제철 slag의 유해성분 용출에 관한 조사 연구 : 고로 및 제강 slag를 중심으로

Abstract

[한글]

제철산업이 성장함에 따라 제철과정에서 부산물로 생성되는 막대한 양의 slag 처리는 커다란 사회문제로 재기되었다. Slag든 CaO, SiO^^2, Al^^2 O^^3의 물질을 주로 함유하고 있으며, 이외에 K^^2 O, MnO, Na^^2 O, MgO와 황등을 함유하고 있는데, 고로 slag는 주성분이 CaO(40.2%), SiO^^2(33.5%), Al^^2 O^^3(13.6%)이며, 재강 slag는 CaO(36.7%), SiO^^2(14.7%), Al^^2 O^^3(1.49%), T-Fe(27.7%)이다. 이러한 slag를 도로 포장재등으로 재활용함으로써 보다 그 유용성을 증대시킬 필요가 있다.

도로포장재로 slag를 재활용함으로서 slag에서 용출된 여러가지 물질에 의하여 식물의 생육이 저해될 수 있다. 따라서 식물의 생육에 피해를 줄 수 있는 물질이 slag에서 용출되는지를 알아볼 필요가 있다. 또한 우리나라는 급속한 공업화로 산성우의 피해가 점차 늘어가고 있기 때문에 산성우에 의한 slag의 용출 특성이 달라질 수 있다.

그러므로 고로화 제강 slag의 aging 기간에 따라서 탈이온수와 인공산성우에 의한 slag의 용출 성분과 그 특성을 알아보고자 하였다.

고로화 제강 slag를 공기중에 방치하여 10일, 90일, 180일 동안 aging한 후 탈이온수와 황산과 질산의 비가 6:4인 인공산성우(pH 4.0)를 이용하여 연속 교반에 의한 용출방법으로 각 시간동안 용출된 성분을 분석하였다.

고로 slag에서 탈이온수에 의하여 용출되는 물질은 Si, Al, Ca, Mg, K, Na, Zn, Pb, Co, As, 그리고 Cr 등이 검출되었고, 이러한 물질중 가장 많은 양이 용출되는 것는 Ca로 aging에 따라 다르나, 24시간 동안 용출하였을 경우 100∼160 ppm이었다. 그리고 Si와 K는 10 ppm 정도 용출되었고, 그 외의 물질은 아주 낮아 1∼100 pub 정도로 용출되었다. Ca, K, Si, Al 및 Na 등의 이온은 용출시간에 따라 용출량이 점차 증가하였으며, 철과 구리는 고로 slag에서 검출되지 않았다. 인공산성우에 의하여 용출되는 물질과 특성은 탈이온수와 뚜렷한 차이가 없었으며, 탈이온수와 인공산성우 모두 용출시험을 실시한 후 pH가 10 이상으로 높았다.

제강 slag는 K의 양이 고로 slag에 비하여 현저히 낮아 거의 검출되지 않았으며 Na, Mg, 그리고 Mn은 약 1 ppm 이하로 고로 slag보다 낮았다. 그러나 PH는 고로와 제강 slag사이에 뚜렷한 차이가 없었다. 또한 제강 slag에서 인공산성우로 용출한 경우에도 고로 slag에서와 마찬가지로 탈이온수로 용출한 경우와 차이가 없었다.

음이온중 인산염은 고로 slag에서 인공산성우로 용출하였을 경우 그 용출량이 증가하였고, 제강 slag에서는 거의 검출되지 않았다. 염소이온은 인산과 반대로 인공산성우에 의하여 용출량이 급격히 감소하였다. 플루오르이온은 고로 slag에 비하여 제강 slag에서 높

았고, 황산염은 고로와 제강 slag, 탈이온수와 인공산성우에 영향을 받지 않았다. 그리고 조사된 모든 음이온은 aging 기간에 뚜렷한 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

제강과 고로 slag에서 용출된 물질중 식물의 생육저해를 일으킬 수 있는 대표적인 물질은 중금속과 알루미늄으로 이러한 물질중 중금속, Pb, Cr, As등은 거의 검출되지 않거나 10 ppb 이하의 소량만이 용출되었으며, 알루미늄의 경우 약 10 ppm 정도의 다소 많은 양이 용출되었으나 알루미늄이 식물에 피해를 주기 위해서는 낮은 pH를 요구하며, 약 pH 6이상에서는 그 독성을 나타내지 않는다.

이상의 결과에서 식물의 생육에 영향을 줄 수 있는 물질은 있었으나 그 양에 있어서 극히 미량이므로 slag를 매립하거나 해안방파제, 도로포장재등으로 재활용하였을 경우 용출되어 나오는 물질에 의하여 농작물을 포함한 식물의 생육이 크게 저해 받으리라고 생각되지는 않는다. 그러나 slag에 의하여 탈이온수와 인공산성우에 관계없이 pH 10이상의 높은 알칼리성을 나타내기 때문에 이러한 용액이 토양내로 유출될 경우 높은 pH에 의하여 식물의 생육장애가 일어날 수 있다. 대부분의 식물은 pH7이나 8이하에서 최적의 생육을 나타내기 때문이다. 따라서 slag를 도로포장재등으로 재활용하기 위해서 pH에 의한 영향을 최소화할 필요가 있다고 사료된다.

[영문]

The growth of iron industry makes it difficult for us to treat an immense amount of slag, which is a by-Product of iron manufacture.

To cope with this situation, we need to make the most of slag as material for pavement of a road. But we must examine whether the harmful element which can check the growth of plants gushes out from slag or not. As at present korea gradually suffers from acid rain by rapid industrialization, rain acid can change the

characteristics of slag.

The purpose of this dissertation is to examine distilled water(D.W) according to the aging period of blastfurnace and steel slag, and the leached element and characteristics of slag by artificial rain acid.

The chemical substance detected by D.W in blastfurnace slag is Si, Al, Ca, Mg, K, Na, Zn, Pb, Co, As and Cr and especially Ca is most detected. The leached amount of ions such as Ca, K, Si, Al, Fe and Cu is not detected from slag. The substance leached by artificial acid rain and the characteristics are not different from those of D.W. pH of both D.W and artificial acid rain is above 10 after the leaching experiment.

The quantity of K is much smaller is steel slag than blastfurnace slag and, So is the quantity of Na, Mg, Mn and Zn. But PH doesn't show the striking difference between blastfurnace and steel slag. The case leached by artificial acid rain from

steel slag is not different from the case leached by D.W from blastfumace slag.

When PO**3- ^^4 is leached by artificial acid rain from blastfurnace slag, the leached quantity is increased and it isn't detected from steel slag. In case of Cl**- the leached quantity is rapidly decreased in contrast to that of PO**3-^^4. The leached quantity of F**- is larger in steel slag than blastfurnace slag. D.W, artificial acid rain, blastfurnace and steel slag don't have any influence upon SO**2-^^4. All the examined anions are not influenced by aging period.

The representive chemical substance which can check the growth of plants of all the leached substances from steel and blastfurnace slag is heavy metal and Al. A comparatively small quantity of heavy metal is leached and a slightly large quantity of Al is detected. But only a low degree of pH of Al can check the growth of plants and in above pH 6, it doestn't.

Consequently there are some substances which can have influence upon the growth of plants but when we apply slag to pavement of a road, the small quantity of leached chemical substanece doen't injure plants including crops. But because slag includes high alkaliarity such as above pH10, an outflow of this solvent can injure growth of plants regardless of D.W and artificial acid rain. Therefore in order to apply slag to pavement of a road, the influence of pH must be minimized.