KR101949165B1

KR101949165B1 - 스틸 슬래그 처리 방법 및 수경성 광물 바인더

Info

Publication number: KR101949165B1
Application number: KR1020157002864A
Authority: KR
Inventors: 홀저 울페르트; 호르스트-미하엘 루드비히
Original assignee: 로쉐 게엠베하
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2019-02-18
Also published as: DE112012006645A5; BR112015002324B1; BR112015002324A2; SA113340827B1; KR20150053896A; CN104540791A; ES2822162T3; DE112012006645B4; JP2015534530A; CN104540791B; EA201500215A1; CA2880664A1; CA2880664C; TWI518052B; UA110757C2; EA026896B1; US9695485B2; WO2014037020A1; US20150159233A1; TW201412683A

Abstract

본 발명은 스틸 슬래그를 처리하여 고 경화 능력을 가진 수경성 광물 바인더를 생산하고 철을 회수하는 방법에 관한 것이다. 이러한 목적을 위해서 MnO를 가진 스틸 슬래그를 포함하는 공급 산물을 제공한다. 이러한 공급 산물은 추가적으로 환원제를 용융물에 도입함으로써 용융물로서 처리된다. 이로써 90 내지 110의 석회 포화 계수(a lime saturation factor)가 광물 용융물 부분에서 얻어진다. 이어서 상기 용융물은 한정된 방식으로 냉각되고 초기 철이 고화 용융물로부터 기계적으로 분리된다. 그리고 나서 상기 고화 용융물이 유압적 광물 바인더로서 사용되기 위해 공급된다. 나아가 본 발명은 유압적 광물 바인더에 관한 것이다.

Description

스틸 슬래그 처리 방법 및 수경성 광물 바인더{Method for processing steel slag and hydraulic mineral binder}

본 발명은 고 경화 능력을 가진 수경성(水硬性) 광물 바인더를 생산하고 청구항 1에 따른 철을 회수하는 스틸 슬래그 처리 방법과 청구항 14에 따른 수경성 광물 바인더에 관한 것이다.

스틸 슬래그는 LD 슬래그, LDS, LD 컨버터 슬래그, BOS 또는 SWS라고도 불리우며, 처리 방법에 따라, 아주 다량의 철을 여전히 포함할 수 있다. 이러한 철은 부분적으로 금속 형태로 존재하지만 주로 광물적으로 슬래그에 본딩된 산화물 형태로 존재한다. 이러한 슬래그에 존재하는 철 산화물은 순수하게 기계적인 방법으로는 회수할 수 없는데, 이는 그들이 슬래그 매트릭스 속에 고정적으로 합체되어 있고 초기에는 열화학적 환원(thermo-chemical reduction)를 통해서 초기 금속 형태로 변형되어야 하기 때문이다. 슬래그 매트릭스는 주로 전형적인 산화물인 칼슘 산화물, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물 등으로 구성된다. 하지만, 용광로 슬래그와 같은 다른 슬래그 형태와 대조적으로, 그들은 유압적으로 액티브 상(hydraulically active phases)으로 발생하지 않고 따라서 시멘트 속에서 고 품질의 이용에 적합하지 않다. 그러므로 그들은 거의 고속도로 건설에서 그릿(grit)으로서 거의 배타적으로 사용된다.

EP1370501B1은 예를 들면 광물질 바인더 특성을 갖는 슬래그를 제공하기 위한 스틸 슬래그 취급방법에 대해 개시하고 있다. 결과물은 적어도 포틀랜드 시멘트 클링커(Portland cement clinker)에 상응하는 것으로 기술된다. 이 경우, 슬래그 총 무게대비 적어도 45wt.%의 산화 칼슘과, 30wt.% 미만의 Fe₂O₃를 함유하는 스틸 슬래그는 1400℃ 내지 1650℃의 온도 범위에서 1 내지 5기압 사이의 압력 하에서 산소 또는 대기(air)를 함유하는 산화처리과정을 거치게 된다. 이 슬래그에 석회 원료(lime soruce)가 추가되고, 필요한 경우 산화실리콘 원료 또는 산화알루미늄원료가 추가된다. 석회원료와 선택사항인 산화실리콘과 산화알루미늄원료의 비율은, 변환 후 상온에서 슬래그가 적어도 13wt.%와 광물학적 단계 C₃S 형태로 적어도 40wt.%의 광물학적 조성과 광물학적 단계 C₂F 또는 C₄AF 형태로 광물학적 조성 10wt.% 이상의 염화칼슘/염화불소의 Fe₂O₃를 함유하도록 선택된다.

