KR101276297B1 - 폐실리콘 슬러지 고형분을 포함하는 수경성 조성물 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

잠재 수경성을 갖는 시멘트 혼화재 및 이를 포함하는 수경성 물질이 개시된다. 본 발명은, 포틀랜드 시멘트와 폐실리콘 슬러지 고형분으로 구성되는 수경성 조성물로서, 상기 폐실리콘 슬러지 고형분은 상기 수경성 조성물 중 3~40 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 수경성 조성물을 제공한다. 본 발명에 따르면, 수화특성 발현에 적합한 미세한 분말형태로 발생하는 실리콘 슬러지의 특성을 최대한 활용하여, 분쇄 정제 등의 공정 없이 수경성 조성물을 제조할 수 있어, 생산제품의 생산단가 측면에서 매우 효율적인 수경성 조성물 및 혼화재를 제공할 수 있게 된다.

Description

폐실리콘 슬러지 고형분을 포함하는 수경성 조성물 및 그의 제조 방법{Preparation of Hydraulic Compound using silicon sludge from silicon wafer manufacturing process}
본 발명은 태양광산업 또는 반도체 산업에서 실리콘웨이퍼 가공공정에서 발생하는 실리콘슬러지의 재활용 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 실리콘 성분이 웨이퍼 제조과정 중에 잠재수경특성이 있는 5㎛ 이하의 실리콘 옥사이드 성분으로 전환되는 특성을 발견하였으며, 본 발명은 잠재수경성을 보유하는 실리콘 옥사이드의 특성을 최대한 이용하는 수경성 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지 및 반도체 산업의 웨이퍼로 널리 사용되고 있는 실리콘은 와이어소(wire saw)를 이용하여 실리콘 잉곳으로부터 웨이퍼형태로 슬라이싱 된다. 이때 평균입경 10∼20 마이크론 정도인 실리콘카바이드 연마 슬러리가 사용되며, 그 결과 실리콘과 실리콘카바이드 성분을 주성분으로 하는 연마슬러지가 생성된다.
이와 같이 실리콘 잉곳의 절단과정에서 연간 10,000톤 이상의 폐슬러지가 발생되고 있는데, 대부분은 매립 처리되고 있는 실정이다. 그러나, 최근에는 실리콘슬러지에 함유된 다량의 실리콘이나 실리콘 카바이드를 회수하여 활용하고자 하는 시도가 있어 왔다.
한국공개특허 제2004-55218호는 폐슬러리를 여과하여 규소, 탄화규소, 동 및 철분 등의 고형물을 분리하고, 비중선별 및 자력선별을 이용하여 동 및 철 분말을 제거하며, 상온상태에서 염산을 30%의 고액 농도로 산세처리하여 규소 및 탄화규소 혼합분말을 얻고, 이를 흑연 분말과 혼합하여 1600℃ 이상에서 규소 탄화법에 의해 탄화규소 합성체를 제조한다. 이어서, 제조된 탄화규소 합성체를 파분쇄한 후 불순물을 제거하는 2차 처리공정을 수행하여 고순도의 탄화규소를 얻는다. 그러나, 이 방법은 슬러지 고형분의 분리 회수에 과도한 처리 공정이 적용되어, 값싼 실리콘 폐슬러지로부터 탄화규소를 제조하고자 하는 본래의 의도를 무색하게 한다는 문제점이 있고, 탄화규소 소결체를 제조하기 위해서는 제조된 탄화규소 분말로 성형 및 소결 공정을 다시 적용하여야 한다는 문제점 또한 갖고 있다.
한국공개특허 2011-60701호는 실리콘 웨이퍼 절단 공정에서 발생하는 실리콘 슬러지를 열처리하여 유분의 일부를 제거한 뒤, 상기 실리콘 슬러지와 탄소원을 혼합 및 성형하고, 비산화성 분위기 및 1300~1900℃의 온도에서 상기 혼합물을 반응소결하여 탄화규소 소결체를 제조하는 방법을 제시하고 있다. 이에 따르면, 반도체 웨이퍼 가공 공장에서 발생하는 실리콘 슬러지의 전량 처리가 가능하고, 낮은 제조 비용으로 고부가가치의 탄화규소를 제조할 수 있게 된다.
