KR100254011B1 - 분진 비산 방지를 위한 무기질 도포재의 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 입자상 물질의 야적장에서 발생하는 분진의 비산을 방지하기 위한 도포재에 관한 것으로서, 포틀랜드 시멘트 또는 각종 혼합시멘트와 시멘트 제조공정에서 발생하는 산업 폐부산물인 고알카리 시멘트 공정 폐기물을 주성분으로 하여 도포재를 제조하고 리그닌 설폰산 금속염, 나프탈렌 설폰산 포르말린 축합물 또는 이들의 혼합물을 첨가하고 물과 혼합하여 슬러리 상태로 살수장치를 이용하여 입자상 물질의 야적장에 살포함으로써 도포후 조기에 안정적으로 경화를 이루어 뛰어난 분진 비산 방지 효과를 얻을 수 있다.

Description

분진 비산 방지를 위한 무기질 도포재의 조성물

본 발명은 분진 비산 방지를 위한 무기질 도포재의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포틀랜드 시멘트 또는 각종 혼합시멘트와 고알카리 시멘트 공정 폐기물로 이루어지며 야적장에서 발생하는 인체에 유해한 각종 입자상 물질의 분진의 비산 방지에 매우 효과적인 무기질 도포재의 조성물에 관한 것이다.

대기 오염은 생환환경을 파괴하는 오염 형태의 하나로서 직접 혹은 간접적으로 인체에 극심한 피해를 미치며, 경제적으로도 큰 손실을 끼치고 있다. 이중에서 분진은 대기 오염물질 총량의 약 10%정도를 차지하고 있으며, 인간의 건강, 재산 및 가시도 등에 직접, 간접적으로 피해를 준다. 특히 유연탄 야적장, 골재 야적장 등 야적장에서 발생하는 각종 입자상 물질의 분진은 인근 주민들의 건강 및 생활 자체를 위협하고 있어서 심각한 민원의 대상이 되고 있다.

이러한 비산분진의 배출을 억제하기 위한 방법으로서 지하 저장시설 등에 분체를 저장하거나, 일정한 높이의 방진벽을 설치한 후 살수하거나, 무기 또는 유기 접착재 등의 표면 경화재를 살포, 또는 천, 비닐 등의 방진포 설치 등의 방법이 행하여지고 있다. 그러나 이들 기존의 방법들은 비용이 많이 들거나 그 작업 및 관리가 번거로운 단점을 갖고 있어 큰 효과를 얻기에는 미약하다. 특히 가장 일반적으로 사용되는 살수에 의해 비산먼지를 방지하는 방법은 시설이 간단하나 지속적으로 물을 뿌려야 하고, 여름철이나 바람이 심하게 부는 경우 살수한 물의 조기 증발로 인해 비산 먼지가 대거 발생하여 이를 방지하기 위해서는 지속적으로 물을 살수하여야 하기 때문에 완벽하고 영구적인 분진 비산 방지 효과를 얻는 것은 불가능하다.

본 발명자들은 상기한 바와 같은 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 포틀랜드 시멘트 또는 각종 혼합시멘트와 시멘트 제조공정에서 발생하는 산업 폐부산물인 고알카리 시멘트 공정 폐기물을 주성분으로 해서 도포재를 제조하여 물과 혼합시켜 슬러리 상태로 살수장치를 이용하여 입자상 물질의 야적장에 살포할 경우, 도포후 조기에 안정적으로 경화를 이루어 뛰어난 분진 비산 방지 효과를 얻을 수 있음을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.

이에 본 발명은 기존의 야적장 보유시설을 최대한 활용하고, 기존의 재료보다 도포재의 분진 비산 방지 효과를 향상시키고 경제적인 제조가 가능하도록 폐부산 자원을 활용한 분진 비산 방지를 위한 도포재를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 포틀랜드 시멘트 또는 각종 혼합 시멘트 70 내지 90 중량%와 고알카리 시멘트 공정 폐기물 10 내지 30 중량%가 혼합된 것을 특징으로 하는 분진산 방지를 위한 무기질 도포재의 조성물인 것이다.

