자력선별에 따른 제강슬래그의 비소 및 중금속 흡착특성

윤성욱 ( Sungwook Yun ),김기욱 ( Kiwook Kim ),김기준 ( Kijoon Kim ),인현진 ( Hyunjin In ),최우석 ( Wooseok Choi ),유찬 ( Chan Yu ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

제강슬래그는 철강제품의 생산과정에서 발생되는 산업부산물로서 비소 및 중금속의 안정화에 유용한 철, 망간, 알루미늄, 칼슘 등이 풍부하게 함유되어 있기 때문에 비소 및 중금속 오염토양의 복원을 위해 안정화제로 적용된 사례가 많다. 그러나 제강슬래그는 제조공정에 따라 종류가 다르고, 동일한 종류의 제강슬래그라도 그 구성 성분이 발생장소와 시기에 따라 차이가 크며, 괴(Massive)상태로 분쇄과정과 야지에서 에이징(Aging)과정을 거치게 되어 품질에 많은 차이가 있다. 이러한 문제점에도 불구하고 토양복원 현장에서는 특별한 품질관리 규준이 없이 일반적인 제강슬래그 명칭만으로도 복원설계에 반영되어 사용되고 있다. 현재 기존의 관련 연구들을 보면 안정화제로서 제강슬래그의 효과는 다양한데 이는 제강슬래그의 품질의 차이와도 관계가 있을 것으로 판단된다. 따라서 토양복원을 위한 안정화제로 제강슬래그를 이용하여 효과를 기대하기 위해서는 양질의 제강슬래그의 사용이 필수적이다. 그러나 제강슬래그에 대해서는 구성성분의 함량에 따른 오염성분의 처리효율과 관련된 연구는 미미하기 때문에 제강슬래그의 품질관리를 위한 최소의 기준제시도 어려운 실정이다. 본 연구에서는 일반 제강슬래그에 대하여 자력선별기의 자력세기 및 운전속도를 조절하여 구성성분의 함량이 다른 총 9가지의 제강슬래그를 시험적으로 생산하였으며, 총 9가지의 제강슬래그에 대하여 수용액 환경에서 비소 및 중금속 성분에 대한 흡착효율을 검토하기 위해 흡착시험을 실시하였다.

