범지구적으로 다양한 문제를 야기하는 지구온난화 현상은 해결해야하는 필수 과제 중 하나로 여겨져 왔다. 이 중에서 이산화탄소는 낮은 지구온난화 지수에도 불구하고 가장 많은 양으로 인해 지구온난화 현상에 대해 가장 큰 책임을 가지고 있다. 이산화탄소 저감을 위한 기술로 금속 이온과 이산화탄소의 결합을 통한 무기탄산화 기술이 최근 떠오르고 있다. 무기탄산화 기술의 가장 큰 가능성 중 하나는 다양한 금속이온을 가지고 있는 폐기물을 원료로 이용할 수 있다는 점이다. 본 연구에서는 이러한 폐기물 중 다량의 Ca를 가지고 있는 것으로 알려진 비산재를 이용하여 무기탄산화, 그 중에서도 수용액 내에 이산화탄소를 주입하여 반응시키는 직접수성 탄산화를 통한 탄산칼슘 생성에 대해 다루었다. 다량의 불순물을 포함하고 있는 비산재를 보다 순수한 형태로 이용하기 위하여 고온 (70℃)의 물로 세정하여 이용하였다. 총 500 g의 흡수제 중 세정한 비산재가 10 wt% (50g) 포함되었고, 5 wt% (25 g)의 NaOH 첨가 유무에 따른 CO2 저감량의 차이를 CO2 로딩 분석을 통해 비교하였다. 생성물에 대하여 XRD 그리고 TGA 분석을 통해 구성성분 및 순도 분석을 진행하였다.

Steel slag has been used as the alternative binder to replace Portland cement that furthermore used as in construction and/or for stabilization/solidification of heavy metals in mine soil. One of the treatments to modify the leaching behavior of the mine soil is by carbonation. The purpose of this study was to assess the potential of carbonation in various steel slags. Based on chemical and mineralogical characterization of four kinds of slag that were used in this study, it showed that all slags had high potential for reacting with CO2 that was in accordance with the high CaO and MgO content. CO2 sequestration by aqueous carbonation of several kinds of stainless steel slags with different liquid to solid ratio was investigated in this study. The effect of chemical properties and reaction time on the performance of the carbonation process was also investigated. Converter slag, blast furnace slag (BFS) and ladle furnace slag (LFS) were used. Carbonation experiment was conducted in a closed reactor under the conditions; 1bar, 400rpm and 25℃, with solid to liquid ratios of 0.4, 0.6 and 1.0. Carbonation kinetic test was relatively fast and completed within 5 hours. The CO2 consumption increased when the liquid to solid ratio increased because of the dilution effect. Our results showed that the higher CaO and MgO contents in the slag, the higher CO2 consumption was observed. Pohang converter slag and Dangjin LFS showed slightly different tendency. At L/S ratio 0.4, Pohang slag with higher CaO and MgO content had higher CO2 consumption than Dangjin LFS. As the water content increased, Dangjin LFS had higher CO2 consumption than Pohang converter slag that was caused by the texture of Dangjin LFS with smaller particle size than Pohang converter slag. However, both Pohang BFS and Dangjin BFS have poor capacity in CO2 sequestration.

최근 세계적으로 탄소포집 및저장(CCS, carbon capture and storage)기술에 대한 연구가 많이 수 행되고 있다. 이번 연구는 폐시멘트 미분을 이산화탄소를 포집하는 광물탄산화(mineral carbonation)의 효율적인 재료로 활용하기 위한 연구의 일환으로 수행하였다. 0.15 mm 미만으로 체가름된 시멘트 풀 (W:C = 6:4)과 200 ㎖ 용액을 포함하는 반응용기에 순도 99%의 CO2 가스를 주입하는 직접수성탄산화 실험을 수행하고, 두 종류 첨가제(NaCl, MgCl2)의 탄산화에의 영향을 분석하였다. 특히, 첨가제의 종류 와 pH변화에 따른 탄산화 과정, 생성되는 탄산염광물의 종류와 특성에 대하여 자세히 연구하였다. 직접수성탄산화 실험 결과 pH는 CO2의 주입으로 지속적으로 감소하였다. Ca2+ 이온 농도는 MgCl2가 첨가제로 활용한 경우에는 지속적으로 감소하였지만 MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 감소하다가 pH 가 낮아짐에 따라 생성된 탄산염광물의 용해로 다시 증가하는 경향을 보였다. 생성물질에 대한 X-선 회절분석 결과, MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 방해석이 우세하게 나타났고, MgCl2를 첨가제로 활용 한 경우에는 Mg2+ 이온의 영향으로 아라고나이트가 우세하게 나타났다. 또한 pH 단계별 직접수성탄산 화 실험결과, MgCl2를 첨가하지 않은 경우에는 pH가 높은 실험 초기에 나타난 바테라이트는 pH가 낮 아질수록 결정도가 좋은 방해석으로 전환되는 것을 확인하였고, MgCl2를 첨가제로 활용한 경우에는 pH가 낮아질수록 방해석의 함량은 감소하고 아라고나이트의 함량이 증가하는 것을 알 수 있었다.