KR100732606B1 - 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및이를 함유한 시멘트 - Google Patents

소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및이를 함유한 시멘트 Download PDF

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호남석회공업(주)
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Abstract

본 발명은 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및 이를 함유한 시멘트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로의 주원료인 소결광을 제조하는 소결공정에서 부산물로 발생하는 소결 탈황더스트를 자극제로 사용함에 따라 시멘트 제조원가의 상승이 없이, 종래의 시멘트 강도를 증가시킴은 물론 자원의 합리적인 이용과 재활용에 기여할 수 있도록 하는 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및 이를 함유한 시멘트에 관한 것이다.
본 발명은 고로의 주원료인 소결광(철광석을 코크스와 함께 소결한 반제품)을 제조하는 소결공정에서 발생하는 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법에 있어서, 상기 소결광을 제조하는 소결로 배가스를 대기로 배출하기 전에 집진과 탈황을 위한 대기오염방지시설을 거친 소결 탈황더스트를 수집하여 운반하는 수집 및 운반단계와, 상기 운반된 탈황더스트의 입도를 선별하여 비표면적이 2,000㎠/g 미만의 것은 분쇄하고, 비표면적이 2,000㎠/g 이상의 것은 저장시설로 이송하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
자극제, 소결광, ㅂ탈황더스트, 시멘트, 비표면적

Description

소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및 이를 함유한 시멘트{THE METHOD OF CEMENT ACTIVATOR USED BY SINTERING DESULPHURIZATION DUST AND CEMENT PRODUCT HAVING THE ACTIVATOR}
도 1은 본 발명에 의한 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조공정도,
도 2a는 본 발명에 의한 저품위 소결 탈황더스트의 발생공정도,
도 2b는 본 발명에 의한 고품위 소결 탈황더스트의 발생공정도,
도 3은 시멘트 자극제를 포함한 시멘트 조성물의 작용원리(수화반응)를 종래의 시멘트[혼합재를 혼합한 포틀랜드 시멘트와 슬래그 시멘트]의 수화반응과 비교 도시한 그림,
도 4a는 종래의 포틀랜드 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 자극제의 비표면적에 따라 도시한 그래프,
도 4b는 종래의 슬래그 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 슬래그 시멘트의 압축강도를 자극제의 비표면적에 따라 도시한 그래프,
도 5a는 종래의 포틀랜드 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 자극제의 혼합비에 따라 도시한 그래프,
도 5b는 종래의 슬래그 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 슬래그 시멘트의 압축강도를 자극제의 혼합비에 따라 도시한 그래프,
도 6a는 종래의 포틀랜드 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 포틀랜드 시멘트로 제조한 콘크리트의 압축강도를 자극제의 혼합비에 따라 도시한 그래프,
도 6b는 종래의 슬래그 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 슬래그 시멘트로 제조한 콘크리트의 압축강도를 자극제의 혼합비에 따라 도시한 그래프.
본 발명은 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및 이를 함유한 시멘트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로의 주원료인 소결광을 제조하는 소결공정에서 부산물로 발생하는 소결 탈황더스트를 자극제로 사용함에 따라 시멘트 제조원가의 상승이 없이, 종래의 시멘트 강도를 증가시킴은 물론 자원의 합리적인 이용과 재활용에 기여할 수 있도록 하는 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및 이를 함유한 시멘트에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement; 이하, 'OPC'라 한다) 생산에 필수적인 소성공정은 다량의 에너지와 CO2가 발생되는 공정이다.
상기 소성공정은 환경문제와 소성 에너지비용의 문제가 발생되는데, 이러한문제점을 최소화하기 위해 국내 OPC 생산업체에서는 한국산업규격[KS L 5201 (포틀 랜드 시멘트)]에 규정된 바와 같이 고로슬래그 또는 플라이애시 등의 혼합재를 시멘트의 5wt%이내로 혼합하여 OPC를 생산하고 있고, 슬래그 시멘트(Slag Cement; 이하, 'SC'라 한다)는 포틀랜드 시멘트 클링커에 한국산업규격[KS L 5210 (슬래그 시멘트)]에 규정된 바와 같이 종류에 따라 고로슬래그를 5wt%초과 70wt%이하로 혼합하여 생산하고 있다. 또한 시멘트의 주사용처인 콘크리트 생산업체에서도 기존의 OPC나 SC에 일정량의 콘크리트용 고로슬래그 미분말과 플라이애시와 같은 혼합재를 추가로 혼합하여 콘크리트를 생산하고 있다. 즉, OPC는 포틀랜드 시멘트 클링커와 석고 외에 최대 5wt%를, SC는 최대 70wt%를 혼합재로 기존의 시멘트를 대체하여 사용하고 있고, 콘크리트 역시 혼합재를 혼합한 시멘트에 별도로 콘크리트용 슬래그 미분말 등의 혼합재를 추가하여 사용하고 있다.