제강슬래그와 석회석을 이용한 비소오염 농경지 토양 안정화 연구

이민희,전지혜,Lee, Min-Hee,Jeon, Ji-Hye 대한자원환경지질학회 2010 자원환경지질 Vol.43 No.4

제강슬래그와 석회석을 이용하여 비소로 오염된 농경지 토양으로부터 비소 용출을 안정화 시키는 배치 및 대형 칼럼 실험을 실시하여, 제강슬래그와 석회석이 토양 내 비소안정화에 효과적으로 사용될 수 있음을 입증하였다. 토양의 비소 농도가 토양오염우려기준 농도의 약 2배(12.3 mg/kg)인 전남 광양 주변 초남광산 주변에 위치한 밭토양을 대상으로 안정화 실험을 실시하였으며, 안정화제로 사용한 제강슬래그 이화학분석 결과 비소 공침 효과가 높은 Ca, Fe, Al, Mg 산화물 함량이 70% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 안정화제 종류별 비소 용출 저감 효과를 규명하고 최적 안정화제 주입 비율을 선정하기위한 배치실험을 실시하였다. 오염토양 대비 석회석(또는 제강슬래그)의 첨가 비율을 1, 2, 3% 로 설정하여 비소 용출 저감 효율을 규명하는 실험을 실시하였으며, 석회석과 제강슬래그를 다양한 비 율로 혼합한 혼합안정화제도 실험에 사용하였다. 배치실험 결과 오염토양으로부터 용출되는 비소 농도는 1% 와 3% 석회석 첨가에 의해 안정화제를 첨가하지 않은 오염 토양의 비소 용출 농도 대비 각각 51%, 62% 감소하였다. 1%와 3% 제강슬래그를 오염토양에 첨가한 경우 비소 용출 농도는 각각 46%, 52% 감소하였다. 석회석 1%+제강슬래그 1%, 석회석 1%+제강슬래그 2%, 석회석 2%+제강슬래그 1%를 첨가하여 실험한 경우, 비소 용출농도는 각각 63%, 62%, 72% 감소하였다. 비소 용출 농도 및 용출 누적량을 계산하여 안정화공법에 의한 비소 오염 토양의 장기적 안정화를 예측하고자 인공강우에 의한 연속 용출 실험을 실시하였다. 배수시스템 및 격자형의 하부 스크린이 설치된 직경 15 cm, 높이 100 cm 의 대형 아크릴 칼럼을 제작하였으며, 용출시험 결과로부터 비소 용출 저감 효과가 뛰어난 석회석 2%+제강슬래그 1%를 혼합하여 연속 칼럼 실험의 안정화제로 사용하였다. 안정화제를 첨가하지 않은 칼럼의 경우 인공강우에 의한 비소 용출 농도는 시간이 지남에 따라 약 $50-80\;{\mu}g/L$ 를 유지하였다. 2% 석회석과 1% 제강슬래그를 오염토양과 혼합한 칼럼의 경우 비소 용출 농도는 1년 이내에 80% 이상 감소하였으며, 지하수 생활용수기준치인 $50\;{\mu}g/L$ 보다 낮게 나타나 오염토양으로부터의 비소의 안정화 효과는 매우 높은 것으로 나타났다. 석회석과 제강슬래그의 비소 안정화 기작을 규명하기위해 석회석과 제강슬래그를 3가비소(arsenite) 용액과 혼합하여 반응시 켜 공침된 광물 결정에 대하여 SEM/EDS 분석을 실시한 결과 방해석($CaCO_3$) 이외에 포틀랜다이트(portlandite)와 칼슘-비소 산화물(Ca-As-O 계열)이 추가로 생성된 것으로 나타났으며, 이러한 추가 생성 광물에 의한 비소 포획이 주요 비소 고정 기작인 것으로 나타났다. The stabilization process using limestone ($CaCO_3$) and steel making slag as the immobilization amendments was investigated for As contaminated farmland soils around Chonam abandoned mine, Korea. Batch and continuous column experiments were performed to quantify As-immobilization efficiency in soil and the analyses using XRD and SEM/EDS for secondary minerals precipitated in soil were also conducted to understand the mechanism of Asimmobilization by the amendments. For the batch experiment, with 3% of limestone and steel making slag, leaching concentration of As from the contaminated soil decreased by 62% and 52% respectively, compared to that without the amendment. When the mixed amendment (2% of limestone and 1% of steel making slag) was used, As concentration in the effluent solution decreased by 72%, showing that the mixed of limestone and steel making slag has a great capability to immobilize As in the soil. For the continuous column experiments without the amendment, As concentration from the effluent of the column ranged from 50 to $80\;{\mu}g/L$. However, with 2% limestone and 1% steel making slag, more than 80% diminution of As leaching concentration occurred within 1 year and maintained mostly below $10\;{\mu}g/L$. Results from XRD and SEM/EDS analysis for the secondary minerals created from the reaction of the amendments with $As^{+3}$ (arsenite) investigated that portlandite ($Ca(OH)_2$), calcium-arsenite (Ca-As-O) and calcite ($CaCO_3$) were main secondary minerals and the distinct As peaks in the EDS spectra of the secondary minerals can be observed. These findings suggest that the co-precipitation might be the major mechanisms to immobilize As in the soil medium with limestone and steel making slag.

