관없이 약간의 외력에도 변형이 생기는 정도로 경화가 진행되지 않아서 강도 발현이 불가하였으나, 고로슬래그의 경우 두 양생 조건에서 모두 15 ~ 17 MPa의 압축강도를 나타내었다. 실제 구조물로써 사용하기 위해서는 최소 20 MPa 이상의 압축강도가 요구되어지므로 향후 CO₂ 흡착능을 증대시키고 동시에 보다 높은 압축강도를 확보할 수 있도록 배합수 비율, 활성화제 종류, 배합비율에 관한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
167.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
제4차 전국폐기물 통계조사(‘13.3, 환경부)에 따르면 현재 국내에서는 년간 1,593천톤의 소각재가 발생하며 그중 대부분인 1,227천톤(약 77%)은 단순매립으로 처리되고 있고, 단지 366천톤(약 23%)의 소각재만이 재활용되고 있다. 그러나 최근 수도권 자치단체의 “매립폐기물 제로화” 선언, 매립부담금, 순환자원 사용 확대 등을 주요골자로 하는 “자원순환사회 전환촉진법” 제정 등이 추진되고 있어 그 어느 때 보다도 더욱 새로운 대안모색이 절실히 요구되고 있다. 본 연구는 대부분 매립에 의존하던 생활폐기물 소각 바닥재를 매립지내 매립가스 소각후 발생되는 배가스를 이용하여 탄산화과정을 통해 지구온난화물질인 CO2는 소각재에 포집하고 소각재는 유해 중금속의 용출이 억제된 순환골재로 재활용하고자 하는 실증연구로 진행되었다. 반입된 소각재는 불순물 제거, 입도선별, 철분류 등의 전처리를 거친후 2차 입도선별을 통하여 100 mesh 이상의 큰 입자는 입자표면에 탄산염층을 생성하는 건식 탄산화 공정과 탈염 공정 등 안정화 과정을 거쳐 순환골재로 재생되며, 생산된 순환골재의 도로용 보조기층재로서의 적합여부를 확인하기 위하여 한국건설생활환경시험연구원에 순환골재 시험분석을 의뢰한 결과 도로보조기층용 순환골재(KS규격 KS F 2474)와 비교한 결과 기준에 적합한 것으로 확인되었다. 본 연구는 환경부 차세대 핵심환경기술 개발사업의 연구비 지원으로 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
168.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
본 연구는 최근 관심이 높아지고 있는 이산화탄소의 처리방법 중 하나인 광물탄산화 기술에 관한 것으로 이산화탄소를 산업부산물인 Cement Kiln Dust(CKD)와 반응시켜 이산화탄소를 안정하게 저장하는 기술을 개발하는 것을 목표로 하였다. CKD로부터 Ca 성분을 용출한 후 이산화탄소를 연속흐름방식으로 주입하여 탄산화반응을 진행하였다. 연구결과는 다음과 같다.
1) 연구에 사용한 원료물질인 CKD의 총 함량분석을 실시한 결과, 탄산화반응에 효과적이라고 알려진 Ca 함량이 상당히 높고 다른 금속성분들은 미량 검출되었으며 As, Cd, Hg, Ni와 같은 중금속은 전혀 검출되지 않았다. 이는 CKD가 광물탄산화의 재료로 사용되기에 적합하고, 친환경적인 산업부산물임을 보여준다.
2) CKD로부터 Ca 용출효율을 높일 수 있는 최적의 용제는 hydrochloric acid, acetic acid, ammonium chloride, ammonium acetate, sodium citrate이었고, 최적 반응조건은 반응시간(30 min), 교반속도(250 rpm), 고액비(1:50), 용제농도(0.3 M)이었다.
3) 탄산화반응 후 생성된 탄산염의 질량을 근거로 이산화탄소 저장량을 계산하였다. Ammonium chloride 용제를 사용하여 만든 Ca 용출액 1 L에 이산화탄소 유량을 0.3 L/min으로 조절하여 연속적으로 주입하였을 때, 탄산화반응은 15분이내에 완료되었고 CKD 1 ton으로 380 kg의 이산화탄소를 저장할 수 있었다.