이와 같은 고로슬래그 또는 플라이애시 등의 혼합재는 장기강도가 혼합재를 혼합하지 않은 OPC와 동등하거나 그 이상을 발현하고, 포틀랜드 시멘트 사용량이 적어 수화열이 낮고 내화학성이 우수하여 장기간 성능유지가 필요한 대단위 구조물 등에는 적합하나, 슬래그 또는 플라이애시와 같은 혼합재가 수화 초기에 자체 수경성을 갖지 못하고 포틀랜드 시멘트의 수화과정에서 생성되는 수산화칼슘 등에 의한 자극으로 수화되는 잠재 수경성 재료임에 따라 초기 강도가 혼합재를 혼합하지 않은 기존의 시멘트나 콘크리트 보다 상대적으로 낮고, 강도발현에 장시간이 소요되는 등의 문제가 있다.
즉, 환경과 에너지 비용을 최소화하기 위해 시멘트에 슬래그 또는 플라이애시와 같은 혼합재 사용이 불가피하고, 점차 그 사용량이 증가하고 있어, 기존 시멘 트의 단가 인상요인 없이(또는 최소화하며) 혼합재 사용에 따른 강도 문제를 해결할 수 있는 시멘트 자극제와 이를 함유한 시멘트 조성물의 개발이 시급하다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 시멘트와 시멘트 조성물의 단가 인상요인 없이, 강도(특히, 초기강도)를 향상시킬 수 있는 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및 이를 함유한 시멘트를 제공하는 것이다.
본 발명은 고로의 주원료인 소결광(철광석을 코크스와 함께 소결한 반제품)을 제조하는 소결공정에서 발생하는 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법에 있어서, 상기 소결광을 제조하는 소결로 배가스를 대기로 배출하기 전에 집진과 탈황을 위한 대기오염방지시설을 거친 소결 탈황더스트를 수집하여 운반하는 수집 및 운반단계와, 상기 운반된 탈황더스트의 입도를 선별하여 비표면적이 2,000㎠/g 미만의 것은 분쇄하고, 비표면적이 2,000㎠/g 이상의 것은 저장시설로 이송하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 소결 탈황더스트는, 소결로에서 발생하는 발생분진을 중탄산나트륨 처리하고, 덕트와 EP(Electrostatic Precipitator)집진기를 통해 더스트(철광석, 코크스 및 미세먼지)를 집진하여, 집진된 EP더스트와 탈황부산물이 혼재된 상태의 저품위 소결 탈황더스트와, 소결로 발생분진을 덕트를 통한 후 철광석, 코크스 및 미세먼지 등의 EP(Electrostatic Precipitator)더스트를 EP집진기를 통해 집진한 뒤 중탄산나트륨으로 처리하고 덕트 및 집진기를 통해 탈황부산물만을 별도로 포집하는 과정에서 발생하는 고품위 소결 탈황더스트로 구분하여, 상기 저품위 소결 탈황더스트는 상기 수집/운반 된 후에 철광석 기원의 산화철과 중탄산나트륨 기원의 황산나트륨 등의 탈황부산물을 자력선별기로 자선하여, 철광석기원의 산화철 등의 자착물은 별도 저장시설로 이송한 후, 제철소 고로의 주원료인 소결광을 제조하기 위한 원료로 재활용하고, 상기 입도선별의 단계 전에 상기 고품위 소결 탈황더스트와 혼합하는 혼합단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 의한 시멘트 자극제의 제조방법으로 제조된 시멘트 자극제를 일반적인 포틀랜드 시멘트에 0.5~ 5.0wt% 혼합된 것을 특징으로 하는 시멘트를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법 및 이를 함유한 시멘트를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조공정도이고, 도 2a는 본 발명에 의한 저품위 소결 탈황더스트의 발생공정도이며, 도 2b는 본 발명에 의한 고품위 소결 탈황더스트의 발생공정도이고, 도 3은 시멘트 자극제를 포함한 시멘트 조성물의 작용원리(수화반응)를 종래의 시멘트[혼합재를 혼합한 포틀랜드 시멘트와 슬래그 시멘트]의 수화반응과 비교 도시한 그림이다.