한편, 한국공개특허 2005-96328호는 반도체 웨이퍼 제조공정 중에 발생하는 절삭재(SiC), 절삭유 그리고 실리콘(Si) 분말이 포함된 슬러지를 용제 등으로 처리하여, 절삭유 및 절삭재는 분리 회수하여 웨이퍼 제조공정에서 재활용하고, 분리된 실리콘분말은 회수하여 실리콘 원료로 활용하는 기술을 소개하고 있다.
그러나, 실리콘 슬러지로부터 정제 등의 과정을 거쳐 부가가치가 높은 탄화규소를 선별하는 데에는 다양한 기술이 개발되고 있지만, 이 경우에도 여전히 실리콘 슬러지의 대부분을 차지하는 폐실리콘은 매립 처리되고 있는 실정이다.
한편, 수경성 조성물은 시멘트를 포함하며 기능향상과 용도에 맞게 잔골재, 조골재 및 혼화재와 같은 첨가재로 구성된다. 여기서, 혼화재란 물리ㆍ화학적 작용에 의해 시멘트나 콘크리트의 성능을 개선시키거나 경제성 등의 목적으로 시멘트나 콘크리트를 제조할 때 혼합하여 원하는 특성을 부여하기 위하여 사용되는 재료라고 할 수 있다.
시멘트 혼화재로서는 잠재수경성을 갖는 포졸란(Pozzolan) 물질로 고로 슬래그 미분말이나 플라이애쉬 실리카흄 등이 사용된다. 이러한 시멘트 및 콘크리트 혼화재는 상대적으로 고가인 시멘트량을 치환해서 사용함으로서 경제적일 뿐 아니라, 환경적으로도 매립ㆍ폐기되는 산업부산물을 재활용하는데 기여하며, 장기 강도 발현, 화학저항성 증대, 매스(Mass) 콘크리트에서의 수화열 저감 등 장점이 많은 재료로서 그 사용량이 점차 증가되고 있는 추세이다.
그러나 고로슬래그 미분말이나 플라이애쉬를 시멘트나 콘크리트의 혼화재로 사용하기 위해서는 고로슬래그를 분말도 3,500㎠ 이상이 되도록 미세하게 분쇄하거나 플라이애쉬 중에 함유되어 있는 미 연소된 탄소를 일정함량 이하로 낮추는 정제 공정이 필요하며, 이렇게 사용된 혼화재의 잠재수경성은 보통 7일 이후에 나타나므로 고로슬래그 미분말이나 플라이애쉬의 시멘트 치환량을 증가시키는 경우 초기재령인 1, 3일에서의 강도가 저하된다는 문제점을 갖는다. 따라서, 종래의 잠재 수경성 물질을 다량 사용하게 되면, 건설현장에서의 공기 단축 및 시멘트 이차제품 제조시 양생기간이 증가되어 생산성이 저하되는 문제점을 나타내게 된다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 수화활성을 증가시키기 위한 수단으로서 자극제(chemical activator)를 사용하거나, 반응표면적을 증가시키기 위해서 미분쇄하는 방법이 시도되었으나, 내구성 저하 및 원가상승 등의 문제가 발생하고 있다.
특히 실리카흄의 경우에는 초기 작업성 및 강도측면에서 유리하지만 가격이 고가여서 사용이 제한적이라는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2004-55218호 한국공개특허 제2005-96328호 한국공개특허 2011-60701호
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 정교한 정제 과정이나 고온의 열처리 과정 없이 폐실리콘 슬러지를 재활용하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 실리콘 슬러지를 혼화재로 포함하면서도 높은 초기 강도를 갖는 수경성 조성물 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 포틀랜드 시멘트와 폐실리콘 슬러지 고형분으로 구성되는 수경성 조성물로서, 상기 폐실리콘 슬러지 고형분은 상기 수경성 조성물 중 3~40 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 수경성 조성물을 제공한다.
