KR101605307B1 - 친환경 성형탄 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 제조에 사용되는 친환경 성형탄 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 미분탄 및 석탄 중 적어도 하나를 포함하는 성형탄 원료 100 중량부에 대하여 점결제 3 내지 30 중량부를 포함하며, 상기 점결제는 잔탄검 수용액 50 내지 94 중량%; 다가알코올 5 내지 45 중량%; 및 친수성 합성 고분자 1 내지 5 중량%를 포함하는 친환경성 성형탄을 제공하고, 그 제조방법으로 미분탄을 포함하는 성형탄 원료를 준비하고, 상기 성형탄 원료에 점결제를 분사하여 혼합한 뒤, 가압 성형하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 제공하는 성형탄은 점결제로서 생분해성이 우수한 천연고분자를 사용하여 외부로 유출 시에도 2차 환경오염을 최소화할 수 있으며, 상기 점결제를 종래 기술대비 적은 양으로 포함하여도 효과적인 성형탄의 품질 강도를 확보할 수 있어 가격 경쟁성을 향상시킬 수 있다.

Description

친환경 성형탄 및 그 제조방법{Environmental friendly briquettes and the method for preparing the same}

본 발명은 코크스 제조에 사용되는 친환경 성형탄과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 생분해성이 우수한 친환경 점결제를 사용하여 외부로 유출 시에도 환경오염을 최소화할 수 있는 친환경 성형탄과 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로용 코크스의 제조를 위하여 이용되는 원료탄은 생산지에서 최종 소비지까지 운송되는 과정에서 외부환경의 요인에 의하여 자연 발화를 비롯하여 상당량의 분진이 발생하게 된다.

그런데 이러한 분진은 화재와 대기오염을 야기할 수 있으므로, 그 발생을 억제하기 위하여 수분을 수회 도포하여야 하고, 소비지 야드(Yard)에 노출되어 보관되는 과정에서도 자연 발화와 분진의 발생을 억제하기 위하여 상기와 같이 수분을 계속하여 도포하며 관리를 한다.

또한, 건기 내지 우기 등의 기후에 따른 환경적인 요인에 의해 원료탄은 그 내부에 상당한 양의 수분을 함유하게 된다. 따라서, 코크스 제조용 원료탄은 그에 함유된 수분을 감소 내지 건조시킴으로써, 코크스로 내의 장입 밀도를 증가시켜 코크스의 강도 향상을 도모할 뿐 아니라, 건류 시간을 단축시켜 코크스의 생산성 향상을 도모할 수 있다.

즉, 코크스의 강도 향상 및 생산성 향상을 위하여 8 내지 12중량% 정도의 수분을 포함하는 원료탄은 CMCP(Coal Moisture Control Process)라는 설비를 통하여 5 내지 6중량% 정도의 수분함량으로 저감 내지 건조되어 코크스의 제조에 이용되고 있다. 그런데, 이러한 수분함량의 저감 내지 건조를 위한 처리 과정에서 상당한 양의 미분탄(Dust, 분진)이 발생되어 작업환경의 악화와 하천 및 해양의 수질오염에 문제를 일으키고 있을 뿐 아니라, 미분탄의 발생은 원료탄(석탄)의 손실로 이어져, 그 손실은 시간당 수십 톤에 달하고 있으므로 발생된 미분탄의 적절한 재활용을 도모하기 위한 기술개발에 많은 연구가 진행되고 있다.

미분탄의 이용과 관련한 선행기술로 예를 들면, 국내등록특허공보 제10-0627469호에 미분탄에 수분함량조절제로 생석회와 당밀을 조합하여 건조공정이나 가열공정 없이도 저온 안정성이 우수하고 강도가 우수한 성형탄에 관하여 개시하고 있고, 국내등록특허공보 제10-0407801호에서는 미분탄에 스틸렌, 부타디엔, 스틸렌-부타디엔 고무, 아스팔트, 비닐아세테이트, 염화비닐, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트로 이루어지는 군 중에서 하나 이상을 선택한 고분자수지를 조합하여 제조하는 성형탄에 관하여 개시하고 있으나, 상기한 선행기술들은 모두가 용융환원제철공정의 일종인 파이넥스(FINEX) 및 코렉스(COREX)공정에서 이용하기 위하여 제조한 야금용 성형탄에 관한 것이므로 코크스 제조용 성형탄에 적용하는 것은 적합지가 못하다.