점토와 혼합된 제강슬래그의 이온 용출 및 재활용 가능성 평가

김형주,이현기,함태규,정소희,김형수 한국지반환경공학회 2024 한국지반환경공학회논문집 Vol.25 No.5

본 연구에서는 재활용 시 도로용이나 지반 보강재로 사용되는 전기로 제강슬래그의 입경별 중금속 용출 실험과 제강슬래그와 점토를 혼합한 혼합비별 공시체의 이온 용출을 실험하여 환경적 특성을 분석하였다. 폐기물 공정시험결과 시료 시험항목에서 중금속은 검출되지 않은 것으로 나타났으며, 물과 접하지 않은 제강슬래그의 경우 용출이 일어나지 않는 것을 알 수 있었으나, 제강슬래그의 중금속 용출 실험을 진행하여 ICP-OES 분석한 결과 일부 중금속이 검출되었다. 제강슬래그가 물과 반응하면 제강슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 화학반응이 일어나 용출이 되는 것을 알 수 있었다. 제강슬래그의 입경별 용출 실험을 진행한 결과 가장 많은 용출이 일어난 알루미늄의 경우 입경이 작을수록 커지는 것으로 나타났으며, 제강슬래그와 점토를 혼합한 혼합토의 경우 제강슬래그의 함량이 증가할수록 알루미늄의 용출량은 증가하였다. 그러나 제강슬래그만을 사용했을 때보다 제강슬래그와 점토의 혼합토에서 용출되는 알루미늄의 양이 현저히 낮아졌으며, 다른 중금속들도 용출되는 양이 기준치 이하로 나타났다. 그러므로 제강슬래그와 점토의 혼합토를 재활용하여 도로용이나 성토용 재료로 사용 시 중금속의 용출에 대한 우려는 매우 낮아질 것으로 사료된다. 이러한 결과는 순수 제강슬래그만을 사용하는 것보다 제강슬래그와 점토를 혼합한 재료가 친환경적으로 지속가능하고 안전한 대안이 될 수 있다고 판단된다. In this study, the environmental implications of electric arc furnace steel slag, commonly used in road construction and soil reinforcement, were examined. Experiments were conducted to assess the leaching of heavy metals based on particle size and to investigate ion leaching from specimens with varying mixtures of steel slag and clay. The official waste test revealed no detectable heavy metals in the sample items. However, when subjected to leaching experiments and analyzed using ICP-OES, certain heavy metals were found. The reaction of steel slag with water, facilitated by free CaO within the slag, was identified as the cause of leaching. Results showed that aluminum, exhibiting the highest leaching rate, displayed an inverse relationship with particle size. In mixed soil containing steel slag and clay, higher steel slag content resulted in increased aluminum leaching. Nonetheless, the quantity of leached aluminum was notably lower in mixed soil compared to pure steel slag. Furthermore, leaching of other heavy metals remained within acceptable limits. These findings suggest that recycling mixed soil of steel slag and clay for road construction or soil stabilization presents reduced environmental risks compared to using steel slag alone. Utilizing such mixtures could offer an environmentally sustainable and safe alternative.

영가철(Zerovalent Iron)과 제강슬래그를 이용한 비소(V) 및 록살슨(Roxarsone) 오염토양의 비소 안정화 효율 평가

임정은(Jung Eun Lim),김권래(Kwon Rae Kim),이상수(Sang Soo Lee),권오경(Oh Kyung Kwon),양재의(Jae E Yang),옥용식(Yong Sik Ok) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.6

