KR101215412B1 - 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제강 슬래그를 고부가가치 자원화하기 위한 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 제강 슬래그에서 β-2CaO?SiO2를 효율적으로 농축 및 분리하여 시멘트 혼화제로 사용할 수 있도록 하기 위하여 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법은, (a) 제강 슬래그를 건조 및 파쇄시키는 단계; (b) 자력선별기를 이용하여 상기 제강 슬래그 중 제1비자착물을 선별하는 단계; (c) 상기 제1비자착물을 분말화시키고, 스크린 장치를 이용하여 저 경도의 물질을 선별하는 단계; (d) 자력선별기를 이용하여 상기 저 경도의 물질 중 제2비자착물을 선별하는 단계; 및 (e) 공기 분급기를 이용하여 상기 제2비자착물 중 저 비중의 물질을 선별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 제강 슬래그를 고부가가치 자원화하기 위한 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 제강 슬래그에서 β-2CaO?SiO2를 효율적으로 농축 및 분리하여 시멘트 혼화제로 사용할 수 있도록 하기 위하여 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법에 관한 것이다.
"제강 슬래그"는 용광로를 이용하여 제조된 선철을 정제하기 위한 전로 공정에서 발생되는 슬래그를 의미한다. 제강 슬래그는 제강 1톤당 약 130~140kg 정도가 발생한다.
제강 슬래그는, 제강 슬래그의 잠재 수경성을 활용하여 단독으로 또는 고로의 서냉슬래그와 혼합하여 도로용 노반재로 활용되고 있다. 또한 제강 슬래그 골재의 높은 전단 응력을 활용하여 아스팔트 미끄럼 방지재나 성토재 등으로 재활용되기도 한다.
제강 슬래그를 시멘트 클링커(clinker) 제조용 철질 원료로 활용함으로써 자원의 절약뿐만 아니라 CO2의 저감에도 기여한다.
하지만, 종래의 제강 슬래그 자원화 용도가 저급용으로 활용되고 있기 때문에, 제강 슬래그의 특성을 고려한 고부가가치 자원화가 요구된다.
제강슬래그는 β-2CaO?SiO2(이하, β-C2S), (Fe1 - xMgx)O, Ca2(Fe1 - xAlx)O5(이하, C4AF) 및 CaO-SiO2-Fe2O3(이하, CSF) 등으로 구성된다. 이 중 β-C2S는 시멘트 수화시 저 발열, 저 수축 및 장기 강도를 부여하는 성분으로 알려져 있기 때문에, 제강 슬래그중 β-C2S를 농축 및 분리하여 저 발열, 저 수축 및 장기강도의 특성을 갖는 기능성 시멘트 혼화재로 활용이 가능하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 제강 슬래그로부터 β-C2S를 효율적으로 농축 및 분리하고, β-C2S를 시멘트 혼화재로 사용하여, 천연자원의 절감을 가능하게 하고, CO2가스를 절감시킬 수 있는 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법은, (a) 제강 슬래그를 건조 및 파쇄시키는 단계; (b) 자력선별기를 이용하여 상기 제강 슬래그 중 제1비자착물을 선별하는 단계; (c) 상기 제1비자착물을 분말화시키고, 스크린 장치를 이용하여 상기 분말화된 제1비자착물에 포함된 물질들 중에서 상대적으로 낮은 경도를 가진 저 경도의 물질을 선별하는 단계; (d) 자력선별기를 이용하여 상기 저 경도의 물질 중 제2비자착물을 선별하는 단계; 및 (e) 공기 분급기를 이용하여 상기 제2비자착물에 포함된 물질들 중에서 상대적으로 낮은 비중을 가진 저 비중의 물질을 선별하는 단계를 포함하는 것를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)단계는, 상기 제강 슬래그를 2 내지 5mm로 파쇄시키는 것이 바람직하다.
상기 (b)단계는, 자력 세기가 2000 내지 4000 가우스인 자력선별기를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 (c)단계는, 상기 제1비자착물을 분말도가 2000 내지 6000cm2/g이 되도록 분말화시키는 것이 바람직하다.
상기 (d)단계는, 자력 세기가 100 내지 1000가우스인 자력선별기를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 (e)단계는, 선별된 상기 저 비중의 물질 100중량부 중 β-2CaO?SiO2의 함량이 65 내지 70중량부가 되도록 상기 저 비중의 물질을 선별하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성으로 인해, 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2가 효율적으로 농축 및 분리될 수 있고, 이를 시멘트 혼화재로 사용함으로써, 시멘트 제조를 위한 천연자원의 절감을 가능하게 한다.
