KR101117780B1 - 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법 - Google Patents

시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법에 관한 것으로서, 이는 석회질 원료로서 사용하고 있는 생석회의 대체재로서 킬른 바이패스 더스트를 재활용하여 환경오염의 원인을 제거함과 동시에 보다 경제적으로 다공성 규산칼슘 경화체를 제조하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 시멘트 킬른 바이패스 더스트, 규석, 시멘트 및 석고의 분말원료를 혼합하는 제1 단계와; 상기 제1 단계를 거쳐 혼합된 혼합물에 물을 1차 혼합한 다음으로 발포제를 첨가하여 2차 혼합하는 제2 단계와; 상기 제2 단계를 거쳐 생성된 슬러리를 성형 틀에서 성형하는 제3 단계와; 상기 제3 단계를 거쳐 성형된 슬러리를 발포시킨 다음 예비양생하여 그린 바디 형성 및 탈형하는 제4 단계와; 상기 제4 단계를 거쳐 생성된 그린 바디를 오토클레이브에서 양생하는 제5 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하여, 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 재활용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조를 가능하게 한다.
시멘트 킬른 바이패스 더스트, 다공성, 규산칼슘, 경화체

Description

시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING POROUS MATERIAL OF CALCIUM SILICATE USING CEMENT KILN BY-PASS DUST}
본 발명은 시멘트 킬른 바이패스 더스트(Cement Kiln By-pass Dust)를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 석회질 원료로서 사용하고 있는 생석회의 대체재로서 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 재활용하여 환경오염의 원인을 제거함과 동시에 보다 경제적으로 다공성 규산칼슘 경화체를 제조하기 위한 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 시멘트 클링커 제조 공정에서는 알칼리 및 염소 성분을 함유하고 있는 폐부산자원을 사용함에 따라 필연적으로 발생하는 알칼리 및 염소 성분의 휘 발에 의한 공정 불안정을 제어하기 위해 염소 바이패스 설비를 가동하고 있는데, 이러한 바이패스 설비를 통해서는 부산물로 시멘트 킬른 바이패스 더스트가 산출되고 있으나, 이의 적절한 용도가 없어 다시 킬른에 재투입하는 정도로 처리하고 있기 때문에 시멘트 킬른 바이패스 더스트가 시멘트 클링커 제조 공정상의 악순환 원인이 되는 문제점이 있음에 따라, 이의 효율적인 처리를 위한 방안이 모색될 필요가 있다.
한편으로 다공성 규산칼슘 경화체의 대표적인 것으로는 경량기포 콘크리트(Autoclaved Lightweight Concrete)를 들 수 있으며, 이는 석회질 원료와 규산질 원료를 혼합한 후 발포제로서 금속 알루미늄원을 첨가하여 발포시킨 후, 예비양생 및 고온 고압의 수열반응에 의해 제조되는데, 주 생성물은 판상 형태의 토버모라이트(Tobermorite)이다.
규산질 원료를 주재료로 하는 경량기포콘크리트는 산화칼슘(CaO)과 이산화규소(SiO2) 성분의 수열반응에 의해 토버모라이트를 형성시키는 발명에 대해서, 국내에서는 대한민국 특허공보 특 1994-0005069에 의거 처음으로 시도되어, 규산질 원료로서 고품위 규석이나 규사를 사용하는 것으로 기재되어 있다. 이러한 경량 기포 콘크리트는 가공성, 내화성 및 단열성 등이 우수한 건축재료이지만, 규산질 원료로서 규석 등의 천연원료 사용에 따른 제조원가가 비싸다는 단점이 있다.
한편, 규산질 원료로서 암석 미분이나 석분토를 활용하는 발명에 대해서 대한민국 특허공보 특 1999-0212032 및 특 2005-0525812에 기재되어 있으나, 슬러지 의 분산성이나 유동성의 저하로 작업성을 확보하기 위한 소요물량 증가로 인해 물성 저하를 초래하게 되며, 또한 다공체의 기공을 형성하기 위한 방안으로 별도의 기포발생기에서 기포를 발생시켜 슬러리에 투입하는 선발포 방법을 채택하고 있어 다공체의 밀도 및 기공율 변화에 따른 물리적 특성 조정이 어렵게 된다.