4) 탄산화반응이 완료된 후, ammonium chloride와 ammonium acetate 용제를 사용한 Ca 용출액에서 흰색염이 생성되었으며, XRD 분석결과 고순도의 탄산칼슘(Calcite)임을 확인하였다.
169.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
니켈은 대부분 페로 니켈 형태로 스테인리스 강 제조나 니켈 촉매, 니켈 도금, 니켈 카드뮴 전지로 널리 사용이 되고 있다. 니켈은 대부분 함 니켈 광석으로부터 용융환원 공정을 통해 페로 니켈을 생산하고 있다. 하지만 최근 함 니켈 광석의 고갈과 저품위화로 인하여 니켈 생산에 어려움을 겪고 있다. 그뿐만 아니라 니켈 생산 공정은 용융환원 공정으로서 공정상 폐슬래그 및 폐수 처리 비용과 환경오염의 문제도 발생시킨다. 또한 고온에서 이루어지는 공정이라 에너지 효율면에서도 문제가 대두되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 자원고갈의 문제를 가지고 있는 함 니켈 광석이 아닌 폐 NiCd 전지로부터 Ni 금속을 회수하는 공정을 용융환원이 아닌 직접 환원법으로 처리하는 방안을 제시하고자 한다. 본 연구는 폐 NiCd 전지의 성분과 특성을 분석하여 환원 조건을 도출하고자 하였다. NiCd 전지 내의 Ni는 약 24wt% 이고 Cd과 Polymer 성분이 각각 18.5 wt%, 27.5wt% 이다. Cd 과 Polymer 성분은 대부분 전처리 온도인 800℃ 에서 기화되었다. 전처리 후 폐 NiCd 전지를 분석하여 환원 조건을 도출하였다. 또한 폐 NiCd 전지에 함유된 탄소의 환원제로서의 영향과 온도와 산소분압에 따른 환원율도 평가하였다. 분석은 AAS(Atomic Absorption Spectrometer)와 XRD(X-Ray Diffractormeter)를 통해서 이루어졌다.
170.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
석탄은 풍부한 매장량, 저렴한 가격, 공급원의 안정성 등으로 인해 전 세계적으로 화력발전소의 근간이 되는 원료로서 사용되고 있으며, 2012년 6월 기준으로 전력설비 79,552 MW 중 석탄화력은 24,534 MW, 30.8%를 차지하고 있다. 국내의 경우 제 5차 장기전력수급계획(1999 ~ 2015년) 및 제 6차 장기전력수급계획(2013 ~ 2027년)에 의하면 현재 보다 석탄화력발전은 1,580만kW 추가로 건설될 예정이며, 석탄화력이 전력원으로서의 비중은 증대되고 있다. 이에 따라 석탄회 발생량이 표 1과 같이 2012년 년간 870만톤에서 2020년에는 년간 1,660만톤으로 증가할 것으로 예상되고 있다. 그러나 2012년 말 현재 석탄회 재활용율은 70%에 그치고 있으며, 향후 석탄회 발생량이 지속적으로 증가 시 수요처 확보 및 재활용 다각화 방안 도출이 필요한 실정이다. 한편, 석탄화력발전소에서 발생하는 석탄회 중 희유금속의 모니터링 결과, 표 2와 같이 초부가 가치금속인 희유금속을 다량 함유하고 있으며, 희유금속 중 리튬의 함량이 가장 많고 경제성이 있는 것으로 확인되고 있다. 세계적으로 리튬 추출원인 바닷물에는 리튬이 170 ~ 200 ppb정도의 농도로 존재하는 반면 석탄회에는 해수 보다 1,000배 이상 높은 200 ~ 300 ppm정도로 농축되어 있다. 따라서 국내매장량이 없고 전량 수입에 의존하고 있는 리튬, 니켈 등 희유금속을 석탄회로부터 추출하는 기술 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 장기적으로 리튬자원의 고갈을 대비하여, 석탄화력발전소별 발생하는 석탄회, 바닥회, 매립회, 미립장 상등수에 함유되어 있는 리튬 농도를 비교, 분석하였다.