그러나 전술한 방법은 슬래그 내에 존재하는 철이 회수될 수 없다는 문제점이 있다.

EP1697271B1에는 스틸 슬래그 처리에 대한 다른 방법이 기술되어 있다. 여기서, 적어도 25wt.%의 칼슘과 마그네슘 알루미늄 규산염, 적어도 5wt.%의 무기산화물 및/또는 할로겐화물, 뿐만 아니라 적어도 31%의 알루미늄 산화물, 최대 10wt.%의 알루미노철산칼슘 및 최대 0.01wt.%의 탄소를 함유하는 광물질 바인더가 생산될 것이다. 이 생산물을 얻기 위해, 스틸 슬래그를 포함하는 기자재는 환원성 분위기에서 적정량으로 용융된다. 결과물은 분리된다. 이러한 처리는 예를 들면 물 또는 공기에 의한 급냉(rapid cooling) 또는 서냉(slow cooling)에 의해 수행될 수 있다.

냉각 방식과는 무관하게, 주목할만한 양의 주된 클링커 단계 앨라이트는 형성되지 않는 것으로 보인다. 이렇게 형성된 초등 철의 분리 여부 및 방법에 대해서는 기술되지 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은 고 경화성의 수경성 광물질 바인더가 생산될 수 있고 또한 철이 회수될 수 있는 스틸 슬래그 처리 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 고 경화성의 수경성 광물질 바인더를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 스틸 슬래그 처리 방법 및 청구항 14의 특징을 갖는 수경성 광물질 바인더를 통한 본 발명에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 특히 산화물 형태의 철 산화물과 MnO - 여기서 MnO는 스틸 슬래그에 함유될 수 있다- 을 함유하는 스틸 슬래그를 포함하는 공급 산물이 제공된다. 상기 공급 산물은 광물 용융부에서 90 내지 110 사이의 석회포화계수를 달성하기 위해 철 화합물을 감소시키기 위해 환원제에 결합됨으로써 용융물로 더 처리되며, 여기서 환원제는 비산소 분위기에서 도입된다. 이어서, 용융물은 정의된 방법으로 적어도 15분 정도 냉각되어 고형화된다. 이후 초기 철은 경화된 용융물로부터 기계적으로 분리된다. 그런 다음 환원된 철 함유물을 갖는 경화된 용융물은, 수경성 광물질 바인더로 사용되기 위해 공급된다.

본 발명의 수단에 의하면, 공급 산물은 스틸 슬래그, 바람직하게는 MnO와 같은 특정 조성물을 의미할 수 있다. 충분한 MnO가 슬래그 내에 이미 포함되어 있을 수 있으며, 특정 조성물이 추가될 필요는 없다. 여기서는 일부 스틸 슬래그에 대해 조사했다. 대부분의 경우 철화합물은 철 할로겐화물, 황화철, 철셀렌화물(iron selenides) 및 특히, FeO, Fe₂O₃, 또는 Fe₃O₄와 같은 산화철의 형태로 스틸 슬래그 내에 존재한다.

공급 산물은 적정 용기에서 가열되어 용융되거나 또는 용융-액체(melt-liquid) 상태로 외부에서 제공될 수 있다. 전기 아크 로, 특히 3상 폐쇄형태(three-phase closed form)가 예를 들면 공급 산물을 용융하거나 용융액을 더 가열하기 위해 사용될 수 있다.

환원제를 도입함으로써, 철화합물은 초기 금속 형태로 변환된다. 금속용융부에서, 90 내지 110, 바람직하게는, 95 내지 105의 석회포화계수를 얻을 수 있다. 광물 용융부는 용융물로 이해될 수 있다. 석회포화계수(LSF, Kalkstandard 또는 KSt)는 원료 내에 실재 존재하는 CaO 함량 또는 SiO₂, Al₂O₃, 및 Fe₂O₃ 최대 경우에 있어서 대규모 연소 및 냉각 상태하에서 결합가능한 클링커 각각의 CaO 함량비를 나타낸다.

이는 하기 방정식과 같이 정의된다:

(여기서 KSt = 석회포화계수)

비산소(non-oxidising) 분위기에서의 환원에 의해, 본 발명에 따른 철의 back-oxidation은 이미 환원되어 초기 철의 수율을 향상시킨다. 이는 석회포화계수 달성에 기여한다.

