KR100686790B1 - 시멘트 분쇄보조용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기존의 시멘트 분쇄보조제와 비교하여 분쇄효과가 우수할 뿐만 아니라 경제성을 가지며 환경오염문제 해결에도 도움이 되는 시멘트 분쇄보조용 조성물에 관한 것이다.
시멘트 분쇄보조용 조성물, 폐부동액, 디에틸렌 글리콜, 요소, 인산, 트리에탄올아민

Description

시멘트 분쇄보조용 조성물{Cement grinding aid composition}
본 발명은, 시멘트 분쇄보조용 조성물에 관한 것이다.
시멘트 분쇄보조 제제 또는 조성물(cement grinding aid agent/composition)은, 시멘트 분쇄시 분쇄 촉진과 2차 입자의 생성방지, 분산성과 유동성 향상, 분쇄 평형 등을 목적으로 사용되는 물질로서, 시멘트 제조공정에 있어서 에너지 절감, 분쇄성능 향상, 및 분말도가 높은 제품을 생산하기 위하여 사용되는 중요한 물질이다.
시멘트를 분쇄하는 경우, 분쇄기(mill) 내부 벽면에 피분쇄물이 부착되거나, 시멘트 입자의 불포화 상태 (포지티브 또는 네가티브), 분쇄기 밀(mill) 내부 온도가 상승함에 따라 피분쇄물이 건조한 상태에서 분쇄용 스틸 볼(steel ball)의 충돌에 의해 정전기가 발생하여 피분쇄물이 서로 부착됨으로써 분쇄효과가 저감되는 등 시멘트 분쇄시 여러 문제점이 발생하는 것으로 지적되어 왔다.
따라서, 시멘트 분쇄를 효과적으로 수행하기 위해 시멘트 분쇄 보조제/촉진제의 사용이 오래전부터 고려되었다. 시멘트 분쇄보조제로 사용될 물질은, (i) 피분쇄물의 에너지를 제거할 수 있어야 하며, (ii) 사용량이 적어야 하고, (iii) 다운-스트림(down stream)에 영향을 주어서는 안되며, (iv) 분쇄 기계에 녹ㆍ부식을 일으켜서는 안되고, (v) 경수(hard water)에 사용할 수 있어야 하며, (vi) 독성이 적고 생분해성이 높아야 하는 등의 요건을 충족하여야 한다.
현재까지 사용된 시멘트 분쇄보조제로는, 글리콜류 (예를 들면, 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등), 리그닌 설폰산소다, 아민류 (예를 들면, 트리에탄올 아민, 디에탄올 아민 등), 아세트산, 지방족산(aliphatic acid), 나트륨 설페이트, 아민 아세테이트, 나트륨 글루코네이트, 카본 블랙(carbon black), 요소(urea), 트리이소프로판올아민, 미네랄 블랙 등이 있다. 이 중에서, 비교적 고가의 글리콜류 (특히, DEG) 또는 트리에탄올아민과 같은 아민류가 시멘트 분쇄보조제로서 주로 많이 사용되어 왔으나[참조: 미국특허 제4,828,624호 (특허부여일: 1989년 5월 9일)], 이들은 고가의 제품으로서 생산 비용이 높을 뿐만 아니라, 아민류는 발암성 물질인 것으로 밝혀지는 등 문제점이 지적되어 왔다.
한편, 부동액은 액냉식 내연기관용 냉각수의 동결방지와 냉각기구의 부식방지에 사용되는 글리콜류를 주성분으로 하는 혼합물이다. 일반적으로 내연기관용 부동액은 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜을 주성분으로 하고 부식방지제, 방청제 및 안정화제 등의 소량의 첨가제와 물(일반적으로, 5중량% 이내)을 혼합하여 제조된 것으로서, 실제 사용시에는 상기 부동액에 일정 비율의 물을 함께 섞은 혼합 수용액 형태로 사용하고 있다[참조: 대한민국 특허 제222776호].
하지만, 사용후 폐기처분되는 폐부동액은, 화학적 산소요구량(COD)이 약 46만 ppm에 달해 일반폐수 방류기준의 1만배에 달하여, 국내에서는 폐기물 관리규칙 제2조 별표 2 화합물질(에틸렌 글리콜)을 함유하고 있으므로 동법 시행령 제2조 별표 1에서 정하는 특정 유기용제로 소각처분하고 있다. 따라서, 부동액을 사용하는 자동차 등의 사용이 증가함에 따라 부동액의 사용량이 증가하게 되고, 이에 따라 폐부동액의 처리 비용도 급증하고 있을 뿐만 아니라, 소각시 대기오염 유발로 인한 2차 환경오염을 초래하고 있는 실정이다.
