석면은 인체에 끼치는 유해성으로 인하여 선진국에서는 오래전부터 1급 발암물질로 지정하여 특별 관리해 온 반면 우리나라에서는 제대로 관리하지 못해 석면폐증과 악성중피종, 폐암, 식도암, 위암 등 치명적인 질병을 유발하는 등 노동자와 국민건강을 위협하고 있어 커다란 사회문제로 대두되기에 이르렀다.
이에 따라 정부는 2009년 [석면관리종합대책]을 수립하여, 석면의 국내 제조·수입·사용을 전면 금지하고, 건축물 철거·멸실 신고 시 석면조사를 의무화하며, 친환경적인 폐석면 처리를 추진하는 등 안전관리를 강화해 오고 있다. 그러나 우리나라는 1970년대부터 석면이 함유된 건축자재를 학교, 공공건물, 다중이용시설 등에 다량으로 사용하였음은 물론 대규모 재개발 혹은 재건축과 리모델링 등으로 석면노출이 심각하게 진행되어왔기 때문에 석면피해가 우리 모두의 문제가 될 수 있다는 인식을 가져야 한다.
이에 본 연구에서는 석면을 1500℃이상에서 지속적으로 용융하여야 무해화되는 폐석면의 기존 처리방식을 개선하기 위하여 혼합청정에너지를 사용한 단시간 동안의 용융 온도별 폐석면의 성상을 비교 분석하고 이를 바탕으로 단시간 내에 석면의 무해화가 가능한 용융온도 및 적용성에 대한 자료를 제시하고자 한다.
1. JIS A 1481에 준한 XRD 시험결과와 NIOSH Method 9002에 준한 PLM의 정량적 분석결과 석면 슬레이트에서는 최소 4~12%, 석면함유 텍스에서는 2.3~7%의 석면이 관찰되었다. 이는 국내 산업안전보건법 기준인 0.1%의 최소 20배에서 최대 120배 이상의 함유량으로 시급한 처리가 요구되는 실정이며, 텍스 대비 슬레이트에서 다량의 석면이 확인되었다.
2. 일본 기준인 XRD 분석법과 미국기준의 PLM 분석법에 따른 석면함유량의 측정결과 PLM의 시험방법에서 보다 높은 석면의 검출이 확인되었으나, 일본의 검출한계는 국내와 같은 0.1%인 것에 반해 미국기준인 PLM분석결과의 사용한계가 1%인 것을 감안한다면 PLM의 시험분석 결과는 기준치의 7배에서 12배인 것으로 측정됨에 따라 XRD를 통한 분석방법이 보다 적은 검출한계를 나타내는 것으로 측정되어. 정확한 결과도출을 위한 보다 일관된 실험방법이 개발되어야 할 것으로 판단된다.
3. 정성적 XRD 분석결과 석면 고유의 특성인 10°부근의 피크점은 1300℃이후의 조건에서 급격히 저감하는 것으로 측정되어, 장시간 용융 시 1300℃이후의 조건에서도 무해화가 가능할 것으로 판단된다.
4. 용융시간 1시간 고정 후 용융온도에 따른 정량적 XRD 분석결과 1000℃에서는 석면 잔존률이 85%이상으로 제거의 효과는 거의 없는 것으로 측정되었으며, 1300℃또한 76%이상으로 적은 것으로 측정되었다. 이는 기존 문헌의 결과인 석면 내열온도와는 상반되는 결과로 건축용자재의 석면은 고착재료에 의해 용융온도를 상승함에 기인한 것으로 건축용자재의 석면의 처리 시 배려가 요구될 것으로 판단되며, 1700℃의 조건에서는 완전한 무해화가 확인되었다.
5. PLM 시험법을 통한 정성적 분석결과 원재료 및 1000℃의 조건에서는 다발성 섬유상과 밝은 형태의 결정질 형태가 관찰되었으며, 용융온도가 증가함에 따라 석면의 용융순서는 외부의 얇은 석면 가닥에서 시작하며, 이에 따라 석면의 효과적인 분산과 물리적 응집상태의 분산만으로도 용융점의 저하가 가능한 것으로 측정되었으며, 1700℃로 용융한 석면
시료의 조건에서는 편 전체에서 섬유상이 아닌 구모양으로 재결정화된 것을 확인할 수 있었으며, 밝은 시료로 난반사되는 석면의 형상 또한 관찰되지 않았다.
6. PLM 시험법을 통한 정량적 분석결과 1300℃까지의 용융온도에서는 석면 잔존비율은 50% 내외로 높은 것으로 측정되었으나, 1500℃의 조건에서는 4~14%로로 급감하여 1700℃로 용융한 석면의 경우에는 시편전체에서 석면이 검출되지 않아 석면이 전체적으로 용융된 것이 관찰되었으며, 석면슬레이트에 비하여 석면함유텍스의 경우 용융온도별 석면 중량 감소량은 적은 것으로 측정되어 혼합 용융처리 시 별도의 검토가 수반되어야 할 것으로 예측된다.
7. SEM 분석결과 재료내부의 석면은 단일 석면대비 시멘트계 성분이 석면에 고착됨에 따라 용융온도를 높여 처리의 어려움이 큰 것으로 측정되었으며, 슬레이트 대비 텍스에서 더욱 확연한 것으로 관찰되었다. 또한 용융온도가 증가됨에 따라 다발성 섬유상은 응집되어 대형화 고형화되었으며, 1700℃의 조건에서는 완전 용융 후 응집되어 구형화 됨에 따라 인체의 무해성은 물론 건설용 골재로써의 활용도 가능할 것으로 예측된다.
8. EDS 분석결과 용융온도에 따른 이온 변화는 1000℃에서의 물질 내 하소 반응에 따른 산소의 급격한 감소와 함께 화학적 반응이 일어나며, 1300℃와 1500℃조건에서 산소와 흡착하여 고형화를 진행하여, 1700℃의 조건에서 광물질 및 금속성 성분인 알루미늄, 칼슘, 철분 및 마그네슘과 규산질 성분과 같이 결정화되어 안정화된 것으로 예측되며, 이는 1700℃의 조건에서의 강열감량이 0으로 측정됨에 따라 완전히 안정화된 것으로 판단된다.
9. 혼합 청정에너지를 열원으로 한 기술을 기존 공법과 대별하여 경제성 평가를 진행한 결과 혼합청정에너지기술은 유기성폐액의 농도 종류에 따라 조금씩의 차이가 있으나, 발열량이 2,300~3,700Kcal/N㎥로 확인되었다. 이를 전기에너지와 비교한 결과 전기에너지를 43%이상 절감하는 것으로 조사되어 완전연소시스템에 적용 시 석면의 완전무해화 온도인 1700℃ 이상까지 용융온도의 제어가 가능함을 확인하여 기존 고온용융방식 대비 충분한 경제성이 있음을 확인하였다.