용융물이 경화된 후, 초기 철은 기계적으로 분리되어 추가적인 이용을 위해 공급될 수 있다. 슬래그의 잔류물에 비해 밀도가 높기 때문에 대부분의 철은 용융용기의 하부에 가라앉는다. 추가적인 부분이 냉각된 슬래그 내에 입자 또는 개재물 형태로 잔류한다.

환원된 철 함유물을 갖는 슬래그는 수경성 광물질 바인더로 사용될 수 있다. 이러한 바인더는 이하 LDS 바인더로 기술된다.

본 발명에 의하면, 간단하고 효과적인 방법으로, 슬래그로부터 초기 철의 높은 비율을 회수할 수 있고 또한 극도로 반응성이 높은 수경성 광물질 바인더를 얻을 수 있으며, 이는 고품질의 바인더를 위한 복합재료로 주로 적합하다. 이러한 LDS 바인더는 매우 높은 반응성 및 경화 용량을 특징으로 한다. 이것은 적어도 40wt.%의 앨라이트 함유물(C₃S)를 갖는다.

본 발명은 본질적으로 세 가지 기본적인 아이디어 상호작용에 기초를 두고 있다. 첫째, 용융물에 MnO를 공급; 둘째, 광물질 용융부에서 기설정된 석회포화계수에 도달할 때까지 철을 환원; 셋째, 서냉(slow cooling)이다.

전술한 서냉 처리는 매우 큰 앨라이트 결정을 형성할 수 있도록 한다. 결정의 사이즈는 밀리미터까지 이를 수 있다. 더욱이, 벨라이트에 대한 백-포매이션(back-formation) 처리 없이도 조사과정 중 결정의 가장자리에서 유리(free) 또는 언슬랙드(unslacked) 석회(CaO)가 보일 수 있다. 서냉 처리에 의하면, 전통적인 클링커 생산 조건에서, 앨라이트를 벨라이트 및 유리 석회로 분해한다. 이러한 배경에 맞서, 시멘트 생산에서 고자원 클링커 냉각이 필요하다.

큰 결정에도 불구하고 얻어진 특히 높은 앨라이트 상의 반응도는 Mn² ⁺ 이온의 존재 때문이며, 이는 앨라이트 상의 격자구조 내로 결합되어 LDS 바인더의 경화도-특히 앨라이트 상으로 인해-를 현저히 상승시키게 된다.

본 발명에 따른 환원조건 하에서의 용융 처리에 있어서, Mn은 Mn² ⁺ 로서 이가의 형태로 존재한다. 따라서, 앨라이트 격자 내로 도입 가능하며, 이를 통해 Ca는 격자로 치환된다. 3%까지의 결합비율이 달성된다.

이는 종래의 시멘트 클링커 생산에서는 불가능하다. Mn 화합물의 경우 시멘트 원자재에 존재하며, Mn은 산화처리를 통해 시멘트 클링커 생산물 내에 Mn³ ⁺로 존재할 것이다. 이와 같은 방법으로 Mn³ ⁺는 C₄AF 내에서 Fe의 격자 위치로 결합하는 경향이 있다.

따라서, 종래의 시멘트 클링커에서는 산화분위기에서, 망간이 Mn³ ⁺ 형태로 존재하기 때문에 유사한 앨라이트의 반응도 향상은 불가능하다. 이는 산화조건 하에서 수행되는 스틸 슬래그를 취급하는 모든 방법에 동일하게 적용된다.

앨라이트의 높은 안정성은 한편으로는, LDS 바인더 내에 앨라이트의 형성이, 종래의 소결 과정과는 대조적으로, 시멘트 클링커 생산에 있어서, 본 발명에 따라 용융 상태부터 서서히 일어난다는 사실에 의해 발생할 수 있다. 반면, 안정성은 Mn²⁺의 결합에 의한 것이다.

끝으로, 요구되는 석회포화계수 또한 본 발명에 따른 높은 앨라이트 비율 및 높은 LDS 반응도에 결정적인 역할을 한다.

원칙적으로, MnO는 공급 산물 내에 얼마든지 존재할 수 있다. 그러나, 공급 산물이 0.1wt.% 내지 10wt.%, 특히 0.5wt.% 내지 5wt.%의 MnO를 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 망간산화물 함유량 레벨은 상당량의 Mn² ⁺ 철이 앨라이트 상태의 결정 격자와 결합하여 결정 구조를 방해하도록 보장한다.

