KR101702122B1 - Method of Preparing Artificial Light-weight Aggregates - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인공경량골재의 제조방법에 관한 것으로, CaO 함유 석탄회를 저회 또는 매립회의 무기성오니로 수화시키고 아이리히 믹서(Eirich mixer) 등과 같은 조립기를 이용하여 혼합시켜 인공경량골재를 제조함으로써 전량 매립되던 CaO 함유 석탄회를 재활용하고 콘크리트의 내구성, 팽창, 풍화, 균열 및 강도저하 등 문제를 일으키는 유리석회를 안정화시킨 CaO 함유 석탄회를 이용하여 표준 KS규격(KS F 2534)을 만족시키는 인공경량골재를 제조하는 효과가 있다.The present invention relates to a method for producing an artificial lightweight aggregate, which comprises hydrating a CaO-containing fly ash with an inorganic sludge at a lower level or an embedding stage and mixing the mixture with a granulator such as an Eirich mixer to produce an artificial lightweight aggregate, (KS F 2534) by using CaO-containing fly ash stabilizing glass lime that causes problems such as durability, expansion, weathering, cracking, and strength drop of concrete after recycling CaO-containing fly ash .

Description

인공경량골재의 제조방법{Method of Preparing Artificial Light-weight Aggregates}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for preparing an artificial lightweight aggregate,

본 발명은 인공경량골재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전량 매립되던 CaO함유 석탄회를 저회 또는 매립회의 무기성오니로 수화시키고 믹서로 혼합하면서 조립화하여 표준 KS규격(KS F 2534)을 만족시키는 인공경량골재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method for producing an artificial lightweight aggregate, which comprises the steps of hydrating a CaO-containing fly ash into an inorganic sludge, filling the entire amount, and mixing the mixture with a mixer to prepare a standard KS standard (KS F 2534) The present invention relates to a method for producing an artificial lightweight aggregate satisfying the above-

일반적으로 화력발전소에서 석탄을 이용하여 에너지를 생산하는 연소방식에는 미분탄 연소방식과 순환유동층 연소방식이 있다. 미분탄 연소방식의 화력발전소에서 발생하는 석탄회의 경우, 80% 이상이 콘크리트 혼화재나 시멘트의 원료로 사용되고 있다. 이에 비해 순환유동층 연소방식의 석탄회의 경우, SiO2 함량이 45% 이하로 혼화재로서 포졸란 반응에 대한 SiO2 함량이 충분하지 않아 KS 규격(KS L 5405)에 부합하지 못하여 콘크리트 혼화재나 시멘트의 원료로 사용되지 못하고 전량 매립의 형태로 폐기되는 실정이다.Generally, there are pulverized coal combustion method and circulating fluidized bed combustion method for generating energy using coal in a thermal power plant. In the coal fly ash generated from pulverized coal-fired thermal power plants, more than 80% is used as a raw material for concrete admixture and cement. On the other hand, in the case of the coal fly ash of the circulating fluidized bed combustion method, the SiO 2 content is less than 45% and the SiO 2 content for the pozzolanic reaction is not sufficient as an admixture, which is not compatible with the KS standard (KS L 5405) It is not used and is abandoned in the form of whole landfill.

순환유동층 연소방식은 석탄 연소과정에서 발생하는 황 성분을 제거하기 위해 석회석을 이용하여 로(furnace) 내 탈황을 하기 때문에 발생한 석탄회 내에는 CaO 화합물 성분이 다량으로 함유되어 있다. 다량의 CaO 화합물이 포함된 석탄회를 콘크리트 혼화재로 사용하게 되면 콘크리트 수화반응에 참여하지 못한 유리석회(free-CaO) 성분으로 인해 콘크리트의 내구성, 팽창, 풍화, 균열 등의 치명적인 문제점을 가지고 있으며, 또한 SO3 함량이 많아 콘크리트 혼화재로 사용 시 에트린가이트(ettringite) 생성을 촉진시켜 콘크리트의 강도를 저하시키는 문제를 야기시킨다.In the circulating fluidized bed combustion method, limestone is used to desulfurize the furnace in order to remove the sulfur component generated in the coal combustion process. Therefore, the coal fly ash containing a large amount of CaO component. If a fly ash containing a large amount of CaO compound is used as a concrete admixture, there is a serious problem such as durability, expansion, weathering and cracking of the concrete due to free-CaO component not participating in the concrete hydration reaction. SO 3 content is high, and when used as a concrete admixture, it induces the generation of ettringite, thereby causing a problem of lowering the strength of the concrete.

석탄에는 통상적으로 2~15% 정도의 불연성 회분, 즉 석탄회가 함유되어 있다. 이에, 미분탄을 보일러에 공급하면, 불연성 회분 중 대략 20%는 고온의 연소열에 의해 용융되며, 여러 입자가 응결되어 보일러의 하부로 배출되고, 불연성 회분 중 대략 80%는 각 입자별로 연소되어 연소가스 흐름에 따라 비산된 석탄회는 전기집진기 등과 같은 집진 장치에 포집된다.Coal usually contains 2 ~ 15% of nonflammable ash, or fly ash. Accordingly, when pulverized coal is supplied to the boiler, approximately 20% of the non-combustible ash is melted by the heat of high temperature, and various particles are condensed and discharged to the lower portion of the boiler. Approximately 80% The fly ash scattered along the flow is collected by a dust collector such as an electrostatic precipitator.