본 발명의 도포재에 사용되는 포틀랜드 시멘트 또는 각종 혼합 시멘트는 3CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂, 3CaO,·Al₂O₃·4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃를 주요 구성광물로 하며, 바람직하기로는 70 내지 90 중량%가 사용된다.

본 발명에서 사용하는 고알카리 시멘트 공정 폐기물은 시멘트 제조공정중 전지 집진기 또는 알카리 바이패스 시스템(By-pass System)을 통해 발생하는 폐부산 자원이며, 시멘트를 이루는 주요 성분으로서 CaO 30 내지 50 중량%, SiO₂5 내지 25 중량%, Al₂O₃1 내지 10 중량%, Fe₂O₃0.1 내지 5 중량%를 포함하고 있고, 또한 시멘트의 수화 응결을 촉진시켜 조기에 강도를 발현시키는 알칼리화합물인 Na₂O를 0.5 내지 5 중량%, K₂O를 3 내지 15 중량% 포함하고 있으며, 그밖에 MgO, SO₃등을 함유하고 있다.

이 고알카리 시멘트 공정 폐기물은 시멘트 제조공정에서 700 내지 900℃의 고온에서 열응력을 받아 높은 반응성을 가진 재료이며, 성능의 개선을 위해 분급등 물리화학적인 정제 과정을 통해 비표면적(블레인 값)을 5,000 내지 10,000㎠/g으로 조절하여 화학적 반응성을 극대화시킨 재료이다.

따라서, 포틀랜드시멘트 또는 각종 혼합시멘트에 적당량 첨가함으로서 물과 시멘트 광물의 수화반응을 촉진시켜 수화반응 초기에 고황산염 수화물인 에트링자이트(Ettringite, 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O)와 CaO-SiO₂-H₂O계 수화물의 생성을 촉진시켜 조기에 응결 경화를 이루고 강도를 발현시킴으로서 고내구성의 안정적인 비산 방지 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 도포재에는 첨가제로 제지공장의 펄프 제조시 부산물로서 얻어지는 리그닌 설폰산의 양이온을 금속 이온으로 치환시킨 리그닌 설폰산의 금속염 또는 나프탈렌 설폰산 포트말린 축합물 또는 이들의 혼합물을 0.1 내지 2 중량% 첨가할 수 있다. 이들 첨가제는 수용성 물질로서 교반중 무기질 도포재 입자에 흡착하여 입자표면에 전기이중층을 형성시켜 입자들 사이에 정전기적 반발력을 생성시킴으로서 슬러리중의 고체입자들이 응집, 침전하는 현상을 방지하고 슬러리의 유동성을 향상시켜주는 역할을 한다.

따라서, 도포재 슬러리의 분산성 및 유동성의 향상을 통해 도포재 분말을 덩어리지지 않고 미만의 슬러리 상태로 고르게 분산시킴으로서 도포재 분말이 교반조 바닥에 침전하거나 살수장치에 의한 도포작업시 노즐이 막히는 현상을 방지하는 등 작업성을 향상시킨다.

본 발명의 장점은 그 사용 방법상 새로운 시설투자 없이 기존의 분진 비산발생 방지 장치인 살수장치의 수조탱크를 교반조로 간단히 개조하거나 새로 설치한 후 그대로 사용할 수 있다는 점이다. 이때 상황에 따라 교반조 내에서 물 80 내지 90 중량%와 도포재 10 내지 20 중량%를 교반한 후 살수장치를 통해 1회 도포함으로서 분체상의 야적장에서 안정적으로 분진 비산을 방지할 수 있다. 이때 높은 물/도포재 비율에 따라 도포재가 충분한 수화반응을 이루고 남는 잉여의 물은 야적된 분체상의 내부로 자연스럽게 침투함으로서 표면에 3 내지 10 mm 두께의 단단한 도포 표면층을 형성하여 이는 조기 응결 경화 과정을 통해 장기적으로 안정된 분진 비산 방지막을 형성시킨다. 이렇게 생성된 도포막은 도포 후 3시간을 전후로하여 응결 경화가 이루어지며 1일 이후 초속 30m/sec의 강물에 있어서도 비산 분진을 발생시키지 않으며 경화 3일 이후에 비가 내려도 도포막의 파괴없이 장기적으로 안정된 분진 비산 방지 효과를 발휘한다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 다음의 실시예에 국한되는 것은 아니다.