바람직하게는, 공급 산물의 함유량이 5wt.%까지의 Al2O3 및/또는 30 내지 50wt.%의 CaO 및/또는 10 내지 20wt.%의 SiO₂이다. 더 바람직하게는, 공급 산물의 함유량이 3 내지 5wt.%의 Al₂O₃ 및/또는 35 내지 45wt.%의 CaO 및/또는 15 내지 20wt.%의 SiO₂ 이다.

이들 조성으로, 앨라이트 상태의 형성은 열화학적 관점(thermo-chemical viewpoints)에 유념하여 강화된다. 더욱이, 문제의 산화물 농도 범위에서, 90 내지 110, 더 바람직하게는, 95 내지 105의 석회포화계수를 달성할 개연성이 높다. 스틸 슬래그 소재에 함유되지 않은 전술한 조성물은 공급되어야 하며, 부족한 산화물은 금속공정 전 또는 공정 중에 선택적으로 추가될 수 있다.

용융물은 환원 전 및/또는 환원 중 약 1600℃ 내지 1800℃, 특히 1650℃ 내지 1750℃의 온도이다. 모든 공급 산물 조성은 특히, 산화물 부분은 이러한 온도 범위에서 완전히 용융되며, 빠른 환원 공정이 에너지 및 열화학적 관점으로부터 보장하도록 환원 반응이 충분히 빨리 일어난다.

비산화 분위기는 환원분위기일 수 있다. 주로 고상의 환원제 첨가를 통해 발생하는 환원공정은, 이에 의해 더 촉진된다.

바람직하게는, 탄소, 실리콘 및/또는 다른 금속 또는 반금속이 환원제로 사용될 수 있다. 특히, 석유 코크스는 매우 높은 비표면(specific surface) 및 그에 상응하는 높은 반응도를 가지고 있어 탄소 개량(carbon modification)에 적합하다. 실리콘, 칼슘 및 알루미늄은 산화물이 슬래그의 부분(parts of the slag)을 형성하는 추가적인 이점이 있다.

환원제의 적어도 일부는 예를 들면, 불활성 기체의 유동에 의해 용융물 내에서 블로잉될 수 있다. 전기 아크로 사용시 용융물 내에서 환원제의 블로잉을 위해 할로우 전극(hollow electrodes)이 적용된다. 불로잉에 의해, 용융물 내에서 환원제의 특별히 효과적인 분포 외에 혼합(mixing)하는 데 기여한다. 불활성가스를 사용함으로써 바람직하지 않은 2차 반응이 억제되고, 특히 환원제 및 용융물에 함유된 산화조성물의 산화가 방지된다. 예를 들면 아르곤은 불활성가스로 사용하기에 특히 적합하다. 다른 비율의 환원제가 선택적으로 사전에 일정 비율로 공급 슬래그와 혼합될 수 있다.

탄소가 환원제로 사용되면, 산화물의 환원 부산물로 일산화탄소 및 이산화탄소가 생성될 수 있다. 이들 가스는 용융물에서 빠져나오며 이에 따라 용융물 기포가 형성될 수 있다. 기포 형성을 감소시키기 위해, 용융물 내에 붕사(borax)를 첨가할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 액상의 초기 철은 환원 공정 후 및 용융물의 응고 전에 분리된다. 액상 초기 철은 용융 상태보다 밀도가 높기 때문에 용융로 하단에 모이게 되어 용융로로부터 비교적 간단하게 제거될 수 있다. 용융로 또는 용융장치는 예를 들면 전기 아크로와 같이 용융 상(melt phase)를 수용하여, 추가적인 에너지 입력을 통해 용융물을 액체상태로 유지시키기 위한 용기로써 본 발명의 범위 내에서 이해될 수 있다.

원칙적으로, 상기 용융물은 서서히 냉각될 수 있다. 하지만, 상기 용융물이 늦어도 4시간, 특히 2시간 후에 고화되는 것이 바람직하다. 이러한 시간 이내에서 열역학적으로 안정한 광물학적 상(thermodynamically stable mineralogical phases), 특히 앨라이트(alite)가 형성될 수 있다.