이러한, 보일러의 하부로 배출되는 석탄회는 바텀애쉬(bottom ash, 저회)라고 불리우며, 노벽, 과열기, 재열기 등에 부착되어 있다가 자중에 의해 보일러 바닥으로 떨어지며, 입경은 1~5mm 정도로 보일러 하부에 모여 분쇄기(grinder)로 분쇄된 다음, 애쉬이송 탱크로 보내지고 대부분은 애쉬 매립장에 버려진다. 바텀애쉬는 입자의 크기와 분포가 일정하지 않고, 품질이 좋지 않기 때문에 바다에 방파제를 구축한 후 전량 매립하고 있다.The coal ash discharged to the bottom of the boiler is called bottom ash and attached to the wall, superheater, reheater, etc., and falls down to the bottom of the boiler by its own weight. Crushed by a grinder, then sent to an ash transfer tank, and mostly ash to the ash landfill. Bottom ash does not have uniform particle size and distribution and quality is poor.

이렇게 매립장에 비회와 저회가 불균질하게 혼합되어 있는 석탄회를 매립회라고 하며, 매립장소와 시기에 따라서 석탄회의 물성이 크게 차이가 난다. 이와 같은 단점 때문에 콘크리트 골재 등에 사용하기 위해서는 회처리장에서 매립처립된 매립회를 입도별 선별하고, 세척작업 등을 거쳐서 사용하고 있으며, 이렇게 재활용 된다 하더라도 선별작업 후에 남게 되는 석탄회를 처리해야 하는 문제점을 가진다.The coal fly ash which is inhomogeneously mixed in the landfill is called a landfill, and the properties of coal fly ash vary greatly depending on the landfill site and time. Because of such disadvantages, in order to be used for concrete aggregate and the like, the buried granules buried in the granulation plant are sorted by granularity, washed and used, and even if recycled, the coal fly ash remaining after the granulating operation is required .

저회의 경우 40% 수준만이 재활용되고 있으나 현장에서 적용되기는 아직 무리가 있으며 재활용되지 못하는 저회는 소각로 바닥에서 다른 부산물들과 함께 집진되어 매립되는 실정이다. 또한 매립회는 습식매립이 되므로 재활용하기 어려운 상황이며 해안가에 위치할 경우 많은 염화물 이온을 포함하게 된다.At the same time, only 40% of the waste is recycled but it is still not enough to apply in the field, and the waste that can not be recycled is collected and buried together with other byproducts at the bottom of the incinerator. In addition, the landfill is difficult to recycle because it is wet landfilled, and it contains many chloride ions when it is located on the coast.

관련 선행기술로는 대한민국 특허공개 제10-2003-0060528호는 제강슬래그를 포함하는 시멘트 콘크리트 및 모르타르 조성물을 개시하고 있다.Korean Priority Patent Application No. 10-2003-0060528 discloses a cement concrete and a mortar composition containing steel-making slag.

또 대한민국 특허공개 제10-2005-0059970호는 다량의 CaO 화합물을 함유하고 있는 제강슬래그를 이용한 콘크리트를 개시하고 있다. 제강슬래그 조골재 및 세골재를 단독 또는 혼합으로 사용하고, 여기에 포졸란계 시멘트 및 물을 혼합하여 구성되는 콘크리트에 있어 시멘트 첨가량에 대하여 0.6~2.0중량부의 물유리를 첨가하여 제강 슬래그를 콘크리트 골재로 사용할 때 야기될 수 있는 팽창의 문제를 해결함과 동시에 초기강도 저하의 약점을 보완하는 효과를 얻을 수 있었으나 장기 재령으로 갈수록 이 반응은 자유 CaO(free-CaO)의 수화로 팽창의 위험이 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0059970 discloses a concrete using steel-making slag containing a large amount of CaO compound. Steel slag coarse aggregate and fine aggregate are used singly or as a mixture and 0.6 to 2.0 parts by weight of water glass is added to the cement admixture in the concrete composed of the pozzolanic cement and water to produce a concrete slag, The effect of free CaO (free-CaO) hydration on the long-term aging process, however, can be expanded.

대한민국 특허공개 제10-2005-0065937호에서는 제강 슬래그를 40mm 이하로 분쇄하고, 탄산가스를 물에 용해시켜 pH 3.6~4.2로 탄산용액을 제조하고, 제조된 탄산용액의 pH가 6.5~7.0이 될 때까지 분쇄된 제강 슬래그와 반응시킴으로 제강 슬래그 내의 유리 석회를 안정화하여 제강 슬래그의 팽창을 억제시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있었으나, 제강 슬래그의 입도를 40mm 이하로 제한하기 때문에 분쇄 공정에 의한 추가적 비용이 발생하며, 입도가 40mm 이하인 제강 슬래그의 경우 탄산화막이 표면에 제한되기 때문에 2차 수화가 발생하여 팽창되는 문제점이 발생할 수 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0065937 discloses a method of pulverizing steelmaking slag to a size of 40 mm or less, dissolving carbon dioxide gas in water to prepare a carbonic acid solution at a pH of 3.6 to 4.2, However, since the particle size of the steel slag is limited to 40 mm or less, the additional cost due to the crushing process can be reduced, and the cost of the crushed steel slag can be reduced. In the case of steelmaking slag having a particle size of 40 mm or less, since the carbon oxide film is limited to the surface, secondary hydration may occur and the steel may be expanded.

