석탄회는 독특한 화학조성과 광물학적 특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 석탄회의 철산화광물에는 중금속원소들이 다량 농집되어 있어서 침출이 일어나는 환경에서는 토양과 지하수 및 해양오염의 가능성이 높다. 본 연구에서는 해안가에 위치한 당진화력 발전소에서 배출하고 있는 석탄회와 주변 해수와의 반응과정에서 토착 미생물이 어떤 역할을 하는지를 알아보고자 하였다. 이를 위해 해수와 석탄회를 혼합하여 배양기에 60일 동안 보관하면서 물시료와 석탄회 시료를 분석함으로써 박테리아의 활동에 따른 광물의 상변화 및 해수의 지화학적 변화 정도를 살펴보았다. 매립호수에서 해수의 평균 pH는 8.97이다. 지화학적 변화 결과에 비추어 볼 때, 박테리아의 활동은 실험 시작 7일 이후부터 급격하게 활성화되었다. SO42-는 글루코스를 첨가한 시료에서 다른 처리방식에 비해 현저하게 감소하는 경향을 나타낸다. 매립호수에 서식하는 박테리아는 주로 Mn, Fe, Zn와 반응하여 매립호수로부터 금속이온을 제거시킬 수 있을 뿐 아니라 탄산염 광물을 형성하는 과정에서 이산화탄소를 고정시킬 수 있는 역할도 할 수 있을 것으로 기대된다.

저가형 TiO2 광촉매의 개발과 광촉매의 활용범위를 확대하고자, 석탄회를 지지체로 이용하여 TiO2 광촉매를 제조하였다. 석탄회 표면에 TiO2 입자의 피복은 침전법에 의해서 수행되었다. TiO2의 공급원으로는 TiCl4수용액과 침전제로는 NH4HCO3가 사용되었다. 이들의 중화반응에 의해 석탄회 표면에 생성되는 Ti(OH)44는 300~700˚C의 열처리 과정에서 산화되었다. 여기서 생성된 TiO2의 결정구조는 anatase형을 나타내었다. 피복 TiO2의 결정립 크기는 열처리 온도의 상승에 따라 증가하였으나, NO가스의 제거능은 감소하는 경향을 보였다. TiO2피복 석탄회를 300~400˚C의 온도 범위에서 2시간 동안 열처리할 경우, TiO2의 결정립 크기는 약 9nm이었고, 질소산화물 제거율은 85~92%이었다. 또한, TiO2피복 석탄회의 백색도는 TiO2의 피복량이 증가할수록 열처리 온도가 증가할수록 상승하는 경향을 나타내었다.

Ash ball 배지의 이화학적특성과 사용배지의 염류집적 및 제거효과를 펄라이트 및 입상암면과 비교하였다. ash ball의 가비중, 진비중, 공극율은 각각 0.93 g.cm-3, 2.29 g.cm-3, 40.6%, 59.4%로서 그중 가비중은 펄라이트 및 입상암면에 비해 현저히 높았고 가공율은 낮았다. 배지의 포화수분함량(saturation moisture capacity)은 ash ball이 52%, 펄라이트가 71%, 입상암면이 90%로 나타났고, 배수 1시간 후 수분율은 ahs ball이가 21%, 펄라이트가 27%, 입상암면이 80%로 낮아졌다. Ash ball의 입도별 수분율은 소립(3~5 mm)이 대립 (7~15mm)에 비해 5% 정도 높았다. Ash ball의 배드내 수분율은 수직 및 수평방향의 분포가 균일하여 수분확산성이 좋은 것으로 나타났다. ash ball의 pH는 7.6으로 약염기성을 나타내었다. 배지를 침지한 배양액의 pH는 7.6으로 약염기성을 나타내었다. 배지를 침지한 배양액의 pH는 다소 증가하는 경향을 보였으며 EC는 거의 변호가 없었으며, 배지내 무기이온의 흡착은 ash ball과 입상암면은 인산의 흡착이 비교적 많았다. 토마토 재배에 사용된 ash ball의 염류집적은 펄라이트와 비슷하였고 8회 정도의 침수처리로 배지표면에 흡착된 무기염을 대부분 제거할 수 있었다. 위의 결과로부터, ash ball 배지는 보수력은 다소 낮지만 통기성 및 수분확산성이 우수하여 배지내의 수분조절이 용이한 배지임을 알 수 있었다.

석탄회의 주결정상은 mullite, quartz와 calcite로 토양의 광물성분과 입도분포가 유사하여 인공배지의 원료로 사용이 가능하였다. 석탄회-점토(FAJC)계 배지는 점토의 첨가량, 열처리 온도와 유지시간이 증가함에 따라 부피비중과 압축강도가 증가하였으나 흡수율과 겉보기 기공률은 감소하였다. 1,150℃에서 10분간 급속가열 처리한 95FA5JC 배지는 물리적 성질이 우수하였으나 가소성을 부여하는 점토의 첨가량 부족으로 성형체의 제작이 곤란하여 인공배지를 제조하기 위하여는 10%(w) 이상의 점토의 첨가가 필요하였다 1,150℃에서 10분간 급속가열 처리한 90FA10JC10SD 배지는 톱밥이 가연성 발포제호 작용하여 부피비중 1.14, 흡수율 54.4%, 겉보기 기공률 59.6% 및 압축강도 54kgf.cm-2 이었으며 240시간 경과후의 pH는 7.1로서 양액재배용 인공배지로의 사용이 가능하였다. FACaCS계 배지는 생석회와 소석고의 첨가량이 증가할수록 흡수율과 겉보기 기공율은 감소하였으나, 부피비중과 압축강도는 증가하였으며, 1,100℃에서 20분간 열처리한 90FA10Ca5CS 배지는 물리적 성질이 양호하였으나 논은 pH를 나타내어 pH를 낮추기 위한 전처리 공정이 필요하였다.