이에 따라, 대한민국 특허 제222776호 (특허등록일: 1999년 7월 7일)에서는 폐부동액을 재활용하여 광물분쇄에 이용하는 방법을 기재하고 있으며, 미국 소재의 CP Recycling, Inc. 및 Consolidated Recycling Co., Ltd. 등에서는 폐부동액을 이용한 시멘트 분쇄보조제를 시판하고 있다.
하지만, 대한민국 특허 제222776호에 기재된 방법과 같이 폐부동액만을 주요 성분으로 이용한 시멘트 분쇄보조제를 사용하는 경우, 폐부동액의 사용량이 0.01중량%에서부터 최대 0.5중량% (분쇄할 시멘트 중량을 기준)까지로서 매우 큼으로써 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 시멘트 분쇄보조제로 사용하기 위해서는 회수한 폐부동액을 여러 단계의 가공공정을 거쳐야 한다는 단점을 가지고 있었다.
따라서, 기존의 폐부동액만을 주요 성분으로 한 시멘트 분쇄보조제에 비해 폐부동액의 사용량을 감소시키고 간단한 공정으로 제조가 가능하여 경제성이 확보되고, 기존의 시멘트 분쇄보조제에 비해 분쇄효과가 보다 우수한 시멘트 분쇄보조제를 개발할 필요성이 계속 제기되어 왔다.
본 발명의 목적은, 기존의 시멘트 분쇄보조제와 비교하여 분쇄효과가 우수할 뿐만 아니라 경제성을 가지고 있으며 환경오염문제 해결에도 도움이 되는 새로운 조성의 시멘트 분쇄보조용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은, 폐부동액, 디에틸렌 글리콜(DEG) 및 요소를 포함하는 시멘트 분쇄보조용 조성물에 관한 것이다. 보다 바람직하게는, 본 발명은 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 폐부동액 15 내지 50중량%, DEG 25 내지 60중량% 및 요소 25 내지 35중량%를 포함[여기서, 조성물의 총 중량은 100중량%이다]하는 시멘트 분쇄보조용 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태는, 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 폐부동액 15 내지 43중량%, DEG 25 내지 53중량%, 요소 30 내지 35중량%, 및 인산 2 내지 10중량%를 포함[여기서, 조성물의 총 중량은 100중량%이다]하는 시멘트 분쇄보조용 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 폐부동액 15 내지 46중량%, DEG 25 내지 51중량%, 요소 25 내지 35중량%, 인산 2 내지 10중량%, 및 트리에탄올아민(TEA) 2 내지 10중량%를 포함[여기서, 조성물의 총 중량은 100중량%이다]하는 시멘트 분쇄보조용 조성물에 관한 것이다.
상기 "폐부동액의 함량"은, 부동액에 일정 비율의 물(부동액에 혼합하는 물의 일반적인 함량은 50 내지 85중량%으로서, 부동액을 사용하는 지역 또는 사용자에 따라 혼합하여 사용되는 물의 함량이 상이할 수 있음)이 포함되어있는 혼합 수용액 형태의 폐부동액의 함량이 아니라, 부동액에 포함된 물을 제외한 순수한 부동 액의 함량을 기준으로 한 수치이다.
본 발명의 시멘트 분쇄보조용 조성물에서 사용되는 "폐부동액"은, 현재 시판되고 있는 부동액 제품을 사용한 후 폐기처분된 폐부동액을 의미한다. 참고로, 일반적인 부동액의 조성은, 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜을 주성분으로 하고 부식방지제, 기포방지제 등의 소량의 첨가제와 물(일반적으로 5 중량% 이내)이 혼합되어 있다{참고: 대한민국 특허 제222776호}. 또한, 부동액의 실제 사용형태는 부동액에 일정 비율의 물(부동액에 혼합하는 물의 일반적인 함량은 50 내지 85중량%로서, 부동액을 사용하는 지역이나 소비자에 따라 혼합하여 사용되는 물의 함량이 상이할 수 있음)을 함께 섞은 혼합 수용액 형태이기 때문에, 사용후 회수되는 폐부동액 내에는 이미 상당량의 물이 포함되어 있다. 따라서, 본 발명의 시멘트 분쇄보조용 조성물에 폐부동액을 사용하는 경우, 사용되는 폐부동액 제품에 이미 첨가되어 있는 물의 함량을 고려하여 폐부동액의 함량을 결정하여야 하며, 다른 첨가 물질 (DEG, 요소, 인산, TEA 등)의 함량도 마찬가지이다.
