KR101354249B1 - 유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재를 이용하여, 전량 수입에 의존하고 있는 급경성, 조강성, 팽창성 등의 특성이 있어 다양한 용도로 사용될 수 있는 속경성 및 팽창성 클링커 화합물인 아우인(Hauyne)계 시멘트 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서
본 발명에 의한 아우인계 시멘트는 급경성 및 조강성, 팽창성 등의 특징으로 시멘트 및 콘크리트 건조수축에 의한 균열방지용 팽창재, 초속경 시멘트, 초조강 시멘트, 중금속 이온 고화제 등의 원료로 사용될 수 있으며, 특히 시멘트에 혼합 사용되어 우수한 팽창특성을 나타냄으로서 시멘트 콘크리트의 기본적인 특성인 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있기 때문에, 이러한 특성을 이용하여 공동주택 온돌바닥용 미장 모르터의 균열저감용 팽창재 또는 셀프 콤팩팅 콘크리트(self-compacting concrete)의 수축 저감재로 사용되어 우수한 균열저감 효과를 발휘할 수 있으며, 또한 오염 토양에 함유되어 있는 중금속 이온의 고정화 및 안정화에 대한 탁월한 효과가 있다.
유동층상 보일러, 아우인계 시멘트, 팽창성, 속경성, 고화재

Description

유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물 및 그 제조방법{A Composite of Hauyne cement by using fly ash of fluidize-bed boiler and manufacturing method thereof}
본 발명은 급경성 및 조강성, 팽창성 등의 특징으로 시멘트 및 콘크리트 건조수축에 의한 균열방지용 팽창재, 초속경 시멘트, 초조강 시멘트, 중금속 이온 고화제 등의 원료로 사용될 수 있으며, 특히 시멘트에 혼합 사용되어 우수한 팽창특성을 나타냄으로서 시멘트 콘크리트의 기본적인 특성인 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있기 때문에, 이러한 특성을 이용하여 공동주택 온돌바닥용 미장 모르터의 균열저감용 팽창재 또는 셀프 콤팩팅 콘크리트(self-compacting concrete)의 수축 저감재로 사용되어 우수한 균열저감 효과를 발휘할 수 있으며, 또한 오염 토양에 함유되어 있는 중금속 이온의 고정화 및 안정화에 대한 탁월한 효과가 있는 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재를 이용하여, 전량 수입에 의존하고 있는 급경성, 조강성, 팽창성 등의 특성이 있어 다양한 용도로 사용될 수 있는 속경성 및 팽창성 클링커 화합물인 아우인(Hauyne)계 시멘트 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 팽창성 클링커인 아우인(Hauyne, 일명 Calcium Sulfo Aluminate- CSA 라 함)은 보오크사이트-석고-석회석의 재료로 약 섭씨 1300도 이상에서 제조한다. 또한 일부에서는 석유화학에서 사용되는 알루미나 촉매를 사용하여 제조하기도 한다. 일부 알루미나 함량이 높은 점토질 원료를 사용하여 제조하기도 하였으나 이는 실리카의 함량이 높아 아우인계 시멘트 본질의 특성인 팽창성의 발현에는 부족한 재료가 되어 불완전한 재료가 되어왔다. 또한 상기의 아우인계 시멘트 생성조건에서는 고온으로 소성함으로 인하여, 아우인계 시멘트의 생성 조건 중 가장 중요한 아황산 성분이 분해되기 때문에 소성조건의 확립이 매우 어렵다. 또한 아황산가스의 방출로 인한 대기오염 및 제조장치의 부식 등으로 인하여 제조비용은 상승하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대량으로 발생되나 재활용 가치가 거의 없는 국내의 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재를 활용하여 전량 수입에 의존하고 있는 팽창성 클링커 화합물의 제조이다.
유동층상 보일러 비산재는 그 광물조성 상 생석회 성분이 약 40 중량% 이상, 무수석고 성분이 약 40% 이상이 함유되어 있으며(그림1), 과잉의 생석회 성분으로 인하여 일반 보통 포틀랜드 시멘트의 치환용 재료로의 사용이 불가능할 뿐 아니라, 무수석고의 함량이 높아 보통 포틀랜드 시멘트 제조에도 사용할 수 없는 문제점이 있어 전량 폐기되고 있는 실정이다. 이러한 재활용 불가능 상태의 원료를 최적의 제조 조건을 확보하여 전량 수입에 의존하고 있는 재료를 제조하는 것은 산업자원의 안정적 확보뿐만 아니라 귀중한 천연자원을 유효하게 활용할 수 있도록 하는 중요한 과제이며 또한 건설시장 개방에 따른 토목, 건축산업에서의 대외 경쟁력 강화 및 각종 토목, 건축 공법개발의 밑거름 역할을 할 수 있을 것이다.