171.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
우리나라 폐건전지의 발생량은 연간 15,000톤으로, 그 중 13,500톤의 폐건전지가 재활용 되지 않고 생활폐기물과 같이 배출되고 있다(환경부, 2004). 폐전지의 일반 매립이나 소각은 전지 내 금속성분과 전해액의 유출 및 가스발생으로 인한 환경오염을 유발한다. 그러나 폐전지의 90% 이상을 차지하는 폐망간/폐알칼리망간 전지는 지난 2008년부터 재활용 의무대상(EPR) 품목에 지정되었음에도 불구하고 고부가가치의 재활용 처리 기술의 부족 및 시민들의 인식부족으로 인해 폐전지의 회수율이 극히 저조한 실정이다. 따라서, 기존의 폐전지 재활용기술을 넘어서는 고부가가치의 재활용 기술의 개발은 중금속으로 인한 환경오염 방지뿐 만 아니라, 보다 경제성 있는 폐전지 자원화 방안으로써 중요한 의미를 갖는다. 본 연구는 폐 알칼리망간전지(AA Size)를 대상으로 음극물질을 분리한 후, 황산 침출법을 이용한 아연(Zn)과 망간(Mn) 이온의 분리와 잔류 이산화망간(MnO₂)의 전지 원료재생에 대하여 평가하였다. 또한, 시약급(Aldrich Co.)의 MnO₂ 및 환원망간(Mn₂O₃)를 이용하여 황산침출에 따른 잔류 MnO₂의 결정상 영향 및 침출 망간으로부터의 이산화망간 생성과정 등을 조사하였다. 황산농도 변화(0.5 M, 1.0 M, 1.5 M, 2.0 M)를 통한 Mn이온 침출가능성과 잔류 이산화망간의 XRD분석 결과, MnO₂는 화학적으로 안정하여 황산과의 반응에서 환원되어 침출되지 않고(침출율 < 0.1%), 황산처리 전과 동일한 이산화망간 결정상(β-MnO₂)을 유지하고 있음을 확인하였다. 재활용 업체(B사)에서 입수한 폐망간전지 및 실험실에서 분리한 폐알칼리망간전지에 적용한 결과에서도, 황산침출(1M-H₂SO₄, S/L=1/10, 60℃, reaction time= 60 min) 후 페망간전지에 존재하던 Mn₂O₃가 모두 사라지고 β-MnO₂ 형태의 결정상 만 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 침출 잔류물의 XRD가 새건전지와 동일한 β-MnO₂ 형태를 띠고 있어 별도의 전처리 없이 전지원료로서 사용가능함을 알 수 있다 또한, 본 연구에서 적용한 산침출 조건하에서는 환원망간(Mn₂O₃)으로 부터 전지원료와 동일한 결정상(γ-MnO₂, β-MnO₂ 등)이 얻어짐을 확인하였고, 이로부터 폐망간전지 침출액으로부터 화학적 처리를 통한 이산화망간(즉, CMD)의 합성이 가능함을 확인하였다.
172.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
화력 및 석탄가스화복합발전(Integrated Gsification Combined Cycle, IGCC)에서 발생하는 바닥회를 주요 골재로 순수유황, 유황폴리머시멘트(Sulfur Polymer Cement, SPC), 포틀랜드 시멘트 등의 다양한 결합재를 이용하여 제작된 콘크리트의 제조 및 제품 특성에 대한 연구를 수행하였다. 제품의 다양한 특성 비교를 통하여 석탄 바닥재를 주요골재로 하는 콘크리트 제작의 최적 결합재를 도출하여 산업용 건자재 생산의 기초 조건을 확립하고자 하였다.