또한, 천연 자원을 사용하여 시멘트를 제조할 때보다 CO2를 70% 이상 감소시키기 때문에, 환경 보호에도 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법의 흐름을 도시하는 순서도이다.
도 2는 제강 슬래그의 구성 물질인 β-C2S, (Fe1 - xMgx)O 및 C4AF의 경도 및 비중을 비교하는 표이다.
도 2는 제강 슬래그의 구성 물질인 β-C2S, (Fe1 - xMgx)O 및 C4AF의 경도 및 비중을 비교하는 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 예시적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 하며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지의 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법의 흐름을 도시하는 순서도이다.
본 명세서의 제강 슬래그는 전로 공정에서의 제강 슬래그이며, 냉각장에서 서냉되거나 급속 냉각되어 제조될 수 있다. 이러한 제강 슬래그는 냉각 과정 중에 수분이 함유되기도 하며, 일부 용강이 포함되어 금속 철 성분이 함유되어 있을 수도 있다. 따라서, 제강 슬래그의 수분을 제거하기 위해 제강 슬래그를 건조시키는 과정이 요구된다. 건조된 제강 슬래그는 후속 공정인 자력 선별을 위해 파쇄된다(S10).
본 발명의 일 실시예에 따른 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법에서 제강 슬래그의 파쇄는 입도가 2 내지 5mm가 되도록 하는 것이 바람직하다. 입도가 2mm보다 작은 경우에는 파쇄가 잘 되지 않을 뿐만 아니라, 파쇄기에 무리가 가해지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 입도가 5mm보다 큰 경우에는, 제강 슬래그 내에 철(Fe)이 함유되어 있는 경우 이에 대해 자력이 미치지 못할 수도 있기 때문에, 후속 공정인 자력 선별에 의해 정확하게 선별되지 않을 수 있다.
다음으로, 건조되고 파쇄된 제강 슬래그는 자력선별기를 통해 자착물과 제1비자착물로 분리된다(S20). 자착물은 철을 포함하고 있기 때문에 배제되고, 제1비자착물이 후속 공정에 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법에서, 자력선별기는 드럼형의 풀리 자석이 장착된 자력선별기일 수 있고, 1차 자력 선별시 자력 세기는 2000 내지 4000가우스인 것이 바람직하다.
자력선별기의 자력 세기가 2000가우스보다 작은 경우에는, 제강 슬래그 입자 중에 함유된 철을 제거하기 어려울 수 있다. 즉, 자력 세기가 약하면 제1비자착물 중에 철 함유량이 높아질 수 있다. 또한, β-C2S와 제강 슬래그의 다른 구성 물질들이 하나의 상 내에 혼합되어 존재할 수 있기 때문에, 자력 세기가 4000가우스보다 큰 경우에는 제강 슬래그의 구성 물질 중 강자성의 CSF와 C4AF, 및 반강자성의 (Fe1 - xMgx)O들이 자석에 부착되는 경향이 강해지고, 이들과 함께 β-C2S가 자착되어, β-C2S가 제1비자착물로 선별되는 양이 거의 없게 되는 문제점이 발생할 우려가 있다.
자력 선별에 의해 선별된 제1비자착물은 분말화되고(S30), 스크린 장치를 통해 저 경도의 물질이 선별된다(S40). 구체적으로는 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 제강 슬래그 구성 물질들의 경도는, β-C2S가 653.1, (Fe1-xMgx)O가 668.9, C4AF가 807.9이다. 따라서, 제강 슬래그 구성 물질들의 경도 차이를 이용하여 분쇄가 잘 되지 않는 고 경도 물질 C4AF를 제거하는 것이다. 즉, 분말화를 위한 분쇄시 저 경도의 물질은 분쇄되고, 고 경도의 물질은 분쇄되지 않으므로, 이러한 분말 혼합물을 스크린 장치에 통과시키면 분쇄되지 않은 고 경도의 물질을 걸러낼 수 있게 된다.
제1비자착물을 2000 내지 6000cm2/g의 분말도가 되도록 분말화하는 것이 바람직하다. 또한, 분말화된 제1비자착물을 스크린장치를 통해 선별하여, 선별 대상인 총 제1비자착물 100중량부에 대해 선별된 제1비자착물의 중량이 70중량부가 되도록 선별하는 것이 바람직하다.