대한민국 특허공개 제10-2010-0085785호에서는 시멘트, 물 그리고 골재를 이용하여 제품을 만들고, 제조된 제품을 압력이 유지되는 챔버 내부에서 압력과 온도를 상승하여 제품과 이산화탄소를 반응시켜 탄산칼슘형태로 이산화탄소가 저장된 콘크리트를 제조하였으나, 제조된 제품을 챔버 내에 투입하여 온도와 압력을 상승하기 때문에 발생하는 비용적인 문제와 공정과정이 복잡하며, 탄산화 유지시간 또한 12시간 이내로 소요되는 시간이 비교적 길어 시설비 및 운영비가 매우 고가이므로 경제적이지 못하다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0085785 discloses a method of manufacturing a product using cement, water, and aggregate, raising pressure and temperature inside the chamber where pressure is maintained, and reacting the product with carbon dioxide to form calcium carbonate However, since the manufacturing process is complicated due to the increase in temperature and pressure due to the introduction of the manufactured product into the chamber, the process time is complicated and the time required for the carbonation maintenance time to be within 12 hours is relatively long. Operating costs are very expensive and not economical.

대한민국 특허공개 제10-2005-0100474호에서는 정제회와 열병합발전소 석탄회를 85:15 내지 90:10의 비율로 혼합하여 콘크리트 혼화재로서의 KS 기준에 부합되게 제조할 수 있게 하였으나, 석탄회를 정제회와 혼합시 10~15중량부만을 이용하여 혼합하기 때문에 석탄회의 재활용률이 저조하여 대량의 순환 유동층 연소방식에서 발생하는 비산재의 재활용에는 적합하지 않다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0100474 discloses that the refinery and the coal ash of the cogeneration power plant are mixed at a ratio of 85:15 to 90:10 to make it compatible with the KS standard as a concrete admixture. However, It is not suitable for the recycling of fly ash produced in a large amount of the circulating fluidized bed combustion method because the recycle ratio of coal fly ash is low because it is mixed with only 10-15 parts by weight.

따라서, 최근 전세계적인 에너지 자원의 고갈에 따라 이를 대체할 신재생 에너지에 수요가 급증하고 있는 현실에서, 이러한 문제점을 개선한 기술 개발이 절실한 실정이나 아직까지 이에 관하여 개시된 바를 찾아볼 수 없다.Therefore, in recent years, demand for renewable energy has rapidly increased in response to the depletion of global energy resources. However, there is an urgent need to develop technologies that solve these problems.

또한, 저회 및 매립회를 재활용하기 위해 추가된 작업공정으로부터 일부 매립회만 사용하는 것은 골재 제조 단가의 상승을 유발할 뿐만 아니라, 자원 재활용의 효율성 측면에서도 바람직하지 못하다.
In addition, the use of only some landfills from the added work process to recycle the underground and reclaimed sludge causes not only an increase in the unit cost of the aggregate but also the efficiency of resource recycling.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 석탄회 내 포함된 다량의 CaO 화합물을 저회 및 매립회를 이용하여 수화시키고 아이리히 믹서(Eirich mixer)등과 같은 조립기를 이용하여 혼합하면서 조립화하여 인공경량골재로 제조할 경우, 수분을 따로 첨가하지 않으면서 콘크리트의 내구성, 팽창, 풍화, 균열 및 강도저하 등을 일으키는 유리석회로 인한 문제를 해결하여 전량 매립되던 CaO 함유 석탄회를 재활용할 수 있고, 이와 더불어 재활용율이 낮은 저회와 다량으로 매립되어 있는 회처리장의 매립회 또한 재활용하여 별도의 필수 성분 및 에너지원을 추가하지 않고 간단한 공정에 의하여 모래의 표준 KS규격(KS F 2534)을 만족시키는 인공경량골재를 제조할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
As a result, the present inventors have made extensive efforts to solve the problems of the prior art. As a result, the present inventors have found that a large amount of CaO compound contained in fly ash is hydrated using a subsoil and a granulate and mixed using a granulator such as an Eirich mixer When assembled and made into an artificial lightweight aggregate, it solves the problem caused by the glass lime that causes durability, expansion, weathering, cracking and strength reduction of concrete without adding water separately, and recycles the CaO- In addition, the reclamation of reclaimed ash and reclaimed reclaimed ash is also recycled, and the standard KS standard (KS F 2534) of sand is obtained by a simple process without adding additional essential components and energy sources. The present invention has been completed based on this finding.

본 발명의 목적은 콘크리트의 내구성, 팽창, 풍화, 균열 및 강도저하 등 문제를 일으키는 유리석회를 수분을 첨가하지 않고 안정화시켜 전량 매립되던 CaO 함유 석탄회를 재활용하여 표준 KS규격(KS F 2534)을 만족하는 인공경량골재의 제조방법을 제공하는데 있다.The object of the present invention is to stabilize the free lime which causes problems such as durability, expansion, weathering, cracking and strength drop of concrete, and to recycle the CaO-containing fly ash which was completely buried, and satisfies the standard KS standard (KS F 2534) And a method for manufacturing an artificial lightweight aggregate.

본 발명의 다른 목적은 재활용율이 낮은 저회와 매립회를 재활용하는 인공경량골재의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an artificial lightweight aggregate which recycles a low-recycle and low-recycle fraction.

본 발명의 상기 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
The above objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 매립회 및 저회로 구성된 군에서 선택되는 수분함유 무기성오니와 CaO함유 석탄회를 혼합하고 수화하여 수화 석탄회를 수득하는 단계; 및 (b) 상기 수화 석탄회 중 직경이 0.1~180㎛인 석탄회를 믹서로 혼합하는 단계;를 포함하는 인공경량골재의 제조방법을 제공한다.
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for producing hydrated coal fly ash, comprising the steps of: (a) mixing waterborne inorganic sludge selected from the group consisting of landfill and low-temperature circuitry and CaO- And (b) mixing the coal fly ash having a diameter of 0.1 to 180 탆 in the hydrated coal fly ash with a mixer.