본 발명에 의한 시멘트 자극제를 포함한 시멘트와 기존의 시멘트[혼합재를 혼합한 OPC와 SC]의 작용원리(수화반응)는 도 3에 도시된 바와 같다. 즉, 본 발명은 도 3과 같이 시멘트와 혼합재(슬래그 또는 플라이애시 등)의 수화특성을 이용한 것으로, 본 발명의 시멘트 자극제를 기존의 시멘트(OPC 또는 SC)에 첨가하여 기존 의 수화반응보다 빠른 시간 내에 시멘트와 혼합재가 반응토록 하여 조기에 경화체의 강도를 향상시키는 방법이다. 다시 말해, 시멘트가 수화함에 따라 수화물(시멘트 중의 C2S와 C3S는 수화에 의해 C3S2H3인 CSH겔과, Ca(OH)2이 생성되며, 이때 생성된 Ca(OH)2은 슬래그와 플라이애시의 반응을 촉진 및 자극한다)과 슬래그 및 플라이애시 등이 반응하여 CSH겔(규산칼슘수화물; Calcium Silicate Hydrate)을 각각의 입자 표면에 형성하면서 경화되는 기존 시멘트 등의 수화반응에 본 발명의 시멘트 자극제를 첨가하여 기존의 CSH겔을 보다 빠르고, 많이 형성되도록 하여 시멘트 조성물의 강도, 특히 초기강도를 증진시키는 것이다.
또한, 본 발명은 종래의 시약급 화학제품을 이용한 자극제를 대체하여, 고로의 주원료인 소결광(철광석을 코크스와 함께 소결한 반제품)을 제조하는 소결공정에서 발생하는 소결 탈황더스트를 주원료로 사용함에 따라 기존의 시멘트 제조원가의 상승 요인 없이 초기강도의 개선을 가능하도록 한다.
도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 소결광을 제조하는 소결로 배가스에 철광석, 코크스, 미세먼지 및 황산화물을 포함하고 있기 때문에, 이를 대기로 배출하기 전에 집진과 탈황을 위한 대기오염방지시설을 거친 후, 소결탈황더스트(S10, S12)를 수집하여 운반한다(S15, S17).
그 후 황산나트륨 등의 탈황부산물만을 입도 선별하여(S30), 비표면적이 2,000㎠/g 미만의 것은 분쇄하고(S35), 비표면적이 2,000㎠/g 이상의 것은 저장시설로 이송하여 저장(S40) 및 출하한다(S45).
여기에서 비표면적별 입도 선별은 공기선별기 등의 설비를 이용하고, 상기, 분쇄 전 선별공정을 거치는 이유는 소결탈황더스트의 50wt%이상이 비표면적 2,000㎠/g이상으로 불필요한 분쇄에너지를 절감하기 위해서다. 또한 입도선별의 기준치가 비표면적 2,000㎠/g인 이유는 후술하기로 한다.
소결광을 제조하는 소결로 배가스에는 철광석, 코크스, 미세먼지 및 황산화물을 포함하고 있어, 이를 대기로 배출하기 전에 집진과 탈황을 위한 대기오염방지시설을 거친다. 다시 말해, 본 발명의 시멘트 자극제인 소결 탈황더스트는 대기오염방지시설의 구조에 따라 도 2a에 도시된 바와 같이 소결로에서 발생하는 발생분진(10)을 덕트(30) 이송중에 중탄산나트륨(20) 처리한 후, EP(Electrostatic Precipitator)집진기(40)로 더스트(철광석, 코크스 및 미세먼지)와 탈황부산물을 집진한(EP더스트와 탈황부산물이 혼재된 상태) 소결 탈황더스트(50; 이하, " 저품위 소결 탈황더스트"라 한다)와, 도 2b에 도시된 바와 같이, 소결로 발생배가스(10) 중 철광석, 코크스 및 미세먼지 등의 더스트를 EP집진기(40)로 먼저 집진한 배가스에 중탄산나트륨(20)으로 처리한 탈황부산물을 2차 집진기(45)로 탈황부산물만을 별도로 포집하는 과정에서 발생하는 소결 탈황더스트(이하, "고품위 소결 탈황더스트"라 한다)로 구분할 수 있다.