일본의 경우, 경량기포콘크리트(ALC)에 대해서 공개특허공보에서 특개평 5-4880, 특개평 3-223185 및 특개평 3-69572는 규산질 원료로서 주로 사용하고 있는 규석이나 규사 이외에 명반석을 이용한 특허가 공개되어 있다.
이와 같은 선행기술조사에서 다공성 규산칼슘 경화체 제조시 주로 규산질 원료로서는 규석이나 규사 등의 천연원료가 주로 사용되고 있으며, 이의 대체재로서 석산에서 파분쇄에 의해 제조되는 석산골재 제조공정에서 부산되는 석분이나, 폐콘크리트에서 재생골재 제조과정에서 부산되는 폐콘크리트 미분 등이 사용되고 있지만, 석회질 원료로서는 주로 고가의 생석회가 사용되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 알칼리, 염소 성분 이외에 산화칼슘(CaO) 성분을 다량 함유한 시멘트 클링커 제조 공정시 발생되는 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 다공성 규산칼슘 경화체의 생석회 대체재로 사용가능하게 하는 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 시멘트 킬른 바이패스 더스트, 규석, 시멘트 및 석고를 혼합하는 제1 단계와; 상기 제1 단계를 거쳐 혼합된 혼합물에 물을 1차 혼합한 다음으로 발포제를 첨가하여 2차 혼합하는 제2 단계와; 상기 제2 단계를 거쳐 생성된 슬러리를 성형 틀에서 성형하는 제3 단계와; 상기 제3 단계를 거쳐 성형된 슬러리를 발포시킨 다음 예비양생하여 그린 바디 형성 및 탈형하는 제4 단계와; 상기 제4 단계를 거쳐 생성된 그린 바디를 오토클레이브에서 양생하는 제5 단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 제1 단계의 시멘트 킬른 바이패스 더스트, 규석, 시멘트 및 석고의 혼합물은 CaO/SiO2 몰비가 0.5 내지 1.5이고, 상기 제2 단계에서는 상기 혼합물 100중량부에 대하여 물 50 내지 70 중량부 및 발포제 0.05 내지 0.20 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법은 산화칼슘의 공급물질로 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 석회질 대체원료로 사용하여 재활용하도록 하여 환경오염의 원인을 제거함과 동시에 보다 경제적으로 다공성 규산칼슘 경화체 제조를 가능하게 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법은 킬른 바이패스 더스트, 규석, 시멘트 및 석고의 분말원료를 혼합하는 제1 단계와, 상기 제1 단계를 거쳐 혼합된 혼합물에 물을 1차 혼합한 다음으로 발포제를 첨가하여 2차 혼합하는 제2 단계와, 상기 제2 단계를 거쳐 생성된 슬러리를 성형 틀에서 성형하는 제3 단계와; 상기 제3 단계를 통해 성형된 슬러리를 발포시킨 다음 15 내지 80℃에서 2 내지 6시간 동안 예비양생하여 그린 바디 형성 및 탈형하는 제4 단계와; 상기 제4 단계를 거쳐 생성된 그린 바디를 오토클레이브의 10 내지 20기압의 포화수증기압하에서 3 내지 10시간 동안 양생하는 제5 단계로 이루어진다.
이때 규산질 원료로 사용하는 규석은 폐콘크리트로부터 재생골재 제조공정에서 부산물로 산출되는 폐콘크리트 미분이나, 석산의 암석 파쇄에 의한 석산골재의 제조공정으로부터 발생되는 석분으로 대체하여 사용할 수도 있다.
