Glass-ceramics were fabricated by heat-treatment of glass obtained by melting a coal bottom ash with Li2O addition. The main crystal grown in the glass-ceramics, containing 10 wt% Li2O, was β-spodumene solid solution, while in Li2O 20 wt% specimen was mullite, identified using XRD. The activation energy and Avrami constant for crystallization were calculated and showed that bulk crystallization behavior will be predominant, and this expectation agreed with the microstructural observations. The crystal phase grown in Li2O 10 wt% glass-ceramics had a dendrite-like shaped whereas the shape was flake-like in the 20 wt% case. The thermal expansion coefficient of the Li2O 10 wt% glass-ceramics was lower than that of the glass having the same composition, owing to the formation of a β-spodumene phase. For example, the thermal expansion coefficient of Li2O 10 wt% glass-ceramics was 20×10-7, which is enough for application in various heat-resistance fields. But above 20 wt% Li2O, the thermal coefficient expansion of glass-ceramics, on the contrary, was higher than that of the same composition glass, due to formation of mullite.

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.

우리나라에서는 5개 발전사의 10개 화력발전소에서 2013년 기준으로 약 891만 톤의 석탄재가 발생하고 있다. 석탄재는 약 82%가 비산재, 18%는 바닥재로 구성되어있으며, 이 중 비산재는 대부분 레미콘혼화제 및 시멘트 대체원료 등으로 재활용되고 있으나 바닥재는 발전소 내의 매립시설에 보관되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 바닥재의 토양으로 재활용 가능성을 평가하고자 하였으며, 석탄재가 함유하고 있는 유해물질을 중심으로 석탄재의 환경영향 가능성 평가를 위해 SP 및 HD석탄재를 각각 단독 또는 토양과 혼합하여 컬럼시험(Percolation test)을 진행하였고, 대조군시험을 위해 비오염토양을 확보하여 동일하게 분석을 수행하였다. 컬럼시험에 사용한 유입수는 해수, 산성강우(pH 4.5), 증류수이며, 유입 유속을 1 mL/min으로 유지하여 운전하였다. 각 컬럼에서 2L씩 최대 15 Fraction의 용출액을 채취하였으며, 채취한 즉시 pH, 온도 및 전기전도도를 측정하였고, 이 외에 생태독성, 중금속 및 이온물질을 분석하여 유해물질 용출 패턴을 확인하였다. 컬럼 용출액 중 pH를 모니터한 결과, SP 석탄재는 8.20~8.78, HD 석탄재는 7.63~8.03 범위를 보였다. 석탄재에 함유되어 있는 다양한 중금속의 용출패턴을 확인한 결과, 전반적으로 유출량에 따른 뚜렷한 감소특성을 보이지 않았다. 철(Fe)은 초기 용출액에서 낮은 농도가 검출되다가 6 Fr 이후부터 높은 농도가 유출되었고, 다시 12 Fr 이후부터 감소하였다. 석탄재를 단독으로 사용한 컬럼에 비해 토양과 혼합한 컬럼의 용출액 중 보론(B) 농도가 낮은 것으로 나타났다. Al, Mn, Ni, Sb, Se 등은 특별한 경향을 보이지 않았으며, 이 외에 분석한 중금속 항목 중에 Cd, Cu, Pb, Zn, Hg, 6가크롬은 용출액에서 모두 불검출 되었다. 용출액을 가지고 물벼룩의 급성독성을 시험하여 유입수에 따라 독성 수준이 다른 것을 확인하였다. 즉, 석탄재 자체의 독성보다는 해수, 담수, 산성강우 등 유입수의 영향을 받는 것으로 보인다. 증류수를 유입한 컬럼 중 SP석탄재는 모두 불검출 되었고, HD석탄재에서는 첫 번째 유출액에서만 1 TU이상의 값이 나오다가 이후 감소되었다. 해수를 흘려준 컬럼에서는 염도의 영향으로 1~2 TU 이상이 5 Fr 까지 유지되었고, 산성강우를 흘려준 SP석탄재와, 토양과 혼합한 HD석탄재 컬럼에서는 10 Fr 까지 1 TU이상을 유지하였으며 최대 8.2 TU의 독성을 나타내었다. 국내에서는 생태독성을 산업폐수 배출허용기준으로 적용하고 있으며, 청정지역과 청정지역 외로 구분하여 각각 1 TU와 2 TU로 규제하고 있다. 미국 델라웨어주와 뉴욕주, 독일의 폐수종말처리장에서도 2 TU로 관리하고 있다. 석탄재중 용출시험 결과 2 Fr 이후부터는 2 TU 이하를 유지하는 것으로 나타났으나, 일부 컬럼의 초기 용출액에서 나타난 독성영향에 대해서는 추가적인 검토가 필요하다.

A general method to expand the urban green space is to utilize the artificial ground that is unutilized in cities, such as buildings and rooftops. The processing technology of bottom ashes in thermal power stations shows a tendency to change from the wet process to the dry process. The dry process bottom ashes, which arise from the new process, are expected to be utilized as light-weight artificial soil, because they are poor in water, salt, and unburned carbon, which are not the characteristics of the existing wet process bottom ashes, and have a lower density than general aggregate. This study shows that the coefficient of permeability, saturation bulk density, pH, EC, and organic matter content of dry process bottom ashes are similar to those of perlite. Therefore, we conclude that dry process bottom ashes can be utilized as artificial soil.

최근 세계적으로 원유정제의 증가 및 탈황기술의 발달로 인하여 유황발생량에 대한 수급의 차이가 커지고 있으며, 향후 발생되는 폐유황의 다량활용에 대한 대책이 없을 경우 폐기물 처리 및 환경오염으로 인한 경제적 손실이 우려되며 폐유황의 다량 활용에 대한 대책이 시급한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 폐유황 및 석탄바닥재를 이용한 산업용 건자재로의 활용을 위하여 다양한 개질제를 이용한 유황폴리머 결합재(SPC, sulfur polymer cement)의 제조 특성에 대한 연구를 수행하였으며, 제조된 결합재를 이용한 SPC 모르타르에 대한 성능 테스트를 수행하였다.

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.