상기 도 2a 및 도 2b의 중탄산나트륨(20)에 의한 탈황부산물의 발생은 아래 화학식 1과 같고, 각각의 소결 탈황부산물중 저품위 소결 탈황더스트의 화학분석치는 표 1, 고품위 소결 탈황더스트의 화학분석치는 표 2와 같다.
황산화물을 제거하기 위한 중산탄나트륨과 황산화물의 화학반응식
4NaHCO3 + SO3 → Na3SO4 + Na2CO3 + 2H2O + 3CO2↑
저품위 소결 탈황더스트의 화학분석치
성분 Fe2O3 Na2O Ig.loss SO3 CaO SiO2 K2O Al2O3 기타
wt% 44.8 17.6 13.3 11.3 6.2 3.5 1.3 1.2 0.8
고품위 소결 탈황더스트의 화학분석치
성분 Na2O SO3 Ig.loss 기타 비 고
wt% 44.2 45.1 7.6 3.1
상기 표 1에서 보는 바와 같이 저품위 소결 탈황더스트는 주성분이 Fe2O3, Na2O, SO3와 Ig.loss (CO2의 탈탄산량)과 철광석과 코크스 기원인 CaO, SiO2, K2O, Al2O3와 기타성분으로 구성되어 있고, Na2O, SO3와 Ig.loss의 조성은 화학식 1과 같이 Na2SO4와 NaCO3로 구성되어 있어 저품위 소결 탈황더스트에서 Fe2O3를 제거할 경우, 알카리와 설파이드계 화합물이 시멘트 자극제의 역할을 충분히 수행할 수 있다. 또한 고품위 소결 탈황더스트는 표 2에서와 같이, 철광석, 코크스 및 미세먼지 등을 EP집진기로 1차 집진한 후, 탈황부산물만을 별도 포집함에 따라 주성분이 Na2O, SO3와 CO2의 탈탄산성분인 Ig.loss와 기타성분으로 구성되어 있고, Na2O, SO3와 Ig.loss의 조성은 저품위 소결 탈황더스트와 같이 Na2SO4와 NaCO3로 구성되어 있어 고품위 소결 탈황더스트는 별도의 전처리 없이도 알카리와 설파이드계 화합물이 시멘트 자극제의 역할을 할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 상기 저품위 소결 탈황더스트(S10)는 수집/운반된(S15) 후에 철광석 기원의 산화철과 중탄산나트륨 기원의 황산나트륨 등의 탈황부산물을 자력선별기로 자선하여(S20), 철광석기원의 산화철 등의 자착물은 별도 저장시설로 이송한 후, 제철소 고로의 주원료인 소결광을 제조하기 위한 원료로 재활용하고(S50), 상기 입도선별 공정(S30) 전에 상기 고품위 소결 탈황더스트(S12)와 혼합하는 혼합공정(S25)을 더 수행한다.
이하 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 시멘트 자극제를 일반적인 시멘트와 혼합한 실시 예를 설명한다.
도 4a는 종래의 포틀랜드 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 자극제의 비표면적에 따라 도시한 그래프이고, 도 4b는 종래의 슬래그 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 슬래그 시멘트의 압축강도를 자극제의 비표면적에 따라 도시한 그래프이며, 도 5a는 종래의 포틀랜드 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 자극제의 혼합비에 따라 도시한 그래프이고, 도 5b는 종래의 슬래그 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 슬래그 시멘트의 압축강도를 자극제의 혼합비에 따라 도시한 그래프이며, 도 6a는 종래의 포틀랜드 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 포틀랜드 시멘트로 제조한 콘크리트의 압축강도를 자극제의 혼합비에 따라 도시한 그래프이고, 도 6b는 종래의 슬래그 시멘트와 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 슬래그 시멘트로 제조한 콘크리트의 압축강도를 자극제의 혼합비에 따라 도시한 그래프이다.
먼저 시멘트 자극제의 비표면적별 압축강도의 영향은 다음과 같다.
상기 단계 S30에서 시멘트 자극제의 비표면적을 2,000㎠/g으로 입도 선별한 이유는 아래의 표 3 및 도 4a, 도 4b에 도시된 바와 같이, OPC와 SC에서 모두 시멘트 자극제의 비표면적이 2,000㎠/g 이상인 경우에는 1일, 3일, 7일과 28일 강도가 비교예 1과 비교예 2보다 향상되었다. 즉, 시멘트 자극제의 비표면적이 높을수록 강도는 증가하는 경향을 보였다. 그러나, 자극제의 비표면적이 5,000㎠/g을 초과하는 경우에는 분쇄에너지를 고려할 때 강도 증가 효과가 미비하였다.