173.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
일반적으로 응집제중의 알루미늄과 지각에 존재하는 알루미늄이 함유된 정수슬러지를 산(acid)을 이용하여 추출한 알루미늄을 재생 응집제라고 지칭하고 있다. 그러나 이 재생 응집제에는 산을 이용하여 추출하기 때문에 중금속을 비롯한 인(phosphorus) 성분이 함유되어 하수처리장의 총인 처리시설에 이용하기에는 한계가 있을 것으로 추측되었지만, 전보(2013년 춘계학술발표회)에서 보고한 바와 같이 하수처리장의 총인처리에서 사용되고 있는 응집제의 대체 가능성이 있는 것으로 나타났다. 그러나 전보에서는 정수슬러지로부터의 알루미늄의 용출에 미치는 중요한 조건인 pH, 산의 종류, TS의 농도 등에 대한 검토가 이루어지지 않았다. 특히 전보에서는 염산을 이용하여 회수한 응집제를 이용하여 하수 중의인 제거에 대한 특성을 검토하였지만, 황산으로 추출했을 때 생성되는 황산반토와의 차이에 대해서도 검토되지 못하였다. 이에 본 연구에서는 전술한 알루미늄의 용출 조건과 황산과 염산으로 추출한 용액을 이용하여 하수중의 인(phosphorus) 제거 과정에서 나타는 특성을 쟈테스트를 통해 비교･검토하였다. 검토한 산의 종류에 상관에 없이 pH 2 이하의 조건에서 함유된 알루미늄의 대부분이 용출되었으며, TS 농도 120 g/L이상에서는 정수슬러지의 대부분이 suspension되지 못하는 것으로 나타났으며, 현탁액 중의 알루미늄의 농도도 급격하게 낮아지는 경향을 보였다. 한편 산의 종류에 있어서는 동일의 pH 조건에서도 염산으로 처리했을 때, 알루미늄의 농도가 약 20% 정도 높아지는 경향을 보였으며, 인(phosphorus)의 제거에 있어서도 황산으로 처리한 경우보다 효율이 10% 정도 높아지는 경향을 보였다. 이는 인(phosphorus)이 존재하는 조건하에서 염소를 이용하여 회수한 염화알루미늄과 황산을 이용하여 회수한 황산알루미늄을 각각 투입하게 되면 알루미늄에 대한 염소, 황산, 인(phosphorus)간의 선택성의 차이가 이와 같은 결과를 야기하게 된 것으로 생각된다. 따라서 저농도의 인이 존재하는 총인처리시설의 유입수에 대해서는 염산으로 추출한 염화알루미늄 형태의 재생 응집제가 유효할 가능성이 클 것으로 판단된다.
174.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
국내의 건설폐기물 재활용 현황을 살펴보면 약 95%로 상당히 높게 조사되고 있지만 실제적으로는 처리업체에 일임하는 폐기물까지 모두 재활용으로 분류되기 때문에 실질적인 재활용률은 낮다. 그리고 다양한 성상이 혼재되어 배출되는 건설폐기물의 특성상 폐기물의 선별작업이 쉽지 않아 발생되는 폐기물의 대부분이 성토. 매립용으로 재활용되고 부가가치가 높은 부분에서의 재활용 실적은 매우 저조한 상황이다. 이에, 본 연구에서는 건설폐기물의 자원 재활용률을 제고하고자 불연성과 가연성이 혼재된 혼합건설폐기물을 단일 공정으로 성상별로 분리선별이 가능한 장치를 개발하였다. 기존의 건설폐기물 선별장치가 불연성과 가연성으로의 1차적인 분리선별 과정이 필요할 뿐만 아니라 불연성과 가연성으로 분리된 각각 성상에 대해서도 여러 공정을 필요로 하여 넓은 면적의 선별부지 확보를 위한 초기 투자 및 관리에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다. 그러나 본 연구에서 개발한 분리선별 장치는 기존의 불연성과 가연성에 각각 적용하던 기술을 복합화하여 하나의 공정만으로도 불연성과 폐목재 및 기타 가연성 폐기물으로 분리선별이 동시에 가능하게 하였다. 아울러 개발한 장치의 상용화를 위하여 수도권 내에 위치한 중간처리업체를 대상으로 현장 시험을 적용하여 장치의 효율성을 평가하여 보았다.
