KR101322012B1 - 고형화 단광 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고형화 단광 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 철강 부산물; 상기 철강 부산물 100중량부에 대하여 무기성 고화재 5~10중량부; 및 유기성 결합제 6~12중량부를 포함하며, 상기 무기성 고화재는 고로 슬래그 분말 및 슬래그시멘트이고, 상기 고로 슬래그 분말은 상기 슬래트시멘트에 대하여 0.25~4.0의 중량비를 갖는 고형화 단광 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 고형화 단광은 초기 및 후기 강도 발현이 우수할 뿐만 아니라 철강부산물을 이용하여 제조 비용이 낮다는 장점이 있다.

Description

고형화 단광 및 그 제조방법{SOLIDIFICATION BRIQUETTE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고형화 단광 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래에 일반적으로 사용되었던 고형화 단광 제조 방법에 관한 기술로는 대표적으로 한국공개특허공보 제1987-0005929호가 있다. 한국공개특허 제1987-0005929호는 각종 소각재 등의 고화 방법에 관한 것으로서, 석회류, 알루미늄염 및 탄산소다 염류로 이루어진 고화제를 첨가하여 플라이애시 등 각종 소각재를 고화시켜 고형화물을 형성하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 상기 특허는 화력 발전소, 쓰레기장 등에서 발생하는 소각재를 간편하게 폐기할 수 있도록 함과 동시에 건축물, 구조물 등에 재활용할 수 있도록 하였다는 점에 그 의의가 있다.
한편, 한국등록특허공보 제1997-0008689호는 제강 전로 슬래그에 의한 하수 소화 슬러지의 고화 처리 방법에 관한 것으로, 상기 특허의 방법은 하수 슬러지에 제강전로 슬래그 분말과 보조 고화제를 첨가, 혼합하는 단계와 상기 단계에 의해 얻어진 혼합물을 압축 성형한 후, 상온에서 1일 내지 28일간 기밀 양생하는 단계로 이루어져 있다. 상기 한국등록특허공보 제1997-0008689호의 경우 제철소 등에서 발생하는 산업 폐기물을 이용하여 하수 소화 슬러지를 처리함으로써 복수의 폐기물을 한꺼번에 처리할 수 있도록 하였으며, 위생 매립시의 중간 복토재로 하수 슬러지를 활용할 수 있도록 하였다는 점에 그 의의가 있다.
그러나 상기 특허들에 기재된 방법에 의해 제조된 고형화물의 경우, 제조에 사용되는 고화제가 대체로 고가이기 때문에 경제적이지 못하고, 초기강도가 낮아 생산성 및 재활용성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 초기 및 후기 강도 발현이 우수한 고형화 단광과 이를 위한 제조방법을 제공하자 하는 것이다.
본 발명의 일태양은 철강 부산물; 상기 철강 부산물 100중량부에 대하여 무기성 고화재 5~10중량부; 및 유기성 결합제 6~12중량부를 포함하며, 상기 무기성 고화재는 고로 슬래그 분말 및 슬래그시멘트이고, 상기 고로 슬래그 분말은 상기 슬래트시멘트에 대하여 0.25~4.0의 중량비를 갖는 고형화 단광을 제공한다.
본 발명의 다른 태양은 철강 부산물, 상기 철강 부산물 100중량부에 대하여 무기성 고화재 5~10중량부와 유기성 결합제 6~12중량부를 포함하는 원료를 준비하는 단계; 상기 원료에 물을 투입하여 상기 원료를 혼합하는 단계; 혼합된 상기 원료를 압축성형하여 단광을 얻는 단계; 및 상기 단광을 양생하는 단계를 포함하며, 상기 무기성 고화재는 고로 슬래그 분말 및 슬래그시멘트이고, 상기 고로 슬래그 분말은 상기 슬래트시멘트에 대하여 0.25~4.0의 중량비를 갖는 고형화 단광의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 고형화 단광은 초기 및 후기 강도 발현이 우수할 뿐만 아니라 철강부산물을 이용하여 제조 비용이 낮다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 고형화 단광의 제조방법의 일례를 나타내는 플로우도이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 일 실시형태로서, 철강 부산물; 상기 철강 부산물 100중량부에 대하여 무기성 고화재 5~10중량부; 및 유기성 결합제 6~12중량부를 포함하며, 상기 무기성 고화재는 고로 슬래그 분말 및 슬래그시멘트이고, 상기 고로 슬래그 분말은 상기 슬래트시멘트에 대하여 0.25~4.0의 중량비를 갖는 고형화 단광을 제공한다.