소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 비표면적별 시멘트 강도의 비교치
구 분 배 합 비 (중량비) 자극제의 비표면적(㎠/g) 압축강도 (kgf/㎠) 비 고
OPC Slag 자극제 1일 3일 7일 28일
비교예1 100.0 0.0 0.0 - 98 227 275 372
실시예 97.0 0.0 3.0 1,000 85 225 271 375
97.0 0.0 3.0 1,500 95 223 280 375
97.0 0.0 3.0 2,000 103 237 291 394
97.0 0.0 3.0 3,000 110 240 300 410
97.0 0.0 3.0 4,000 117 245 298 417
97.0 0.0 3.0 5,000 115 254 305 426
97.0 0.0 3.0 6,000 110 255 300 420
비교예2 70.0 30.0 0.0 - 54 198 270 375
실시예 67.9 29.1 3.0 1,000 43 185 265 370
67.9 29.1 3.0 1,500 50 195 270 378
67.9 29.1 3.0 2,000 60 201 275 395
67.9 29.1 3.0 3,000 72 210 285 415
67.9 29.1 3.0 4,000 80 220 290 430
67.9 29.1 3.0 5,000 85 230 301 450
67.9 29.1 3.0 6,000 87 227 305 445
상기 실험은 다음과 같은 조건에서 실행하였다.
1) 실험에 사용한 OPC는 시중에서 판매 중인 L사(대한민국)의 1종 포틀랜드 시멘트이다.
2) 실험에 사용한 SC는, SC내 슬래그함량을 정확하게 하기 위해 OPC에 고로슬래그 미분말을 중량기준으로 70:30으로 하여 혼합한 것이다.
단, 실험에 사용한 고로슬래그 미분말은 시중에 판매중인 KS F 2563[콘크리트용 고로 슬래그 미분말]이다.
3) 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 혼합비는 중량기준으로 시멘트에 시멘트 자극제를 97:3으로 혼합한 것이다.
단, 실험에 사용한 시멘트 자극제는 전술한 제조방법에 따라 제조한 것이다.
4) 실험에 사용한 시멘트:물 비는 중량기준으로 1.0:0.3이다. 즉, W/C는 30wt%이다.
다음으로 본 발명에 의한 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제를 기존의 시멘트에 혼합하여 사용하는 방법과, 혼합하여 사용하였을 때의 압축강도의 실험은 다음 표 4와 도 5a 및 5b와 같다.
상기 표 4와 도 5a 및 도 5b에서 보는 바와 같이, OPC와 SC에 본 발명의 시멘트 자극제를 첨가한 경우, 비교예 1의 OPC와 비교예 2의 SC만을 사용하는 경우에 비하여 1일, 3일, 7일과 28일 강도가 모두 향상되었음을 알 수 있다. 또한 자극제의 혼합비가 5.0wt%를 초과할 경우에는 OPC의 경우에는 그 강도증가 효과가 떨어지고, 슬래그 시멘트의 경우에는 7일과 28일강도가 오히려 저하됨을 알 수 있다. 즉, 시멘트 자극제를 기존 시멘트에 0.5wt%이상 5.0wt%미만으로 혼합하여 사용하였을 때 강도증가효과가 가장 탁월함을 알 수 있다.
시멘트 자극제의 혼합비에 따른 시멘트 강도의 비교치
구 분 배 합 비 (중량비) 자극제혼합비(wt%) 압축강도 (kgf/㎠) 비 고
OPC Slag 자극제 1일 3일 7일 28일
비교예1 100.0 0.0 0.0 0.0 98 227 275 372
실시예 99.5 0.0 0.5 0.5 109 231 290 387
99.0 0.0 1.0 1.0 115 240 295 390
98.0 0.0 2.0 2.0 112 238 300 384
97.0 0.0 3.0 3.0 110 242 297 405
96.0 0.0 4.0 4.0 124 251 306 410
95.0 0.0 5.0 5.0 113 249 285 400
94.0 0.0 6.0 6.0 116 237 260 385
비교예2 70.0 30.0 0.0 0.0 54 198 270 375
실시예 69.7 29.9 0.5 0.5 68 205 283 411
69.3 29.7 1.0 1.0 67 209 278 409
68.6 29.4 2.0 2.0 65 199 280 410
67.9 29.1 3.0 3.0 70 205 279 412
67.2 28.8 4.0 4.0 68 200 271 400
66.5 28.5 5.0 5.0 65 198 265 380
65.8 28.2 6.0 6.0 61 195 250 365
상기 실험은 다음과 같은 조건에서 실행하였다.