한편, 코크스 제조용 성형탄에 관한 선행기술로는 국내등록특허공보 제10-866166호에 따르면, 미분탄에 점결제로서 타르의 중질유분, 연피치 및 석유 피치의 1종 또는 2종 이상을 첨가하고, 열간 가압 성형하여 제조하는 괴성탄을 개시하고 있으나, 상기한 선행기술의 광물성 오일은 상온에서 점도가 높아 미분탄과의 혼합이 용이하지 않으며, 점도 조절을 위하여 인화성 유기용제를 사용하는 등 취급 시 위험성과 유해성 등의 단점이 많아 시설 관리나 생산성에 문제가 많다.

따라서, 고점성의 광물성 오일을 점결제로 사용할 때에 따른 취급성의 단점 등을 개선하기 위하여, 최근에는 수용성 점결제인 PVA(폴리비닐알코올)과 다가알콜올로 조성된 바인더로 미분탄과 원료탄(석탄)을 성형한 성형탄에 관하여 등록특허 10-1198619호가 존재하지만, 상기한 선행기술에서 점결제로 사용되는 PVA(폴리비닐알코올) 수용액은 성형탄의 성형강도 등 품질 향상을 위한 PVA(폴리비닐알코올) 사용량 증대로 바인더 점도를 증가시킬 때, 품질 향상의 효과 대비 매우 높은 가격대를 형성하게 된다. 또한, 성형탄의 제조 조업에서는 설비 트러블로 인한 정비 및 클리닝 시 불가피하게 물을 사용하게 되는데, 이때 상기 PVA(폴리비닐알코올) 수용액의 점결제가 하수구로 유입되면, PVA(폴리비닐알코올)은 생분해성이 없어 2차 환경오염의 원인이 될 수 있다.

본 발명은 생분해성이 우수하여 외부로 유출 시에도 2차 환경오염을 최소화할 수 있으면서도, 압축강도 및 낙하강도를 종래와 동등 이상의 수준을 갖는 친환경성 성형탄과 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 미분탄 및 석탄 중 적어도 하나를 포함하는 성형탄 원료 100 중량부에 대하여 점결제 3 내지 30 중량부를 포함하며, 상기 점결제는 잔탄검 수용액 50 내지 94 중량%; 다가알코올 5 내지 45 중량%; 및 친수성 합성 고분자 1 내지 5 중량%를 포함하는 친환경성 성형탄을 제공한다.

상기 미분탄은 평균 입도가 0.3mm 이하일 수 있다.

상기 석탄은 평균 입도가 3mm 이하일 수 있다.

상기 성형탄 원료로 미분탄 및 석탄을 포함하는 경우, 상기 미분탄과 석탄의 중량비(미분탄:석탄)는 1:0.3 ~ 2.5일 수 있다.

상기 잔탄검 수용액의 농도는 0.5 내지 75중량%일 수 있다.

상기 점결제는 계면활성제를 3 내지 4 중량%의 함량으로 더 포함할 수 있다.

상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 양이온성 계면활성제는 코카마이도프로필베타인(Cocamido propyl betaine), 라우릴 베타인(Lauryl betaine), 라우라마이도프로필베타인(Lauramidopropyl betaine), 소디움 라우로암포아세테이트(Sodium lauroamphoacetate) 및 디소디움 코코암포디아세테이트(Disodium cocoamphodiacetate)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 비이온성 계면활성제는 폴리소르베이트 80(Polysorbate 80, Tween 80), 데실글루코사이드(Decyl glucoside) 및 C8-14 알킬 폴리글루코사이드(Alkyl polyglucoside)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 미분탄은 석탄을 생산지에서 소비지로 이송하는 과정 또는 CMCP(Coal Moisture Control Process)에서 발생한 것일 수 있다.

상기 다가알코올은 글리세린, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 다가알코올의 순도는 80% 이상일 수 있다.

상기 친수성 합성 고분자는 소디움 폴리아크릴레이트(Sodium polyacrylate), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate, EVA), 폴리옥시에틸렌 산화물(Polyoxyethylene oxide), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVAc), 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone, PVP), 카복시비닐폴리머(Carboxy vinyl polymer) 941, 카복시비닐폴리머(Carboxy vinyl polymer) 934, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 및 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 미분탄 및 석탄 중 적어도 하나를 포함하는 성형탄 원료를 준비하는 단계;

상기 성형탄 원료 100 중량부에 대하여 점결제를 3 내지 30 중량부의 양으로 분사하여 혼합하는 단계; 및

혼합된 성형탄 원료 및 점결제를 가압 성형하는 단계를 포함하며,

상기 점결제는 잔탄검 수용액 50 내지 94 중량%; 다가알코올 5 내지 45 중량%; 및 친수성 합성 고분자 1 내지 5 중량%를 포함하는 친환경성 성형탄의 제조방법을 제공한다.