175.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
많은 건설현장에서 지반 안정화 공법으로 주입공법을 사용하고 있다. 우리나라에서는 1950년대 초부터 비약액계인 시멘트밀크를 주입재로 사용하였으며, 1970년대 이후 약액계 지반주입공법인 SGR(Space Grouting Rocket Grouting)공법 및 LW(Labile Wasser)공법이 주종을 이루고 있다. SGR공법 및 LW공법은 물유리계 주입재를 사용하고 있어 지반주입 시 강알칼리성인 물유리의 용탈 현상으로 인하여 심한 수축과 장기강도 저하 그리고 지하수 오염의 문제점을 안고 있다. 특히 주입공법은 눈에 보이지 않는 지중에서 시공이 되기 때문에 육안으로 확인이 불가능하고, 시공 후 확인에도 보링장비가 필요한 만큼 환경적으로 안정적인 재료의 사용은 필수적이라고 할 수 있다. 최근 물유리 사용에 의한 문제점을 해결하기 위하여 비약액계인 시멘트와 무기질계 결합재를 사용하는 공법이 개발되고 있다. 그러나 최근 높아진 환경의식과 Well-bing으로 대표되는 친환경에 대한 사회적 관심으로 인하여 건설현장에서도 환경을 오염시킬 가능성이 높은 물질의 사용에 대한 적극적인 감시활동이 이루어지고 있으며 친환경 자재의 사용을 권장하고 있다. 대표적인 건설자재인 시멘트의 경우 발암물질인 Cr6+(6가 크롬) 용출이라는 환경적인 문제점이 중대한 사회문제로 부각되어 지반재료로 제한적으로 활용되고 있다. 무기질계 주입재는 기존의 물유리계 공법에서 발생하는 문제점을 보완한 시멘트계 주입재로서 시멘트의 사용량을 최소화하였다. 주재료로 재활용이 미비한 발전소 저급 폐기물과 무기질계의 고로슬래그 미분말을 주재료로 사용한 바인더로서 강도와 재료분리 저항성이 우수하고 주입재의 용탈현상이 발생하지 않아 환경오염문제와 불량시공에 대한 문제를 해결한 친환경적인 재료이다. 본 연구에서는 실험실 규모의 실내 실험을 통해 지반개량 재료로 보편적으로 사용되는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)와 무기질계 주입재의 화학조성, 재료분리저항성, 유동성, 압축강도 특성을 평가하였다. 실내실험을 통해 특성을 평가한 결과 기존 주입재로 사용되는 시멘트 제품과 비교하여 상대적으로 재료분리 저항성이 우수(시멘트 제품 24시간 후 용적 50㎖ 감소, 무기질계 주입재 24시간 후 용적 0 ㎖ 감소)으로 나타났다. 또한 주입재의 시공성을 판단할 수 있는 유동성 실험에서 238 mm로 기준치인 100 mm 이상을 만족하여 추후 현장에서의 작업성을 확보하였다. 무기질계 주입재는 압축강도 실험결과 재령 14일에 22.6 MPa으로 나타나 시멘트(23.84 MPa)와 동등한 강도 발현 특성을 나타내었다.
176.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
｢지상파 텔레비전 방송의 디지털 전환과 디지털 방송의 활성화에 관한 특별법(’09.4.22)｣에 따라 우리나라는 2012년말(예정)까지는 기존 아날로그 방송을 중지하고, 디지털 방송으로 전환하였다. 이에 현재 국내 디지털방송 수신기기 보급률은 55.1%에 불과한 상황으로 앞으로 2012년 전후 디지털 TV로의 교체가 본격화 되면 폐아날로그 TV 발생량은 증가할 것으로 예상되는데, 앞으로 미교체 가구인 약 400만 가구(우리나라 가구 1700만, 44.9%)가 디지털 TV로 교체할 경우 약 670만대 이상의 폐 아날로그TV가 배출될 것으로 추정되며, 사업장 및 공공기관 등에 보급된 아날로그 TV를 고려한다면 약 1천만대 이상이 배출될 것으로 전망된다(환경부, 2010). 