상기 한정된 냉각(defined cooling)은 냉각 용기 내에서 수행될 수 있다. 특히 잉곳 또는 영구 몰드 또는 다른 용기가 이러한 목적으로 적합할 수 있으며, 이들 용기를 이용한 냉각 공정이 시간의 측면에서 영향을 받을 수 있다. 상기 냉각 용기는 용융 유닛에서 채워진 특별한 캐스팅 기계(casting machines)에 의해 공급될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 의하면, 초기 철의 기계적 분리는 그라인딩 공정과 분급 공정에 의해 발생한다. 이 단계를 위해서 적절한 방법이 국제 특허 출원 WO 2011/107124 A1에 개시되어 있다. 상기 철은 그라인딩 공정 중에 릴리스되고 그리고 나서 상기 철과 광물학적 매트릭스 사이의 점도 차이를 통해서 그라인딩 플레이트 상에서 분리된다. 이어서 그것은 상기 플레이트 에지 위에서 방출되고 추가적으로 후속하는 소팅 및 분급 공정(sorting and classification processes)을 선택적으로 수행함으로써 풍부해진다. 고화된 용융물을 감소시키고 분쇄시키기 위해서 롤러 밀(a roller mill), 바람직하기로는 로쉐(LOESCHE) 타입이 사용된다.

부가적으로, 본 발명은 적어도 40 wt. %의 앨라이트(alite (C₃S)) 그리고 대략 90 to 110의 석화 포화 계수의 광물학적 구성성분을 가진 수경성 광물 바인더에 관한 것이다. 더 높은 50 wt. %의 앨라이트 함량(alite content), 특히 60 wt. %이 바람직하다. 상기 수경성 광물 바인더는 본 발명에 따른 방법에 의해 생산될 수 있고, 또한 본 발명의 범위 내에서 LDS 바인더로서 기술된다.

상기 LDS 바인더는 최대 30 wt. % 유리 상(glass phases)의 광물학적 구성성분을 가진다. 이들은 바인더의 바인딩 능력에 어떠한 기여도 하지 않지만 유리 석회(free lime), 예를 들어 산화 칼슘을 바인딩할 수 있고, 그렇게 하여 석회 포화 계수를 증가시킬 수 있다.

본 발명에 의한 효과는 종속항 및 발명의 상세한 설명에 의해 나타난다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 실시예의 개략적 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수경성 광물 결합제의 강도를 보여주는 바 차트이다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 아래에서 구체적으로 설명된다.

공급 산물(feed product)이 도 1에 따른 순서도 스텝 Ⅰ에서 마련된다. 이 공급 산물은 필수적으로 LD 슬래그를 포함한다. 이 공급 산물은 1 wt. % 와 5 wt. 사이의 범위에서 MnO 함량(MnO content)을 가진다. SWS로도 기술되는 많은 LD 슬래그는 이미 바람직한 범위의 MnO 함량을 가진다. 그렇지 않은 경우 상기 MnO 가 상기 슬래그에 첨가된다. 이 단계에서 환원제가 공급 산물에 미리 첨가될 수 있다. 석유 코크스(Petroleum coke)가 이러한 목적으로 특히 적합하다.

이어진 스텝 Ⅱ에서, 요구되면, 상기 공급 산물의 용융 처리가 일어난다. 이러한 슬래그는 업스트림 공정(upstream process )으로부터 용융물 액체 상태(melt liquid state)에서 미리 얻어질 수도 있고 냉간 고체 형태(cold solid form)로 존재할 수도 있다. 상기 슬래그의 용융 및/또는 가열은 전기 아크 로(electric arc furnace)에서 발생할 수 있다. 그것은 내화 그라파이트 성분(a fire-resistant composition of graphite ) 또는 탄소 함유 내화물질(carbon-containing fire-resistant material)를 가지고 내화 작동으로 작동될 수도 있다. 상기 전기 아크 로가 용융 유닛(melt unit)으로서 기술될 수도 있다.

상기 용융은 스텝 Ⅲ에서 환원제의 첨가가 시작되기 이전에 대략 1650℃ 와 1750℃ 사이의 온도에 도달해야 한다.

상기 용융에서 철 성분을 환원시킴으로써, 일산화 탄소 및/또는 이산화탄소가 용융물로부터 가스 형태로 빠져 나와 생성될 수 있다. 그 결과 용융물이 포밍(foaming)될 수 있다. 포밍을 감소시키기 위해서 소량의 붕사(borax)가 상기 용융물에 첨가될 수 있다. 이렇게 하여 용융물의 점도가 감소된다.