여기서 상기 제1 단계에서의 혼합물은 시멘트 킬른 바이패스 더스트 10 내지 50 중량부에 대하여 규석 10 내지 60 중량부, 시멘트 10 내지 40 중량부 및 석고 2 내지 10 중량부가 혼합된 것으로, 이는 상기 혼합물의 C/S 몰비가 0.5 내지 1.5 범위 내 있도록 하기 위한 것이며, 상기 제2 단계에서는 그 혼합물에 대하여 물 50 내지 70 중량부 및 발포제 0.05 내지 0.20 중량부가 첨가된다.
시멘트 클링커 제조공정상에서 발생됨에 따라 본 발명에서 사용되는 시멘트 킬른 바이패스 더스트는 석회 성분인 산화칼슘(CaO)이 주성분으로, 그 외 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 알칼리(Alkali) 성분 등으로 구성되어 있으며, 시멘트 킬른 바이패스 더스트의 화학조성은 표 1과 같다.
표 1. 시멘트 킬른 바이패스 더스트의 화학조성
Figure 112009059049099-pat00001
시멘트 킬른 바이패스 더스트를 규산질 다공체의 석회원으로 사용 가능한지의 여부를 확인하기 위해서는 먼저 수화발열을 측정하여야 한다. 석회원은 발열반응으로 발포와 경화를 촉진하는 것으로 알려져 있음에 따라, 수화발열을 측정하기 위해 slaking test를 실시하였으며, 최초 30분간 측정한 결과, 수화발열온도가 최대 45℃로 일반 생석회의 60～70℃에 비해 낮은 것으로 나타났다. 본 발명에서는 이런 시멘트 킬른 바이패스 더스트의 발열특성 때문에 슬러리 용수의 온도를 50℃로 조절하여 발포 및 경화속도를 촉진하였다.
본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체를 제조하기 위한 사용 원료의 화학조성은 표 2와 같다.
표 2. 사용 원료의 화학조성
Figure 112009059049099-pat00002
본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체의 실험실적 제조방법의 예는 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체의 제조방법을 도시한 블록도이다.
원료배합설계를 위해 시멘트 킬른 바이패스 더스트, 규석, 시멘트, 및 석고의 분말 원료를 일정한 C/S(CaO/SiO2) 몰비가 되도록 원료 배합비를 결정한다.
시멘트 킬른 바이패스 더스트, 규석, 시멘트 및 석고의 분체와 물을 혼합기에 투입 혼합하여 유동상태의 1차 슬러리를 제조하면서, 여기에 발포제로서 알루미 늄 분말이나 페이스트를 수용액상으로 첨가 혼합하여 2차 슬러리를 제조하고, 즉시 내경이 22× 22× 20cm인 스티로폼 박스에 성형한다.
이때 시멘트 킬른 바이패스 더스트의 수화반응속도 증진을 위해 50℃의 물을 사용한다.
상기 공정을 통해 제조된 그린 바디는 50℃에서 2~6시간 동안 예비양생하게 되면 탈형이 가능한 상태로 경화되어 그린 바디를 탈형한 후, 오토클레이브에서 승온시간 4시간(40℃/시간) 후 180℃(11kg/cm2)에서 4~8시간 유지한 후 냉각하여 다공성 규산칼슘 경화체를 제조한다.
이러한 다공성 규산칼슘 경화체 제조를 위한 바람직한 일례로는 제1 단계(분말원료 배합 및 혼합)에서 전체 원료의 고형분 기준으로 시멘트 킬른 바이패스 더스트 10 내지 50 중량부에 대해 규석 10 내지 60 중량부, 시멘트 10 내지 40 중량부 및 석고 2 내지 10 중량부를 혼합하여 C/S 몰비가 0.5 내지 1.5 범위에 있도록 하고, 제2 단계(슬러리화)에서 슬러리의 유동성을 확보하기 위해서 전체 원료의 고형물, 즉 상기 혼합물 100 중량부에 50 내지 70 중량부의 물이 필요하며 동시에 발포제로 0.05 내지 0.20 중량부의 알루미늄 분말 또는 페이스트를 첨가하게 된다.