현재 폐TV 배출량은 120만대/년, 향후 150만대/년 이상으로 배출량 증가가 예상된다. 또한 기술여건이 변화함에 따라서 텔레비전과 컴퓨터와 같이 CRT(Cathode Ray Tube)를 포함하고 있는 가전제품으로부터 발생하는 폐기물이 세계적으로 급격한 증가추세를 보이고 있다. LCD, 플라즈마, 박막형 스크린 등 컴퓨터 모니터 및 TV 기술의 급속한 발전으로 인한 저렴한 제품가격과 새로운 디자인 도입으로 인해 신제품에 대한 소비자들의 신제품 교체주기가 더욱 빨라지고 있다. 방송 및 기술 여건의 변화로 인해 텔레비전과 컴퓨터의 경우 CRT 수요가 급격히 감소하고 폐 CRT가 대량으로 발생하고 있음. 국내의 경우 폐 CRT 유리는 2012년 월 1,500 톤이 발생했다. 기존의 재활용 방법인 CRT to CRT(폐 CRT 유리를 원료로 하여 새 CRT 유리를 만드는 방법, CtC)은 방송여건, 기술여건, 시장여건 등이 변화함에 따라서 사용할 수 없게 되었으며, 이에 CRT to Other Products 방법(폐 CRT 유리를 원료로 하여 다른 제품을 만드는 방법, CtOP)을 사용해야하는 현실에 있으나, 수요처 확보 재활용 기술의 부재 등으로 인한 연구개발이 절실하게 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 폐 CRT 유리의 발생량에 맞추어 재활용 할 수 있는 방법인 CtOP를 이용하여, CRT유리의 분쇄특성과 분쇄된 CRT 유리를 원료로 사용하는 연구를 실시하였으며, 콘크리트 블록 및 점토벽돌을 생산특성에 대하여 논하고자 한다. 폐 CRT 유리 분쇄기의 처리 용량은 약 2 ton/hr로 입도 분리기를 가지고 있으며, 각 입도에 따라서 다른 재활용 공정을 거치게 되며, CRT 유리를 함유하고 있는 콘크리트 블록 및 점토벽돌의 물성 상승효과(압축강도, 휨강도, 흡수율)를 가져오는 것을 볼 수 있었다.
177.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
인구증가 및 산업 발달에 의해 대량 발생된 중금속은 대기, 하천을 통해 해저퇴적물 오염의 원인이 되고 있다. 이렇게 오염된 해양오염 퇴적물은 최근까지 대부분 준설 후, 육상 매립 또는 해양투기로 처리 되어 왔다. 하지만 육상매립지 확보 문제와 2012년부터 해양투기의 사실상 금지로부터 어려움을 겪고 있다. 이러한 국내 상황을 극복하기 위해서는 해양 오염퇴적물 처리에 대한 연구와 기술 발전이 중요하다. 특히 오염된 해양퇴적물의 특성, 처리비용의 경제성, 처리효과, 처리과정의 효율성 등의 조건을 생각했을 경우 현장피복방법(In-Situ Capping) 기술이 주목받고 있다. 그러나 현장피복방법에서 큰 비중을 차지하고 있는 피복소재 개발의 미흡합면이 많다. 따라서 보다 효능적이고 경제적인 피복소재 개발이 필요하다. 본 연구에서는 해양오염퇴적물에서의 중금속 저감에 우수한 피복 소재 개발과 더불어, 기초 자료로 응용할 수 있는 자료를 얻기 위해, 인공 혼합 중금속 용액에 대한 흡착소재의 중금속 제거에 관해서 비교, 검토하였다. 본 실험에서는 순환골재를 흡착소재로 사용하였다. 또한 흡착능을 향상시키기 위해 산과 염기를 이용해 전처리를 행했다. 입자크기에 따른 흡착능력의 차이를 최소화 하고자 1~2 mm 입자로 분쇄 후 사용하였다. 중금속 용액은 표준원액(1000 mg/L) 시약을 3차 증류수로 희석, 혼합하였다. 실험은 회분식(pH변화, 농도변화, 교반시간)으로 진행하였다. Kinetics 결과에 따르면 평형이 되는 시간은 360분 이후인 것으로 나타났다. 그리고 Isotherms 실험에서는 Langmuir 모델이 더 잘 부합되는 것으로 나타났다. 그리고 대부분의 중금속에서 높은 제거율을 나타냈다.