다양한 오염원을 통해 토양에 유입된 비소는 작물을 통해 인체로 전이되어 심각한 질환을 유발한다. 특히 가금류 사료에 첨가되는 록살슨(roxarsone)의 경우 퇴비 중에 포함되어 토양으로 유입되면 독성이 강한 무기비소로 변환된다. 본 연구에서는 비소 오염토양의 안정화 공법 적용을 위해 산업부산물인 영가철과 제강슬래그를 투입하여 토양 내 비소의 안정화 연구를 수행하였다. 비소(무기비소)와 록살슨(유기비소)으로 오염된 토양에 영가철 및 제강슬래그를 0%(w/w), 1%(w/w), 3%(w/w), 5%(w/w) 처리하고 30일 간 반응시킨 후 비소의 저감정도를 살펴본 결과 왕수추출에 의한 비소의 총함량은 무처리구에서 비소 오염토양이 2,285mg/kg, 록살슨 오염토양이 6.5 mg/kg으로 나타났다. 1 N HCl 가용성 비소는 비소 오염토양의 무처리구가 1,351 mg/kg, 영가철 처리구가 713~1,034 mg/kg로 무처리구 대비 최대 40% 이상 감소하였다. 제강슬래그 처리구의 경우 1 N HCl 가용성 비소농도가 소폭으로 감소하였으며 5% 처리구(1,245 mg/kg)에서 통계적으로 유의성 있는 감소효과가 나타났다. 록살슨 오염토양에서는 영가철 1~5% 처리 시 비소의 농도가 0.69~3.13 mg/kg으로 처리 간에 유의성 있게 감소하는 경향을 나타내었으며 제강슬래그의 처리는 통계적으로 유의성 있는 감소효과는 발생하지 않았다. 특히 록살슨 오염토양은 영가철과 제강슬래그 처리 시 검출되는 비소의양이 무처리구보다 증가하는 것으로 나타나 유기비소인 록살슨이 무기비소로 변환되는 과정에서 영가철과 제강슬래그가 영향을 끼친 것으로 판단되었다. 0.01 M CaCl₂ 에 의한 추출(유효태 비소) 결과 비소오염토양의 무처리구 유효태 비소농도는 0.85 mg/kg, 영가철 5% 처리구에서 0.06 mg/kg로 무처리구 대비 90% 이상 감소하였다. 비소오염토양에 대한 제강슬래그 처리에서는 제강슬래그에 함유된 인과 토양 내 비소가 경쟁하면서 처리량이 증가함에 따라 비소농도가 증가하였다. 록살슨 오염토양의 경우 영가철과 제강슬래그 처리량 증가에 따라 비소의 농도가 감소하였으나 무처리구에 비하여 비소가 높게 검출되었다. 이는 토양에 투입된 영가철과 제강슬래그가 유기비소에서 무기비소로의 변환과정에 영향을 준 것으로 판단된다. 특히 토양 내 인산과 비소는 철에 대해서 경쟁반응을 하는데 이는 영가철 처리 시 검출되는 비소농도에 영향을 미친 것으로 판단되었다. The objective of this study was to evaluate the efficiency of zerovalent iron and basic oxygen furnace slag on arsenic stabilization in soils. For this, arsenic (V) contaminated soil and roxarsone contaminated soil were incubated after incorporation with zerovalent iron (ZVI) or basic oxygen furnace slage (BOFS) at four different levels (0%, 1%, 3%, and 5%) for 30 days and then the residual concentrations of arsenic were analysed following extraction with aqua reqia, 1N HCl and 0.01 M CaCl₂. The total concentration of arsenic was 2,285 mg/kg in the As(V) contaminated soil and 6.5 mg/kg in the roxarsone contaminated soil. 1 N HCl extractable arsenic concentration in the As(V) contaminated soil was initially 1,351 mg/kg and this was significantly declined by 713~1,034 mg/kg following incubation with ZVI while BOFS treatment showed no effect on the stabilization of inorganic arsenate except 5% treatment which showed around 100 mg/kg reduction in 1N HCl extractable arsenic. Similarly, in the roxarsone contaminated soil 1N HCl extractable concentration of arsenic was reduced from 3.13 mg/kg to 0.69 mg/kg with ZVI treatment increased from 1% to 5% while BOFS treatment did not lead to any statistically significant reduction. Available (0.01M CaCl₂ extractable) arsenic was initially 0.85 mg/kg in the As(V) contaminated soil and this declined by 0.79 mg/kg following incorporation with 5% ZVI, which accounted for more than 90% of the available As in the control. When As(V)-contaminated soil was treated with BOFS, the available arsenic was increased due to competing effect of the phosphate originated from BOFS with arsenate for the adsorption sites. For the roxarsone contaminated soil, the greater the treatment of ZVI or BOFS, the lower the available arsenic concentration although it was still higher than that of the control.

아스팔트 혼합물 골재 활용을 위한 제강슬래그 기초물성 및 환경특성 분석

이호정,김현욱,김동훈,김준광 한국도로학회 2015 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.10

철강슬래그는 철을 생산하는 과정에서 발생되는 산업부산물로, 발생되는 공정에 따라 크게 고로슬래그 와 제강슬래그로 분류된다. 고로슬래그는 포틀랜드시멘트와 화학성분이 유사하고 잠재수경성이 있기 때 문에 시멘트원료 또는 혼화재 등으로 사용되나 제강슬래그의 경우 함유된 유리석회로 인하여 팽창성 및 환경적인 문제를 야기시킬 수 있어 대부분 성토용, 도로보조기층 및 기층용 등 비교적 저부가가치 재료로 활용되고 있다. 하지만 제강슬래그는 강한 마모저항 성능과 일반골재에 대비하여 높은 밀도를 갖고 있기 때문에 아스팔트 혼합물의 골재로서 사용이 가능하다. 또한 천연골재의 부족으로 인하여 대체골재에 대한 필요성이 높아지고 골재 소요량의 40%이상을 재활용골재로 사용하는 환경부 고시가 2016년 시행 예정이 기 때문에 제강슬래그의 활용이 증가될 것으로 판단된다. 이에 따라 본 연구는 제강슬래그를 아스팔트 혼 합물 골재로 활용하기 위한 기초물성 및 환경성 평가를 실시하여 활용성을 평가하였다. 본 연구는 포스코 광양제철소에서 생산된 3개월 이상 에이징된 제강슬래그(전로슬래그 90%, 전기로슬 래그 10%)를 사용하였으며 철강슬래그에 대한 기본적인 골재성능 특성과 아스팔트재료에 적합한 품질성 능을 평가하고자 수침팽창비, 편장석 함유량, 마모율, 골재의 파쇄면, 입도/밀도/흡수율, 안정성을 평가 하였으며 환경성 평가를 위하여 유해물질 함유량 기준(폐기물공정시험기준 2014, 토양오염공정시험기준 2013)에 따라 각각 유해성분 함량을 측정하였다. 제강슬래그의 기초물성 및 환경성 평가 실험결과 높은 밀도로 인하여 외력에 반응하는 저항성이 기존 골재보다 우수하고 침수팽창이 전혀 일어나지 않았으며 유해물질 또한 검출되지 않았다. 따라서 제강슬래 그는 아스팔트 혼합물의 골재로 사용하기 적합한 것으로 분석되었다.