철강공정에서 발생하는 철강 슬러지, 철강 더스트, 고로 슬래그와 같은 철강 부산물은 산화철, 산화니켈, 산화크롬, 산화규소, 산화알루미늄 및 산화칼슘 등 다양한 금속산화물 뿐만 아니라 지구 구성물질에 해당하는 다양한 광물질을 포함하고 있다. 본 발명에서는 철강 슬러지, 철강 더스트와 같은 철강 부산물을 주원료로 하는 고형화 단광을 제공함으로써, 폐자원을 유용하게 재활용할 수 있다. 상기 철강 슬러지 및 철강 더스트는 철강 공정에서 발생하는 것이라면 그 종류에 관계없이 모두 사용가능하며, 대표적인 예로는 고로 슬러지, 제강 슬러지, 제강더스트, 집진더스트 등이 있다.
본 발명의 고형화 단광은 무기성 고화재를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 무기성 고화재는 물과의 수화작용에 의해 망상구조의 침상 및 로드상의 형태를 갖는 수화생성물을 형성한다. 이와 같이 형성되는 수화생성물은 고형화 단광의 강도를 향상시킨다. 본 발명의 고형화 단광은 철강 부산물 100중량부에 대하여 상기 무기성 고화재를 5~10중량부의 범위로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 무기성 고화재의 함량이 5중량부 미만인 경우에는 고형화 단광의 강도발현이 충분히 일어나지 않고, 반면에 10중량부를 초과하는 경우에는 경제성이 저하되며, 오히려 강도가 저하될 수 있다.
상기 무기성 고화재로는 고로 슬래그 분말과 슬래그시멘트를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 고로 슬래그는 CaO 40%내외, SiO 23.5%내외, 실리카, 알루미나 등을 포함하며, 이러한 무기성 광물질은 시멘트와 결합성을 향상시킨다. 상기 고로 슬래그 분말은 비표면적이 클수록 즉, 입도가 작을수록 물과 반응하여 수화생성물을 형성하는 활성화작용이 우수하다. 따라서, 상기 고로 슬래그 분말은 입도가 작을수록 강도 향상 효과가 뛰어나고, 이러한 효과를 위해서는 평균입도가 4000cm2/g이상인 고로 슬래그 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고로 슬래그 분말은 괴상의 고로 슬래그를 분쇄하여 얻을 수도 있지만, 경제성을 고려하여 평균입도가 4000cm2/g이상인 고로 슬래그 분말을 철강 공정으로부터 회수하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 고로 슬래그 분말은 상기 슬래그시멘트에 대하여 0.25~4.0의 중량비를 갖는 것이 바람직하다. 중량비가 0.25미만인 경우에는 슬래그시멘트 사용량이 많아져 비경제적이며, 4.0을 초과하는 경우에는 고형화단광의 강도발현이 충분하지 않다.
본 발명의 고형화 단광은 유기성 결합제를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 유기성 결합제로는 제지 슬러지 또는 당밀 중 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 당밀은 큰 점성을 가지고 있고, 상기 제지 슬러지는 섬유상 물질들을 포함하고 있어, 상기 당밀 또는 제지 슬러지의 함유를 통해 고형화 단광의 초기강도를 향상시킨다. 특히, 상기 당밀과 제지 슬러지가 복합적으로 포함되는 경우에는 상호간의 작용에 의하여 고형화 단광에 보다 우수한 강도를 부여할 수 있다. 본 발명의 고형화 단광은 철강 부산물 100중량부에 대하여 유기성 결합제 6~12중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 유기성 결합제의 함량이 6중량부 미만인 경우에는 상기 점성작용이나 섬유상물질의 작용이 미흡하여 고형화단광의 초기강도 향상 효과가 크지 않다. 12중량부를 초과하는 경우에는 경제성이 저하되며, 오히려 강도가 저하될 수 있다. 한편, 상기 제지슬러지는 상기 당밀에 대하여 1이하의 중량비를 갖는 것이 바람직하며, 상기 중량비가 1을 초과할 경우에는 고형화 단광의 강도가 저하될 수 있다. 한편, 상기 제지슬러지는 펄프 제조시 발생하며, 일정량의 수분을 함유하고 있는 슬러지를 의미한다.
상기와 같은 조성을 갖는 고형화 단광은 40Kg/cm2이상의 우수한 초기 압축강도와, 60Kg/cm2이상의 우수한 후기 압축강도를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 고형화 단광의 제조방법의 일례를 나타내는 플로우도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명 고형화 단광 제조방법에 대하여 설명한다.
우선, 철강 부산물 100중량부, 무기성 고화재 5~10중량부, 유기성 결합제 6~12중량부를 포함하는 원료를 준비한다(S1).
