폐석고의 재자원화를 위한 정제 처리방법

폐석고의 재자원화를 위한 정제 처리방법{A HARMFUL OBJECT CONCENTRATION METHOD OF JUNK GYPSUM}

본 발명은 폐석고의 재자원화를 위한 정제 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산업 페기물로 발생되어 야적되어져 있는 폐석고를 보다 효과적으로 정체 처리하여 고순도의 정제석고 자원으로 재활용할 수 있도록 하기위한 정체 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 폐석고는 탈황공정 및 인산, 불산, 붕소, 티타늄 제조 과정시에 대량으로 발생하는데 이렇게 생산되는 석고는 자체내에 유해불순물을 함유하고 있어 이대로는 시멘트 및 석고보드 등의 제품에 직접적으로 사용될 경우 강도 및 내구성을 저하시킬뿐더러 처리량의 한계로 인하여 실효를 거두지 못하고 있다. 또 그대로 자연에 퇴적하면 이로 인한 지하수 오염 위험이 커진다.

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

그러나, 인산 추출과정에서 폐기물로 생성되는 폐석고는 일반 석고와는 달리 수화반응에 따른 응고현상이 없기 때문에, 위와 같은 일반 석고의 용도로 사용될 수가 없다.

그리고, 폐석고의 입자들을 살펴보면 100마이크론 정도록 구성되어 있는데, 이 안에는 중금속 즉, 카드늄, 비소, 납, 크롬 등이 함유되어있어 폐기처분 대상으로 분류되어져 있으나, 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 분리 선별할 수 있는 정제 처리방법을 제공함으로 폐석고의 재자원화를 통한 자원절약효과를 이룰 수 있도록 하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명 정제 처리방법의 과정 흐름도.

이하, 본 발명에 따른 정제 처리과정의 보다 구체적인 실시예를 살펴보기로 한다.

폐석고내의 함유된 중금속 등 기타 불순물을 분리, 선별하기 위해서는 일정 농도의 펄프 농도를 맞추어 풀어주어야 하며, 이들의 입단이 불균일하게 존재하고있기 때문에 입단들의 구획을 구분지어야 한다.

<1단계 해쇄공정>

먼저, 야적되어있어서 엉겨있거나 뭉쳐있는 상태의 폐석고는 선별공정에 들어가기 전 Attrition mill장치를 이용하여 뭉쳐진 입자를 풀어주게 되는데, 이 장치는 고속으로 운전할 경우 입자들이 분쇄되기 때문에 임펠러를 70~120rpm 정도의 저속으로 회전시키고, 볼의 사용양도 2mm정도의 크기를 시료양의 50%정도로 투입하여 물을 약 25중량%로 약 1분간 회전시켜 가면서 엉겨있던 폐석고 입자를 풀어주게 된다.

이에따라 폐석고는 일정입도(약 100㎛ 내외)를 이루는 낱알갱이 형태로 해쇄되어지게 되는데, 이때의 석고품위는 약 70중량%이고 나머지 30중량% 정도는 검은색 또는 회색의 불순물로서 미반응된 인광성, 자철석, 황철석, 방연석, 석영 등이 존재해 있어 순수석고라 할 수 없다.

<2단계 싸이클론공정>

상기 해쇄된 폐석고에 함유되어있는 30중량%의 불순물들을 분리선별하기 위해 통상의 싸이클론 장치을 이용하면 비중이 큰것은 아래로 떨어지고, 가벼운 것은 회오리, 즉 토네이도 형성으로 가운데 모여질때 옆으로 뽑아내면 싸이클론에 의해 불순물 즉 자철석, 방연석, 황철석 등을 분리해 냄으로서 70중량%였던 석고품위는 약 90중량%로 향상되게 된다.

이때에는 물과 폐석고의 농도를 약 40중량%로 알맞게 조절하여 싸이클론을 통과시키면 혼입 입자중 갈색, 검은색 등 유색의 광물들이 손쉽게 분리되어 흰색의순수석고가 선별되어질 수 있다.

<3단계 비중선별공정>

상기 과정을 거친 폐석고에는 아직도 불순물이 약 10중량%정도 남아있어 불순물량을 더욱 감소시켜야만 석고자원으로 산업원료 공급이 가능하게 된다.

따라서, 불순물과 석영 등중금속 유해물의 완전 제거를 위해 통상의 습식 스파이랄 선별기(Spyral separator)를 통과시키면 불순물중 황철석, 자철석이 대부분 선별되어 석고품위는 약 95중량%로 향상되어져 석고보드 등의 건축자재용으로 재활용이 가능하게 된다.

즉, 대체적으로 가는 입단과 굵은 입단을 선별기에 투입하여 물의 양을 조절하면 중금속 즉 폐석고의 비중은 2.2, 경도는 2의 물성과는 다른 무거운 금속물질(비중 3, 경도 5 정도)들의 불순물이 효과적으로 분리, 선별되어지게 된다.

상기 3단계까지의 선별을 마친 95중량% 순도의 정제석고는 석고보드로의 상품가치는 있다 할지라도, 아직도 석고입자 내부에는 중금속들의 미세입자가 존재하고 있기 때문에 수출용 고급석고로는 사용이 불가능한 상태이다.

<4단계 초음파 처리공정>

따라서, 이들의 추가적인 분리 제거를 위해서는 다른 실험에서는 할 수 없는 초음파(Ultra sonic) 장치로 미세고도 분쇄를 해주면 내부에 있는 미량의 중금속들이 따로 분리되어 99중량% 석고품위를 이루게 되는데, 이때 초음파의 주파수는 약 40~50kHz 범위에서 20초간 처리함이 바람직하며, 주파수를 너무 높게 설정하거나 처리시간을 과다하게 하는 경우에는 석고입자가 분쇄되어 선별력이 저하될 수 있다.

이와같이 선별된 순수석고는 의료용의 기브스석고, 플라스터석고, 충전제용 석고로 활용이 가능한 상태로서 전량 수입되는 천연석고를 대체할 수 있어 톤당 70,000만원 이상의 상품화가 가능하게 된다.

<5단계 미세고도 분리선별공정>

상기 초음파 처리에 의해 순수석고와 중금속 불순물이 입자형태와 미립자 분말형태를 이루게 되면, 경사 설치된 회전통이 장착되어져 있는 다중 비중선별기(Multi-Gravity Separator)로 정밀 조작선별을 수행하여 99% 순도의 정제석고가 추출되어질 수 있다.

한편, 상기 각 공정을 수행함에 따른 시료의 석고 및 불순물 함유량 변화에 대한 시료 실험을 수행한 결과는 하기 [표 1] 및 [표 2]에서와 같다.

<표 1>

<표 2>

상기 실험예에 나타내어진 바와같이, 상기한 5가지 단계 전공정을 순서대로 수행할 경우 99% 이상 순도의 고품위 정제석고(CaSO ₄ )가 재생산되어질 수 있게되어 자원 재활용에 큰 도움을 주는 이점을 나타내게 된다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 폐석고 정제 처리방법이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위안에 속한다 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 발명은, 폐석고에 포함되어져 있는 불순물들을 보다 간단하고 효과적으로 대량 정제시켜 고순도의 석고재료로 정제처리 함으로서 기존 수입에 의존하던 석고원료의 수급을 대체할 수 있게되고, 이와함께 기존 재자원화로서 활용이 불가능하여 야적되어져 있던 폐석고를 처리함으로서 국가적인 환경적 폐해 및 천연석고의 수입대체에 따른 외화낭비를 줄일 수 있게되는 효과를 나타낸다.