폐석고의 유해물 선별방법

폐석고의 유해물 선별방법{A HARMFUL OBJECT CONCENTRATION METHOD OF JUNK GYPSUM}

본 발명은 폐석고의 유해물 선별방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인광석에 황산을 첨가하여 인산을 추출하는 과정에서 부산물로 생성되는 폐석고에 포함된 유해물을 보다 효과적으로 선별하여 재활용할 수 있도록 하기 위한 선별방법에 관한 것이다.

일반적으로, 인산(P ₂ O ₅ )을 25% 이상 함유하는 광석을 인광석이라 하며, 이러한 인광석에 존재하는 인산은 대부분이 불화인회석 [Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ F], 염화인회석 [Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ Cl] 또는 수산화인회석 [Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH]의 상태로 함유되어 있다. 이러한 인광석에서 인산을 추출하는 방법은, 원소상태의 인의 연소와 수화(水化)에 의하여 추출하는 건식법(乾式法)과 인광석의 황산분해에 의하여 추출하는 습식법(濕式法) 으로 크게 구분되며, 이 중에서 습식법이 많이 사용되고 있다.

그리고, 인광석에서 인산을 추출하는 과정에서 다량의 CaSO ₄ ·2H ₂ O가 부산물로 발생되는데 이것이 폐석고이다. 우리나라의 경우, 복합비료공장에서 복합비료에인산 성분을 공급하기 위한 중간과정으로 인광석으로 부터 인산을 추출하고 있다. 이때의 인산추출 공정은 인광석 선별 및 분쇄공정, 반수석고 분해반응공정, 반수석고 여과공정, 이수석고 전환공정, 이수석고 여과공정으로 이루어지고 있으며, 이 과정에서 일종의 폐기용 부산물로 폐석고가 생성된다.

복합비료공장에서 폐기용 부산물로 생성되는 폐석고의 크기 및 성분을 보면, 입자의 크기는 1.5-0.04㎜이고, 구성성분은 대체로, CaO가 약 30%, SO ₃ 가 약 45%, 결정수(H ₂ O)가 약 20%, 그리고 나머지를 이루는 불순물로 되어 있다. 이 성분비율은 인광석의 종류 또는 저장장소에 따라 약간씩 달라질 수 있다.

이러한 폐석고는 인체나 환경피해의 위험성은 높지 않아 특정폐기물에 속하지는 않으나, 강이나 바다에 흘러 들어가는 경우에는 바닥을 석회화하여 수중생물의 생태계를 황폐화시킬 수 있다. 우리나라의 복합비료공장에서 부산물로 생성되는 이러한 석고의 양이 연간 100만 톤을 넘어서고 있으며, 전남 여수지방의 경우에는 현재 야적되어 있는 석고의 양이 약 4천만 톤에 이르고 있는 실정이다. 최근 매스컴에서도 이러한 폐석고의 야적장 방치에 따른 문제점들을 크게 다룬 적이 있다.

일반 석고는 물을 첨가할 때 수화반응에 따른 응고현상을 일으키기 때문에 이러한 현상을 이용하여 백색안료로 사용되기도 하고, 이를 구워 소석고로 만들어 소재(塑材), 주물 모형제작의 재료, 의료용 깁스, 석고보드의 원료 등으로 사용된다.

그러나, 인산 추출과정에서 폐기물로 생성되는 폐석고는 일반 석고와는 달리수화반응에 따른 응고현상이 없기 때문에, 위와 같은 일반 석고의 용도로 사용될 수가 없다. 그리고, 폐석고의 별다른 용도가 발견되지 않음으로 인하여 지금까지 폐석고는 폐기처분을 해야 할 대상으로만 알려져 왔다. 더구나, 폐석고의 폐기처리에는 막대한 비용이 들기 때문에, 복합비료공장들은 이를 제때에 폐기하지 못하여 엄청난 양의 폐석고를 야적장에 방치해두고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 폐석고 처리에 따른 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 폐석고에 포함되어져 있는 유해물을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 선별방법을 제공함으로 폐석고의 재자원화를 통한 자원절약효과를 이룰 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적은, 폐석고에 포함되어져 있는 중금속 등 각종 이물질을 정제하여 재자원화하기 위한 선별과정을 수행함에 있어서, 폐석고에 물을 혼합하여 소정 회전수로 일정 시간동안 스크러빙 처리하는 스크러빙단계; 상기 스크러빙 처리된 원료를 용수와 함께 소정 경사면을 따라 상부로 부터 흘려줌으로서 흘러내려오는 과정에서 중광물과 경광물이 선별되어질 수 있도록 하는 습식비중 선별단계; 를 실시함을 특징으로 하는 폐석고의 유해물 선별방법을 통해 이룰 수 있게된다.