상기 성형탄 원료가 미분탄과 석탄을 모두 포함하는 경우, 상기 성형탄 원료 중 미분탄과 석탄의 중량비(미분탄:석탄)는 1:0.3 ~ 2.5일 수 있다.

상기 잔탄검 수용액의 농도는 0.5 내지 75중량%일 수 있다.

상기 점결제는 계면활성제를 3 내지 4 중량%의 함량으로 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 성형탄은 점결제로서 생분해성이 우수한 천연고분자를 사용하여 외부로 유출 시에도 2차 환경오염을 최소화할 수 있으며, 상기 점결제를 종래 기술대비 적은 양으로 포함하여도 효과적인 성형탄의 품질 강도를 확보할 수 있어 가격 경쟁성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 제공하는 성형탄은 석탄의 이송 및 건조 등의 처리 과정에서 발생하는 미분탄을 원료로 재활용할 수 있어, 원가 절감에 따른 경제적인 효과를 얻을 수 있고, 상기 미분탄은 점결제와 혼합하여 성형되므로 성형탄의 강도가 높고 석탄을 원료로 함께 혼합하는 경우, 상기 점결제의 높은 침투력에 의해 석탄과 미분탄이 보다 균일하고 강하게 결합됨으로써, 성형탄의 압축강도를 향상시켜 높은 강도의 코크스를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에서 제공하는 성형탄은 낙하강도가 개선되어, 성형탄을 고로로 이송하는 과정 중에 낙하에 의해 분화되는 것을 최대한 방지하여 성형탄의 손실 감소에 따른 경제적인 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 분진 발생에 의해 작업 환경이 악화되는 것을 예방하는 데에도 큰 효과를 거둘 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명은 코크스 제조에 적합하도록 제조한 성형탄과 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 성형탄 제조에 사용되는 점결제로서, 인체에 무해하면서도 생분해성이 우수한 잔탄검 수용액을 포함하는 점결제를 사용함으로써, 그 제조 조업에서 사용되는 설비의 트러블로 인한 정비나 클리닝 시, 점결제를 포함하여 성형탄이 외부로 유출되어도 2차 환경오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 제공되는 성형탄의 품질 강도도 종래와 동등 이상을 확보할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 구현 예에 따르면, 미분탄 및 석탄 중 적어도 하나를 포함하는 성형탄 원료 100 중량부에 대하여 점결제를 3 내지 30 중량부로 포함하며, 상기 점결제는 잔탄검 수용액 50 내지 94 중량%; 다가알코올 5 내지 45 중량%; 및 친수성 합성 고분자 1 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경성 성형탄을 제공한다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 성형탄 원료로 미분탄, 석탄 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있는데, 이때, 상기 미분탄은 원료탄인 석탄을 생산지에서 소비지로 이송하는 과정 또는 수분 조절 등을 위하여 CMCP(Coal Moisture Control Process) 과정에서 발생하는 미분탄으로, 평균 입도가 0.3mm 이하인 분진 상태인 것을 사용할 수 있고, 상기 석탄은 평균 입도가 3mm 이하의 정도로 관리되는 통상적인 코크스 제조용 석탄으로, 그 내부에 공극이 형성되어 있는 다공성으로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

본 발명은 성형탄 원료로 미분탄만을 사용하여도 압축강도 및 낙하강도의 성형 품질이 우수한 성형탄을 제공할 수 있다. 다만, 본 발명은 필요에 따라서는 성형탄 원료로 미분탄에 원료탄인 석탄을 추가로 혼합한 것을 사용할 수도 있는데, 본 발명에서는 내부에 공극이 형성되어 있는 다공성의 석탄을 미분탄과 함께 배합하여 사용함으로써, 석탄과 미분탄의 혼합 과정에서 석탄의 공극 사이로 미분탄이 충진되어, 최종 제조되는 성형탄의 압축강도 및 낙하강도를 보다 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서 성형탄 원료로 미분탄과 석탄을 모두 포함하는 경우, 상기 미분탄과 석탄의 혼합 비율은 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 미분탄과 석탄이 1: 0.3 ~ 2.5의 중량비(미분탄: 석탄)로, 더욱 바람직하게는 1:1, 7:3 또는 3:7의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것이, 최종 수분 함량이 5 내지 10중량%인 성형탄을 제조할 수 있다.

