KR100473642B1 - 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 및시멘트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 및 시멘트 제조방법에 관한 것이다.

이는특히, CaO원과 Al₂O₃원으로 각각 철강산업에서 배출되는 슬러지인 백운석 슬러지와 압연종말슬러지를, CaSO₄원으로 부산석고를 사용하여 1,000∼1,300℃의 온도범위에서 30분 소성하여 C₄A₃ , β-C₂S, C₄AF, MgO 등으로 구성된 알루미나질 클링커를 제조하는 것이다.

또한, 상기 석고성분이 혼합된 시멘트를 제조하는 것이다.

이에따라서, 폐부산물을 이용하여 고강도, 속경성, 팽창성의 칼슘설포알루미네이트 클링커 및 시멘트를 제조함으로서 천연자원의 절약과 이들 폐기물의 매립에 따른 환경오염을 방지함과 동시에 고부가가치 제품의 제조에 따른 경제적인 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Description

철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 및 시멘트 제조방법{a Method for Manufacturing Aluminate Clinker and Cement using a By-Product Steel and By-Plaster}

본 발명은, 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 및 시멘트 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게로는, 철강산업의 부산물로서 배출되고 있는 무기성 슬러지와 비료의 제조 및 배연탈황시 부산물로서 배출되는 석고를 사용하여 칼슘설포알루미네이트 클링커(이하 "C₄A₃ 클링커" 라함)와 시멘트를 제조하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 및 시멘트 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 C₄A₃ 클링커(clinker)는, CaO, Al₂O₃, SiO₂, SO₃ 등의 성분을 포함하며, 제조된 클링커에 무수석고(CaSO₄)와 생석회(CaO)를 적당량 혼합하게 되면 이들의 혼합비에 따라 팽창성, 속경성 그리고 조강성을 갖는 시멘트가 제조된다.

그리고, Hauyne계 광물에 속하는 C₄A₃ 는 CaO-Al₂O₃-SO₃계에서 생성되는 유일한 광물로서, 공업적으로는 SiO₂ 및 Fe₂O₃가 불순물로 함유된 천연광물로 제조되기 때문에 그 소성 생성광물은 C₄A₃ 이외에 β-C₂S와 C₄AF가 함유되어 있다.

이러한 특성을 가지는 C₄A₃ 계 시멘트는, 물과의 수화반응으로 침상 및 주상의 에트링자이트(C₃A·3CaSO₄·32H₂O), 모노설페이트(C₃A·CaSO ₄·12H₂O) 및 Ca(OH)₂ 등의 수화물 결정성장으로 팽창성을 나타내므로써, 일반적인 포틀랜드 시멘트의 단점인 건조수축에 의한 경화체의 균열을 방지하고, 인장강도를 증진시킬 수 있는 것이다.

그리고, 일반적인 포틀랜드 시멘트용 클링커는, 1450℃정도의 고온에서 소성이 되며, 상기 클링커를 구성하는 주요 화합물로서는 C₃S, C₂S, C₃A, C ₄AF의 조성광물을 가지고, 수화시에는 칼슘실리케이트 수화물(Calcium silicate hydrate : C-S-H), 수산화칼슘[Calcium dihydroxide : Ca(OH)₂]을 생성하게 된다.

또한, 상기 C₄A₃ 클링커는, 일반적인 포틀랜드 시멘트를 제조하는 온도보다 100∼200℃정도 낮은 1,200∼1,300℃에서 제조되므로 에너지가 절약될 뿐만 아니라 보통 포틀랜드 시멘트와 혼합하여 사용하게 되면 투입되는 C₄A₃ , CaO, CaSO₄의 혼합비에 따라 Al₂O₃성분이 많으면 조강성, SO₃성분이 많으면 고강도성, CaO성분이 많으면 팽창성에 특성을 갖는 시멘트가 제조된다.

따라서, 상기 시멘트는 일반적인 포틀랜드 시멘트의 단점인 건조수축에 따른 균열의 발생억제 및 조강성, 고강성을 발현시키기 위해 주로 사용된다.