제강슬래그와 폐아스콘을 활용한 아스팔트 포장 시험시공

이호정,김현욱,최정필,서오진,김낙석,장동복 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

최근 자연환경보전에 관한 법률이 강화되면서 도로포장용 골재 채취 및 석산의 신규개발이 제한되어 양질의 골재 수급이 어렵다. 특히 골재 소요량의 40% 이상을 재활용골재로 사용해야 하는 재활용골재 의 무 사용 환경부 고시가 시행되어 재활용골재 활용에 대한 관심이 높아지고 있다. 이와 같이 재활용골재 활용에 대한 필요성이 높아짐에 따라 다양한 산업부산물 및 폐기물을 골재로 활용하기 위하여 많은 연구 진행되고 있다. 특히 산업부산물 중 제강슬래그는 연간 발생량이 약 600만 톤으로 대량 발생되고 있지만 노반재나 성토재 등 저부가가치 재료로 활용되거나 매립되어 활용성이 떨어진다. 하지만 제강슬래그의 선 행연구결과 밀도, 마모감량 등 국내 도로용 골재기준을 충분히 만족하고 있으며 폐기물 및 토양오염에 대 한 환경기준도 만족하여 도로용 아스팔트 콘크리트에 활용이 가능할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 폐아스콘과 제강슬래그를 활용한 아스팔트 포장공법을 개발하기 위하여 폐아스콘과 제강슬래그의 혼입비율과 입도를 달리한 아스팔트 혼합물을 배합하여 변형강도(Deformation strength: SD) 실험, 반복주행(Wheel tracking) 실험, 회복탄성계수(MR) 실험 등 다양한 실내실험을 수행하여 아스 팔트 혼합물에 대한 공용성능을 분석하였다. 분석된 공용성능을 토대로 폐아스콘과 제강슬래그의 혼입비 율과 합성입도를 달리하여 인천지역에 4개구간 약 50m, 전남지역에 6개구간 약 300m 시험시공을 실시하 였다. 본 연구에서는 광양제철소에서 생산된 3개월 이상 에이징된 제강슬래그(전로슬래그 90%, 전기로슬래 그 10%)와 각 시험시공 지역에서 수급된 폐아스콘을 사용하였으며 아스팔트 바인더는 본 연구를 위하여 S사에서 개발한 중온기능과 재생첨가제를 포함하여 폐아스콘과 제강슬래그 활용에 적합하게 설계된 제품 (WMRA, Warm Mixed Reclaimed Asphalt)을 사용하였다. 폐아스콘과 제강슬래그를 활용한 아스팔트 포장 시험시공의 안정도, 공극율 등 검사시험성적 결과 품 질기준에 모두 만족하여 현장적용에 문제가 없을 것으로 판단되며 추후 추적조사를 통하여 균열 및 소성 변형에 대한 지속적인 검토를 수행할 계획이다.