178.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
수도권매립지에는 일일 약 8,500톤 이상의 건설폐기물 및 중간처리시설 업체의 잔재물이 반입되고 있으며, 이 중 약 40~50%가 20 mm미만의 토사류로 대부분이 건물해체 및 중간처리과정에서 발생되는 콘크리트류의 파쇄분과 공사현장에서 유입되는 흙 등으로 구성되어 있다. 이러한 폐토사를 매립으로 최종처리하기 보다 식물생장에 필요한 식생토사로 활용하는 방안을 검토하기 위하여 건설폐토사의 화학적 특성 확인 및 조경설계기준 등과 비교하고, 식물의 생장특성도 함께 관찰하여 식생토사로의 적용적합성을 확인하고자 하였다. 건설폐토사의 토성확인 결과, 건설폐토사는 사양토(모래 77.5%, 실트 9.0%, 점토 13.5%)로써 일반적인 조경용 기준(사양토 또는 양토)에 적합한 것으로 확인되었다. pH는 평균 7.7로 조경용 기준에 적합한 6.0~6.5보다 높게 나타났으며, 건설폐토사내 포함된 다양한 성분때문에 전기전도도, 치환성나트륨 및 치환성칼슘농도가 높게 나타났다. 또한 유기물 함량은 6.8%정도로 조경설계기준의 상급수준보다 높게 나타났다. 이는 건설폐기물에 포함된 폐목재 일부가 선별과정을 거치면서 톱밥보다 미세한 형태로 분쇄되고, 이러한 목분이 폐토사에 잔류하기 때문으로 판단된다. 건설폐토사 및 마사토와의 혼합토를 대상으로 식물(황화코스모스, 유채, 보리)의 생장실험을 수행한 결과, 염에 약한 황화코스모스의 경우 건설폐토사 혼합이 식물의 정상적인 생장을 저해하였고, 황화코스모스 보다 비교적 염에 강한 유채의 경우에도 건설폐토사의 혼합이 식물에 긍정적인 영향을 미치지 못하였다. 반면 보리는 염에 강한 식물로 알려져 있으며, 실험결과 건설폐토사와 마사토를 50:50으로 혼합한 조건에서 가장 빠른 추대성장과 이삭맺음을 확인 할 수 있었다. 추후 여러 조건에서 반복실험이 진행되어야 하나, 현재의 건설폐토사는 강내염성 식물에만 적용가능할 것으로 판단되며, 다양한 식물의 식생을 위한 토사로 활용하기 위해서는 건설폐토사를 대상으로 제염 또는 적정 배합토를 혼합하는 방안 등이 모색되어야 할 것이다.
179.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
리튬은 주기율표상의 가장 가벼운 금속으로 산업, 에너지 및 약품 등 다방면에서 경제에 중요한 역할을 담당하고 있다. 이런 리튬은 자연 상 지질매체(암석)와 물에 흔히 존재하는데 많은 화성암, 변성암 및 퇴적암 그리고 해수, 호수, 온천수 및 지하수에 다양한 농도로 나타난다. 리튬은 지각의 암석 속에는 대체로 32 ~ 65 ppm, 해수(대양)에는 0.17 ~ 0.2 ppm 그리고 고농도로 농축된 염호(Brine Lake)나 염지하수(Brine Groundwater)의 경우에는 200 ~ 400 ppm의 농도를 보인다. 매장량으로 보았을 때 전 세계 리튬의 55 ~ 60%가 염호(염지하수 포함)에 부존하고 있다. 리튬탄광은 페그마타이트 광상으로, 페그마타이트 광상의 주요 구성성분은 Amblygonite[(Li,Na)Al(PO4)(F,OH)], Eucryptite[LiAlSiO4], Lepidolite[K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F,OH)2, Petalite[Li2O․Al2O3․8SiO2, LiAlSi4O10], Spodumene[Li2O․Al2O3․4SiO2, LiAlSi2O6] 광물들로 구성되며, 페그마타이트 광상으로부터 리튬의 회수는 호주, 브라질, 짐바브웨 등에서는 주로 노천채굴로 이루어지나 중국 및 캐나다는 갱내채굴로 이루어지고 있다. 