그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 C₄A₃ 클링커는, 일반적으로 천연의 보오크사이트, 석회석, 천연석고를 주로 이용하여 제조하였다.

이를 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 철강산업에서 부산되는 압연종말슬러지와 백운석 슬러지및 비료 제조공정의 부산물인 석고를 사용하여 C₄A₃ 클링커 및 시멘트를 제조하도록 하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 및 시멘트 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 이들 폐부산물을 사용함으로서 천연자원의 절약과 이들 폐기물의 매립에 따른 환경오염을 저감함과 동시에 고부가 가치의 제품 제조에 따른 경제적인 효과를 얻도록 하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 및 시멘트 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위해, 백운석슬러지 30∼65중량%, 압연종말슬러지 30∼65중량% 및 부산석고 4∼20 중량%의 함량으로 배합하여 클링커를 제조하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 제조방법이 제공된다.

한편, 백운석슬러지는 30∼65중량%, 압연종말슬러지 30∼65중량% 및 부산석고 4∼20 중량%의 함량으로 배합한후 1,000∼1,300℃의 온도에서 30분 소성하여 형성되는 알루미나질 클링커를 브레인 비표면적 2,000∼5,000cm²/g 으로 분쇄한 후 이에 석고를 1∼36중량% 첨가하여 시멘트를 제조하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 시멘트 제조방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, Al₂O₃원으로 압연종말 슬러지를 이용하고, CaO원으로 백운석슬러지를 이용하며, SO₃원으로 인산부산 석고를 이용하여 특수시멘트의 하나인 알루미나질 C₄A₃ 클링커를 제조한다.

또한, 상기 C₄A₃ 는 백운선슬러지및 압연종말슬러지는 철강산업에서 발생되는 부산물을 사용하고, 비료제조공정, 배연 탈황공정, 산화티탄 제조공정에서 발생되는 부산석고가 사용되며, 상기 부산석고를 300℃에서 소성하여 제조되는 무수석고가 사용되어도 좋다.

더하여, 백운석슬러지는 30∼65중량%, 압연종말슬러지 30∼65중량% 및 부산석고 4∼20 중량%의 함량으로 배합한후 1,000∼1,300℃의 온도에서 30분 소성하여 형성되는 알루미나질 클링커를 브레인 비표면적 2,000∼5,000cm²/g 으로 분쇄한 후 이에 석고를 1∼36중량% 첨가하여 시멘트를 제조한다.

이때, 상기 석고는, 인산부산석고, 티탄석고, 배열 탈황석고, 천연석고및 무수석고등의 그룹에서 선택된 한종이상이 사용된다.

그리고, 각각의 원료에 대한 화학조성을 표1에 나타내었다.

[표 1]

여기에서, CaO원으로 이용되는 백운석슬러지의 경우 그 함량은 40.7중량%이고, 압연종말슬러지의 Al₂O₃는 22.1중량%이며, SO₃원으로 이용되는 인산부산석고는 44.2중량%의 SO₃원을 함유한다.

그리고, 상기 원료의 배합범위는, 원료입도가 70~90㎛ 이고 잔분이 5~20중량%가 되도록 분쇄한 백운석슬러지 52∼48중량%, 압연종말슬러지 45∼42중량% 및 인산부산석고 4∼11중량%이 되도록 혼합하고, 상기 혼합물을 소성로에서 1,000∼1,300℃의 소성온도로 30분 유지하면서 소성한 후 공냉시킨다.

이때, 소성된 클링커의 주요 광물상은 C₄A₃ , β-C₂S, C₄AF, MgO 등이고, 상기 클링커를 무수석고 및 소석회와 함께 혼합하여 분쇄하면 고강도, 속경성, 팽창성을 나타내는 특수시멘트가 된다.

상기와 같은 시멘트의 제조공정은, 원료의 건조, 분쇄, 배합, 혼합, 소성, 냉각, 무수석고 및 소석회와 분쇄혼합, 포장, 수송의 주요공정으로 이루어진다.

이하, 실시예를 들어 보다 상세하게 설명을 한다.