[실시예]

본 실시예에 사용한 고알칼리 시멘트 공정 폐기물의 화학조성 및 특징은 표1과 같다.

[표 1]

* 강열감량( Loss of Ignition )

[실시예 1]

보통 포틀랜시멘트 90중량%와 상기 표 1의 조성을 갖는 고알카리시멘트 공정폐기물 10 중량%를 혼합하여 무기질 도포재를 제조하였다.

KS L5103 「길모어 침에 의한 시멘트 응결시간 시험방법」에 의거하여 응결경화 특성을 측정하고, KS L 5105 「수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법」 에 의거하여 압축강도를 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 이때 양생은 공기중 양생의 조건으로 실시하였다.

유연탄을 이용하여 옥외에 단면적 3㎡, 높이 1m의 모의 야적장을 설치한 후 살수장치를 이용하여 각각의 도포재를 살포하였다. 이때, 물/도포재 비율은 90/10(중량%)로 하였으며 도포재 살포후 초속 10, 20,30m/sec의 강풍에 30분간 노출시킨 후 도포표면 상태와 비산먼지 발생여부를 평가하였다. 그 결과를 또한 표2에 나타내었다.

[실시예 2와 3]

보통 포틀랜드시멘트와 상기 표 1의 조성을 갖는 고알카리시멘트 공정폐기물을 표 2에 나타낸 함량으로 혼합하여 무기질 도포재를 각각 제조하였다.

실시예 1과 같은 방법으로 실시예 2와 3의 각각의 경우에 응결경화 특성과 압축강도를 측정하고, 강풍에 의한 도포표면 상태와 비산먼지 발생여부를 평가하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[실시예 4 내지 8]

보통 포틀랜드시멘트, 상기 표 1의 조성을 갖는 고알카리시멘트 공정폐기물 및 첨가제를 표 2에 나타낸 함량으로 혼합하여 무기질 도포재를 각각 제조하였다. 사용된 첨가제의 종류는 표 2에 나타낸 대로이다.

유연탄을 이용하여 옥외에 단면적 3㎡, 높이 1m의 모의 야적장을 설치한 후 살수장치를 이용하여 각각의 도포재를 살포하였다. 이때, 물/도포재 비율은 90/10(중량%)로 하였으며 도포재 살포후 초속 20m/sec와 30m/sec의 강풍에 30분간 노출시킨 후 비산먼지 발생 여부를 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.

작업성을 평가하여 도포재 분말로 인해 교반조 내에 침전물이 발생하는지와 살수장치의 노즐이 막히는지를 평가하여 표 2에 나타내었다.

[비교예 1]

보통 포틀랜드시멘트만으로 이루어진 도포재를 준비하여 실시예 1과 같은 방법으로 응결경화 특성과 압축강도를 측정하고, 강풍에 의한 도포표면 상태와 비산 먼지 발생여부를 평가하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

또한, 작업성을 평가하여 도포재 분말로 인해 교반조 내에 침전물이 발생하는지와 살수장치의 노즐이 막히는지를 평가하였다.

[표2]

¹A : 리그닌 설폰산의 금속염

²B : 나프탈렌 설폰산 포르말린 축합물

상기 표 2에서 보는바와 같이 실시예 1 내지 3과 비교예 1에 대한 응결경화 특성과 압축강도 실험의 결과로부터 본 발명의 분진비산 방지용 도포제는 보통 포틀랜드시멘트를 도포재로 사용하는 경우보다 조기에 응결경화를 이루며, 우수한 강도발현 특성을 나타냄을 알 수 있다. 또한 강풍에 의한 비산먼지 발생 영향 평가에서 본 발명의 도포재를 사용한 경우가 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 경우에 비해 도포표면 상태도 양호하고 비산먼지 발생도 없음을 알 수 있고, 특히 초속 30m/sec의 강풍에 있어서도 비산먼지 발생을 제거할 수 있음을 알 수 있다.