Figure 112012503412439-pat00001
따라서 본 발명은 상기와 같은 유동층상 보일러 비산재의 재활용에 대한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 대량으로 발생되나 재활용 가치가 거의 없는 국내의 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재를 활용하여 전량 수입에 의존하고 있는 아우인계 시멘트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 아우인계 시멘트 조성물 제조를 위하여 유동층상 보일러에서 발생하는 비산재와 알루미나원으로써 보오크사이트를 사용하여 기존의 시멘트 제조공정 온도보다 낮은 900℃ 내지 1,100℃ 범위의 저에너지원으로 아우인계 시멘트를 제조함으로써 전량 수입에 의존하고 있는 팽창성, 속경성 등의 물성을 갖는 특수 시멘트조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적으로, 본 발명의 아우인계 시멘트 조성물을 사용하여 대규모 콘크리트 구조물인 셀프 콤팩팅 콘크리트의 수축저감용, 고강도 그라우트 모르타르의 수축보상용 등의 팽창 시멘트 조성물에 사용될 수 있는 아우인계 시멘트 조성물 뿐 아니라, 수은, 납과 같은 중금속 이온에 오염되어 있는 오염 토양의 중금속 고화재로 사용될 수 있으며, 함수율이 높은 하수 슬럿지 고화용으로 사용될 수 있는 특수 시멘트인 아우인계 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량%, 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 유동층상 보일러 비산재 35 내지 70 중량%와 알루미나(Al2O3) 함량이 30 내지 60 중량%인 천연 보오크사이트를 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄한 보오크사이트 분체를 25 내지 50 중량%, 석유화학 공장에서 사용된 후 방치되는 알루미나 순도 90% 이상의 폐알루미나 담체를 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, Cm2/g)로 분쇄한 폐알루미나 담체 분말 5 내지 15 중량%를 혼합한 후 지름 1cm 정도의 크기로 클링커를 제조하여 1일간 공기 중에서 자연 건조한다. 건조한 클링커를 전기로에서 승온속도 5℃로 900℃ 내지 1,100℃로 1시간 동안 소성한 후 공기 중에서 급냉시켜 아우인계 시멘트 클링커를 얻는다.
상기에서 구한 아우인계 시멘트 클링커를 다시 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄하여 본 발명품을 얻는다.
일 구현예에서, 상기 유동층상 보일러 비산재는 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량%, 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 것을 사용하나 바람직하게는 생석회(CaO) 성분이 40 내지 50 중량%, 무수석고(CaSO4) 성분이 40 내지 50 중량% 함유되어 있는 것을 사용한다.
일 구현예에서, 보오크사이트는 알루미나(Al2O3) 함량이 30 중량% 이상인 것을 사용하나, 바람직하게는 알루미나(Al2O3) 함량이 45 중량% 이상인 것을 사용한다.
일 구현예에서, 폐알루미나 담체의 알루미나 함량은 순도 90% 이상의 것을 사용하나 바람직하게는 순도 95% 이상의 것을 사용한다.
본 발명은 급경성 및 조강성, 팽창성 등의 특징으로 시멘트 및 콘크리트 건조수축에 의한 균열방지용 팽창재, 초속경 시멘트, 초조강 시멘트, 중금속 이온 고화제 등의 원료로 사용될 수 있으며, 특히 시멘트에 혼합 사용되어 우수한 팽창특성을 나타냄으로서 시멘트 콘크리트의 기본적인 특성인 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있기 때문에, 이러한 특성을 이용하여 공동주택 온돌바닥용 미장 모르터의 균열저감용 팽창재 또는 셀프 콤팩팅 콘크리트(self- compacting concrete)의 수축 저감재로 사용되어 우수한 균열저감 효과를 발휘할 수 있으며, 또한 오염 토양에 함유되어 있는 수은, 납 등의 중금속 이온의 고정화 및 안정화에 대한 탁월한 효과가 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량%, 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 유동층상 보일러 비산재 35 내지 70 중량%와 알루미나(Al2O3) 함량이 30 내지 60 중량%인 천연 보오크사이트를 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄한 보오크사이트 분체를 25 내지 50 중량%, 석유화학 공장에서 사용된 후 방치되는 알루미나 순도 90% 이상의 폐알루미나 담체를 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄한 폐알루미나 담체 분말 5 내지 15 중량%를 혼합한 후 지름 1cm 정도의 크기로 클링커를 제조하여 1일간 공기 중에서 자연 건조한다. 건조한 클링커를 전기로에서 승온속도 5℃로 900℃ 내지 1,100℃로 1시간 동안 소성한 후 공기 중에서 급냉 시켜 아우인계 시멘트 클링커를 얻는다.
상기에서 구한 아우인계 시멘트 클링커를 다시 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄하여 본 발명품을 얻는다.