본 발명에 의한 인공경량골재의 제조방법은 전량 매립되던 CaO함유 유동층 회를 재활용하고 콘크리트의 내구성, 팽창, 풍화, 균열 및 강도저하 등 문제를 일으키는 유리석회를 수분을 첨가하지 않고 안정화시킨 CaO 함유 석탄회를 이용함으로써, 별도의 필수 성분 및 에너지원을 추가하지 않고 간단한 공정에 의하여 표준 KS규격(KS F 2534)을 만족시키는 인공경량골재를 제조하는 효과가 있다.
The method of producing an artificial lightweight aggregate according to the present invention is a method of recycling a CaO-containing fluidized bed aggregate in which all of the buried CaO-containing fly ash is recycled, and the CaO-containing coal fly ash which stabilizes the free lime, which causes problems such as durability, expansion, weathering, It is possible to produce an artificial lightweight aggregate which satisfies the standard KS standard (KS F 2534) by a simple process without adding additional essential components and energy sources.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공경량골재의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CaO 함유 석탄회의 화학조성을 나타내는 X-ray 회절 분석도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수화시킨 석탄회의 DTA/TG 분석을 나타내는 분석도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공경량골재의 입도분포를 나타내는 분석도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an artificial lightweight aggregate according to an embodiment of the present invention.
2 is an X-ray diffraction analysis chart showing the chemical composition of CaO-containing fly ash according to the present invention.
3 is an analysis diagram showing DTA / TG analysis of hydrated fly ash according to an embodiment of the present invention.
4 is an analysis chart showing the particle size distribution of the artificial lightweight aggregate according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 CaO 함유 석탄회 내 포함된 다량의 CaO 화합물을 저회 및 매립회를 이용하여 수화시키고 수화 석탄회 중 직경이 0.1~180㎛인 석탄회를 아이리히 믹서(Eirich mixer)등과 같은 조립기를 이용하여 혼합하면서 조립화하여 인공경량골재로 제조할 경우, 수분을 따로 첨가하지 않으면서 콘크리트의 내구성, 팽창, 풍화, 균열 및 강도저하 등을 일으키는 유리석회를 안정화시킬 수 있고 별도의 필수 성분 및 에너지원을 추가하지 않고 간단한 공정에 의하여 표준 KS규격(KS F 2534)을 만족시키는 인공경량골재를 제조할 수 있는 것을 확인하였다.
In the present invention, a large amount of the CaO compound contained in the CaO-containing fly ash is hydrated by using the subsoil and the fly ash, and the fly ash having a diameter of 0.1 to 180 탆 in the hydrated fly ash is mixed using an agitator such as an Eirich mixer When assembled into an artificial lightweight aggregate, it is possible to stabilize the glass lime which causes durability, expansion, weathering, cracking and strength drop of concrete without addition of water separately, and addition of additional essential ingredients and energy source It is confirmed that the artificial lightweight aggregate satisfying the standard KS standard (KS F 2534) can be manufactured by a simple process.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 매립회 및 저회로 구성된 군에서 선택되는 수분함유 무기성오니와 CaO 함유 석탄회를 혼합하고 수화하여 수화 석탄회를 수득하는 단계; 및 (b) 상기 수화 석탄회 중 직경이 0.1~180㎛인 석탄회를 조립기로 혼합하면서 조립화하는 단계를 포함하는 인공경량골재의 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, in one aspect, the present invention provides a method for producing hydrated coal fly ash, comprising the steps of: (a) mixing waterborne inorganic sludge selected from the group consisting of landfill and low-temperature circuits and CaO-containing fly ash to obtain hydrated coal fly ash; And (b) agglomerating the fly ash having a diameter of 0.1 to 180 탆 in the hydrated fly ash while mixing it with a granulator.

본 발명은 CaO 함유 석탄회를 혼합하여 저회 및/또는 매립회의 무기성오니를 재활용하여 인공경량골재를 제조하는 기술로서, CaO 함유 석탄회의 수화단계를 거쳐 이온 용출이 유리한 수화물로 전환하여 알칼리 촉진제 역할을 통해 화학적으로 포졸란 반응을 촉진시켜 초기강도 증진을 도모한다.
The present invention relates to a technique for producing an artificial lightweight aggregate by recycling inorganic sludge having undergone and / or reclamation processes by mixing CaO-containing fly ash, and converting the CaO-containing fly ash into a hydrate favorable for ion elution through the hydration step to act as an alkali promoter Chemically accelerating the pozzolanic reaction to promote initial strength.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공경량골재의 제조방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an artificial lightweight aggregate according to an embodiment of the present invention.

보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공경량골재는 저회 및/또는 매립회를 세척하여 Cl- 이온을 제거하고, 함수율 30% 이하로 탈수시킨다. CaO 함유 석탄회와 혼합하여 수분 15% 이하로 수화시킨다. 상기 수화 석탄회 중 직경이 0.1~180㎛인 석탄회를 아이리히 믹서(Eirich mixer)를 이용하여 혼합하여 인공경량골재를 제조할 수 있다.More specifically, referring to FIG. 1, the artificial lightweight aggregate according to an embodiment of the present invention cleans the underfill and / or buried structure to remove Cl - ions and dehydrate to a water content of 30% or less. It is mixed with CaO-containing fly ash and hydrated to less than 15% water content. The fly ash having a diameter of 0.1 to 180 μm in the hydrated coal fly ash can be mixed using an Eirich mixer to produce an artificial lightweight aggregate.