한편, 본 발명의 성형탄은 상기 성형탄 원료 100 중량부에 대하여 점결제를 3 내지 30 중량부, 더욱 바람직하게는 3 내지 20 중량부로 포함할 수 있다. 점결제의 함량이 3중량부 미만인 경우에는 혼합 양이 너무 적어 점결제와 미분탄이 서로 골고루 혼합이 되지 못할 우려가 있고, 이는 성형탄의 성형에 악영향을 끼칠 수 있다. 한편, 점결제의 함량이 30 중량부를 초과하는 경우, 성형탄의 강도 향상 효과가 미미하고, 점결제와 석탄간의 혼합시 설비 등에 부착 현상이 발생되어 성형탄의 성형에 장애가 발생될 수 있으며, 경제적인 점에서 문제가 될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 점결제로는 잔탄검 수용액 50 내지 94 중량%; 다가알코올 5 내지 45 중량%; 및 친수성 합성 고분자 1 내지 5 중량%를 포함하는 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 점결제에 포함되는 잔탄검 수용액은 천연고분자로 널리 시판되고 있고, 식품 첨가물에 사용될 정도로 인체에 무해하며 생분해성이 우수하므로, 상기한 바와 같이, 성형탄 제조 설비의 정비 또는 클리닝 시 외부로 유출되어도 2차의 환경 오염을 최소화할 수 있고, 또한, 최종 제조되는 성형탄의 압축강도 및 낙하강도를 향상시킬 수 있다.

일반적으로 성형탄의 강도 향상은 원료탄의 장입 밀도를 높여 제조되는 코크스의 강도 향상을 도모하기 위하는 것이며, 이에 더하여 압축강도 외에 낙하강도의 향상은 성형탄이 컨베이어 벨트에 의해 최종 고로(高爐)로 이송되는 과정에서 낙하 등의 물리적 충격 등에 의해 분화되는 것을 방지하는바, 본 발명에서 최종 제조되는 성형탄은 우수한 압축강도와 낙하강도로 인하여, 종국적으로는 코크스 제조용의 성형탄이 손실되는 것을 막아 경제적인 효과를 더욱 증대시킬 수 있으며, 분진의 발생을 최소화시켜 그로 인한 작업 환경이 악화되는 문제점 또한 개선시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 점결제에 포함되는 잔탄검 수용액은 0.5 내지 75중량% 농도의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 잔탄검 수용액의 농도가 0.5 중량% 미만인 경우, 점결제로서의 역할을 충분히 수행하지 못할 수 있고, 농도가 75 중량%를 초과하는 경우, 점성이 너무 높아서 작업성이나 취급성이 떨어져, 생산성 저하의 요인으로 작용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 잔탄검 수용액은 점결제로서의 역할을 충분히 수행하기 위하여, 본 발명에서 사용되는 점결제 내에 50중량% 이상의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 단, 잔탄검 수용액의 함량의 상한은 특별히 한정하지는 않으며, 점결제가 잔탄검 수용액으로만 이루어지는 경우도 포함하지만, 점결제로서의 효과 증대를 위하여 다른 1종 이상의 원료와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하므로, 본 발명의 점결제 내에 94중량% 이하의 양으로 포함될 수 있다.

