Physico-Chemical Properties of Aggregate By-Products as Artificial Soil Materials

골재 부산물의 용토재 활용을 위한 특성 분석

  • Received : 2007.05.05
  • Accepted : 2007.07.20
  • Published : 2007.10.30

Abstract

Physical and chemical properties of the aggregate by-products including sludge and crushed dust samples collected from the 21 private companies throughout the country were analyzed to evaluate possible usage of the by-products as artificial soil materials for plantation. The pH of the materials ranged from 8.0 to 11.0. The organic matter content was $2.85g\;kg^{-1}$, and the total nitrogen content and available phosphate content were low as 0.7 percents and $12.98mg\;kg^{-1}$, respectively. Exchangeable $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $K^+$, and $Na^+$ were 2.29, 0.47, 0.02 and $0.05cmol\;kg^{-1}$, respectively. Heavy metal contents were lower than the limits regulated by environmental law of Korea. Textural analysis showed that most of the materials were silt loam with low water holding capacity ranged from 0.67 to 7.41 percents, and with low hydraulic conductivity ranged from 0.4 to $2.8m\;s^{-1}$. Mineralogical analysis showed that the aggregate by product materials were mostly composed of silicate, alumina and ferric oxides except calcium oxide dominant materials derived from limestones. The primary minerals were quartz, feldspars and dolomites derived from granite and granitic gneiss materials. Some samples derived from limestone material showed calcite and graphite together with the above minerals. According to the result, it can be concluded that the materials could be used as the artificial soil material for plantation after proper improvement of the physico-chemical properties and fertility.