본 발명의 CaO 함유 석탄회는 구체적으로 CFBC 애쉬(Circulating Fluidized Bed Combustion ash), FBC 애쉬(Fluidized Bed Combustion ash), SDA 애쉬(Spray Dryer Absorption ash)를 적용할 수 있다.Specifically, the CaO-containing fly ash of the present invention can be applied to CFBC ash, Fluidized Bed Combustion ash, and SDA ash.

도 2를 참조하면, 상기 CaO 함유 석탄회는 SiO2 함량이 24.7%로 KS L 5405의 석탄회 SiO2 함량 45% 이상을 만족시키지 못하고, 반면에 CaO는 38.35%로 다량의 석고와 유리석회를 포함하고 있다.Referring to FIG. 2, the CaO-containing fly ash has an SiO 2 content of 24.7%, which does not satisfy 45% or more of fly ash SiO 2 content of KS L 5405, whereas CaO contains 38.35% of gypsum and glass lime have.

상기 수화시키는 단계는 상기 CaO 함유 석탄회 100중량부에 대하여 무기성오니 50~200중량부, 바람직하게는 65~150중량부를 첨가하여 수화시킬 수 있다.The hydration may be performed by adding 50 to 200 parts by weight, preferably 65 to 150 parts by weight of inorganic sludge to 100 parts by weight of the CaO-containing fly ash.

상기 CaO 함유 석탄회에 포함된 유리석회를 안정화시키기 위하여 수화공정을 수행할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 유리석회 양을 확인하기 위하여 수화시킨 석탄회의 DTA/TG 분석 결과, 상기 수화시킨 석탄회는 약 400℃ 부근에서 큰 흡열반응을 보이며 약 7%의 무게감량이 일어난다. 이는 Ca(OH)2의 결정수가 탈락하는 반응으로, 이때 모든 유리석회가 수화되었다고 가정하고 유리석회량을 계산하면 약 22%(CaO : H2O = x : 8)이고, 이를 통해 CaO 함유 석탄회에 약 22%의 유리석회가 존재함을 알 수 있다.A hydration process may be performed to stabilize the free lime contained in the CaO-containing fly ash. Referring to FIG. 3, the hydrated fly ash showed a large endothermic reaction at about 400 ° C and a weight loss of about 7% occurred in the hydrated fly ash as a result of DTA / TG analysis of hydrated fly ash to confirm the amount of free lime. This is a reaction to dropping the number of crystals of Ca (OH) 2, wherein assuming that all glass of lime hydration to calculate the free lime amount of about 22% (CaO: H 2 O = x: 8) , and this, CaO-containing fly ash through It can be seen that about 22% of free lime is present in the sample.

상기 순환유동층 반응시 발생한 CaO 함유 석탄회의 수화반응에는 다음과 같은 수화 반응식이 있다.The hydration reaction of the CaO-containing fly ash generated in the circulating fluidized bed reaction is as follows.

CaO(s) + H2O(l) ↔ Ca(OH)2(aq) + △Hr(-65kJ/mol of CaO)CaO (s) + H 2 O (1) ↔ Ca (OH) 2 (aq) + ΔH r (-65 kJ / mol of CaO)

여기에 필요한 수분량을 확인해 본 결과(석탄회의 CaO 함량이 22wt%임을 가정) 다음과 같다.As a result of checking the amount of water required (assuming that the CaO content of coal fly ash is 22 wt%), it is as follows.

CaO(s) + H2O(l) ↔ Ca(OH)2(aq)CaO (s) + H 2 O (1) ↔ Ca (OH) 2 (aq)

CaO(56g/mol) + H2O(18g/mol) ↔ Ca(OH)2(74g)CaO (56 g / mol) + H 2 O (18 g / mol) ↔ Ca (OH) 2 (74 g)

여기서 석탄회 1000kg에 존재하는 CaO 220kg 수화시 약 71kg 물이 필요하다 (석탄회 100중량부 대비 7.1중량부) Here, about 71 kg of water is required for hydration of CaO 220 kg present in 1000 kg of fly ash (7.1 parts by weight relative to 100 parts by weight fly ash)

이때, 수화시 증발되는 물량을 계산해 보면 다음과 같다.In this case, the amount of water evaporated during hydration is calculated as follows.

CaO(s) + H2O(l) ↔ Ca(OH)2(aq) + △Hr(-65kJ/mol of CaO) 발열CaO (s) + H 2 O (l) ↔ Ca (OH) 2 (aq) + ΔH r (-65 kJ / mol of CaO)

CaO 56g/mol ↔ CaO는 수화시 65kJ/56g 발열CaO 56g / mol ↔ CaO has a heat of 65kJ / 56g when hydrated

CaO 수화시 1,160kJ/kg ↔ 276kcal/kg(1kcal=4.2kJ) 발열CaO hydration 1,160 kJ / kg ↔ 276 kcal / kg (1 kcal = 4.2 kJ) Heat generation

CaO의 수화발열량 276kcal/kg(석탄회 중 CaO 함량 22wt%임을 가정), 물의 비열 1kcal/kg, 물의 증발잠열 597kcal/kg으로 물의 증발량을 계산해보면, 석탄회 1000kg 수화시 CaO 220kg의 발열반응(60,720kcal/kg)으로 인해 20℃의 물(677kcal/kg)이 약 90kg(석탄회 100중량부 대비 9.0중량부) 증발될 것이므로, 수화시 필요한 반응수와 수화시 발생하는 발열량을 합해보면 16.1중량부의 최소 수분량이 필요하다.Calculation of the amount of water evaporation of CaO with a calorific value of 276 kcal / kg (assuming a CaO content of 22 wt% of coal fly ash), a specific heat of 1 kcal / kg of water, and a latent heat of 597 kcal / kg of water shows an exothermic reaction of CaO (220, (677 kcal / kg) is evaporated at about 90 kg (9.0 parts by weight relative to 100 parts by weight of fly ash) at 20 ° C., the total amount of water required for hydration and the amount of heat generated during hydration are 16.1 parts by weight need.