본 발명의 시멘트 분쇄보조용 조성물을 사용하는 경우, 폐기물로 분류 처리되는 폐부동액을 시멘트의 분쇄보조제로서 재활용함으로써 소각처리에 따른 비용절감 및 페부동액 무단방류에 따른 환경오염문제(특히, 수질오염)를 해결할 수 있고, 기존의 시멘트 분쇄보조물질 (예를 들면, DEG)만을 사용하는 경우에 비하여 같은 량을 사용하여도 그 효과가 우수할 뿐만 아니라, 폐부동액을 단독 사용하는 경우보다 그 사용량을 크게 감소시켜도 효과가 오히려 우수할뿐만 아니라 사용량 감소 에 따른 경제성을 확보할 수 있다.
아래의 실시예에서는 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물의 제조예, 사용예 등을 통해 본 발명의 내용을 구체적으로 설명하고 있으며, 본 발명의 특허청구범위는 아래의 실시예 내용으로 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
실시예 1: 폐부동액, DEG 및 요소를 포함하는 시멘트 분쇄보조용 조성물의 제조
(1) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 15중량% + 물 85중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 155g, 및 요소 (우레아) 85g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(2) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 30중량% + 물 70중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 110g, 및 요소 70g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(3) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 45중량% + 물 55중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 65g, 및 요소 (우레아) 55g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(4) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 50중량% + 물 50중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 50g, 및 요소 (우레아) 50g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
상기 (1) 내지 (4)에 따라 제조된 시멘트 분쇄보조용 조성물의 각 성분별 함 량을 요약하면 다음과 같다:
조성 실시예 1(1) 실시예 1(2) 실시예 1(3) 실시예 1(4)
폐부동액 (물 제외) 15g (5.9중량%) 30g (14.3중량%) 45g (27.2중량%) 50g (33.3중량%)
DEG 155g (60.8중량%) 110g (52.4중량%) 65g (39.4중량%) 50g (33.3중량%)
요소 85g (33.3중량%) 70g (33.3중량%) 55g (33.4중량%) 50g (33.3중량%)

실시예 2: 폐부동액, DEG, 요소 및 인산을 포함하는 시멘트 분쇄보조용 조성물의 제조
(1) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 15중량% + 물 85중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 155g, 요소 85g, 및 인산 10g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(2) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 110g (부동액 30중량% + 물 70중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 110g, 요소 70g, 및 인산 5g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(3) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 45중량% + 물 55중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 65g, 요소 55g, 및 인산 7g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(4) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 50중량% + 물 50중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 50g, 요소 50g, 및 인산 10g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
상기 (1) 내지 (4)에 따라 제조된 시멘트 분쇄보조용 조성물의 각 성분별 함 량을 요약하면 다음과 같다:
조성 실시예 2(1) 실시예 2(2) 실시예 2(3) 실시예 2(4)
폐부동액 (물제외) 15g (5.6중량%) 30g (13.9중량%) 45g (26.1중량%) 50g (31.2중량%)
DEG 155g (58.5중량%) 110g (51.1중량%) 65g (37.8중량%) 50g (31.2중량%)
요소 85g (32.1중량%) 70g (32.5중량%) 55g (32.0중량%) 50g (31.2중량%)
인산 10g (3.8중량%) 5g (2.5중량%) 7g (4.1중량%) 10g (6.4중량%)

실시예 3: 폐부동액, DEG, 요소, 인산 및 TEA을 포함하는 시멘트 분쇄보조용 조성물의 제조
(1) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 15중량% + 물 85중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 155g, 요소 (우레아) 85g, 인산 15g, 및 트리에탄올아민(TEA) 15g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(2) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 30중량% + 물 70중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 110g, 요소 (우레아) 70g, 인산 10g, 및 트리에탄올아민(TEA) 10g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(3) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 45중량% + 물 55중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 65g, 요소 (우레아) 55g, 인산 5g, 및 트리에탄올아민(TEA) 5g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
(4) 실온에서 혼합 용기에 폐부동액 100g (부동액 50중량% + 물 50중량%), 디에틸렌글리콜(DEG) 50g, 요소 (우레아) 50g, 인산 10g, 및 트리에탄올아민(TEA) 10g을 약 30분 내지 1시간 동안 교반하에 혼합하여, 본 발명에 따른 시멘트 분쇄보조용 조성물을 수득하였다.