본 발명에서 상기 폐실리콘 슬러지 고형분 중 실리콘 및 실리콘 옥사이드 함량은 50 중량% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 폐실리콘 슬러지 고형분의 SiC 함량은 10 중량% 미만인 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 폐실리콘 슬러지 고형분으로 구성되며, 상기 폐실리콘 슬러지 고형분 중 실리콘 및 실리콘 옥사이드 함량이 50 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재를 제공한다.
본 발명의 시멘트 혼화재에서 상기 폐실리콘 슬러지 고형분은 미세 입자 및 조대 입자로 이루어지고, 입경에 따른 입도 분포가 최소한 두 개의 피크를 나타내는 바이모달 분포를 가지며, 미세 입자에 의한 피크가 5 미크론 미만에 존재하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 폐실리콘 슬러지를 원심 분리하는 단계; 및 상기 폐실리콘 슬러지를 탈지하여 폐실리콘 슬러지 고형분을 수득하는 단계를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 방법은 상기 폐실리콘 슬러지를 정제하여 실리콘 및 실리콘 옥사이드를 농축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 전술한 수경성 조성물; 및 상기 수경성 조성물 100 중량부에 대해 100~400 중량부의 골재를 배합하는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 실리콘웨이퍼 연마공정에서 실리콘 성분이 잠재수경특성을 보유하는 실리콘옥사이드 성분으로 전환한다는 사실에 주목하여, 수화특성 발현에 적합한 미세한 분말형태로 발생하는 실리콘슬러지의 특성을 최대한 활용하여, 분쇄 등의 공정 없이 수경성 조성물을 제조함으로써 생산제품의 생산단가 측면에서 매우 효율적인 수경성 조성물 및 이에 사용되는 혼화재를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 수경성 조성물 및 혼화재는 아울러 초기재령에서의 수화반응이 늦은 종전의 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말의 단점을 극복하여 시멘트와 콘크리트 제조시 혼화재의 사용량을 증가시킬 수 있으며, 건설현장에서의 초기수화 지연에 따른 공기지연을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 태양광 및 반도체 제조공정에서 발생하는 실리콘슬러지의 용도개발 및 고부가가치 활용을 통하여 자원의 효율적 활용이 가능하여 환경오염 방지 및 자원재활용등 환경보호 효과도 기대할 수 있다.
도 1은 도 1은 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분의 XRD 분석 결과이다.
도 3은 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분에 대한 입도 분석 결과이다.
도 4는 본 발명에 따라 EDS 분석된 폐실리콘 슬러지 고형분의 분석 지점을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분에 대한 FT-IR 분석결과이다.
도 6은 분리 정제된 폐실리콘 슬러지 고형분의 SEM 분석결과이다.
본 발명에서 '폐실리콘 슬러지'란 폴리실리콘 또는 단결정 실리콘 잉곳(ingot)의 연마 또는 절단 과정에서 발생하는 부산물을 말한다. 또한, 본 발명에서 '폐실리콘 슬러지 고형분'이란 폴리실리콘 또는 단결정 실리콘 잉곳(ingot)의 연마 또는 절단 과정에서 발생하는 부산물 속에 포함되는, 실리콘 분말 및 연마재를 포함하는 고형분의 혼합물을 지칭한다. 또한, 본 발명에서 폐실리콘 슬러지 고형분은 실리콘 연마 과정에서 유입된 윤활유 즉 유분을 최소한 혼화재로 사용 가능한 수준으로 제거된 상태의 것을 말한다.
상기 폐실리콘 슬러지 고형분에 포함되는 실리콘 분말의 표면에는 절단 또는 연마 과정에서 필연적으로 생성된 잠재수경특성을 보유하는 실리콘옥사이드가 함유되어 있다. 상기 실리콘옥사이드는 SiO 또는 SiO2를 포함하여 SiOx의 비정질 또는 결정질 화합물일 수 있다.