따라서, 본 발명에 의한 수화 공정을 수행하기 위해 CaO 함유 유동층 석탄회를 교반조에 투입하고 유동층 석탄회 100중량부에 대하여 무기성오니 50~200 중량부를 첨가한다. 상기 범위에서 충분한 수화가 이루어질 수 있고, 수화시킨 석탄회에 탈수나 건조 공정이 추가로 필요하지 않은 장점이 있다.Therefore, in order to carry out the hydration process according to the present invention, the CaO-containing fluidized bed fly ash is charged into a stirring vessel, and 50 to 200 parts by weight of inorganic sludge is added to 100 parts by weight of the fluidized fly ash. In this range, sufficient hydration can be performed, and there is an advantage in that the hydrated coal fly is not further required to be dehydrated or dried.

본 발명에서 상기 CaO 함유 석탄회를 아이리히 믹서(Eirich mixer), 아이리히 디스크 펠리타이저(Eirich disk pelletizer) 및 단광기(briquetting machine)로 구성된 군에서 선택된 조립기를 이용하여 성형할 수 있는데, 바람직하게는 아이리히 믹서(Eirich mixer)를 사용한다.In the present invention, the CaO-containing fly ash can be molded using a granulator selected from the group consisting of an Eirich mixer, an Eirich disk pelletizer and a briquetting machine, Use an Eirich mixer.

도 4를 참조하면, 본 발명에서 상기 수화된 석탄회는 아이리히 믹서(D)(Eirich mixer, RV 12W)에서 인공경량골재(모래)로 성형할 수 있다. 상기 성형된 인공경량모래는 평균입경 2 내지 3mm를 가지며, 수화된 석탄회의 성분 중 Ca(OH)2가 SiO2와 수화 반응하는 포졸란 반응으로 강도가 발현되고, 성형직후는 이동 및 취급이 가능한 2N 이상의 강도를 보이며 하루가 지나면 포졸란 반응으로 10N이상의 강도를 보였다.Referring to FIG. 4, the hydrated fly ash can be formed into an artificial lightweight aggregate (sand) in an Eirich mixer (RV 12W) according to the present invention. The formed artificial lightweight sand has an average particle size of 2 to 3 mm and is characterized by a pozzolanic reaction in which Ca (OH) 2 is hydrated with SiO 2 among components of the hydrated coal fly ash, and 2N And showed a strength of more than 10N due to pozzolan reaction after one day.

본 발명의 인공경량골재의 제조방법에 있어서, 상기 무기성오니는 세척하고 함수율 30% 이하로 탈수한 후에 (a) 단계에 투입될 수 있다.In the method for producing an artificial lightweight aggregate of the present invention, the inorganic sludge may be washed and dehydrated to a moisture content of 30% or less and then introduced into the step (a).

또한, 상기 (b) 단계에서 5% 이하의 시멘트를 첨가하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
Further, it may further include the step of adding 5% or less of cement in the step (b).

본 발명의 다른 관점에서 상기 방법에 의하여 제조된 인공경량골재에 관한 것이다. 상기 인공경량골재는 평균입경이 2 내지 3mm일 수 있다.Another aspect of the present invention relates to an artificial lightweight aggregate produced by the above method. The artificial lightweight aggregate may have an average particle size of 2 to 3 mm.

본 발명에 의하여 제조된 인공경량골재는 전량 매립되던 CaO 함유 석탄회를 재활용하고 콘크리트의 내구성, 팽창, 풍화, 균열 및 강도저하 등 문제를 일으키는 유리석회를 안정화시킨 CaO 함유 석탄회를 이용함으로써, 모래의 표준 KS규격(KS F 2534)을 만족시키는 효과가 있다.
The artificial lightweight aggregate produced according to the present invention can be obtained by recycling CaO-containing fly ash which has been completely buried and by using CaO-containing fly ash which stabilizes the free lime causing problems such as durability, expansion, weathering, It satisfies the KS standard (KS F 2534).

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

[실시예][Example]

실시예 1Example 1

저회 30중량부 및 매립회 30중량부를 교반조에 투입하고 CaO 함유 석탄회 (YSE 석탄회) 40중량부를 첨가하고 아이리히 믹서(Eirich mixer)를 이용하여 혼합하여 인공경량모래를 제조하였다.30 parts by weight of the ash and 30 parts by weight of the landfill were added to a stirring vessel, and 40 parts by weight of CaO-containing fly ash (YSE coal fly ash) was added and mixed using an Eirich mixer to prepare artificial lightweight sand.

CaO 함유 석탄회, 저회 및 매립회의 화학조성은 표 1~3에 나타내었다.The chemical compositions of CaO-containing fly ash, ash and landfill are shown in Tables 1-3.