이하 본 발명을 실시예를 들어 보다 상세하게 설명한다.
(실시예)
도 1 및 표 3의 실시예와 같이 석회질 원료로서 시멘트 킬른 바이패스 더스트 사용의 경우는 실시예 1 내지 4이고, 생석회 사용의 경우는 실시예 5로서 C/S 몰비가 0.7~1.3이 되도록 원료를 배합하여, 50℃에서 4시간 예비양생한 다음, 오토클레이브에서 8시간 양생하여 제조된 다공성 규산칼슘 경화체의 X선회절도를 도 2에, 대표적인 전자현미경 사진을 도 3에, 가로 10 × 세로 10 × 높이 10cm 시편으로 절단하여 물리적 특성을 실시하고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
표 3. 다공성 규산칼슘 경화체의 원료배합비
Figure 112009059049099-pat00003
표 4. 다공성 규산칼슘 경화체의 물리적 특성
Figure 112009059049099-pat00004
(실시예)
도 1 및 표 5의 실시예와 같이 석회질 원료로서 시멘트 킬른 바이패스 더스 트를 사용한 경우에서, C/S 몰비가 0.7이 되도록 원료를 배합하여 50℃에서 4시간 예비양생한 다음, 오토클레이브 반응시간을 각각 6 및 4시간 양생한 것이 실시예 6 내지 7이고, 실시예 8 내지 9는 원료배합에서 발포제로 사용한 알루미늄 분말의 함량을 각각 0.05 및 0.15 중량%로 변화시킨 것이고, 실시예 10 내지 11은 물/원료의 비를 각각 55 및 65 중량%로 변화시킨 것이다. 이와 같이 제조된 다공성 규산칼슘 경화체는 각각 가로 10 × 세로 10 × 높이 10cm 시편으로 절단하여 물리적 특성을 실시하고, 그 결과를 표 6에 나타내었다.
표 5. 다공성 규산칼슘 경화체의 원료배합비
Figure 112009059049099-pat00005
표 6. 다공성 규산칼슘 경화체의 물리적 특성
Figure 112009059049099-pat00006
상기된 바와 같은 실험 데이터를 통해, 본 발명은 석회질 원료인 생석회 대체재로서 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 시용하여 천연원료인 규석의 배합량을 줄일 수 있으며, 또한 오토클레이브의 수열반응시간을 저감하여 경제적 환경적으로도 유용한 다공성 규산칼슘 경화체의 제조를 가능하게 함을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체의 제조방법을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체의 X선회절도.
도 3은 본 발명에 따른 다공성 규산칼슘 경화체의 전자현미경 사진.

Claims (4)

  1. 시멘트 킬른 바이패스 더스트, 규석, 시멘트 및 석고의 분말원료를 혼합하는 제1 단계와;
    상기 제1 단계를 거쳐 혼합된 혼합물에 물을 1차 혼합한 다음으로 발포제를 첨가하여 2차 혼합하는 제2 단계와;
    상기 제2 단계를 거쳐 생성된 슬러리를 성형 틀에서 성형하는 제3 단계와;
    상기 제3 단계를 거쳐 성형된 슬러리를 발포시킨 다음 예비양생하여 그린 바디 형성 및 탈형하는 제4 단계와;
    상기 제4 단계를 거쳐 생성된 그린 바디를 오토클레이브에서 양생하는 제5 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 단계에서 시멘트 킬른 바이패스 더스트, 규석, 시멘트 및 석고의 혼합물은 CaO/SiO2 몰비가 0.5 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 단계에서는 상기 혼합물 100중량부에 대하여 물 50 내지 70 중량부 및 발포제 0.05 내지 0.20 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 시멘트 킬른 바이패스 더스트를 이용한 다공성 규산칼슘 경화체 제조방법.
  4. 삭제
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