이후, 상기 원료에 물을 투입한 뒤, 상기 원료를 혼합한다(S2). 혼합 방법으로는 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 이용할 수 있다. 상기 물이 원료에 투입됨으로써, 고화재와의 수화반응에 의해 형성되는 고강도의 수화생성물을 통해 단광에 우수한 강도를 부여할 수 있다. 반응초기에는 고강도의 수화생성물이 형성되나, 반응이 진행됨에 따라 수화생성물 상에 막이 형성되게 되는데, 이 막에 의해 수화 반응이 더 이상 진행되지 않는다. 그러나, 본 발명에서 사용하는 철강 슬러지, 철강 더스트 및 고로 슬래그 분말 등의 철강 부산물에는 CaO 등과 같은 알칼리 촉진제가 함유되어 있어, 이 알칼리 촉진제가 물과의 가수분해반응에 하여 수산기를 형성하며, 이 수산기에 의해 상기 막이 제거되게 된다. 즉, 수화반응이 지속될 수 있어, 강도 향상 효과가 우수하다.
이 때, 상기 물은 상기 무기성 고화재에 대하여 1~3의 중량비로 투입되는 것이 바람직하다. 상기 물의 투입량이 1미만일 경우에는 수화반응이 충분히 진행되지 못하게 되어 강도가 저하될 수 있으며, 3을 초과하는 경우에는 고형화 단광을 형성하기 위한 작업성이 저하되거나 성형물 형성이 여려워질 수 있으며, 양생기간이 길어질 수 있다.
이렇게 혼합된 원료들을 당해 기술분야에서 이용되는 통상의 방법을 적용하여 압축성형함으로써(S3), 단광을 얻을 수 있다. 이후, 이 단광을 양생하여 고강도를 갖는 고형화 단광을 제조할 수 있다(S4). 상기 양생방법으로는 통상의 기건양생 방법을 이용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지는 않는다.
(실시예 1)
고로 슬러지와 철강 더스트가 혼합된 철강 부산물(함수율 10%)과 평균입도가 4000cm2/g인 고로 슬래그 분말과 슬래그시멘트가 0.25~5.7로 혼합된 무기성 고화재를 상기 철강 부산물 100중량부에 대해서 4~10중량부로 준비하고, 여기에 제지 슬러지와 당밀의 중량비가 1인 유기성 결합제를 상기 철강 부산물 100중량부당 12중량부 첨가하고, 물/무기성 고화재의 비가 0.5~4가 되도록 물을 투입한 뒤, 이들을 혼합하였다. 이후, 혼합물을 프레스 성형을 통해 압축성형하고 탈형한 뒤, 상온에서 14일간 양생하여 고형화 단광을 제조하였다. 이 때, 상기 탈형된 후의 단광과 양생한 후의 단광에 대하여 초기 및 후기 압축강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분
 무기성 고화재 함량
(철강 부산물 100중량부에 대한 함량)		 물/
무기성고화재 중량비		 무기성 고화재 구성 압축강도(Kg/cm2)
고로
슬래그
분말
(중량부)		 슬래그
시멘트
(중량부)		 중량비 초기
압축강도
 후기
압축강도
비교예1 4 4 60 40 1.5 31.8 44.7
발명예1 5 3 60 40 1.5 45.5 64.2
발명예2 6 2 20 80 0.25 46.1 112.8
발명예3 7 1 50 50 1 42.3 81.3
발명예4 8 1 60 40 1.5 40.5 72.9
발명예5 9 1 80 20 4 43.7 65.7
발명예6 10 1 60 40 1.5 42.4 75.4
비교예2 9 0.5 85 15 5.7 29.2 38.2
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 무기성 고화재 함량이 5~10중량부이며, 물의 투입량이 무기성 고화재에 대하여 1~3의 범위를 갖는 발명예 1 내지 6은 40Kg/cm2이상의 우수한 초기 압축강도와 60Kg/cm2이상의 우수한 후기 압축강도를 가지고 있음을 알 수 있다. 또한, 발명예 1 내지 6은 무기성 고화재의 구성 즉, 고로 슬래그 분말과 슬래그시멘트의 중량비가 0.25~4의 범위를 만족하고 있음을 알 수 있다.
반면, 무기성 고화재 함량이 본 발명이 제안하는 범위에 벗어나는 비교예 1의 경우에는 초기 및 후기 압축강도가 상당히 낮은 수준임을 알 수 있고, 특히 비교예 2의 경우에는 무기성 고화재 함량이 본 발명이 제안하는 범위에 만족하더라도 고로 슬래그 분말과 슬래그시멘트의 중량비가 본 발명 범위에 벗어나 초기 및 후기 압축강도가 본 발명예들에 비하여 아주 낮은 수준임을 알 수 있다.