환원된 철의 재산화(re-oxidation)를 억제하기 위해서, 로 분위기는 아르곤과 같은 불활성 기체가 풍부해야 한다. 상기 아르곤은 용융물에 직접 도입될 수도 있다. 이 후에 상기 환원제의 일부는 블로잉될 수도 있는데, 이 때 상기 아르곤이 상기 용융물 속으로 직접 유동한다. 상기 용융물을 통하는 상기 아르곤 유동은 용탕(the melt bath)의 소용돌이를 야기하고 이것은 금속 분리(metal separation)에 긍정적인 영향을 미친다.

상기 공급 산물에 존재하는 모든 철 성분이 환원되자 마자, 잔존하는 광물 용융 성분이 90 과 110 사이의 석회 포화 계수(lime saturation factor)를 가져야 한다. 이는 공급 산물의 구성물과 함께 주목되어야 한다. 희망 석회 포화 계수(lime saturation factor)는 많은 LD 슬래그와 함께 얻어질 수 있다.

스텝 Ⅳ에서, 액체 용융물(liquid melt)이 주입 장치(pouring apparatus)를 통해서 잉곳 몰드와 같은 특별 쿨링 유닛 속으로 이동하고, 거기서 적어도 15분에서 대략 2시간 사이의 시간 동안 서서히 냉각된다. 철의 일부, 대략 80%는, 상기 용융 유닛과 상기 냉각 유닛에서 분리 상(separate phase)으로 바닥에 용착된다. 이것은 여기서 액체 상태로 분리될 수도 있다. 하지만 금속 상(metal phase) 의 또 다른 부분이, 냉각 후에, 드롭(drop) 및 광물 부분에 내포된 형태로 존재한다. 이 경우 그것의 기계적 처리는 금속 수득률(metal yield)의 증가를 위해서 필요하다.

이러한 초기 철(elementary iron)의 기계적 분리는 LOESCHE 롤러 밀(roller mill)에 의해 그라인딩 공정과 후속의 분급 공정을 통해서 스텝 Ⅴ에서 발생한다. 이 경우 상기 철은 밀도 차이에 의해 광물 부분으로부터 분리될 수 있다. WO 2011/107124A1에 개시된 방법은 이 목적에 특히 적합하다.

잔존하는 광물 부분은 스텝 Ⅵ에서 존재하는 본 발명의 따른 LDS 바인더이다. 이것은 고 품질 수경성 광물 바인더로서 사용될 수 있다.

[표 1]은 본 발명에 따른 방법에 의해서 얻어진 미처리 LD 슬래그 및 LDS 바인더인 공급 산물의 화학적 구성을 열거한 것이다. 이 값들은 각 케이스에서 wt.%로 주어진다.

	베이스 슬래그(미처리)	LDS 바인더
SiO₂	13.9	19.6
Al₂O₃	1.7	2.7
Fe₂O₃	28.8	2.7
CaO	42.7	62.3
MgO	3.3	3.4
TiO₂	0.47	0.72
MnO	5.2	3.89
K₂O	0	0.04
Na₂O	0.02	0.29
SO₃	0.1	0.1
S² ^-	0.1	0.31
P₂O₅	1.07	1.12

(베이스 슬래그와 LDS 바인더의 wt. % 화학적 분석)

[표 1]에 따르면, 베이스 슬래그 대한 70.1의 석회 포화 계수와 LDS 바인더에 대한 104.3의 석회 포화 계수가 있다. [표 2]는 베이스 슬래그와 LDS 바인더의 wt. % 결정 구성성분(crystalline composition)의 재생산을 보여준다.

	베이스 슬래그(미처리)	LDS 바인더
Alite, C₃S	5.1	66.1
Belite, C₂S	22.2	9.8
C₁₂A₇	0.6	-
C₃A	2.2	5.3
C₄AF	23.2	1.2
XRD amorphous	38.6	11.8

(본 발명에 따른 베이스 슬래그 LDS 바인더 wt. % 상 구성성분(Phase composition))

[표 2]로부터 추론되는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 LDS 바인더에서 66 wt.%까지의 높은 앨라이트(alite) 부분을 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법에서 벨라이트(belite (C₂S))와 같은 다른 저 반응 상(other less reactive phases)의 형성이 감소된다는 것이 강조되어야 한다. 상기 벨라이트 상(belite phase)은 LDS 바인더의 강도에 기여하지만 상기 앨라이트 상보다는 낮은 범위에서 나중에 기여한다. 수경성 광 바인더에서 상기 앨라이트 부분이 높을수록 그것의 경화능력(hardening capacity)이 높아지고 건설 재료로서 그 적절성이 더욱 보편화된다.