제강슬래그 미분말의 치환율에 따른 콘크리트의 공극 구조 및 내구성 평가

홍세희(Hong,Se-Hee),원천봉(Yuan,Tian-Feng),최진석(Choi,Jin-Seok),윤영수(Yoon,Young-Soo) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.1

본 연구에서는 4종의 제강슬래그 미분말 치환율을 고려하여 콘크리트의 공극 구조 및 내구성을 분석하였다. 제강슬래그 미분말이 혼입된 콘크리트는 수화반응이 지연되어 콘크리트 내 겔 공극 및 모세관 공극의 형성을 증가시켰으며;제강슬래그 미분말이 20% 치환되었을 때 가장 큰 누적 공극량이 나타났다. 제강슬래그 미분말의 혼입으로 인해 내구성능이 저하하였으며;이는 제강슬래그 미분말의 혼입으로 인한 공극 구조의 변화에 기인한다. 동결융해 저항성능의 경우;제강슬래그 미분말이 10% 치환된 변수는 80% 이상의 상대 동탄성 계수가 나타났으며;제강슬래그 미분말의 치환율 15% 이내에서는 유사한 탄산화 깊이가 예측되었다. 또한;제강슬래그 미분말 혼입 콘크리트는 염화물 이온 침투 저항성능이 우수하게 나타났다. 이에 따라;추가적인 연구를 통해 제강슬래그 미분말을 15% 치환하여 동결융해 저항성능을 확보할 경우;시멘트 대체재로 활용이 가능할 것으로 판단된다. This study analyzes the pore structure and durability of concrete according to four different ratios of steelmaking slag powder (SSP). Concrete containing SSP increased the formation of gel and capillary pores due to delayed hydration;and the largest cumulative pore volume was observed when the incorporation ratio was 20%. In terms of durability;the incorporation of SSP had decreased performance compared to concrete without SSP (NN);which was due to changes in the pore structure caused by incorporating SSP. In the case of the freezing and thawing resistance;concrete containing 10% SSP showed a remarkable relative dynamic elastic modulus of more than 80%;and a similar carbonation depth was predicted within 15% of SSP. In addition;the resistance performance of chloride ion migration in concrete with SSP was excellent. Accordingly;it can be utilized as a supplementary cementitious material if the freezing and thawing resistance of concrete containing 15% SSP is secured.

제강슬래그와 CaO를 이용한 폐광산 주변 중금속 오염 농경지 토양의 안정화 처리 연구

손정호,노훈,이선영,김성규,김길홍,박중규,양재규,장윤영,Son, Jung-Ho,Roh, Hoon,Lee, Sun-Young,Kim, Sung-Kyu,Kim, Gil-Hong,Park, Joong-Kyu,Yang, Jae-Kyu,Chang, Yoon-Young 한국지하수토양환경학회 2009 지하수토양환경 Vol.14 No.6

비소 및 여러 양이온 중금속으로 오염된 풍정광산 주변 밭토양 및 논토양의 안정화처리를 위해 CaO 및 제강슬래그를 여러 혼합비로 사용하였을 때의 적용성을 회분식 및 컬럼반응기를 이용하여 연구하였다. TCLP 용출시험법을 이용하여 안정화제 처리 전후의 중금속 고정화도 변화를 평가하였다. 안정화제로 제강슬래그만 사용한 경우에는 비소 및 양이온 중금속 모두에서 고정화도가 15% 이하로서 높지 않았다. 이러한 것은 제강슬래그 주요 성분인 $Fe_2O_3$와 $SiO_2$에 의한 중금속들의 안정화효과가 크지 않은 것과 제강슬래그 자체에 함유된 CaO에 의한 토양 pH 상승효과가 용출실험에 사용한 TCLP 용액의 산성도에 의해 상쇄된 것에 기인하여 나타난 것으로 여겨진다. CaO와 제강슬래그를 함께 사용한 경우에는 주입비율의 차이에 따른 양이온 중금속 제거율은 큰 변화가 없었으나 제강슬래그의 비를 높여 줄수록 비소의 제거율의 증가를 가져왔다. 컬럼실험에서도 CaO와 제강슬래그를 함께 주입한 경우 비소 및 양이온 중금속들의 용출농도는 처리기간 동안 수질배출허용 기준이하로 나왔다. 이것은 양이온 중금속의 경우 CaO 사용에 따른 pH 증가함에 따른 중금속의 고정화, 비소의 경우는 CaO에서 유리된 $Ca^{2+}$와 $AsO_4^{3-}$와의 반응에 의해서 생성되는 난용성의 $Ca_3(AsO_4)_2$가 생성되는 것에 기인한 결과로 판단된다. 비소 및 양이온 중금속이 함께 오염된 토양의 안정화에 CaO와 제강슬래그를 함께 주입할 경우 복합오염물질을 효과적으로 안정화처리가 가능함을 알 수 있었다. Applicability of CaO and steel slag as stabilizers in the treatment of field and paddy soils near Pungjeong mine contaminated with arsenic and cationic heavy metals was investigated from batch and column experiments. Immobilization of heavy metals was evaluated by TCLP dissolution test. Immobility of heavy metal ions was less than 15% when steel slag alone was used. This result suggests that $Fe_2O_3$ and $SiO_2$, known as the major component of steel slag, have little effect for the immobilization of heavy metal ions due to acidity of TCLP solution. Immobilization of cationic heavy metals was little affected by the ratio of CaO and steel slag while arsenic removal was increased as the ratio of steel slag to CaO increased. In the column test, concentrations of both arsenic and cationic heavy metals in effluents were below the water discharge guideline over the entire reaction period. This result can be explained by the immobilization of cationic heavy metals from the increased pH in soil solution as well as by the formation of insoluble $Ca_3(AsO_4)_2$. From this work, it is possible to suggest that arsenic and cationic heavy metals can be concurrently stabilized by application of both CaO and steel slag.

