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Sep 21, 2023

열 및 염소 처리를 통해 MSS 비산회에서 중금속 제거

과학 보고서 5권,

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 17270(2015) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 철회는 2017년 1월 16일에 게시되었습니다.

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도시 고형 폐기물-슬러지 소각장 비산회(MSS 비산회)의 동시 소각에서 중금속의 열 거동은 실험실 규모의 관상로를 사용하여 연구되었습니다. 결과는 염소화제를 첨가하지 않은 경우 온도가 중요한 매개변수였으며 중금속 제거에 큰 영향을 미친 반면 체류 시간은 약한 영향을 미쳤다는 것을 나타냅니다. 900~1000°C에서 60~300분 동안 중금속은 비산회에 함유된 염화물과 약 80~89%의 Pb, 48~56%의 Cd, 27~36%의 Zn 및 6%와 반응했습니다. Cu의 24%가 제거되었다. 염소화제 첨가 후 중금속의 증발속도가 극적으로 향상되었으며, Cu와 Zn의 증발속도가 Pb와 Cd의 증발속도보다 컸다. 염소화제 첨가량이 증가할수록 중금속 제거율은 증가하였다. 그러나 중금속의 염소화에 대한 염소화제 유형의 영향은 상당히 달랐으며, NaCl이 Cu, Cd 및 Zn 제거율에 가장 약한 영향을 미쳤습니다. 자원 회수 및 오염 제거 측면에서 MgCl2 및 CaCl2는 Zn을 효율적으로 제거하므로 최선의 선택입니다.

하수 슬러지의 생산량은 급속히 증가하고 있으며 최근 몇 년간 그 처리가 상당한 주목을 받고 있습니다. 매립 및 농업용에 비해 신속한 처리, 대용량 및 중량 감소율, 에너지 회수를 위해 소각이 선호됩니다2. 중국에서는 발전용 슬러지와 도시 고형 폐기물(MSW) 또는 석탄의 공동 연소가 첨단 장비를 갖춘 소각 시설의 수로 인해 슬러지 소각의 주요 방법이 되고 있습니다3. 그러나 이 과정에서 생성되는 바닥재와 비산회를 포함한 소각잔유물의 양은 공급원료 전체 질량의 10wt.%에 달할 수 있으며 다량의 중금속을 함유하고 있습니다4.

이러한 소각 잔류물의 처리 또는 사용, 특히 비산회 처리에 관한 많은 특허 프로세스가 있습니다. 이러한 공정은 다음과 같이 분류될 수 있습니다5: (1) 바인더와 혼합된 비산회(예: 시멘트 매트릭스의 불활성화); (2) 중금속 제거를 위해 습식 야금 처리된 비산회 및 (3) 불활성화 및/또는 중금속 제거(예: 용융 또는 소결)를 위해 열 처리된 비산회. 그러나 이러한 프로세스 중 다수에는 단점이 있습니다. 첫 번째 방법을 예로 들면, 비산회가 시멘트 매트릭스에서 경화되면 중금속이 희석됩니다. 따라서 나중에 금속을 회수하는 것이 더 어렵고 비용이 많이 듭니다. 또한 중금속의 결합(시멘트 매트릭스에서 수압적으로 또는 유리로 녹은 후)이 완전한 고정을 의미하지는 않습니다6. 따라서 비산재에서 중금속을 분리하는 것은 금속 회수원이나 잠재적인 위험을 줄이기 위한 수단으로 중요해지고 있습니다.

매립 처리 전에 중금속을 제거하는 공정이 바람직합니다7,8,9. 특히 이 공정이 오염된 중금속을 동시에 회수할 수 있다면 더욱 그렇습니다. 열처리와 같은 건식 공정은 잠재적으로 매력적이며, 낮은 온도에서 금속 염화물을 형성하여 재의 벌크 매트릭스(SiO2, Al2O3 및 CaO)에서 특정 중금속을 분리할 수 있습니다10. 플라이애시의 열처리는 처리온도에 따라 중금속의 증발과 안정화를 동시에 일으킨다11,12. Jakobet al. 전기집진기 재에서 Zn, Pb, Cd 및 Cu의 증발은 재의 용융 범위(1000~1100°C) 바로 아래의 온도에서 가장 효과적이라는 것을 발견했습니다. 그러나 회 용해 처리 유형은 높은 에너지 소비를 필요로 하며 2차 비산회를 생성합니다13. 중금속 염화물은 일반적으로 해당 금속 산화물14에 비해 증기압이 높고 끓는점이 낮습니다. 열처리 시 Cl이 포함되면 이러한 금속 화합물의 응축 과정이 지연될 수 있으며, 이는 중금속의 휘발을 가속화할 수 있습니다. 따라서 MSS 비산회는 특정 양의 염소화제와 혼합되어 MSS 비산회에서 중금속을 효과적으로 분리할 수 있습니다15,16. 산업용으로 적용할 경우 고체 염소화제(예: NaCl, MgCl2 또는 CaCl2)는 (1) 기체 Cl2에 비해 취급이 더 간단하고 (2) Cl2가 다음과 같은 비유해 원소의 염소화를 유도한다는 사실 때문에 유리합니다. Ca 또는 Fe(즉, Cl2 외에 이전 연구에서 사용된 CaCl2는 Cd, Cu, Pb 및 Zn에 대해 더 선택적입니다)17,18,19,20.