(실시예 2)
고로 슬러지와 철강 더스트가 혼합된 철강 부산물(함수율 10%)과 평균입도가 4000cm2/g인 고로 슬래그 분말과 슬래그시멘트가 1.5로 혼합된 무기성 고화재를 상기 철강 부산물 100중량부에 대해서 6중량부로 준비하고, 여기에 제지 슬러지와 당밀의 중량비가 1.5이하인 유기성 결합제를 상기 철강 부산물 100중량부당 5~14중량부 첨가하고, 물/무기성 고화재의 비가 2가 되도록 물을 투입한 뒤, 이들을 혼합하였다. 이후, 혼합물을 프레스 성형을 통해 압축성형하고 탈형한 뒤, 상온에서 14일간 양생하여 고형화 단광을 제조하였다. 이 때, 상기 탈형된 후의 단광과 양생한 후의 단광에 대하여 초기 및 후기 압축강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분
 유기성 결합제 함량
(철강 부산물
100중량부에 대한 함량)		 유기성 결합제 구성 압축강도
(Kg/cm2)
제지슬러지
(중량부)		 당밀
(중량부)		 중량비 초기
압축강도		 후기
압축강도
비교예3 5 0 100 0 16.34 38.71
발명예7 6 0 100 0 41.62 83.67
발명예8 7 10 90 0.11 42.27 73.03
발명예9 8 30 70 0.43 38.83 148.98
발명예10 10 40 60 0.67 56.26 161.76
발명예11 12 50 50 1 52.05 86.82
비교예4 13 60 40 1.5 19.21 46.32
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 유기성 결합제 함량이 6~12중량부이며, 유기성 결합제의 중량비가 1이하의 범위를 갖는 발명예 7 내지 11은 초기 및 후기 압축강도가 각각 40Kg/cm2이상 및 70Kg/cm2이상으로서, 우수한 압축강도를 가지고 있음을 알 수 있다.
반면, 유기성 결합제 함량 또는 유기성 결합제의 중량비가 본 발명이 제안하는 범위에 벗어나는 비교예 3 및 4는 초기 압축강도가 20Kg/cm2이하, 후기 압축강도가 50Kg/cm2이하로서, 본 발명에 비하여 상당히 낮은 수준임을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 철강 부산물;
    상기 철강 부산물 100중량부에 대하여 무기성 고화재 5~10중량부; 및
    유기성 결합제 6~12중량부를 포함하며,
    상기 무기성 고화재는 고로 슬래그 분말 및 슬래그시멘트이고,
    상기 고로 슬래그 분말은 상기 슬래트시멘트에 대하여 0.25~4.0의 중량비를 갖는 고형화 단광.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 철강 부산물은 철강 슬러지 및 철강 더스트 중 1종 이상인 고형화 단광.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고로 슬래그 분말은 평균입도가 4000cm2/g이상인 고형화 단광.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기성 결합제는 제지슬러지 및 당밀 중 1종 이상인 고형화 단광.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제지슬러지는 상기 당밀에 대하여 1이하의 중량비를 갖는 고형화 단광.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고형화 단광은 초기 압축강도가 40Kg/cm2이상이고, 후기 압축강도가 60Kg/cm2이상인 고형화 단광.
  7. 철강 부산물, 상기 철강 부산물 100중량부에 대하여 무기성 고화재 5~10중량부와 유기성 결합제 6~12중량부를 포함하는 원료를 준비하는 단계;
    상기 원료에 물을 투입하여 상기 원료를 혼합하는 단계;
    혼합된 상기 원료를 압축성형하여 단광을 얻는 단계; 및
    상기 단광을 양생하는 단계를 포함하며,
    상기 무기성 고화재는 고로 슬래그 분말 및 슬래그시멘트이고,
    상기 고로 슬래그 분말은 상기 슬래트시멘트에 대하여 0.25~4.0의 중량비를 갖는 고형화 단광의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 철강 부산물은 철강 슬러지 및 철강 더스트 중 1종 이상인 고형화 단광의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 고로 슬래그 분말은 평균입도가 4000cm2/g이상인 고형화 단광의 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기성 결합제는 제지슬러지 및 당밀 중 1종 이상인 고형화 단광의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제지슬러지는 상기 당밀에 대하여 1이하의 중량비를 갖는 고형화 단광의 제조방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 물은 상기 무기성 고화재에 대하여 1~3의 중량비로 투입되는 고형화 단광의 제조방법.
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