도시고형폐기물 소각재를 이용한 인산석고 분말을 기반으로 한 환경충진재

Jan 26, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 478(2023) 이 기사 인용

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본 논문에서는 인산석고와 도시 고형 폐기물 소각(MSWI) 비산회를 사용하는 새로운 건물 충전재(NBFM)를 준비했습니다. MSWI 비산회 투입량과 MSWI 비산회 수세 전처리가 기계적 특성, 응결 시간, 금속 침출, 수화 생성물 및 NBFM의 미세 구조에 미치는 영향은 다양한 실험 연구를 통해 분석됩니다. 결과는 MSWI 비산재 투입량이 3%일 때 NBFM의 기계적 특성, 응결 시간 및 마이크로 계면 밀도가 최적임을 나타냅니다. MSWI 비산회 세척 후 NBFM의 기계적 특성이 증가하고 중금속의 응축 시간과 침출 농도가 감소합니다. 경화 연령이 증가함에 따라 NBFM의 금속 원소 침출이 감소하고 경화 연령이 7일인 경우 대부분의 금속 원소에 대한 NBFM의 응고 효과는 중국 규정(GB5085.3-2007) 표준을 충족합니다. MSWI 플라이애시와 인산석고를 건축공학용 충전재로 활용하는 타당성을 검증하고, NBFM의 거시적 특성 변화에 대해서도 설명합니다.

인산석고는 습식 공정 인산 생산의 산업 부산물 중 하나로, 인산 1톤을 생산하면 4~5톤의 인산석고를 생산할 수 있습니다. 전 세계적으로 인비료 산업의 인산석고 연간 생산량은 약 3억 톤1입니다. 축적된 인산석고의 양은 토지를 점유하여 환경을 오염시킬 뿐만 아니라 인산석고에 함유된 중금속이 빗물과 함께 지하수로 유입되어 수자원을 오염시키게 됩니다. 따라서 인산석고의 효과적인 활용은 광범위한 주목을 받았습니다2,3,4,5.

관련 실험 연구6,7,8에 따르면 인산석고는 자체 통합 특성을 갖고 있는 것으로 나타났습니다. 충전재에 인산석고를 사용하는 것은 실현 가능하며 천연자원 보존, 환경 보호 및 경제 발전을 위해 높은 가치를 가지고 있습니다9,10,11. 건축 공학에서 인산석고 충전재(PFM)의 적용을 개선하기 위해 일부 학자들은 PFM의 물리적 거동에 초점을 맞춰 왔습니다. Gu12는 인산석고가 PFM에 미치는 영향을 연구하기 위해 실험을 수행했습니다. 그 결과 인산석고 함량이 증가할수록 PFM의 유동성이 증가하고 응결시간이 증가하는 것으로 나타났다. Mashifana13은 경화 방법과 인산석고 함량이 PFM에 미치는 영향을 분석했습니다. 결과는 고온 경화가 PFM의 강도를 향상시킬 수 있으며, 인산석고 함량이 30%일 때 PFM의 강도가 가장 높다는 것을 보여줍니다. Jiang14는 PFM을 제조하기 위해 인산석고를 바인더로 사용했습니다. 결과는 2시간 후 PFM의 압축강도와 굴곡강도가 각각 3.2MPa와 1.6MPa였으며 이는 중국 코드의 강도 표준을 충족할 수 있음을 나타냅니다. Chen15은 PFM을 준비하기 위해 인산석고를 기본 재료로 사용했습니다. 시멘트, 실리카 분말 및 생석회가 PFM 강도에 미치는 영향을 분석했습니다. 결과에 따르면 포틀랜드 시멘트, 마이크로실리카 분말 및 생석회가 활성화되면 후기 단계에서 PFM 강도가 증가하고 28일째 PFM 강도는 20MPa로 나타났습니다.

도시 고형 폐기물 소각(MSWI) 재는 위험한 폐기물입니다16,17,18,19, 폐기물 소각 기술의 신속한 적용으로 MSWI 재의 배출이 빠르게 증가하지만 매립지의 MSWI 재 능력은 충분하지 않습니다. 규제 통제가 상실된 후 MSWI가 직접 환경으로 배출하는 많은 소각은 토양과 지하수를 오염시켜 환경에 막대한 오염 위험을 가져옵니다. 바닥재와 비산재를 포함한 MSWI 재. 바텀애쉬의 적용은 경제적, 환경적 이점이 크다. 이에 Dou20에서는 MSWI 바닥재의 특성과 처리방법, 적용현황을 실험을 통해 분석하였습니다. 결과는 MSWI 바닥재가 저강도 골재로서 큰 잠재력을 가지고 있음을 나타냅니다. Davinder21은 MSWI 바닥재의 압축 및 강도 거동에 대한 시멘트와 섬유의 영향을 논의했습니다. 결과는 시멘트와 섬유의 첨가로 인해 바닥재의 최대 건조 단위 중량이 감소하고 최적 수분 함량이 증가함을 보여줍니다. 또한 피브린을 첨가하면 MSWI 바닥재의 경도가 낮아질 수 있습니다. Jing22는 MSWI 바닥재-시멘트 페이스트의 특성에 대한 기계적 활성화의 영향을 조사했습니다. 결과는 기계적 활성화가 MSWI 바닥재-시멘트 페이스트의 압축 강도를 크게 증가시켰으며 밀링 시간이 30분일 때 14% 증가했음을 보여줍니다. Laura23은 고급 건식 회수 방법을 사용하여 MSWI 바닥재에서 비철금속과 철금속을 분리하고 다양한 입자 크기의 골재 제품을 생산하며 이는 MSWI 바닥재 재활용에 중요합니다. Pravez24는 벽돌 제조 시 도시 고형 폐기물 소각에서 나오는 바닥재와 시멘트를 사용합니다. 그 결과 MSWI 바닥재 6%를 시멘트로 대체한 경우에도 벽돌의 최소흡수율과 최소압축강도 기준을 만족하는 것으로 나타났다.