[실시예]

표1과 같은 화학성분을 가지는 압연종말스러지, 백운석슬러지, 인산부산석고를 건조한 후 분쇄하여 원료를 준비한다.

이어서, 준비된 원료를 표2와 같은 배합으로 충분히 혼합을 한다.

[표 2]

그리고, 상기 표2와 같은 배합량으로 투입되는 원료를 혼합한 후 건조하고, 이를 소성로에서 1,000∼1,300℃까지 온도를 올린 후 30분 소성하며, 소성이 완료되면 공기중에서 냉각시킨다.

상기와 같이 소성된 원료의 화학분석치는 표3에서와 같다.

[표 3]

즉, 화학분석치가 세가지 경우 거의 유사한 화학분석 값을 보이지만 Al₂O₃의 함유량에서 약간의 차이를 보임을 알 수 있다.

또한, 상기와 같이 소성된 원료의 XRD 분석결과, 도1에서와 같이 Case 1은 도1a에, Case 2는 도1b에, Case 3은 도1c의에 나타난다.

즉, 클링커의 주요 광물상은 C₄A₃ , β-C₂S, MgO이었고, 세가지로 배합한 경우 모두 거의 유사한 광물이 존재하는 것을 알수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 철강산업에서의 부산물로서 배출되고 있는 무기질 슬러지인 압연종말슬러지, 백운석슬러지 그리고 비료제조시 부산물로 발생되는 인산석고를 이용하여 시멘트를 제조함으로써 자원을 재활용하고, 일반 폐기물을 사용하여 고부가가치의 C₄A₃ 클링커를 제조하며, 원재료의 단가를 최소화 하여 경제적인 생산이 가능하고, 폐부산물의 매립에 따른 환경오염을 방지하는 우수한 효과가 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.

도1a,b,c는 각각 본 발명에 의해 제조된 클링커의 X선 회절도.

Claims (7)

1. C₄A₃ , β-C₂S, C₄AF, MgO를 함유하는 알루미나질 클링커를 제조하도록 CaO원과 Al₂O₃원으로 백운석 슬러지와 압연종말슬러지를, CaSO₄원으로 부산석고를 사용하여 이를 혼합하고, 상기 혼합물을 1,000∼1,300℃의 온도에서 30분 소성하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 백운석슬러지는 30∼65중량%, 압연종말슬러지 30∼65중량% 및 부산석고 4∼20 중량%의 함량으로 배합되는 것을 특징으로 하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 백운석슬러지 및 압연종말슬러지는 철강산업에서 발생되는 부산물이 사용되고, 부산석고는 비료제조공정, 배연 탈황공정및 산화티탄 제조공정에서 발생되는 부산물을 사용하는 것을 특징으로 하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 백운석슬러지 및 압연종말슬러지는 철강산업에서 발생되는 부산물이 사용되고,

   비료제조공정과 배연 탈황공정및 산화티탄 제조공정에서 발생되는 부산물인 부산석고를 300℃에서 소성하여 제조된 무수석고가 혼합되는 것을 특징으로 하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 백운석 슬러지와 압연종말슬러지및 부산석고가 입도 88㎛ 이하, 잔분이 5∼20중량% 되도록 분쇄되어 혼합되는 것을 특징으로 하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 알루미나질 클링커 제조방법.
6. 백운석슬러지는 30∼65중량%, 압연종말슬러지 30∼65중량% 및 부산석고 4∼20 중량%의 함량으로 배합한후 1,000∼1,300℃의 온도에서 30분 소성하여 형성되는 알루미나질 클링커를 브레인 비표면적 2,000∼5,000cm²/g 으로 분쇄한 후 이에 석고를 1∼36중량% 첨가하여 시멘트를 제조하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 시멘트 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 석고는, 인산부산석고, 티탄석고, 배연탈황석고, 천연석고 및 무수석고의 그룹에서 선택된 어느하나 이상이 혼합되는 것을 특징으로 하는 철강부산물과 부산석고를 이용한 시멘트 제조방법.