Evaluation of Lead, Copper, Cadmium, and Mercury Species in the Leachate of Steel Making Slag by Seawater

The aim of this study is to evaluate the leaching characteristics of lead, copper, cadmium, and mercury from steel making slag by seawater. To demonstrate the leaching characteristics of heavy metals from steel making slag by seawater, it was carried to various leaching tests such as regular leaching tests, liquid/sold(LS) leaching test and pH static test. From the leachability of $Pb^{+2},\;Cu^{+2},\;and\;Cd^{+2}$ from steel making slag in pH static test, it is distinguished between distilled water and seawater. With distilled water, it is very low between pH 7-8 and pH 11-12. On the other hands, with the seawater, its leaching is higher than that of distilled water. In particular, concentration of $Hg^{+2}$ leached from slag by seawater is lower than that of distilled water. Meanwhile, we found that the heavy metals from steel making slag would be dissolved and precipitated using geochemcial equilibrium program such as visual minteq. Lead and copper leached from steel making slag with seawater were dissolved nearly in the range of pH 11-12, but in the range of pH 7-10 those were precipitated about 90%. And cadmium leached from steel making slag with seawater were dissolved completely. On pH static test with distilled water, lead leached from steel making slag seemed to be similar to pH static test with seawater. However, copper and cadmium leached from steel making slag were dissolved. In general, the species of lead leached from steel making slag were formed mainly of $PbCl^+,\;PbSO_4$, the species of copper were formed mainly of $CuSO_4,\;CuCO_3$, the species of cadmium were formed mainly of $CdCl^+,\;CdSO_4$ due to being sorbed with the anions($Cl^-,\;CO_3^{-2},\;SO_4^{-2}$) of the seawater. Both pH static test with seawater and distilled water, it is not in the case of the mercury. Most of mercury leached from steel making slag was precipitated(SI=0). Because the decreasing of $Hg^{+2}$ concentrations depends ferociously on the variation of chloride($Cl^-$) existed in the seawater. $Hg^{+2}$ leached from steel making slag could be sorbed strongly with chloride($Cl^-$) compared of carbonate($CO_3^{-2}$) and sulfate($SO_4^{-2}$) in the seawater. On the basis of that result, we found that the species of mercury was formed of calomel($Hg_2Cl_2$) as one of finite solid. Due to forming a calomel($Hg_2Cl_2$) in the seawater, the stability of mercury species by steel making slag should be higher than those of lead, copper, and cadmium species. Regarding the results stated above, we postulated that the steel making slag could be recycled to sea aggregates due to being distinguishing leachability of heavy metals($Pb^{+2},\;Cu^{+2},\;Cd^{+2},\;and\;Hg^{+2}$) between leaching tests by distilled water and seawater.

해수에 의한 제강 슬래그의 납, 구리, 카드뮴 및 수은 화합물의 용출특성 평가

본 연구는 해양구조물로 재활용되는 제강 슬래그의 납, 구리, 카드뮴과 수은의 용출특성을 평가하는데 있다. 이를 위하여 고형폐기물의 용출규제 시험, 액고비 변화시험, pH 고정시험과 같은 다양한 용출시험을 하였다. 용출용매로 증류수를 이용한 경우와 해수를 이용한 경우의 pH 고정시험 결과, 제강슬래그에서 용출된 납, 구리, 카드뮴은 뚜렷한 차이를 확인할 수 있었다. 용출용매로 증류수 사용시, pH 7-8 구간과 pH 11-12 구간에서 낮은 용출을 보였지만, 해수를 용출용매로 사용한 경우는, 증류수를 용매로 사용한 것 보다 높게 용출되었다. 수은 용출의 경우는 증류수를 용출용매로 이용한 것보다 해수를 이용한 경우에서 더 낮게 용출되었다. 한편, 제강 슬래그에서 용출되는 납, 구리, 카드뮴의 용존 및 침전 상태의 파악과 중금속 화합물들의 파악을 위하여 지화학 평형 프로그램인 Visual minteq를 사용하였다. 해수와 반응한 제강 슬래그에서 용출된 납, 구리는 pH 11-12 구간에서 대부분 용존되지만 pH가 감소되는 pH 7-10에서는 90% 이상만이 침전하였고, 카드뮴의 경우는 100% 용존상태로 존재하였다. 증류수와 반응한 제강 슬래그에서 용출된 납은 해수의 경우도 유사하였고, 구리와 카드뮴은 100% 용존상태로 존재하였다. 해수 내의 $Cl^-,\;CO_3^{-2},\;SO_4^{-2}$와 결합한 납화합물은 $PbCl^+,\;PbSO_4$로 이루어졌으며, 구리화합물은 $CuSO_4,\;CuCO_3$, 카드뮴화합물은 $CdCl^+,\;CdSO_4$ 등이 형성되었다. 수은의 경우는 해수 및 증류수를 용출용매로 이용한 모든 경우에서 납, 구리, 카드뮴과는 달리 대부분 침전하였다. 더욱이 해수에 존재하는 고농도 염소($Cl^-$)와의 수착으로 인해 finite solid인 calomel($Hg_2Cl_2$)이 형성되어 대부분 침전(SI=0)되기 때문에 납, 구리, 카드뮴 보다 더 낮은 환경이동성을 갖을 것으로 사료된다. 상기 실험결과 용출용매로 증류수와 해수를 이용했을 때, 제강 슬래그에서 용출되는 납, 구리, 카드뮴, 수은의 용출 경향의 차이를 확인할 수 있었고 이에 따라서, 납, 구리, 카드뮴의 용출 유해성은 낮기 때문에 해양구조물로의 제강슬래그 유효이용은 적합할 것으로 판단되었다.