The aim in this study was to remove Cl−, which can be problematic in the recycling of bottom ash, by identifying the optimum operating conditions for a soil electrolysis apparatus with spiral paddles and to use these as the base data in removing contaminants from various polluted soils using electrolysis. Unprocessed bottom ash collected from the openair storage yard at thermoelectric power plant H in Gyeong sang nam - do Province was used as the experimental material. The experimental methodology was to identify the optimum operating conditions to remove Cl− contained in the bottom ash using the following variables: use or not of spiral paddles, application or not of electrolysis, change of concentration of the electrolyte solution, electrolysis application time, and the voltage level during electrolysis. From the results, the highest removal efficiency of 91.4% was shown under the following conditions: use of the spiral paddles, use of 0.3% NaOH electrolyte solution, 20 min of electrolysis; and a voltage level of 5 V during electrolysis. It is evident that application of the soil electrolysis apparatus for removal of Cl− from bottom ash could be valuableas base data for purification of polluted soils in the future.

In order to investigate the adsorption characteristics for Sr ion using the Na-X zeolite synthesized from coal fly ash, batch tests and response surface analyses were carried out. The adsorption kinetic data for Sr ions, using Na-X zeolite, fitted well with the pseudo-second-order model. The uptake of Sr ions followed the Langmuir isotherm model, with a maximum adsorption capacity of 196.46 mg/g. Thermodynamic studies were conducted at different reaction temperatures, with the results indicating that Sr ion adsorption by Na-X zeolite was an endothermic (ΔHo>0) and spontaneous (ΔGo<0) process. Using the response surface methodology of the Box-Behnken method, initial Sr ion concentration (X1), initial temperature (X2), and initial pH (X3) were selected as the independent variables, while the adsorption of Sr ions by Na-X zeolite was selected as the dependent variable. The experimental data fitted well with a second-order polynomial equation by multiple regression analysis. The value of the determination coefficient (R2=0.9937) and the adjusted determination coefficient (adjusted R2=0.9823) was close to 1, indicating high significance of the model. Statistical results showed the order of Sr removal based on experimental factors to be initial pH > initial concentration > temperature.

산업화 발전으로 인한 전력사용량 증가로 석탄발전소 부산물인 석탄회는 지속적으로 증가하여 배출되고 있다. 석탄회는 포집되는 장소에 따라 Fly ASH, Bottom Ash, Cinder Ash, Cenosphere 4가지 형태로 나누어진다. Fly ASH는 석탄연소 후 발생되는 먼지를 집진기에 포집하여 미분말 형태의 부산물로 현재 콘크리트 혼화재로 널리 사용 되어지고 있다. 하지만 Fly ASH를 제외한 부산물은 재활용 되지 못하여 해안 또는 육상에 매립되어지고 있다. 이는 매립지확보에 대한 경제적 손실 및 해안 침출수 환경을 크게 훼손시키고 있어 석탄회 활용 방안문제에 대한 대책이 시급한 상태이다. Bottom Ash는 연소될 때 괴상 또는 입자 크기가 큰 회 성분이 보일러 하부로 떨어진 부산물로 석탄회의 약 20%를 함유하고 있지만 Bottom Ash 부산물을 재활용하여 사용하는 연구개발이 매우 미비한 상태로 활용방안에 대한 연구가 필요한 실정이다. 이에 따라 본 연구는 초속경, 초기 고강도, 고부착력, 무수축등의 우수한 특성을 가지고 있는 인산 마그네슘 시멘트(Magnesium Phosphate Cement)라는 신 건설 재료를 사용하여 석탄회 부산물인 Bottom Ash를 10%, 20%, 30% 함유량별 대체하여 KS F 2476에 의거하여 인산 마그네슘 모르타르의 물리적 특성을 비교 실험하였다. 실험결과 압축강도와 부착강도를 3시간, 1일, 3일, 7일을 측정한 결과 인산 마그네슘 시멘트에 Bottom Ash를 10%, 20% 대체하여 배합하였을 때 기존 인산 마그네슘 시멘트보다 초기 및 장기강도 성능이 향상된 것을 확인하였다. 하지만 Bottom Ash를 30%를 첨가하였을 때 초기강도 및 장기강도 성능이 저하 되었다.

In this study, it is conducted analysis of water absorption of artificial lightweight aggregate using coal ash. For absorption of water, the artificial lightweight aggregate was submerged for 24hours or in conditions of high temperature(100℃) and normal pressure. And it was measured water absorption ration and density( in conditions of oven-dry and saturated surface dry).