본 발명에 따른 유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물 은, 생석회 성분 30 중량% 이상, 무수석고 성분 30 중량% 이상 함유하고 있으나 재활용되지 못하고 폐기 처분되는 유동층상 보일러 비산재를 기본 구성재료로 하여, 알루미나 함량이 낮은 저급의 보오크사이트와 폐기처리되는 폐알루미나 담체를 활용하여 최적의 분체 구성과 화학 양론에 의한 배합, 일반 시멘트 보다는 제조 온도가 낮은 범위에서 제조되어, 급경성, 속경성, 팽창성이 발휘되어 시멘트 콘크리트의 기본적인 특성인 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있기 때문에, 이러한 특성을 이용하여 공동주택 온돌바닥용 미장 모르터의 균열저감용 팽창재 또는 셀프 콤팩팅 콘크리트(self- compacting concrete)의 수축 저감재로 사용되어 우수한 균열저감 효과를 발휘할 수 있으며, 또한 오염 토양에 함유되어 있는 수은, 납 등의 중금속 이온의 고정화 및 안정화 기능을 구현하는 아우인계 시멘트 조성물을 구성하게 된다.
본 발명에서 사용하는 유동층상 보일러 비산재에 의한 아우인 클링커의 팽창성 발현을 위하여 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량%함유되어 있는 것을 사용하는데, 생석회 성분이 30 중량% 이하이면 아우인 클링커의 팽창성이 저하되고, 60 중량% 이상의 것을 사용하면 과다한 팽창으로 오히려 시멘트 콘크리트의 균열을 야기할 수 있다. 바람직하게는 40내지 50 중량%의 것을 사용한다.
한편, 아우인 클링커의 속경성을 향상시키기 위하여 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 것을 사용하는데 무수석고 성분의 함량이 30 중량% 이하이면 아우인 클링커의 속경성이 저하되고, 60 중량% 이상의 것을 사용하 면 과다한 급결로 오히려 시멘트 콘크리트의 작업성을 저하시킨다. 바람직하게는 40내지 50 중량%의 것을 사용한다.
또한, 보오크사이트는 알루미나(Al2O3) 함량이 30 중량% 이상인 것을 사용하나, 알루미나 함량이 30 중량% 이하이면 아우인계 클링커의 생성이 미약하여 본래의 아우인계 시멘트의 속경성, 팽창성 등을 구현하지 못하게 된다. 바람직하게는 알루미나(Al2O3) 함량이 45 중량% 이상인 것을 사용한다.
또한, 본 발명에서는 아우인계 시멘트의 용이한 제조를 위하여 알루미나원의 보조재로써 폐알루미나 담체를 사용하는데, 폐알루미나 담체의 알루미나 함량은 순도 90% 이상의 것을 사용한다. 순도 90% 이하의 폐알루미나 담체는 알루미나 보조재로서의 역할을 충분히 수행할 수 없다. 바람직하게는 순도 95% 이상의 것을 사용한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 조성물은, 급경성, 속경성, 팽창성이 발휘되어 시멘트 콘크리트의 기본적인 특성인 건조수축에 의한 균열을 저감할 수 있기 때문에, 건조수축에 의한 균열의 발생이 심한 공동주택 온돌바닥용 미장 모르타르의 균열저감용 팽창재 또는 셀프 콤팩팅 콘크리트(self- compacting concrete)의 수축 저감재로 사용되어 우수한 균열저감 효과를 발휘할 수 있으며, 또한 오염 토양에 함유되어 있는 수은, 납 등의 중금속 이온을 고정화 및 안정화 시킴으로 인한 중금속 고화재, 함수율이 높은 하수 슬럿지 고화재 등으로의 사용이 용이하다.

Claims (6)

  1. 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량%, 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 유동층상 보일러 비산재 35 내지 70 중량%와 알루미나(Al2O3) 함량이 30 내지 60 중량%인 천연 보오크사이트를 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄한 보오크사이트 분체를 25 내지 50 중량%, 석유화학 공장에서 사용된 후 방치되는 알루미나 순도 90% 이상의 폐알루미나 담체를 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄한 폐알루미나 담체 분말 5 내지 15 중량%를 혼합한 후 지름 1cm 정도의 크기로 클링커를 제조하여 1일간 공기 중에서 자연 건조한다. 건조한 클링커를 전기로에서 승온속도 5℃로 900℃ 내지 1,100℃로 1시간 동안 소성한 후 공기 중에서 급냉시킨 후 분말도 3,000 내지 4,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄 하는 것을 특징으로 하는 유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동층상 보일러 비산재는 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량%, 무 수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물
  3. 제1항에 있어서,
    보오크사이트는 알루미나(Al2O3) 함량이 30 중량% 이상인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물
  4. 제1항에 있어서,
    폐알루미나 담체의 알루미나 함량은 순도 90% 이상의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 유동층상 보일러의 비산재를 이용한 아우인계 시멘트 조성물
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