YSE 석탄회(Fly ash) 화학조성YSE Fly Ash Chemical Composition Ig.
lossIg.
loss SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO Na2ONa 2 O K2OK 2 O TiO2 TiO 2 P2O5 P 2 O 5 MnOMnO CC SS TotalTotal wt%wt% 5.105.10 31.531.5 11.5111.51 8.668.66 32.0832.08 5.185.18 0.350.35 0.790.79 0.430.43 0.110.11 0.050.05 1.271.27 0.910.91 99.9599.95

YH 저회 화학조성YH low chemical composition Ig.
lossIg.
loss SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO Na2ONa 2 O K2OK 2 O TiO2 TiO 2 P2O5 P 2 O 5 MnOMnO CC SO3 SO 3 TotalTotal wt%wt% 1.041.04 60.7860.78 25.425.4 4.144.14 1One 0.940.94 0.080.08 3.233.23 0.840.84 0.120.12 0.030.03 1.741.74 0.430.43 99.7899.78

SCP 매립회 화학조성SCP landfill chemical composition Ig.
lossIg.
loss SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO Na2ONa 2 O K2OK 2 O TiO2 TiO 2 ZrO2 ZrO 2 P2O5 P 2 O 5 TotalTotal wt%wt% 1.311.31 56.9456.94 24.7724.77 8.88.8 3.553.55 1.431.43 0.620.62 0.860.86 1.181.18 0.050.05 0.420.42 99.9499.94

실시예 1에 의한 저회, 매립회, 수화 석탄회 및 인공경량모래의 화학조성은 표 4에 나타내었다.The chemical compositions of the underfloor, buried ash, hydrated fly ash and artificial lightweight sand according to Example 1 are shown in Table 4.

Figure 112015060363907-pat00001
Figure 112015060363907-pat00001

실시예 2Example 2

저회 30중량부 및 매립회 25중량부를 교반조에 투입하고 CaO 함유 석탄회 (YSE 석탄회) 45중량부를 첨가하고 아이리히 믹서(Eirich mixer)를 이용하여 혼합하여 인공경량모래를 제조하였다.30 parts by weight of the ash and 25 parts by weight of the filler were added to a stirring vessel and 45 parts by weight of CaO-containing fly ash (YSE fly ash) was added and mixed using an Eirich mixer to prepare artificial lightweight sand.

실시예 2에 의한 저회, 매립회, 수화 석탄회 및 인공경량모래의 화학조성은 표 5에 나타내었다.The chemical compositions of the underfloor, buried ash, hydrated fly ash and artificial lightweight sand according to Example 2 are shown in Table 5.

Figure 112015060363907-pat00002
Figure 112015060363907-pat00002

실시예 3Example 3

저회 20중량부 및 매립회 20중량부를 교반조에 투입하고 CaO 함유 석탄회 (YSE 석탄회) 60중량부를 첨가하고 아이리히 믹서(Eirich mixer)를 이용하여 혼합하여 인공경량모래를 제조하였다.20 parts by weight of the ash and 20 parts by weight of the landfill were added to a stirring vessel, and 60 parts by weight of CaO-containing fly ash (YSE coal fly ash) was added and mixed using an Eirich mixer to prepare artificial lightweight sand.

실시예 3에 의한 저회, 매립회, 수화 석탄회 및 인공경량모래의 화학조성은 표 6에 나타내었다.The chemical compositions of the underfloor, buried ash, hydrated fly ash and artificial lightweight sand according to Example 3 are shown in Table 6.

Figure 112015060363907-pat00003
Figure 112015060363907-pat00003

[비교예][Comparative Example]

실시예 1에서 저회(매립회)를 투입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 인공경량모래를 제조하였다.
An artificial lightweight sand was produced in the same manner as in Example 1, except that the underfloor (buried sand) was not added in Example 1.

[실험예][Experimental Example]

강도 측정Strength measurement

본 발명에 의한 인공경량모래의 강도특성을 파악하기 위하여 UTM 압축강도 장치(CFD 50)를 이용하여 강도 측정을 수행하였다.
In order to understand the strength characteristics of the artificial lightweight sand according to the present invention, strength was measured using a UTM compressive strength device (CFD 50).

물성 측정Property measurement

본 발명에 의한 인공경량모래의 물성 측정을 위하여 하기와 같이 강열감량, 단위용적질량, 점토 덩어리 분석, 0.08mm 체 통과량 분석 및 안정성 분석을 수행하였다.In order to measure the physical properties of the artificial lightweight sand according to the present invention, the ignition loss, the unit volume mass, the clay mass analysis, the 0.08 mm sieve amount analysis and the stability analysis were carried out as follows.

(1) 강열감량: KS F 2534 방법에 의하여 측정하였고 그 단위는 %이다.(1) Ignition loss: Measured by KS F 2534 method, the unit is%.

(2) 단위용적질량: KS F 2534 방법에 의하여 측정하였고 그 단위는 kg/㎥ 이다.(2) Unit volume mass: Measured by the method of KS F 2534 and its unit is kg / m 3.

(3) 점토 덩어리 분석: KS F 2534 방법에 의하여 측정하였고 그 단위는 kg/㎥ 이다.(3) Clay lump analysis: Measured by the method of KS F 2534 and its unit is kg / m 3.

(4) 0.08mm 체 통과량 분석: KS F 2534 방법에 의하여 측정하였고 그 단위는 %이다.(4) 0.08 mm sieve amount analysis: Measured by KS F 2534 method, the unit is%.