본 발명에서 상기 점결제에 포함되는 다가알코올은 가소제로 사용되는 것으로, 그 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 글리세린, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 다가알코올은 점결제 내에 5 내지 45 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 다가알코올의 함량이 5중량% 미만인 경우, 최종 제조되는 성형탄 내에 수분 함량이 감소되어, 즉 보습 효과성이 떨어짐에 따라 공기층에 닿는 잔탄검 수용액 표면이 건조되어 얇은 피막이 형성되어 문제될 수 있고, 함량이 45 중량%를 초과하는 경우, 잔탄검 수용액의 함량이 상대적으로 감소되어, 성형탄의 강도 등 품질이 낮아질 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 다가알코올의 함량이 너무 높게 되면, 점결제의 점착 성능이 떨어질 수 있다. 그런데, 사용되는 다가알코올의 순도가 낮아지게 되면, 점결제의 점착성에 악영향을 미칠 우려가 있고, 구체적으로, 다가알코올로 정제가 미흡한 글리세린을 사용하는 경우, 남아있는 지방산은 수용성 점착제에 점착성을 잃게 하고, 상층에 층분리가 형성되게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 다가알코올의 순도가 80% 이상 100% 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 점결제에 포함되는 친수성 합성 고분자로는 응집력과 점착성을 형성시켜, 접촉 표면 위에 액적의 접촉각을 형성하는 기능을 할 수 있는 것으로, 그 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 소디움 폴리아크릴레이트(Sodium polyacrylate), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate, EVA), 폴리옥시에틸렌 산화물(Polyoxyethylene oxide), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVAc), 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone, PVP), 카복시비닐폴리머(Carboxy vinyl polymer) 941, 카복시비닐폴리머(Carboxy vinyl polymer) 934, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 및 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 친수성 합성 고분자는 점결제 내에 1 내지 5중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 친수성 합성 고분자의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 점착성이 떨어질 수 있고, 함량이 5 중량%를 초과하는 경우, 점도가 증가하여 분사가 쉽지 않아 생분해성이 떨어져 2차 환경오염의 원인이 될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 점결제는 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 물과 각 고분자 수지의 유화 분산력을 높일 뿐 아니라 물의 표면장력을 감소시켜 성형탄 원료에 대한 침투력을 높임으로써 성형탄 원료와 점결제의 혼합 효과를 높이는 역할을 할 수 있다.

이때, 상기 계면활성제로는 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 양이온성 계면활성제를 사용할 수 있다.

또한, 상기 양이온성 계면활성제로는 코카마이도프로필베타인(Cocamido propyl betaine), 라우릴 베타인(Lauryl betaine), 라우라마이도프로필베타인(Lauramidopropyl betaine), 소디움 라우로암포아세테이트(Sodium lauroamphoacetate) 및 디소디움 코코암포디아세테이트(Disodium cocoamphodiacetate)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 상기 비이온성 계면활성제는 폴리소르베이트 80(Polysorbate 80, Tween 80), 데실글루코사이드(Decyl glucoside) 및 C8-14 알킬 폴리글루코사이드(Alkyl polyglucoside)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 계면활성제는 점결제 내에 3 내지 4중량%의 함량으로 포함될 수 있고, 상기 계면활성제의 함량이 3 중량% 미만인 경우, 유화 분산력이 떨어져 점결제의 성형탄 원료로의 침투력이 저하될 수 있고, 함량이 4 중량%를 초과하는 경우, 점결제의 원가 상승으로 인해 경제적인 점에서 문제가 될 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 본 발명에서 제공하는 친환경 성형탄의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 미분탄 및 석탄 중 적어도 하나를 포함하는 성형탄 원료를 준비하는 단계, 상기 성형탄 원료 100 중량부에 대하여 점결제가 3 내지 30 중량부로 포함되도록 상기 점결제를 분사하여 혼합하는 단계 및 혼합된 성형탄 원료 및 점결제를 가압 성형하는 단계를 포함하며, 상기 점결제는 잔탄검 수용액 50 내지 94 중량%; 다가알코올 5 내지 45 중량%; 및 친수성 합성 고분자 1 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명은 미분탄 및 석탄 중 적어도 하나를 성형탄 원료로 준비한 뒤, 준비된 성형탄 원료에 점결제를 분사하여 균일하게 혼합할 수 있는데, 이때, 상기 성형탄 원료는 점결제의 점착력을 통해 가루 형태에서 덩어리 형태로 뭉쳐질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 점결제와 성형탄 원료가 균일하게 혼합되면, 혼합된 성형탄 원료와 점결제를 실온에서 가압 성형할 수 있고, 이때 성형 조건은 특별히 한정하지 않으며, 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 성형수단으로, 예를 들어 2개의 압착롤러로 구성된 일종의 더블 롤 방식의 브리케이트 등을 이용하여 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 종래의 점결제와는 달리 건조를 통해 성형탄에 강도를 부여하지 않고, 점도가 낮은 점결제가 성형탄 원료에 균일하게 분산됨으로써, 미분탄 또는 석탄과의 배합물의 뭉침이 방지되고 성형탄 원료와 점결제의 혼합 효율이 개선되어 개선된 물성, 특히, 우수하고 균일한 낙하강도 및 초기강도를 갖는 성형탄이 제조될 수 있다.