1) 실험에 사용한 OPC는 시중에서 판매 중인 L사(대한민국)의 1종 포틀랜드 시멘트이다.
2) 실험에 사용한 SC는, SC내 슬래그함량을 정확하게 하기 위해 OPC에 고로슬래그 미분말을 중량기준으로 70:30으로 하여 혼합한 것이다.
단, 실험에 사용한 고로슬래그 미분말은 시중에 판매중인 KS F 2563[콘크리트용 고로 슬래그 미분말]이다.
3) 실험에 사용한 시멘트 자극제는 전술한 제조방법에 따라 비표면적은 3,000㎠/g로 제조한 것이다.
4) 실험에 사용한 시멘트:물 비는 중량기준으로 1.0 : 0.3이다. 즉, W/C는 30wt%이다.
다음은 본 발명에 의한 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제를 기존의 시멘트에 혼합하여 콘크리트에 사용하는 방법과, 혼합하여 사용하였을 때의 작업성 및 압축강도의 특성시험으로, 다음 표 5 및 도 6a와 도 6b와 같다.
표 5 및 도 6a와 도 6b에서 보는 바와 같이, OPC와 SC에 본 발명의 시멘트 자극제를 혼합한 콘크리트가 비교예 3의 OPC와 비교예 4의 SC만을 사용하는 경우에 비하여 3일, 7일과 28일 강도에서 모두 향상되었음을 알 수 있다. 특히 28일 강도증대 효과가 우수하였다. 또한 자극제의 혼합비가 5.0%를 초과할 경우에는 OPC와 SC 모두에서 콘크리트의 강도증가 효과가 저하됨을 알 수 있다.
작업성의 경우, 최초 슬럼프가 약 1~3cm 감소하였으나, 60분경과 후의 슬럼프는 동일하거나 1cm내외로 감소하였으며, 공기량은 자극제 혼합비에 따라 최고 1%내외의 차이로 작업성의 큰 저하가 없음을 알 수 있다.
시멘트 자극제의 혼합비에 따른 콘크리트 강도와 작업성의 비교치
구 분 콘크리트 배합비 (중량비) 시멘트 내 자극제 혼합비 (wt%) 압축강도 (kgf/㎠) 슬럼프 (cm) 공기량 (v%)
시멘트 등 혼 합 수 골 재
OPC Slag 자극제 굵음 잔 3일 7일 28일 최초 60분 최초 60분
비교예3 15.50 0.00 0.00 6.10 55.50 22.90 0.0 121 200 340 18.0 12.0 5.0 4.5
실시예 15.42 0.00 0.08 6.10 55.50 22.90 0.5 141 220 372 17.0 12.0 5.5 3.9
15.35 0.00 0.16 6.10 55.50 22.90 1.0 135 227 370 16.5 12.0 6.5 4.4
15.19 0.00 0.31 6.10 55.50 22.90 2.0 147 225 375 18.0 11.5 6.5 4.3
15.04 0.00 0.47 6.10 55.50 22.90 3.0 150 239 390 17.0 11.5 6.4 3.5
14.88 0.00 0.62 6.10 55.50 22.90 4.0 150 242 385 17.0 12.5 6.2 5.0
14.73 0.00 0.78 6.10 55.50 22.90 5.0 147 245 370 16.5 11.5 5.9 5.0
14.57 0.00 0.93 6.10 55.50 22.90 6.0 145 239 375 17.0 12.0 5.8 4.5
비교예4 10.85 4.65 0.00 6.10 55.50 22.90 0.0 101 194 343 18.5 12.0 5.6 4.2
실시예 10.80 4.63 0.08 6.10 55.50 22.90 0.5 112 205 370 17.0 11.5 5.0 3.9
10.74 4.60 0.16 6.10 55.50 22.90 1.0 116 213 377 16.5 10.0 4.5 3.6
10.63 4.56 0.31 6.10 55.50 22.90 2.0 109 211 375 16.5 12.0 6.4 4.4
10.52 4.51 0.47 6.10 55.50 22.90 3.0 117 217 380 17.0 12.0 6.0 5.0
10.42 4.46 0.62 6.10 55.50 22.90 4.0 123 231 380 17.0 11.5 6.0 4.5
10.31 4.42 0.78 6.10 55.50 22.90 5.0 120 223 360 16.5 11.5 5.4 4.8
10.20 4.37 0.93 6.10 55.50 22.90 6.0 115 205 350 16.5 11.5 5.5 5.0
상기 실험은 다음과 같은 조건에서 실행하였다.