상기 LDS 바인더의 양호한 반응이 2, 7, 28일 후에 표준 모르타르 프리즘(standard mortar prisms)에 대한 DIN EN 196에 따른 강도를 조사함으로써 입증되어 왔다. 강도 연구의 결과가 도 2에 보여진다.

세 가지 다른 샘플이 이러한 목적으로 만들어지고 그 결과가 상호 비교된다. 기준 시멘트 CEM I 42.5 R(. Reference cement CEM I 42.5 R)이 제1 샘플로 사용되었다. 제2 샘플은 70%의 기준 시멘트와 30%의 쿼츠 샌드(quartz sand), 프랙션(fraction) 0-2mm의 성분을 가지며, 상기 쿼츠 샌드는 비 반응 불활성 골재(non-reactive inert aggregate)로서 사용되었다. 제3 샘플은 70%의 기준 시멘트와 30%의 LDS 바인더로 구성된다. 이렇게 함으로써 상기 LDS 바인더는, 비표면(specific surface) 4000 cm²/g Blaine으로 그라인딩된다.

도 2에서 보여준 검사 결과로부터, 상기 LDS 바인더를 가진 샘플 3은 상기 쿼츠 샌드를 가진 비교 샘플 2의 강도 수준 위에 있다는 것을 알 수 있다. 이것으로부터 2일 후에 이미 상기 LDS 바인더가 강도에 대한 독립적 기여를 제공한다고 결론지을 수 있다. 7일 후에는 상기 LDS 바인더를 가진 샘플 3은 상기 비교 시멘트 강도 수준에 거의 도달하고 28일 후에는 심지어 그것을 능가한다.

요약하면, 본 발명의 방법을 따르면, 스틸 슬래그로부터 철을 회수하여 매우 양호한 경화 능력을 가지는 수경성 광물 바인더를 생산하는 것이 가능해진다.

Claims

고 경화 능력을 가진 수경성 광물 바인더를 생산하여 철을 회수하도록 스틸 슬래그를 처리하는 방법에 관한 것으로서,
산화물 형태의 철 성분을 가진 스틸 슬래그와 상기 스틸 슬래그에 함유된 MnO를 포함하는 공급 산물을 마련하고,
상기 공급 산물을 용융물로서 처리하고,
90과 110 사이의 광물 용융물(the mineral melt part)에서 석회 포화 계수를 얻기 위해 상기 철 성분을 감소시키도록 환원제를 상기 용융물 속으로 합체시키되, 상기 환원제의 합체는 비산화 분위기(non-oxidising atmosphere)에서 수행되고,
상기 용융물을 빨라도 15분 후에 고화시키며 서서히 냉각을 수행하고,
상기 고화된 용융물로부터 초기 철(elementary iron)을 기계적으로 분리시키고,
수경성 광물 바인더로 사용하기 위해 환원된 철 함량을 상기 고화 용융물에 공급하는 단계들을 포함하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 공급 산물은 0.1 내지 10 wt. %의 MnO를 구비하는 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에서,
5 wt. %까지의 Al₂O₃ 및/또는 30-50 wt. %의 CaO 및/또는 10 내지 20 wt. %의 SiO₂ 가 상기 공급 산물에 포함된 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 용융물은 상기 환원 전 및/또는 상기 환원 중에 1600℃ 내지 1800℃의 온도인 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 비산화 분위기는 환원 분위기(reducing atmosphere)인 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
카본, 실리콘 및/또는 다른 금속 또는 반금속(semi-metals)이 환원제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 환원제의 적어도 일부는 상기 용융물 속으로 블로잉되는(blown) 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 용융물 속으로 블로잉되는(blown) 상기 환원제는 불활성 가스 유동에 의해 블로잉되는 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
붕사(borax)가 상기 용융물에 합체되는 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
액체의 초기 철(liquid elementary iron)이 상기 환원 후 그리고 상기 용융물의 고화 이전에 분리되는 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 용융물은 늦어도 4시간 후에 고화가 완료되는 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 서냉을 수행하는 단계는 냉각 용기 내에서 일어나는 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 초기 철(elementary iron)의 기계적 분리는 그라인딩 공정과 분급 공정 수단에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 스틸 슬래그를 처리하는 방법.
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