한편, 본 발명의 제조방법에서 상기 성형탄 원료 및 점결제의 종류나, 그 함량 등은 상기한 본 발명에서 제공하는 성형탄에서 기재한 바와 중복된다.

실시예

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

수분 함량이 2중량%이며, 평균 입도가 0.3mm 이하인 미분탄 100 중량부에 대하여, 10중량% 농도의 잔탄검 수용액 88 중량%, 글리세린 10 중량% 및 친수성 합성 고분자로 폴리비닐알코올 2 중량%를 포함하는 점결제를 7중량부로 분사하여 균일하게 혼합한 뒤, 32±1g 단위로 가압 성형하여 성형탄(시료)을 제조하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 성형탄을 제조하되, 점결제의 함량을 미분탄 100 중량부에 대하여 15 중량부로 투입하였다.

[실시예 3]

수분 함량이 2중량%이며, 평균 입도가 0.3mm 이하인 미분탄과 수분 함량이 8중량%이며, 평균 입도가 3mm 이하인 원료탄(석탄)을 1:1의 중량비로 배합하여 얻어진 석탄 배합물 100 중량부에 대하여, 10중량% 농도의 잔탄검 수용액 88 중량%, 글리세린 10 중량% 및 친수성 합성 고분자로 폴리비닐알코올 2 중량%를 포함하는 점결제를 7 중량부로 분사하여 균일하게 혼합한 뒤, 32±1g 단위로 가압 성형하여 성형탄(시료)을 제조하였다.

[실시예 4]

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 성형탄을 제조하되, 제조 시 사용된 석탄 배합물을 미분탄과 석탄이 7:3의 중량비로 배합된 것을 사용하였다.

[실시예 5]

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 성형탄을 제조하되, 제조 시 사용된 석탄 배합물을 미분탄과 석탄이 3:7의 중량비로 배합된 것을 사용하였다.

[실시예 6]

수분 함량이 8중량%이며, 평균 입도가 3mm 이하인 석탄 100 중량부에 대하여, 10중량% 농도의 잔탄검 수용액 88 중량%, 글리세린 10 중량% 및 친수성 합성 고분자로 폴리비닐알코올 2 중량%를 포함하는 점결제를 7중량부로 분사하여 균일하게 혼합한 뒤, 32±1g 단위로 가압 성형하여 성형탄(시료)을 제조하였다.

[실시예 7]

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 성형탄을 제조하되, 잔탄검 수용액으로 15중량%의 농도를 갖는 것을 사용하였다.

[비교예 1]

수분 함량이 2중량%이며, 평균 입도가 0.3mm 이하인 미분탄 100 중량부에 대하여, 10중량% 농도의 폴리비닐알코올(PVA) 88중량% 및 글리세린 12중량%로 구성된 점결제를 7중량부로 분사하여 균일하게 혼합한 뒤, 32±1g 단위로 가압 성형하여 성형탄(시료)을 제조하였다.

[비교예 2]

수분 함량이 2중량%이며, 평균 입도가 0.3mm 이하인 미분탄과 수분 함량이 8중량%이며, 평균 입도가 3mm 이하인 원료탄(석탄)을 1:1의 중량비로 배합하여 얻어진 석탄 배합물 100 중량부에 대하여, 20중량% 농도의 폴리비닐알코올(PVA) 88 중량% 및 글리세린 12 중량%로 구성되는 점결제를 7 중량부로 분사하여 균일하게 혼합한 뒤, 32±1g 단위로 가압 성형하여 성형탄(시료)을 제조하였다.

[실험예 1]

상기 실시예 1 내지 7과 비교예 1 및 2에서 제조된 성형탄을 각각 10개씩 택하여 압축강도 및 분화율을 5차례 시험하고, 그 시험결과(압축강도 및 분화율은 차례로 시험한 결과의 평균치를 나타내었다.)를 하기 표 1에 나타내었다.

단, 분화율은 성형탄의 낙하강도를 측정하기 위한 것으로, 본 실험에서는 지상 5m에서 낙하시켜 생기는 물리적인 충격에 의해 분화되는 성형탄의 조각 크기를 토대로 하여 나타내며, 하기 식 1과 같이 최초 성형탄의 중량에 대하여 크기가 3mm 이하의 분화된 조각의 총 중량을 백분율로 나타내었다.