폐수 내 인 흡착 제거를 위한 제강슬래그와 활성탄 비교

이승한(Seung-Han Lee),김창규(Chang-Kyu Kim),박정근(Jung-Geun Park),최동광(Dong-Kwang Choi),안종화(Johng-Hwa Ahn) 大韓環境工學會 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.5

본 연구에서는 제강슬래그와 활성탄의 수중의 인 제거 효율을 비교하였다. 제강슬래그는 0.5~2.0 g/200 mL, 활성탄은 3.0~6.0 g/200 mL를 주입하여 흡착실험을 진행하였다. 제강슬래그의 양에 따른 제거 효율은 60분의 실험 결과 47~99%, 활성탄은 240분의 실험 결과 81~98%를 보였다. 흡착등온식을 적용하였을 때 Langmuir식에 더 적합하였으며 제강슬래그와 활성탄의 흡착능력을 비교하였을 때, 이론적 최대흡착량(Q0)은 제강슬래그에서 91 mg/g, 활성탄에서 27 mg/g으로 나타났다. 또한 반응속도는 유사 2차식을 따르며 속도상수(k2)는 제강슬래그에서 0.023~0.136 g/mg.min, 활성탄에서 0.025~0.122 g/mg.min으로 나타났고, 평형에서의 흡착량(qe)은 제강슬래그가 10.8~18.4 mg/g, 활성탄은 3.30~5.49 mg/g로 나타났다. pH의 경우 초기 pH 2에서 제강슬래그와 활성탄 모두 가장 높은 인 제거효율을 나타내었다. 따라서 폐수 내 인 제거 면에서 제강슬래그가 활성탄에 비해 우수하였다. This study investigated the potential use of steel slag (SS) (0.5~2.0 g/200 mL) for the removal of phosphate from wastewater compared with activated carbon (AC) (3.0~6.0 g/200 mL). The adsorption equilibrium data were best represented by Langmuir isotherm and its calculated maximum adsorption capacity was 91 mg/g for SS, 27 mg/g for AC. The adsorption kinetics was found to follow the pseudo-second order kinetics model and its rate constant was 0.0232~0.1357 g/mg·min for SS, 0.0247~0.1221 g/mg·min for AC. The overall uptake for the SS and AC was maximum at pH 2. Therefore, it can be concluded that steel slag could play an effective role in reducing phosphate concentration compared with activated carbon.