본 연구는 골재 부산물의 용토재로서 활용을 위한 기초 특성 분석으로서 전국 21개소의 골재 업체를 대상으로 골재 생산시 생하는 슬러지나 석분 등 골재 부산물의 화학성과 물리성 및 광물 조성을 알아 보는데 있다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 골재 부산물의 pH는 전라도 지역의 JH, DA 업체를 제외하고 모두 8.41~10.97 정도로 높았으며, EC는 평균 $167.9{\mu}S\;cm^{-1}$ 이고 전라도 지역은 대부분 $33.0{\sim}122.4{\mu}S\;cm^{-1}$ 정도로 상대적으로 낮은 수치를 보였으나, 경상도 지역은 $169.5{\sim}639.0{\mu}S\;cm^{-1}$ 정도로 상대적으로 높은 수치를 나타냈다. 2. 유기물 함량은 대부분 $2.9{\sim}5.0g\;kg^{-1}$ 이며, 강원도 지역의 GG 업체의 경우 $11.27g\;kg^{-1}$ 로 상대적으로 높았다. T-N의 경우, 0.01~0.11 % 정도이고 $NH_4{^+}-N$의 경우, 대부분 지역은 $14.0{\sim}67.2mg\;kg^{-1}$ 수준이었으나 전라도 지역은 $1.03{\sim}3.00mg\;kg^{-1}$ 수준을 보였다. $NO_3{^-}-N$의 경우, 대부분 지역은 $14.0{\sim}67.2mg\;kg^{-1}$ 수준이었으나 전라도 지역은 $1.0{\sim}3.2mg\;kg^{-1}$ 수준을 보였다. $P_2O_5$ 의 경우, 강원도의 $10.2mg\;kg^{-1}$ 에서 전라도 $24.8mg\;kg^{-1}$ 까지 비슷한 수준을 나타냈다. $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $K^+$$Na^+$ 의 각 평균은 $2.299cmol_c\;kg^{-1}$, $0.472cmol_c\;kg^{-1}$, $0.021cmol_c\;kg^{-1}$, $0.055cmol_c\;kg^{-1}$ 이며 $Ca^{2+}$의 경우, 최고값인 경상도 DE 업체의 $6.385cmol_c\;kg^{-1}$ 부터 최저값인 전라도 JH 업체의 $0.742cmol_c\;kg^{-1}$ 사이의 범위를 보였다. $Mg^{2+}$의 경우 최고값인 전라도 YS 업체의 $1.850cmol_c\;kg^{-1}$ 부터 최저값인 충청도 JK 업체의 $0.006cmol_c\;kg^{-1}$ 사이의 범위를 보였다. 양이온교환용량은 평균 $7.6cmol_c\;kg^{-1}$으로 경상도에서 $17.3cmol_c\;kg^{-1}$으로 가장 높았으며, 전라도에서 $2.2cmol_c\;kg^{-1}$ 으로 가장 낮았다. 3. 중금속 함량은 모든 항목에서 환경부에서 고시한 농경지 오염 우려 기준을 초과하지 않았다. Cd의 경우, 평균 $0.011mg\;kg^{-1}$ 이며 최저 값인 강원도 DM 업체의 $0.003mg\;kg^{-1}$ 에서부터 최고 값인 경상도 DH 업체의 $0.062mg\;kg^{-1}$ 사이의 값을 보였다. $Cr^{6+}$의 경우, 평균 $0.068mg\;kg^{-1}$ 이며 최저 값인 강원도 DM 업체와 SS 업체의 $0.037mg\;kg^{-1}$ 에서부터 최고 값인 경기도 KG 업체의 $0.169mg\;kg^{-1}$ 사이의 값을 보였다. Cu의 경우, 평균 $0.419mg\;kg^{-1}$ 이며 최저 값인 강원도 DM 업체와 SS 업체의 $0.000mg\;kg^{-1}$ 에서부터 최고 값인 충청도 SB 업체의 $1.072mg\;kg^{-1}$ 사이의 값을 보였다. Ni의 경우, 평균 $3.513mg\;kg^{-1}$ 이며 최저 값인 전라도 DA 업체의 $0.045mg\;kg^{-1}$ 에서부터 최고 값인 강원도 GG 업체의 $11.980mg\;kg^{-1}$ 사이의 값을 보였다. Zn의 경우, 평균 $0.588mg\;kg^{-1}$이며 최저 값인 경상도 SU 업체의 $0.014mg\;kg^{-1}$ 에서부터 최고 값인 충청도 SB 업체의 $1.086mg\;kg^{-1}$ 사이의 값을 보였다. Pb의 경우, 평균 $0.467mg\;kg^{-1}$이며 최저 값인 강원도 DM 업체의 $0.008mg\;kg^{-1}$ 에서부터 최고 값인 충청도 SB 업체의 $1.261mg\;kg^{-1}$ 사이의 값을 보였다. Fe의 경우, 평균 $33.815mg\;kg^{-1}$이며 최저 값인 경상도 SU 업체의 $0.805mg\;kg^{-1}$ 에서부터 최고 값인 경기도 KG 업체의 $106.400mg\;kg^{-1}$ 사이의 값을 보였다. Mn의 경우, 평균 $18.427mg\;kg^{-1}$이며 최저 값인 강원도 SS 업체의 $0.703mg\;kg^{-1}$ 에서부터 최고 값인 충청도 SB 업체의 $49.140mg\;kg^{-1}$ 사이의 값을 보였다. 4. 골재 부산물의 토성은 평균적으로 대부분 모래가 50 % 이하이며 미사가 50 % 이상인 미사질양토(SiL)인데 비해 전라도의 경우, 양토(L)였다. 유효수분은 평균 2.58 % 로 매우 낮은 수준이며, 액성한계의 경우, 최저 값인 전라도 JS 업체의 5.9 % 에서 최고 값인 경상도의 DH 업체의 39.1 % 사이의 값을 보이며 평균 24.4 %로 일반 밭 토양의 액성한계와 유사한 수치를 보였다. 대부분 시료에서 점착성 및 가소성 모두 그 성질이 약하거나 없는 C나 D 등급이었다. 5. 골재 부산물의 투수성은 경기도 KG 업체의 경우, $2.8{\times}10^{-6}m\;sec^{-1}$, 강원도 CC 업체의 경우, $0.4{\times}10^{-6}m\;sec^{-1}$, 그리고 전라도 KS 업체의 경우, $1.4{\times}10^{-6}m\;sec^{-1}$ 로 상당히 느린 투수성을 보여준다. 6. 골재 부산물의 X선 회절분석 결과, 석영(Quartz)과 단사녹니석(Clinochlore)이나 금운모(Phlogopite)가 주요 피크로 대부분 시료에서 화강암 또는 화강 편마암 지역의 광물 조성을 보였으며, 강원도 지역의 DM 업체에서 석회암을 모암으로 하는 방해석(Calcite)과 백운석(Dolomite)이 주요 피크였다. 7. 골재 부산물의 화학 조성 분석 결과(X선 형광분석), 대부분 시료는 원암을 화강암이나 화강편마암으로 하고 있기에 대표적인 원소는 $SiO_2$이며 그 다음으로 $Al_2O_3$가 대부분을 차지한다. 강원도의 SS, DM 업체의 $SiO_2$의 함량은 30 %이하로 낮은 반면에 CaO의 함량은 45 % 이상으로 높은 수치를 보여준다. 골재 부산물의 규반비는 1.70~3.42 이며, 이는 골재 부산물이 화학적 풍화 보다는 원암에서 기계적인 파쇄에 의한 단순 입자 크기의 축소로 보이며, 원암 가루, 즉 1차 광물로서 2차 광물이 거의 없기 때문이라 판단된다. 8. 골재 부산물의 시차 열분석 결과, 열변화 곡선이 안정적이며 주요 천이점이 $550^{\circ}C$에서 $610^{\circ}C$ 부근에 석영의 천이를 보이는 것과 열변화 곡선이 불안정적이며 여러 천이를 보이는 것으로 나뉘며, 골재 부산물의 경우는 흡 발열피크를 검토할 때 점토광물이 거의 없는 것으로 보인다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 농림기술관리센터

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