본 발명의 상기 실리콘 슬러지는 기존에 잠재수경성 물질로 사용되는 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말 및 실리카흄 등의 대체제로 사용 가능하다.
후술하는 바와 같이, 실리콘 슬러지에서 상기 연마재의 함량은 적정한 수준으로 조절될 수 있다.
본 발명에서 '수경성 조성물'이란 수화 반응을 통해 경화되는 통상의 시멘트와 상기 시멘트의 혼화재로서 첨가되는 잠재 수경성 물질을 포함하는 의미로 사용된다.
<폐실리콘 슬러지 혼화재의 제조>
표 1은 본 발명에 적용 가능한 산업 현장에서 배출되는 폐실리콘 슬러지에 함유된 고형분 함량을 예시한 것이다.
Si+SiO2 (중량%) SiC (중량%) Fe+Fe2O3 (중량%) 기타 (중량%)
40∼55 40∼50 5∼10 ＜5
도 1은 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분의 주사전자현미경 사진이다. 도시된 바와 같이, 1㎛ 또는 그 이하의 미세한 입자와 5㎛이상의 조대한 입자가 공존하는 상태임을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분의 XRD 분석 결과이다. 분석 결과 실리콘, SiC, Fe 및 Fe2O3가 결정상으로 존재하는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분에 대한 입도 분석 결과이다. 입도 분석 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 고형분은 미세한 입자와 조대한 입자가 공존하는 바이모달(bimodal) 분포를 나타내고 있다. 보다 구체적으로, 미세한 입자로 인해 입도 분포상에 2 미크론 미만에서 제1 피크가 나타나고, 조대 입자로 인해 9 미크론 부근에서 제 2 피크를 나타내고 있다. 본 예에서 평균입경은 5.53㎛ 수준이나, 도시된 입도분포는 예시적인 폐실리콘 슬러지 고형분의 입도분포이며, 입자크기는 발생 원인 및 분리 정제 공정 여부에 따라서 평균 입경이 최대 15㎛에 이를 수 있다.
후술하는 바와 같이, 슬러지 고형분 중 미세 입자는 표면 산화된 실리콘 입자로 구성되어, 수경성 물질의 초기 강도에 영향을 미친다. 본 발명에서 상기 미세 입자의 크기는 작을수록 바람직하고, 수치적으로는 5 미크론 미만에서 미세 입자에 의한 제1 피크가 나타나는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 미세 입자에 의한 제1 피크는 2 미크론 미만에서 나타나는 것이 바람직하다.
아래 표 2는 주사전자현미경의 EDS 분석 결과이다. 표 2에서 1, 2, 3은 각각 도 4의 대응 분석 지점을 나타낸다.
구분 C O Si Fe
1 50.28 6.56 43.17 -
2 32.73 8.10 59.17 -
3 20.25 26.66 45.34 7.74
위의 SEM/EDS 분석결과에서와 같이 조대한 입자와 미세한 입자 모두 Si, C 및 O성분이 주요성분으로 나타나며, 1 지점의 입자의 경우 C 함량이 높게 나타나 SiC 입자인 것을 알 수 있고, 3 지점의 입자의 경우 산소 성분 함량이 26.66%로 매우 높게 나타난다. 이로부터 미세한 입자는 실리콘 입자이며, 입자 표면이 산화되어 형성된 실리콘 옥사이드가 존재함을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분에 대한 FT-IR 분석결과로서 Si-O-Si band가 크게 생성되어 실리콘성분이 연마과정에서 산화되어 SiO, Si2O 또는 SiO2화합물이 생성되었음을 보여주고 있다. 입자의 표면성분을 분석하는 N/O 분석결과 O 함량이 26.75% 으로 나타나 FT-IR 분석결과를 뒷받침하고 있다. 여기서, N/O 분석은 무기물에서의 산소와 질소 질량을 측정하는 분석을 말한다.
