Transformation of Asbestos-Containing Slate Using Exothermic Reaction Catalysts and Heat Treatment

Cement-asbestos slate is the main asbestos containing material. It is a product made by combining 10~20% of asbestos and cement components. Man- and weathering-induced degradation of the cement-asbestos slates makes them a source of dispersion of asbestos fibres and represents a priority cause of concern. When the asbestos enters the human body, it causes cellular damage or deformation, and is not discharged well in vitro, and has been proven to cause diseases such as lung cancer, asbestos, malignant mesothelioma and pleural thickening. The International Agency for Research on Cancer (IARC) has designated asbestos as a group 1 carcinogen. Currently, most of these slats are disposed in a designated landfill, but the landfill capacity is approaching its limit, and there is a potential risk of exposure to the external environment even if it is land-filled. Therefore, this study aimed to exam the possibility of detoxification of asbestos-containing slate by using exothermic reaction and heat treatment. Cement-asbestos slate from the asbestos removal site was used for this experiment. Exothermic catalysts such as calcium chloride(CaCl₂), magnesium chloride(MgCl₂), sodium hydroxide(NaOH), sodium silicate(Na₂SiO₃), kaolin[Al₂Si₂O₅(OH)₄)], and talc[Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂] were used. Six catalysts were applied to the cement-asbestos slate, respectively and then analyzed using TG-DTA. Based on the TG-DTA results, the heat treatment temperature for cement-asbestos slate transformation was determined at 750℃. XRD, SEM-EDS and TEM-EDS analyses were performed on the samples after the six catalysts applied to the slate and heat-treated at 750℃ for 2 hours. It was confirmed that chrysotile[Mg₃Si₂O₅(OH₅)] in the cement-asbestos slate was transformed into forsterite (Mg₂SiO₄) by catalysts and heat treatment. In addition, the change in the shape of minerals was observed by applying a physical force to the slate and the heat treated slate after coating catalysts. As a result, the chrysotile in the cement-asbestos slate maintained fibrous form, but the cement-asbestos slate after heat treatment of applying catalyst was broken into non-fibrous form. Therefore, this study shows the possibility to safely verify the complete transformation of asbestos minerals in this catalyst- and temperature-induced process.

발열반응 촉매제와 열처리를 이용한 석면함유 슬레이트의 무해화 연구

슬레이트는 석면을 이용한 대표적인 건축자재 중 하나로써 백석면(10~20%)과 시멘트 성분을 결합하여 만든 제품이다. 슬레이트에 포함되어 있는 석면은 인체에 유입되면 세포 손상이나 변형을 일으키고 체외로 잘 배출되지 않아 폐암, 석면폐, 악성중피종 및 흉막비후 등과 같은 질병을 일으키는 원인이 되는 것으로 입증되어 1977년 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)에서는 1군 발암물질로 지정하였다. 현재 이러한 슬레이트는 대부분 지정매립장에 매립하여 처리하고 있으나 매립용량이 한계에 다다르고 있고 매립한다고 하여도 추후 외부환경으로 노출될 수 있는 잠재적인 위험성이 있어 매립 처리방법 이외에 슬레이트에 포함된 석면을 무해화하여 안전하게 처리할 수 있는 방법이 필요하다. 따라서 이 연구에서는 발열반응 촉매제와 열처리를 이용하여 슬레이트에 함유된 석면 무해화 가능성을 확인하고자 하였다. 실험은 석면해체·제거 사업장에서 발생한 석면함유 슬레이트를 이용하였고 발열반응 촉매제는 염화칼슘(CaCl₂), 염화마그네슘(MgCl₂), 수산화나트륨(NaOH), 규산소듐(Na₂SiO₃), 카올린[Al₂Si₂O₅(OH)₄)], 활석[Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂]을 이용하여 총 6가지의 촉매제를 제조하였다. 6가지의 촉매제를 슬레이트에 각각 도포한 후 열중량-시차열분석(TG-DTA)을 실시하여 분석결과를 토대로 슬레이트 무해화를 위한 열처리 온도를 750℃로 결정하였다. 슬레이트에 6가지 촉매제를 각각 도포한 후 750℃에서 2시간 열처리하여 X-선 회절 분석(XRD), 주사전자현미경 분석(SEM-EDS), 투과전자현미경 분석(TEM-EDS)을 한 결과 슬레이트 내 백석면[chrysotile, Mg₃Si₂O₅(OH₅)]이 주상의 고토감람석(forsterite, Mg₂SiO₄)으로 상전이 됨을 확인하였다. 또한, 슬레이트 원시료와 발열반응 촉매제 도포 후 열처리한 시료에 물리적인 힘을 가하여 광물의 형상 변화를 비교 관찰한 결과, 슬레이트 내 백석면은 섬유형을 유지하였으나 촉매제 도포 및 열처리를 한 시료는 무정형 형태로 깨지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 발열반응 촉매제와 열처리를 통하여 낮은 온도에서 경제적으로 석면함유 슬레이트를 안전하게 처리할 수 있는 하나의 방안을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.