1) 실험에 사용한 OPC는 시중에서 판매 중인 L사(대한민국)의 1종 포틀랜드 시멘트이다.
2) 실험에 사용한 SC는, SC내 슬래그함량을 정확하게 하기 위해 OPC에 고로슬래그 미분말을 중량기준으로 70:30으로 하여 혼합한 것이다.
단, 실험에 사용한 고로슬래그 미분말은 시중에 판매중인 KS F 2563[콘크리트용 고로 슬래그 미분말]이다.
3) 실험에 사용한 시멘트 자극제는 전술한 제조방법에 따라 비표면적은 3,000㎠/g로 제조한 것이다.
4) 콘크리트 제조 시 시멘트 등에 혼합수의 혼합비는 중량기준으로 100.0: 39.4이다. 즉, W/C는 39.4%이다.
5) 콘크리트 제조 시 굵은골재와 잔골재비는 중량기준으로100.0:41.3이다. 즉, S/A는 41.3%이다.
6) 콘크리트를 혼합한 후 슬럼프와 공기량을 먼저 측정한 후, 압축강도 시험용 시편을 제작하였다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 폐기물로 폐기 처리하던 소결 탈황더스트를 주원료로 사용하여 기존 시멘트의 단가 인상요인 없이(또는 최소화하며), 시멘트와 콘크리트의 강도를 향상시킬 수 있는 시멘트 자극제와 이를 함유한 시멘트 조성물을 제공하여, 기존 시멘트와 콘크리트 등 시멘트 조성물의 품질향상은 물론 산업부산물인 소결 탈황더스트의 합리적인 이용으로 폐자원의 합리적인 활용과 경제성 있는 시멘트 자극제와 이를 함유한 시멘트를 제조할 수 있는 기술을 제공한다.

Claims (3)

  1. 고로의 주원료인 소결광(철광석을 코크스와 함께 소결한 반제품)을 제조하는 소결공정에서 발생하는 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법에 있어서,
    상기 소결광을 제조하는 소결로 배가스를 대기로 배출하기 전에 집진과 탈황을 위한 대기오염방지시설을 거친 소결 탈황더스트를 수집하여 운반하는 수집 및 운반단계와,
    상기 운반된 탈황더스트의 입도를 선별하여 비표면적이 2,000㎠/g 미만의 것은 분쇄하고, 비표면적이 2,000㎠/g 이상의 것은 저장시설로 이송하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소결 탈황더스트는, 소결로에서 발생하는 배가스를 중탄산나트륨 처리한 후, EP(Electrostatic Precipitator)집진기로 더스트(철광석, 코크스 및 미세먼지)와 탈황부산물을 집진한 저품위 소결 탈황더스트와,
    소결로 배가스에서 철광석, 코크스 및 미세먼지 등의 더스트를 EP(Electrostatic Precipitator)집진기로 집진한 뒤 중탄산나트륨으로 처리한 탈황부산물을 집진기로 탈황부산물만을 별도로 포집하여 고품위 소결 탈황더스트로 구분하고,
    상기 저품위 소결 탈황더스트는 상기 수집/운반 된 후에 철광석 기원의 산화철과 중탄산나트륨 기원의 황산나트륨 등의 탈황부산물을 자력선별기로 자선하여, 철광석기원의 산화철 등의 자착물은 별도 저장시설로 이송한 후, 제철소 고로의 주원료인 소결광을 제조하기 위한 원료로 재활용하고, 상기 입도선별의 단계 전에 상기 고품위 소결 탈황더스트와 혼합하는 혼합단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 탈황더스트를 사용한 시멘트 자극제의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항의 시멘트 자극제가 일반적인 포틀랜드 시멘트에 0.5~ 5.0wt% 혼합된 것을 특징으로 하는 시멘트.
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