본 발명에서 폐실리콘 슬러지 고형분에서 실리콘 및 실리콘 옥사이드 함량은 전처리 조건 및 발생공정의 운전조건에 따라서 다양하게 변화할 수 있다. 예컨대, 실리콘슬러지에서 절삭유를 제거한 후에 실리콘카바이드와 같은 물질을 분리 정도에 따라 실리콘과 실리콘옥사이드 함량이 변화하게 된다. 물론, 고형분의 분리에 사용되는 원심 분리기 효율에 따라서 분리되는 고형분의 입도 특성에 따라서 성분이 변화할 수도 있다.
본 발명에서 폐실리콘 슬러지 전체 고형분 중 실리콘 및 실리콘 옥사이드의 함량은 실리콘과 실리콘옥사이드 함량은 수경성 조성물로서의 특성 발휘에 영향을 미치므로, 그 함량은 적절히 제어되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 전체 고형물 함량의 50% 중량 이상인 것이 좋다.
이하에서는 본 발명의 수경성 조성물을 제조하는 방법을 설명한다.
먼저 폐실리콘 슬러지를 원심 분리한다. 전술한 바와 같이, 미세한 입자의 경우 실리콘 옥사이드의 함량이 높으므로, 상기 원심 분리 단계에서 미세한 입자가 고형분에 포함되도록 원심 분리하는 것이 바람직하다.
이어서, 원심 분리된 실리콘 슬러지에서 유분을 제거하는데, 유분의 제거 공정은 다음과 같다. 먼저 본 발명에서 유분은 바람직하게는 100~600℃의 온도에서 탈지될 수 있다. 상기 탈지 공정은 대기 분위기에서 수행될 수 있다.
부가적으로, 폐실리콘 슬러지 고형분에서 실리콘과 실리콘 옥사이드 성분의 농축 단계가 추가로 포함될 수 있다.
여기서, 농축 단계는 폐실리콘 슬러지의 성분이나 함량에 따라 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 통상, 실리콘 웨이퍼 제조공정에서 연마재로 SiC를 사용하고 철 재질의 와이어 소(WIRE SAW)를 사용하는 경우, 발생되는 슬러지에는 Si, SiC, Fe, Fe2O3 및 SiO2 성분이 다양한 형태로 혼합되어 있다. Fe 성분의 경우, 자성을 이용한 자력선별을 통해 제거될 수 있고, SiC 성분의 경우 Si, SiO2 및 SiC 입자 간의 비중특성을 이용한 비중선별 및/또는 풍력선별을 통해 제거될 수 있으며, 이 외에도 화학적 용해특성을 이용한 산처리 분리 방법등이 적용될 수 있다.
물론, 본 발명에서 상기 탈지 단계 및 농축 단계는 필수적인 것은 아니며 생략 가능하다.
본 발명에서 실리콘슬러지 중에 실리콘과 실리콘옥사이드 함량은 전체 고형분 중에서 50 중량% 이상, 바람직하게는 80 중량% 이상이 되는 것이 바람직하다. 아래 표 3은 본 발명에서 수경성 조성물로 사용하기 위해서 분리 정제된 폐실리콘 슬러지 고형분의 전형적인 화학성분데이터를 예시한 것이다. 이 실시예에서 농축 과정은 다음과 같이 수행되었다. 먼저, 폐실리콘 슬러지를 원심분리기를 통과시키고, 100~600℃의 온도의 열처리공정에서 탈지과정을 거쳐 유분과 고형분을 분리하였다. 다음으로, 분리된 고형분에서 Fe와 SiC 성분을 제거하기 위하여 비중 선별 및 자력선별하고, 이후 산처리 과정을 거쳤다.
SiO2(중량%) Si(중량%) SiC(중량%) Fe2O3(중량%) 기타(중량%)
11 78 8 2 ＜3
도 6은 분리 정제된 폐실리콘 슬러지 고형분의 SEM 분석결과로서 대부분 5㎛ 이하의 미세한 입자로 구성되어 있음을 알 수 있다. 미세한 입자는 실리콘 분말로서, 화학성분 결과로부터 실리콘성분의 상당부분이 실리콘옥사이드로 전환되었음을 확인할 수 있다.