(5) 안정성 분석: KS F 2534 방법에 의하여 측정하였고 그 단위는 %이다.
(5) Stability analysis: Measured by KS F 2534 method, the unit is%.

실시예 1~3, 비교예 1에 대한 강도 측정 결과는 다음과 같다.The results of strength measurements for Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are as follows.

구분division Granules strength (2-4mm)Granules strength (2-4 mm) 성형 후 24hr 이후After 24 hours after molding 실시예1Example 1 10.7N10.7N 실시예2Example 2 10.4N10.4 N 실시예3Example 3 10.1N10.1 N 비교예1Comparative Example 1 12.1N12.1 N

또한, 실시예 1~3, 비교예 1에 대한 물성 측정 결과(KS F 2534)는 다음과 같다.The physical property measurement results (KS F 2534) for Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are as follows.

강열감량
(%)Weight loss
(%) 단위용적질량
(kg/m3)Unit volume mass
(kg / m 3 ) 점토 덩어리
(%)Clay lump
(%) 0.08mm 체통과량
(%)0.08mm body overload
(%) 안정성
(%)stability
(%) KS 기준KS standard 5 이하5 or less 1120 이하1120 or less 2.0 이하2.0 or less -
B/A골재 5.0 이하-
B / A aggregate 5.0 or less -
B/A골재 10 이하-
B / A aggregate less than 10 실시예 1Example 1 0.90.9 10501050 0.00.0 1.11.1 2.12.1 실시예 2Example 2 1.81.8 10401040 0.00.0 1.21.2 3.13.1 실시예 3Example 3 2.12.1 10471047 0.00.0 1.21.2 3.83.8 비교예 1Comparative Example 1 0.90.9 11701170 0.00.0 1.21.2 2.32.3

따라서, 실시예 1~3에 의하여 제조된 인공경량모래가 모래의 KS규격(KS F 2534)을 만족하는 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있다.
Therefore, it can be confirmed that the artificial lightweight sand produced according to Examples 1 to 3 has an excellent effect of satisfying the KS standard of sand (KS F 2534).

이상 살펴본 바와 같이, 상기 본 발명에 의한 인공경량모래는 CaO 함유 석탄회 내 포함된 다량의 유리석회 성분을 저회 및 매립회의 수분을 이용하여 수화시켜 화학적으로 안정한 상으로 전환시키고 이를 아이리히 믹서 등과 같은 조립기로 조립화함으로써, 전량 매립되던 CaO 함유 석탄회를 재활용하고 콘크리트의 내구성, 팽창, 풍화, 균열 및 강도저하 등 문제를 일으키는 유리석회를 안정화시킨 CaO 함유 석탄회를 이용하여 모래의 표준 KS규격(KS F 2534)을 만족시키는 효과가 있다.
As described above, the artificial lightweight sand according to the present invention converts a large amount of free lime component contained in the CaO-containing fly ash into a chemically stable phase by using water in the lower and the reclamation chambers, (KS F 2534) by using CaO-containing fly ash which stabilizes glass lime which causes problems such as durability, expansion, weathering, cracking and strength reduction of concrete by recycling the entire CaO- ) Is satisfied.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (6)

하기 단계를 포함하는 인공경량골재의 제조방법:
(a) 매립회 및 저회의 수분함유 무기성오니를 세척 및 함수율 30% 이하로 탈수한 다음, CaO 함유 유동층 석탄회를 혼합하고 함수율 15% 이하로 수화하되, 상기 CaO 함유 석탄회 100중량부에 대하여 무기성오니 50~200중량부를 첨가하여 CaO 함유 유동층 석탄회 내 포함된 유리석회 성분을 저회 및 매립회의 수분으로 수화시켜 화학적으로 안정한 상으로 전환시킨 수화 석탄회를 수득하는 단계; 및
(b) 상기 수화 석탄회 중 직경이 0.1~180㎛인 석탄회를 조립기로 혼합하여 평균입경이 2~3mm인 인공경량골재를 수득하는 단계.
A method for producing an artificial lightweight aggregate comprising the steps of:
(a) washing the inorganic sludge containing water and low water content and dehydrating the water content to a water content of 30% or less, mixing the CaO-containing fluidized bed fly ash with water content of 15% or less, Adding 50 to 200 parts by weight of sordid sludge to hydrate the free lime component contained in the CaO-containing fluidized bed fly ash with water at a lowering and embedding temperature to obtain a hydrated fly ash converted into a chemically stable phase; And
(b) mixing the fly ash having a diameter of 0.1 to 180 탆 in the hydrated fly ash with a granulator to obtain an artificial lightweight aggregate having an average particle size of 2 to 3 mm.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 CaO 함유 석탄회는 CFBC 애쉬(Circulating Fluidized Bed Combustion ash), FBC 애쉬(Fluidized Bed Combustion ash) 또는 SDA 애쉬(Spray Dryer Absorption ash)인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the CaO-containing fly ash is CFBC ash, Fluidized Bed Combustion ash, or SDA ash. 2. The method of claim 1, wherein the CaO-containing fly ash is CFB ash, FBC ash, or SDA ash.
제1항에 있어서,
상기 조립기는 아이리히 믹서(Eirich mixer), 아이리히 디스크 펠리타이저(Eirich disk pelletizer) 및 단광기(briquetting machine)로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the granulator is selected from the group consisting of an Eirich mixer, an Eirich disk pelletizer, and a briquetting machine.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 5% 이하의 시멘트를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 인공경량골재의 제조방법.
The method according to claim 1,
And adding 5% or less of cement in the step (b).
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