분말도가 2000cm2/g보다 작은 경우에는, 스크린장치를 통해 선별된 슬래그와 선별되지 않은 슬래그 사이의 성분 차이가 나지 않게 되고, 6000cm2/g보다 큰 경우에는 분쇄 에너지가 많이 소모되어 바람직하지 않다.
스크린장치를 통해 선별된 저 경도 물질로부터 자력선별기를 통해 제2비자착물이 선별된다(S50). 이는 분말화된 제강 슬래그에 함유되어 있는 미분말 상태의 금속철이나 자착물을 제거하기 위함이다. 이에 의해, 강자성의 금속철 분말 및 C4AF 분말의 제거가 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법에서, 2차 자력 선별시 자력선별기의 자력 세기는 100 내지 1000가우스인 것이 바람직하다. 자력 세기가 100가우스보다 작은 경우에는, 자력 선별의 효과가 미미할 수 있으며, 1000가우스보다 큰 경우에는 철이 약간이라도 함유된 제강 슬래그 분말 또는 반강자성인 (Fe1 - xMgx)O가 부착되고, 이들과 하나의 상 내에 혼합되어 존재할 수 있는 β-C2S도 함께 부착되어, β-C2S를 농축 및 분리하는 효과가 없어지기 쉽다.
제2비자착물은 공기 분급기(Air classifier)를 통해 추가로 분리되어, 저 비중의 물질이 선별된다(S60).
도 2를 참조하면, 제강 슬래그를 구성하는 각 물질의 비중은, (Fe1 - xMgx)O가 5.90, β-C2S가 3.28이므로, 공기 분급기를 통해 저 비중인 β-C2S의 선별이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제강 슬래그로부터 β-2CaO?SiO2를 농축 및 분리하는 방법에서, 공기 분급기의 선별을 거친 결과물 100중량부 중 β-C2S의 함량이 65 내지 70중량부가 되는 것이 바람직한데, 이 경우, 공기 분급 선별의 결과물을 바로 저 발열, 저 수축의 시멘트 혼화재로서 활용할 수 있기 때문이다. β-C2S의 함량은 X-선 회절분석의 정량분석을 통하여 측정될 수 있다.
또한, β-C2S를 선별하는 과정에서 제거된 물질들은 상대적으로 철 성분이 농축되어 있기 때문에, 시멘트 클링커 제조시 철질 원료로 사용하거나, 제철소의 소결용 원료 등으로 사용될 수 있기 때문에, 보다 효율적인 자원의 재활용이 가능하게 된다.
이상, 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
Claims (6)
- (a) 제강 슬래그를 건조 및 파쇄시키는 단계;
(b) 자력선별기를 이용하여 상기 제강 슬래그 중 제1비자착물을 선별하는 단계;
(c) 상기 제1비자착물을 분말화시키고, 스크린 장치를 이용하여 상기 분말화된 제1비자착물에 포함된 물질들 중에서 상대적으로 낮은 경도를 가진 저 경도의 물질을 선별하는 단계;
(d) 자력선별기를 이용하여 상기 저 경도의 물질 중 제2비자착물을 선별하는 단계; 및
(e) 공기 분급기를 이용하여 상기 제2비자착물에 포함된 물질들 중에서 상대적으로 낮은 비중을 가진 저 비중의 물질을 선별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a)단계는,
상기 제강 슬래그를 2 내지 5mm로 파쇄시키는 단계인 것을 특징으로 하는 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b)단계는,
자력 세기가 2000 내지 4000 가우스인 자력선별기를 이용하는 단계인 것을 특징으로 하는 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (c)단계는,
상기 제1비자착물을 분말도가 2000 내지 6000cm2/g이 되도록 분말화시키는 단계인 것을 특징으로 하는 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d)단계는,
자력 세기가 100 내지 1000가우스인 자력선별기를 이용하는 단계인 것을 특징으로 하는 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (e)단계는,
선별된 상기 저 비중의 물질 100중량부 중 β-2CaO?SiO2의 함량이 65 내지 70중량부가 되도록 상기 저 비중의 물질을 선별하는 단계인 것을 특징으로 하는 β-2CaO?SiO2의 농축 및 분리방법.
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