More than 8 M tons of coal ash is generated from coal-fired thermal power plants every year, and the generation rate of coal ash has been increasing steadily recently. However, the recycling rate of coal ash is about 70%. It is time to introduce the beneficial use of coal ash. Much coal ash is used in mining applications and reclamation sites in the EU and the U.S. However, coal ash cannot be used at mine reclamation sites in Korea because of its legal limitations due to environmental concerns. Therefore, in this research, the eco-friendly use of coal ash at mine reclamation sites in Korea is presented. To develop the eco-friendly use of coal ash at mine reclamation sites in Korea, this study examined the beneficial use of coal ash at mines and the environmental issue of the specific use of coal ash at mine reclamations sites and carried out case studies on the use and management systems of coal ash in overseas countries and investigation of the present use of coal ash at mine reclamation sites in Korea.

석탄화력발전 부산물인 석탄회의 희유 금속 재활용을 위한 기반 연구로서 9개 발전소의 석탄회를 대상으로 화학적 및 광물학적 특성을 분석하였다. 석탄회의 희유원소 화학조성은 전반적으로 셰일의 평균 조성과 부합하며, 국외 석탄회와 차이도 거의 없다. 그러나 국산 무연탄 비산재와 수입 유연탄 비산재는 무기원소 조성에서 약간의 차이가 있으며, 무연탄 비산재의 미연 탄소 함유량이 매우 높다. 바닥재와 비교하여 친황원소들이 비산재에 부화되는 경향이 있다. 규산염 유리가 주요 고상이며, 석영, 일라이트(백운모), 멀라이트, 자철석, 생석회, 경석고가 광물로 함유되어 있다. 규산염 유리는 Al과 Si가 주성분이고, Ca, Fe, K, Mg가 다양한 비율로 함유되어 있다. 규산염 유리는 다공성 구형 또는 비정형 부석질 입자들이며, 흔히 잔존 광물이나 산화철구, 또는 다른 유리입자들과 융접되어 있다. 산화철구 입자는 급속 성장한 산화철 미세 입자와 유리 기질로 구성되어 있다. 석탄회로부터 유가 금속 재활용을 위해서는 이상의 화학조성, 미세조직, 광물학적 특성들이 고려되어야 한다.

본 연구에서는 유연탄을 원료로 하는 국내 모 화력발전소에서 발생하는 비회(fly ash)와 석탄회 매립염호수(saline ash pond)에 대하여 지구화학적으로 조사함으로써 석탄회와의 반응에 의한 매립호수의 수질변화와 염수와의 반응에 의한 석탄회내의 원소용출 특성을 고찰하였다. 이를 위해, 각각 1개씩의 비회와 바닥재, 그리고 7개의 매립호수 수질시료를 채취하였다. 이 중, 비회와 바닥재, 그리고 2개의 수질시료는 총 55개 항목의 미량금속원소에 대한 분석을 수행하였다. 비회 내에는 Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Cd, Sb, Au, Pb, B 등과 같은 친황원소들의 함량이 비교적 높게 나타났다. 하지만, 매립호수 내에서는 해수에 비하여 As, Ba, Co, Ga, Li, Mn, Mo, Sb, U, V, W, Zr 등이 상대적으로 농집되어 있었다. 또한, 각 원소에 대하여 비회 내의 농도와 매립호수 내의 농도 비를 비교한 결과, Ag, Bi, Li, Mo, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, W 등이 타 원소들과 비하여 매립호수에 농집되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 상대적 휘발정도에 의해 일부 금속원소가 비회의 표면에 농집된다 하더라도 금속원소의 용출특성이 용해도나 흡착처럼 각 원소의 지화학적 거동 특성에 영향 받음을 의미하는 것이다.

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.

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

This study is purposed to analyze the compressive strength development with different produce of fly ash in order to develop cementless concrete. As a results, compressive strength of cementless mortar is related to effect on compressive strength development for the type of fly ash.

교대뒷채움 및 벽체 배면에 되메우기 시공시 협소한 장소로 인한 다짐장비 운용이 원활치 않아 시방서 기준의 다짐도를 만족하지 못하는 경우가 빈번이 발생하고 있으며, 이러한 경우 시공관리를 위하여 고형화제를 첨가하여 시공하게 된다. 하지만 일반적인 고형화제의 적용시, 대상 지반의 적용에 있어 균질한 지반을 형성하기 어려운 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 유동성이 확보된 고형화제를 첨가하여 사용하게 된다. 하지만 이러한 유동성이 확보된 고형화제가 첨가된 지반의 강도 및 저변형률에서의 변형 특성에 대한 연구는 아직 미진한 실정으로, 특히 진동을 유발하는 기계의 기초 지반에 적용하는 경우, 유동성이 확보된 고형화제 첨가 지반의 동적인 거동 특성을 규명하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 산업부산물인 매립석탄회와 점토, 황토를 이용한 유동화처리토의 강도 및 동적 특성 변화를 알아보기 위하여 일축압축시험과 공진주시험을 실시하였다.