아래 표 4는 얻어진 폐실리콘 슬러지 고형분의 포졸란 활성도 (Pozzolan activity)를 KS L 5508 규격의 방법에 준하여 측정한 결과를 나타낸 것이다. 측정 결과는 종래의 혼화재인 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말을 사용한 것과 대비하여 나타내었다.
Figure 112012009793904-pat00001
본 발명에서 폐실리콘 슬러지의 수경성 조성물로서의 작용은 다음과 같이 설명할 수 있다. 본 발명에서 폐실리콘 슬러지 중 미세한 실리콘 분말 표면은 높은 잠재수경특성을 보유하는 실리콘옥사이드 성분으로 전환되어 있다. 따라서, 전환된 실리콘 옥사이드성분이 시멘트에 함유되어 있는 K2O, Na2O 및 CaO 등의 알카리 성분에 의해 촉진되어 초기 수화활성이 증진된다. 또한, 본 발명에서 미세한 실리콘 분말은 미립자 충진 효과 및 입자간 윤활 역활을 하여 조성물의 유동 특성을 증진시킬 수 있다.
<수경성 조성물의 제조>
본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분을 시멘트 모르타르 제품에 적용하는 경우, 폐실리콘 슬러지 고형분의 함량은 시멘트 모르타르 전체 중량의 3∼40% 정도 되도록 함유되는 것이 바람직하다. 폐실리콘 슬러지가 전체 중량의 3 중량% 이하로 첨가될 경우 폐실리콘 슬러지 고형분의 강도발현, 내구성 증가 등에 기여 효과가 적으며, 40중량% 이상 첨가할 경우, 경화체의 강도발현 및 유동성 등 품질 특성이 저하될 수 있다.
표 5는 포틀랜드 시멘트에 폐실리콘 슬러지, 플라이애쉬 및 슬래그 미분말을 단독 또는 조합하여 KS L 5105 규격에 준하여 모르타르 공시체를 제조하고, 표준양생을 실시한 뒤 각 경과 일에 대한 압축강도를 측정한 결과를 나타낸 표이다.
Figure 112012009793904-pat00002
위 표를 참조하면 혼화재를 첨가하지 않은 포틀랜드 시멘트를 사용하여 양생한 모르타르(No.1)의 압축강도를 100%로 하였을 때, 슬래그 미분말이나 플라이애쉬를 혼화재로 10% 치환 사용한 모르타르(No.2, No.3)의 1일, 3일 초기 압축강도가 낮아짐을 알 수 있다. 반면 폐실리콘 슬러지 고형분을 혼화재로 사용한 모르타르(No.4 ∼No.15)의 경우, 1일, 3일 초기강도 및 7일, 28일 강도가 향상되었다. 특히 폐실리콘 슬러지 고형분을 혼화재로 사용할 경우, 슬래그 미분말이나 플라이애쉬를 10% 정도 첨가하여도 초기 압축강도 저하현상이 없고, 7일, 28일의 장기강도도 증가함을 확인할 수 있다.
폐실리콘 슬러지 고형분을 단독으로 사용했을 때와 비교하여 플라이애쉬와 슬래그 미분말을 동시에 사용하였을 경우에 강도발현이 양호하게 나타나는 경향이 있는데 이것은 입도가 상이한 혼화재를 혼합하여 사용함에 따라서 입자 사이의 충진효과에 기인하는 것으로 판단된다.
<콘크리트의 제조>
한편, 본 발명의 폐실리콘 슬러지 고형분은 잔골재를 포함하는 시멘트 모르타르 또는 시멘트 콘크리트에 사용될 수도 있다. 이 경우, 통상적으로 수경성 조성물 100 중량부에 대해 잔골재는 100∼400 중량부 포함될 수 있다.