[식 1]

분화율(%)= (3mm 이하의 분화된 조각의 총중량/최초 성형탄의 중량)X100

구분	미분탄 배합량 (중량%)	원료탄 배합량 (중량%)	잔탄검 수용액의 농도(중량%)	점결제 함량 (중량부)	압축강도 (kgf/cm2)	분화율(%)
실시예 1	100	-	10	7	31.1	8.8
실시예 2	100	-	10	15	44.6	7.1
실시예 3	50	50	10	7	36.8	7.5
실시예 4	70	30	10	7	34.1	8.6
실시예 5	30	70	10	7	27.7	9.7
실시예 6	-	100	10	7	22.7	11.3
실시예 7	50	50	15	7	48.9	5.8
비교예 1	50	50	10(PVA 수용액의 농도)	7	32.4	8.2
비교예 2	50	50	20(PVA 수용액의 농도)	7	35.6	7.6

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 실시예 1 내지 7은 종래와 같이 폴리비닐알코올 수용액을 점결제로 사용하여 제조된 비교예 1및 2의 성형탄과 압축강도 및 분화율에서 동등 이상의 수준을 갖는 것을 볼 수 있다.

또한, 상기 실시예 1과 실시예 2에서 보는 바와 같이, 점결제의 함량이 증가할수록 성형품질 또한 향상되는 것을 볼 수 있고, 실시예 3 내지 6에서 보는 바와 같이, 석탄 배합물 내에서 미분탄과 원료탄의 배합 비율의 변화로 인한 평균 수분 함량의 변화에 따라 성형탄의 강도 품질 또한 변화하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 수분 함량이 상대적으로 적은 미분탄을 많이 포함할수록, 최종 제조되는 성형탄의 품질이 향상되는 것을 볼 수 있다.

또한, 실시예 3과 실시예 7에서 보는 바와 같이, 잔탄검 수용액의 농도가 높을수록 성형탄의 강도가 향상되는 것을 볼 수 있고, 상기 실시예 3 및 7과 비교예 1및 2를 비교해보면, 점결제의 농도가 높아질수록, 본 발명의 범위에 속하는 성형탄의 강도 품질이 종래에 폴리비닐알코올을 점결제로 사용한 성형탄에 비하여 현저히 우수한 것을 볼 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 성형탄 및 그 제조방법은, 종래에 폴리비닐알코올을 점결제로 사용하여 성형탄을 제조하는 기술과 비교할 때, 저렴한 원가 비용으로 압축강도 및 낙하강도에 있어서 동등 이상의 수준을 갖는 성형탄을 제조할 수 있는바, 원가 절감 및 생산성 향상에 따른 우수한 경제적 효과를 갖는 것을 알 수 있고, 더 나아가서는 본 발명에 의한 성형탄은 제조 시 사용되는 점결제의 함량과 그에 포함된 잔탄검 수용액의 농도가 본 발명에 기재된 범위 내에서는 높을수록 상기한 효과를 더욱 극대화시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

단, 상기 잔탄검 수용액의 농도에 따라 취급성이 달라질 수 있으므로, 본 발명에서는 사용처의 설비와 용도에 맞게 잔탄검 수용액의 농도를 조절하여 사용할 수 있다.

[실험예 2]

상기 실시예 1, 3 및 비교예 1에서 제조된 성형탄에 대하여 분코크스 발생에 따른 냉간 강도를 실험하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

단, 상기 분코크스 발생에 따른 냉간강도의 측정은 코크스 냉간 모의 테스트 장치에 의해 회전하는 드럼통 내부로 코크스를 투입하고, 60rpm/min의 속도로 회전시켜 드럼통 내부에서 코크스 상호간에 물리적인 충돌을 일으키는 조건으로 하여, 분코크스의 발생에 의한 시료의 중량감소를 측정하였다.

구분	냉간강도
	테스트 전 중량(kg)	테스트 후 중량(kg)
실시예 1	10	8.469
실시예 3	10	8.465
비교예 1	10	8.452

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 실시예 1 및 3의 성형탄은 종래와 같이 폴리비닐알코올 수용액을 점결제로 사용하여 제조된 비교예 1의 성형탄과 코크스의 냉간 강도에 있어서 품질이 떨어지지 않는 것을 볼 수 있었다. 따라서, 본 발명에서 제공되는 성형탄은 제강용 코크스를 제조하는 데 적합한 것을 알 수 있고, 또한, 분화율이 낮으므로 성형탄이 이송되는 과정에서 낙화에 의해 분화되는 것이 방지되는 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