중금속 오염 하천퇴적토 및 광미오염토양에 대한 고화재의 혼화재로서 제강슬래그의 처리효과

윤성욱,김하진,김기욱,인현진,김기준,유찬 경상대학교 농업생명과학연구원 2014 농업생명과학연구 Vol.48 No.2

본 연구에서는 중금속 오염토양 및 광미의 고형화 처리를 위한 보통 포틀랜드 시멘트의 혼화재로서 제강슬래그의 처리효과를 검토하였다. 대상시료는 충청남도 청양군 남양면 구룡리의 구봉광산 주변 하천퇴적토와 강원도 영월군 상동읍 내덕리의 상동광산에 위치한 광미를 채취하여 사용하였다. 경화제는 시멘트 95%에 제강슬래그 분말 5%를 혼합하여 제조하였으며, 하천퇴적토 및 광미오염토양에 5%, 10% 및 15%(w/w)의 경화제를 첨가하였다. 이때 이 결과들은 시멘트만을 사용한 것과 Ca 함량이 제강슬래그 보다 상대적으로 높은 굴폐각 분말을 사용하여 배합한 결과와 함께 비교하였다. 공시체는 지름 5cm, 높이 10 cm의 몰드를 이용하여 혼합토를 채워 넣은 후, 습윤양생기에서 1일간 양생시킨 다음 탈형 후, 수조에 수중양생을 실시하였다. 7일, 14일 및 28일 경과된 시료를 대상으로 강도시험 및 중금속 용출시험을 실시하여 처리효과를 비교·검토하였다. 광미시료의 경우, 시멘트, 제강슬래그 그리고 굴폐각 순으로 강도개선의 효과가 큰 것으로 나타나 제강슬래그의 효과를 확인할 수 없었고, 하천퇴적토의 경우는 혼합비 15%에서 제강슬래그를 혼합한 경우에서 우수한 효과를 나타내 혼화재로서 적용을 기대할 수 있을 것으로 판단되었다. 폐기물용출시험 및 0.1 N 염산추출법 결과 경화제의 혼합비가 증가할수록 중금속 및 비소의 농도가 감소하는 경향이 나타났고 특히 비소에 있어서는 제강슬래그의 효과가 가장 좋게 나타났다. 산도가 가장 높은 1N 염산추출법의 결과에서는 광미의 경우 대조구 보다 제강슬래그로 처리한 시료에서 중금속 및 비소의 농도가 아주 낮게 나타났다. 그러나 하천퇴적토는 대조구와 큰 차이가 없이 중금속 및 비소가 용출되었다. 이는 하천퇴적토가 95%이상의 모래로 토양의 입경이 크기 때문에 상대적으로 중금속의 고정화율이 상대적으로 낮은 것으로 판단되었다. This study examined the treatment effect of steel refining slag as an admixture of general Portland cement for stabilization/solidification of heavy metal-contaminated soil and mine tailings. For soil samples, stream sediment of Gubong Mine located in Guryong-ri, Namyang-myeon, Cheongyang-gun, Chungcheongnam-do, and mine tailings of Sangdong Mine in Naedeok-ri, Sangdong-eup, Yeongwol-gun, Gangwon-do were sampled and used. A soil stabilizing cement was produced by mixing cement 95% and steel refining slag powder (SSP) 5%, and 5%, 10%, and 15%(w/w) of soil stabilizing cements were added to stream sediment and mine tailings-contaminated soil. Here, one that soil sample was treated with only cement (CMT) was compared with the other that oyster shell powder (OSP) that contained comparatively higher Ca and lower Fe than steel refining slag was used as an admixture and mixed in the same way as above. The test piece specimens were filled with mixing-treated soil by using a mold 5cm in diameter and 10cm in height, and then they were cured for a day in the moist curing machine and the form was removed, and water curing was performed in the water tank for 7, 14, and 28 days. After each curing was completed, the treatment effect of steel refining slag was examined by conducting a strength test and a heavy metal solubility test. For mine tailings of Sangdong Mine, it turned out that cement, steel refining slag, and oyster shell had high strength improvement effects in order, and stream sediment of Gubong Mine, sandy soil with big particles, showed an outstanding effect when mixed with steel refining slag in the mixture ratio of 15%, which indicates that it could be used as an admixture. As a result of a waste standard test and 0.1 N HCl extraction, as the mixture ratio of the soil stabilizing cement increased, concentrations of heavy metal and arsenic tended to decrease, and especially for arsenic, the effect of steel refining slag turned out to be the highest. As a result of extraction of 1N HCl, having the highest acidity, for mine tailings of Sangdong Mine, soil treated with steel refining slag had much lower heavy metal and arsenic than the control group. However, for stream sediment of Gubong Mine, heavy metal and arsenic were leached, showing no significant difference from the control group. It is thought that this phenomenon occurred because the binding ratio of heavy metal is relatively low due to the large particle size of Gubong Mine stream sediment, over 95% of which is sand.