상기 (1) 내지 (4)에 따라 제조된 시멘트 분쇄보조용 조성물의 각 성분별 함량을 요약하면 다음과 같다:
조성 실시예 3(1) 실시예 3(2) 실시예 3(3) 실시예 3(4)
폐부동액 (물 제외) 15g (5.2중량%) 30g (13중량%) 45g (25.7중량%) 50g (29.4중량%)
DEG 155g (54.4중량%) 110g (47.8중량%) 65g (37.1중량%) 50g (29.4중량%)
요소 85g (29.8중량%) 70g (30.4중량%) 55g (31.4중량%) 50g (29.4중량%)
인산 15g (5.3중량%) 10g (4.4중량%) 5g (2.9중량%) 10g (5.9중량%)
TEA 15g (5.3중량%) 10g (4.4중량%) 5g (2.9중량%) 10g (5.9중량%)

실시예 4: 본 발명의 시멘트 분쇄보조용 조성물을 이용한 분쇄효과
분쇄기(DISK MILL)에 시멘트 클링커 100g을 넣은 다음, 본 발명의 시멘트 분쇄보조용 조성물 0.02g 및 물 0.08g을 첨가한 후에 약 3분간 분쇄하였다. 분쇄된 시멘트 중에서 시브(sieve) C/K 3.35 통과분~2.80 잔사분을 시료로 사용하여 BLAINE 수치(비표면적) 및 시브(sieve) 통과잔량을 측정하였다. 이후에, 본 발명의 분쇄보조용 조성물 대신에 DEG 0.02g을 사용한 경우 및 폐부동액 0.02g을 사용한 경우의 BLAINE 수치 및 시브(sieve) 통과잔량을 측정하여 서로 비교하였다.
BLAINE 수치 (비표면적: ㎠/g) sieve 통과잔량(g)
45마이크로 통과잔량 88마이크로 통과잔량
실시예 1(1)의 조성물 0.02g 4623 13.7 2.5
실시예 1(2)의 조성물 0.02g 4627 13.6 2.5
실시예 1(4)의 조성물 0.02g 4629 13.5 2.6
실시예 2(1)의 조성물 0.02g 4435 15.7 2.6
실시예 2(2)의 조성물 0.02g 4427 16.0 2.5
실시예 2(4)의 조성물 0.02g 4430 15.9 2.5
실시예 3(1)의 조성물 0.02g 4481 15.0 3.2
실시예 3(2)의 조성물 0.02g 4472 15.3 3.6
실시예 3(4)의 조성물 0.02g 4477 15.2 3.5
DEG(비교 실시예) 0.02g 4562 14.9 3.6
폐부동액(비교 실시예) 0.02g 4288 16.5 4.8

본 발명의 분쇄보조용 조성물을 사용한 경우, 동일량의 DEG만을 사용한 경우 또는 동일량의 폐부동액만을 사용한 경우와 비교하여, BLAINE 수치가 유사하거나 높은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 분쇄보조용 조성물을 사용하여 시멘트를 분쇄하는 경우, 동일량의 DEG 또는 폐부동액만을 사용한 경우에 비해 시멘트 분쇄물의 분말도가 더 크고 우수한 분쇄효과를 발휘한다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 분쇄보조용 조성물을 사용한 경우, DEG만을 단독으로 사용하는 경우 또는 폐부동액을 단독으로 사용하는 경우에 비해 분쇄효과도 유사하거나 더 우수할 뿐만 아니라 경제성 측면에 있어서도 훨씬 저렴한 시멘트 분쇄용 조성물을 얻을 수 있었다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 폐부동액 15 내지 43중량% (부동액에 혼합된 물을 제외한, 순수한 부동액의 함량), DEG 25 내지 53중량% 및 요소 25 내지 35중량%를 포함[여기서, 조성물의 총 중량은 100중량%이다]하는 시멘트 분쇄보조용 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 인산 2 내지 10중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 분쇄보조용 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 트리에탄올아민(TEA) 2 내지 10중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 분쇄보조용 조성물.
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