작업성 평가에서는 리그닌 설폰산 금속염 또는 나프탈렌 설폰산 포르말린 축합물 또는 이들의 혼합물을 첨가한 실시예 4 내지 8의 경우가 첨가제를 함유하지 않은 비교예 1보다 결과가 우수하였다. 이 결과로부터 리그닌 설폰산의 금속염 또는 나프탈렌 설폰산 포르말린 축합물 또는 이들의 혼합물이 첨가된 도포재를 사용하는 경우에 교반조 내의 침전물 발생 또는 살수장치의 노즐 막힘 현상이 제거되어 작업성이 향상됨을 알 수 있다. 따라서 이들 첨가제 물질을 교반조 및 살수장치의 성능 등 작업조건에 따라 적절히 첨가함으로서 작업성의 향상 효과를 얻을 수 있다.

[실시예 9]

본 발명의 도포재를 평가하기 위해 대도시 인근의 골재 야적장에서 실시예 8의 조성을 갖는 도포재를 사용하여 현장시험을 실시하였으며 그 결과를 표 3에 나타냈다. 이때 야적장으로부터 각각 100m, 200m, 300m 거리의 지점에서 대기 분진 농도를 측정하였다.

[비교예 2]

실시예 9와 같은 조건에서 물을 살수하였으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

[표 3]

표 3으로부터 본발명의 도포재를 이용한 경우가 기존의 방법인 살수에 의한 분진 비산 방지의 경우보다 분진 비산 방지 효과가 월등히 우수함을 알 수 있으며 도포재 살포의 경우에 대기중의 분진 농도는 거리에 따라 큰 차이가 없으며 국내 환경기준인 150㎍/㎥과 큰 차이가 없음을 보아 매우 우수한 분진비산 방지 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따라 야적장에서 발생하는 인체에 유해한 각종 입자상 물질의 분진의 비산을 방지하기 위해 포틀랜드시멘트 또는 각종 혼합시멘트와 시멘트 제조 공정에서 발생하는 산업 폐부산물인 고알카리 시멘트 공정 폐기물을 주성분으로 하여 도포재를 제조하여 물과 혼합시켜 슬러리 상태로 살수장치를 이용하여 입자상 물질의 야적장에 살포함으로써, 도포후 조기에 안정적으로 경화를 이루어 뛰어난 분진 비산 방지 효과를 얻고, 기존의 야적장 보유시설을 최대한 활용하며, 기존의 재료보다 도포재의 분진 비산 방지 효과를 향상시키고 경제적인 제조가 가능하도록 폐부산 자원을 활용한 분진 비산 방지를 위한 도포재를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 포틀랜드 시멘트 70 내지 90 중량%와 고알칼리 시멘트 공정 폐기물 10 내지 30중량%가 혼합된 것을 특징으로 하는 분진 비산 방지를 위한 무기질 도포재의 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 고알칼리 시멘트 공정 폐기물이 CaO 30 내지 50중량%, SiO₂5 내지 25중량%, Al₂O₃1 내지 10중량%, Fe₂O₃0.1 내지 5 중량%, Na₂O 0.5 내지 5중량%, K₂O 3 내지 15중량% 및 MgO 또는 SO₂의 성분으로 이루어진 군에서 선택한 성분으로 이루어진 무기질 도포재의 조성물.
3. 제1항에 있어서, 추가로 리그닌 설폰산의 금속염 또는 나프탈렌 설폰산 포르말린 축합물 또는 이들의 혼합물을 0.1 내지 2중량% 함유한 무기질 도포재의 조성물.