[실험예 3]

상기 실시예 3 및 비교예 1에서 사용된 점결제를 환경정책 기본법 제10조의 환경 기준과 수질환경보전법 제7조의 규정에 따라 고시된 수질오염 공정시험법에 따라 COD(Mn) 실험하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	COD(ppm)
실시예 3	21670
비교예 1	45790

상기 표 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 범위에 속하는 실시예 3의 성형탄 제조에 사용되는 점결제가 종래에 점결제로 주로 사용되는 비교예 1의 폴리비닐알코올 보다 COD가 절반 이하의 현저히 낮은 수준을 보이는 바, 폐수 처리가 용이하며, 외부로 유출되어도 2차 환경오염을 줄일 수 있는 것을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (17)

1. 코크스 제조용 원료탄 건조공정에서 포집된 미분탄; 또는 상기 미분탄 및 석탄을 포함하는 성형탄 원료 100 중량부에 대하여 점결제 3 내지 30 중량부를 포함하며,
   상기 점결제는 잔탄검 수용액 50 내지 88 중량%; 다가알코올 5 내지 45 중량%; 친수성 합성 고분자 1 내지 5 중량%; 및 양이온성 계면활성제 3 내지 4 중량%를 포함하는 친환경성 성형탄.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 미분탄은 평균 입도가 0.3mm 이하의 분진 형태인 것을 특징으로 하는 친환경성 성형탄.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 석탄은 평균 입도가 3mm 이하인 친환경성 성형탄.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 성형탄 원료로 미분탄 및 석탄을 포함하는 경우, 상기 미분탄과 석탄의 중량비(미분탄:석탄)는 1:0.3 ~ 2.5인 친환경성 성형탄.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 잔탄검 수용액의 농도는 0.5 내지 75중량%인 친환경성 성형탄.
   
6. 삭제
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8. 제1항에 있어서, 상기 양이온성 계면활성제는 코카마이도프로필베타인(Cocamido propyl betaine), 라우릴 베타인(Lauryl betaine), 라우라마이도프로필베타인(Lauramidopropyl betaine), 소디움 라우로암포아세테이트(Sodium lauroamphoacetate) 및 디소디움 코코암포디아세테이트(Disodium cocoamphodiacetate)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 친환경성 성형탄.
   
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10. 제1항에 있어서, 상기 코크스 제조용 원료탄 건조공정은 CMCP(Coal Moisture Control Process) 설비를 통해 이루어지는 친환경성 성형탄.
    
11. 제1항에 있어서, 상기 다가알코올은 글리세린, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로부터 선택되는 1종 이상인 친환경성 성형탄.
    
12. 제1항에 있어서, 상기 다가알코올의 순도는 80% 이상인 친환경성 성형탄.
    
13. 제1항에 있어서, 상기 친수성 합성 고분자는 소디움 폴리아크릴레이트(Sodium polyacrylate), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate, EVA), 폴리옥시에틸렌 산화물(Polyoxyethylene oxide), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVAc), 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone, PVP), 카복시비닐폴리머(Carboxy vinyl polymer) 941, 카복시비닐폴리머(Carboxy vinyl polymer) 934, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 및 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide, PAM)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 친환경성 성형탄.
    
14. 코크스 제조용 원료탄 건조공정에서 포집된 미분탄; 또는 상기 미분탄 및 석탄을 포함하는 성형탄 원료를 준비하는 단계;
    상기 성형탄 원료 100 중량부에 대하여 점결제를 3 내지 30 중량부의 양으로 분사하여 혼합하는 단계; 및
    혼합된 성형탄 원료 및 점결제를 가압 성형하는 단계를 포함하며,
    상기 점결제는 잔탄검 수용액 50 내지 88 중량%; 다가알코올 5 내지 45 중량%; 친수성 합성 고분자 1 내지 5 중량%; 및 양이온성 계면활성제 3 내지 4 중량%를 포함하는 친환경성 성형탄의 제조방법.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 성형탄 원료로 미분탄 및 석탄을 포함하는 경우, 상기 미분탄과 석탄의 중량비(미분탄:석탄)는 1:0.3 ~ 2.5인 친환경성 성형탄의 제조방법.
    
16. 제14항에 있어서, 상기 잔탄검 수용액의 농도는 0.5 내지 75중량%인 친환경성 성형탄의 제조방법.
    
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