이하, 실험예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 폐석고 시료 200g과 물 1,800ml를 회전수 18,000rpm으로 각각 2분, 4분, 6분, 8분, 10분 동안 스크러빙(scrubbing)을 5회동안 시료 1kg을 스크러빙한후 습식 테이블 선별기(wilfey type shaking table)를 이용하여 실험하였다.

상기 실험과정에서 사용된 테이블 선별기는 사각형의 판넬이 좌우로 왕복운동을 분당 300번정도 흔들어주면서 광물들의 비중에 따라 분리하게 되는 원리를 갖고 있으며, 모터가 장착되어 그 횟수는 실험자에 의해 100에서 500까지 범위내에서 자유롭게 조절하게 된다.

따라서, 테이블의 경사각이 효율적으로 고정되어진 상태에서 판의 왕복운동을 실시한 뒤에는 폐기되어질 불순물과, 재자원화 되어지는 광물질들의 적절한 분리 및 선별, 그리고 회수하기 위해 고체농도 즉, pulp density를 광물과 물(용액)의 적절한 광액으로 실험자의 실험조건을 고정시켜주는 것이 무엇보다 중요하다고 할 수 있다.

한편, 본 실험에서는 테이블각도를 2도, 진동폭을 1cm, 진동횟수는 278회의 조건으로 실험하였는데, 용수와 함께 혼합광물이 위로부터 흘러내려오는 과정에서 왕복운동하고 있는 판넬이 경사면을 이루고 있기 때문에 대부분의 무거운 광물(비중 2.1~2.3 이상의 중광물)은 좌측끝으로 이동하고, 아주 가볍고 작은 입자(경광물)들은 물이 흐르는 세기에 따라 좌측으로 이동하지 못하고 경사에 의해 아래로 바로 이동하기 때문에 중광물과 경광물을 쉽게 선별할 수 있게된다.

이러한 각 실험결과는 하기 [표 1] 내지 [표 6]에 기재된바와 같으며, 그중 [표 1]은 스크러빙을 실시하지 않은 폐석고 원료를 습식 테이블 선별기로 선별한 결과이고, 나머지 [표 2] 부터 [표 6]까지는 스크러빙 시간에 따른 산물의 석고품위를 나타낸 것이다.

<표 1>

<표 2>

<표 3>

<표 4>

<표 5>

<표 6>

상기 실험결과에서 보면 [표 1]의 스크러빙단계를 실시하지 않고 테이블 습식선별을 실시한 경우에는 경광물의 석고품위가 94.83%로 나타났으나, [표 5] 및 [표 6]에서와 같이 스크러빙을 8분이상 실시한 후 습식선별을 실시한 경우에는 경광물의 석고품위가 95%이상으로 나타남으로서 유해물인 중광물 및 슬라임을 선별처리함으로서 고품위의 석고를 선별할 수 있게됨을 알 수 있다.

그리고, 습식선별시 나타나는 슬라임은 비중이 매우낮아 흐르는 물과 함께 부유되어 아래로 이동되기 때문에 이는 용이하게 별도로 수거하여 폐기하거나 다른 용도로 사용할 수 있게된다.

한편, 상기 실험예에서는 테이블 습식 선별기를 이용하였으나, 광물의 대량처리를 위해서는 스파이럴 선별기(Spyral separator)를 사용함이 바람직하다.

상기 장치에서는 조건에 알맞은 선별작업을 위해서 광액농도를 적절히 이룬 후 펌프로 올려져 자연낙하하도록 되어지게 되는데, 낙하되어지는 혼합광물들은 여러구간의 수직방향의 나선형태로 설치되어진 원형통을 거쳐 내려오는 가운데 최종 하단부에서 중광물과 경광물로 선별되어지게 된다.

즉, 원형통을 타고는 중광물이 물의 세기에 영향을 받지않고 가운데로 모여져 내려오게 되고, 가벼운 경광물은 물의 힘에 따라 원통주변 즉, 밖으로 펼쳐지면서 하방으로 내려오기 때문에 폐석고에 들어있는 중금속을 석고와 쉽게 선별이 가능하게 되는 것이다.

따라서, 작업자는 아래에 관을 여러개 설치하여 중광물, 경광물 및 중간비중을 가진 광물을 선별한 후, 그중 석고품위가 매우 높은 경광물을 재자원화 하고, 중금속이 상대적으로 많이 함유되어져 있는 소량의 중광물 및 슬라임은 폐기처리함으로서 환경오염의 방지 및 외화낭비를 절감시킬 수 있게됨을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 발명은, 폐석고에 포함되어져 있는 불순물들을 보다 간단하고 효과적으로 대량 정제시킬 수 있게 됨으로서 기존 수입에 의존하던 석고원료의 수급을 대체할 수 있게되고, 이와함께 기존 재자원화로서 활용이 불가능하였던 폐석고를 국가적인 환경적 폐해 및 외화낭비를 줄일 수 있게되는 유용한 발명인 것이다.