상업적으로 채굴 가능한 리튬은 410만톤 정도로 향후 7 ~ 8년 내에 고갈될 전망이다. 한편 남미의 리튬은 거의 대부분 염수 추출인데 고지대 증발암을 근원으로 전 세계 리튬 생산량의 72%가 염수에서 추출한 것이다. 리튬 추출기술은 추출원에 따라 (1) 광석, (2) 염호, (3) Clay, 및 (4) 리튬 함유 폐자원에서 추출하는 기술로 분류할 수 있다. 추출기술별로 다양한 법을 사용하지만 전반적인 화학적 메카니즘은 광석 추출기술과 염호추출기술이 대표적이다. 광석추출기술의 경우 광맥에서 채굴한 원석을 부유선광하고 석영질, 운모질을 제거하여 Li2O 1.5% 품위의 광석을 5 - 6%로 높인다. 광석분은 화학공장으로 운반되어 사일로에 저장되며, 다음으로 회전로에서 1,100℃로 가열한 후 냉각 킬른을 지나 배출된다. 이 공정에서 스포듀민은 비수용성 α형에서 수용성 β형으로 변화된다. α형은 황산에 의해 분해되는 것이 적으나 β형은 쉽게 황산리튬으로 변된다. 또한 β형은 α형보다도 부서지기 쉬워 볼밀(Ball Mill)로 미분쇄시킨다. 스포듀민 대신으로 페탈라이트를 쓰면 1,100℃에서 페탈라이트가 β스포듀민과 Free Silica로 변화한다.
Li2O·Al2O3·8SiO2 → Li2O·Al2O3·4SiO2 + 4SiO2 (1)
β-스포듀민의 미분에 황산을 이론양보다 약간 많이 혼합하고 황산배소로에서 약 250℃로 가열하면 β-스포듀민 중의 Li2O만이 황산리튬으로 변화한다.
Li2O·Al2O3·4SiO2 + H2SO4 → Li2SO4 + Al2O3·4SiO2 + H2O↑ (2)
물과 섞어 황산리튬용액으로 한 후 과잉의 황산은 석회로 중화시켜 생긴 석고는 알루미나, 실리카와 같이 여과 제거한다. 이를 정액한 후 소다회의 포화용액과 반응시키면 탄산리튬이 침전된다.
Li2SO4 + Na2CO3 → Li2CO3↓ + Na2SO4 (3)
한편, 염호 중의 리튬은 통상 염화리튬의 형태로 함유되어 있으며, 리튬함유량 평균이 300 ppm (200-1,700)으로 태양열을 이용해 증발 못에서 0.6%(20배)로 농축한다. 증발 도중에 암염과 NaCl과 KCl의 복합물이 정출된 다음 석회를 첨가해 마그네슘이 수산화물로 침전된다. 최종적으로 소다회를 넣어 리튬을 탄산리튬으로 회수한다. 본고에서는 리튬 추출공정별 메카니즘을 비교 평가를 통해 석탄회로부터 리튬을 추출하는 공정을 최적화
180.
2013.11
서비스 종료(열람 제한)
본 연구과제에서는 인쇄회로기판 제조공정 폐수처리시스템에 동농축회수시설을 추가함으로 고함량 저수분슬러지를 생산하고, 폐액 내에 함유된 법정 수질오염물질인 동을 95% 이상 회수한 후 기존 폐수처리시스템에 유입시킴으로 폐수처리 시 중금속 처리 부담을 최소화 하고자 하였다. 이를 위해 충북 위치한 A사와 B사의 사업장 내 기존 폐수처리라인을 변경하여 고농도 동폐액을 별도로 집수한 후 여기에 동농축 회수시설을 설치하여 생산된 동농축 슬러지를 회수하여 제련용 원료로 중간가공한 후 수요자인 C사에 공급하여 최종생산물인 조동을 생산하는 자원순환 네트워크를 완성하였다. 본 연구과제를 통해 폐수처리오니 매립량 30%(840톤/년) 감소, 기존폐수처리 시설의 중금속 부하감소 등과, 100백만원/년의 폐기물처리비용 절감 및 528백만원/년의 고농축슬러지 매각 등의 환경적･경제적 기대효과와 동농축 슬러지 제조 원천기술 확보를 통한 국내/외 PCB 사업장 대상의 사업화가 가능하게 되었다.