잔골재 외에도 실리콘슬러지가 함유된 수경성 조성물의 사용목적에 따라서 조골재 및 석분과 같은 잔골재 대체재를 적정비율로 혼합할 수도 있다. 잔골재를 포함하는 경우, 제품의 종류나 적용처에 따라서 실리콘슬러지를 포함하는 수경성 조성물의 혼합비율이 달라질 수 있다.
표 6은 콘크리트 표준배합인 압축강도 210㎏/㎠, slump 12㎝를 기준에 따라 사용된 혼화재 함량을 배합하여 공시체를 제작한 후 표준양생을 실시하고 각 재령별로 압축강도를 측정하였으며, 그 물성치를 나타낸 것이다.
Figure 112012009793904-pat00003
표 6에서 알 수 있는 바와 같이 포틀랜드 시멘트 100 중량%를 사용하여 양생한 콘크리트 공시체(No.16)의 압축강도에 비해 플라이애쉬와 슬래그를 혼화재로 사용한 콘크리트 공시체(No.17, No.18)의 초기재령에서의 압축강도가 저하하였다. 그러나 본 발명의 실리콘 슬러지를 혼화재로 첨가하여 사용한 콘크리트 공시체(No.19∼No.25)의 경우, 초기 및 장기재령에서의 압축강도가 크게 향상 되었으며, 혼화재의 사용량을 30% 이상 증가시켜도 콘크리트 물성 저하가 없음을 확인 할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 실리콘 슬러지를 수경성 조성물로 사용하면 별도의 분쇄 및 분리ㆍ선별공정 없이도 압축강도 발현을 증가시킬 수 있으며, 또한 기존에 사용하였던 슬래그 미분말과 플라이애쉬와 혼합하여 사용 할 경우, 콘크리트의 품질저하 없이 전체적인 혼화재 사용량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 에 의해 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형 및 응용이 가능하다는 점은 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 포틀랜드 시멘트와 폐실리콘 슬러지 고형분으로 구성되는 수경성 조성물로서,
    상기 폐실리콘 슬러지 고형분은 상기 수경성 조성물 전체 중량 중 3~40 중량% 포함되며,
    상기 폐실리콘 슬러지 고형분은 입경에 따른 입도 분포가 최소한 두 개의 피크를 나타내는 바이모달 분포를 가지며, 상기 최소한 두 개의 피크 중 낮은 입경의 피크가 5 미크론 미만에 존재하며,
    상기 폐실리콘 슬러지 고형분 중의 실리콘 및 실리콘 옥사이드의 함량이 상기 폐실리콘 슬러지 고형분 전체 중량에 대해 50 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 수경성 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서
    상기 폐실리콘 슬러지 고형분의 SiC 함량은 10 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 수경성 조성물.
  4. 폐실리콘 슬러지 고형분으로 구성되며, 상기 폐실리콘 슬러지 고형분 중 실리콘 및 실리콘 옥사이드 함량이 50 중량% 이상이고,
    상기 폐실리콘 슬러지 고형분은 입경에 따른 입도 분포가 최소한 두 개의 피크를 나타내는 바이모달 분포를 가지며, 상기 최소한 두 개의 피크 중 낮은 입경의 피크가 5 미크론 미만에 존재하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재.
  5. 삭제
  6. 폐실리콘 슬러지를 원심 분리하는 단계;
    상기 폐실리콘 슬러지를 탈지하여 폐실리콘 슬러지 고형분을 수득하는 단계; 및
    상기 폐실리콘 슬러지를 정제하여 실리콘 및 실리콘 옥사이드를 농축하는 단계를 포함하여 청구항 4 기재의 시멘트 혼화재를 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폐실리콘 슬러지를 정제하여 실리콘 및 실리콘 옥사이드를 농축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 혼화재의 제조 방법.
  8. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 수경성 조성물과,
    상기 수경성 조성물 100 중량부에 대해 100~400 중량부의 골재를 배합하는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 제조 방법.
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