Study on the Detoxification of Asbestos-Containing Wastes (ACW) Using SiC Plate

Even asbestos-containing waste (ACW) are highly harmful to humans, it continues being produced due to the massive disposal of asbestos-containing products. A development of asbestos detoxification and recycling technologies is required. Heat treatment using microwave is the most efficient method for ACW detoxification. However, microwave heat treatment method has the limitation that asbestos does not absorb microwave at room temperature. That is why, in this study, ACW was detoxified by microwave heat treatment adding the ACW between SiC plates, which are inorganic heating elements that absorb microwaves at room temperature. In order to improove the heat transfer, ACW was crushed and pulverized and then heated using microwave. Microwave heat treatment temperature and time variables were adjusted to investigate the detoxification properties according to heat treatment conditions. After heat treatment, treated ACW was analyzed for detoxification properties through crystal structure and microstructure analysis using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). 36 홍명환 · 최혁목 · 주소영 · 이찬기 · 윤진호 J. of Korean Inst. Resources Recycling Vol. 29, No. 1, 2020 1. 서 론 화성암의 일종인 석면(asbestos)은 천연 섬유 모양의 규산 화합물로 사문석계와 각섬석계 두 그룹으로 나뉜 다. 사문석계에는 chrysotile이 있으며, 각섬석계 석면으로 는 crocidolite, amosite, anthophyllite asbestos, actinolite asbestos, tremolite asbestos이가 있다. 석면 섬유는 길 이 5 μm 이상의 길이 대 폭의 비가 3 : 1 이상인 물질로 단열 성, 내열성, 절연성 등의 우수한 물성과 가격이 저렴하여 백 석면으로 불리는 Chrysotile, 청석면으로 불리는 crocidolite 및 갈석면으로 불리는 amosite가 산업적인 용도로 주로 사용되었다. 이러한 우수한 특성으로 인하여 20세기 이 후 석면은 건설, 자동차 제조 및 가정용품 등에 이르기까 지 다양한 분야에서 3,000여 종류에 달하는 공업 제품에 사용되었다. 전 세계적으로 거의 모든 경제 분야에 석면 이 사용되어 왔으며 오랫동안 석면을 대체할 만한 물질은 없는 것으로 여겨졌다. 또한 과거에 석면은 광물성 규산 염이기 때문에 건강에 큰 문제가 없는 것으로 판단하여 석 면 분진으로 인한 인체 유해성에 대해서는 일반 분진 경우 와 차이를 두어 취급되지 않았다. 이렇듯 석면이 현재와 같이 유해물질로 취급되지 않았기 때문에 사용량은 증가 하였으며 세계 생산량이 1966년 280만 톤에서 1975년 520만 톤으로 증가하였다. 그러나 1970년대 후반부터 석면 분진에 대한 인체 위 해성이 알려졌으며, 석면 분진 노출은 20년에서 40년의 잠복기를 거쳐 석면폐, 악성중피종, 폐암 등의 치명적인 질병 유발의 주요 원인으로 확인되었다. 1987년 세계 보건기구 산하 국제암연구소에서 석면을 1급 발암물질로 지정하며 석면의 유해성이 알려지면서 석면대체물질이 개발되어 사용되고 있어 현재는 감소하는 추세이다. 그 동안 사용된 석면 함유 폐기물(asbestos-containing waste: ACW)은 매립지에 매립하는 것도 가능하나 매립지의 부 족, 자원의 재활용 등의 이유로 석면을 무해화 하는 기술 개발에 대한 필요성이 대두되었다. 석면을 무해화하기 위하여 표면 고착화, 열 및 열화학 적 방법, 화학적방법 등 다양한 방법이 연구되었다. 캡 슐화 방법은 석면을 해체하지 않고 불침투성 층을 형성하 여 석면이 대기 중으로 유출되는 것을 방지하는 방법으로 비교적 적은 비용으로 처리가 가능하다. 하지만 석면 형 태 및 손상 정도에 따른 적용에 한계가 존재하며 시간이 지남에 따라 재료가 손상될 경우 석면 방출의 가능성이 있 어 완전한 석면 무해화는 아니다. 폐석면의 무해화에 있 어 가장 효율적인 방법은 고온 열처리에 의한 석면 섬유를 무해한 구조로 변환시키는 방법이다. 석면 함유 폐기 물의 열처리 방법은 1,200°C 이상의 고온으로 가열하여 석면의 구조를 변환시키는 것으로 화학 물질을 첨가하여 1,200°C 이하의 온도에서도 무해화가 가능하다. 그러 나 석면과 석면 함유 폐기물의 주성분인 시멘트의 낮은 열 전도율로 인한 에너지 소비가 높아짐에 따라 다량으로 처 리하는 것이 어려우며 화학물질 추가 시 처리비용이 높아 진다. 마이크로웨이브를 이용한 열처리는 빠르고 균일 한 온도 상승 특성으로 인하여 폐석면을 열처리하기 위한 기존의 오븐 또는 열 플라즈마를 대체할 수 있는 기술로 고려되고 있다. 하지만 SiO2, CaCO3, A12O3와 같은 시 멘트의 주성분은 상온에서 마이크로웨이브를 투과하여 마이크로웨이브 에너지를 거의 흡수하지 않으며 마이크 로웨이브 흡수를 위해서는 일정 온도까지 가열 되어야 한 다. 본 연구에서는 상온에서 마이크로웨이브를 흡수 하여 발열이 가능한 무기소재 플레이트를 적용한 열처리 방법을 이용하였으며, 기존 마이크로웨이브 열처리에 대 한 한계점 해결 및 공정 단순화를 하고자 하였다. 석면 무 해화 효율을 높이기 위하여 파쇄 및 분쇄 공정으로 분말화 된 석면 함유 폐기물을 무기 발열체인 무기소재 플레이트 사이에 위치시켜 무해화 실험을 진행하였다. 무기소재 플 레이트 사이에 위치한 석면 함유 폐기물 분말에 마이크로 웨이브를 조사 시, 무기 발열체에서 발열하는 열을 이용 한 열처리로 석면을 무해화하였다. 원료로는 석면 철거 현장에서 수급 된 실제 석면 함유 폐기물인 폐 슬레이트를 Microwave heat treatment method using SiC plate can be heated up to the target temperature within a short time. Finally, complete asbestos detoxification was confirmed from the crystal structure and the microstructure when the microwave heat treatment was performed at 1,200°C for at over 60 minutes and at 1,300°C for at over 10 minutes.