KR101705248B1 - Calcium Chloroaluminate Mineral and Method for Preparing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 칼슘클로로알루미네이트 광물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 국내에서 발생되는 생활 폐기물 소각 비산재와 정수슬러지를 이용하여 칼슘클로로알루미네이트(calcium chloroaluminate)광물을 제조함으로써, 칼슘클로로알루미네이트 광물을 기초로 한 특수시멘트를 제조하여 환경적으로 안정되고 산업적으로도 다양한 분야에서 활용할 수 있는 것에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법으로 제조된 칼슘클로로알루미네이트 광물은 기존에 생활폐기물 소각 비산재를 처리할 때 매립으로 인한 환경적인 문제를 개선할 수 있으며, 칼슘클로로알루미네이트 광물을 기초로 한 특수시멘트에 활용 가능하여 환경적으로 안정되고, 산업적으로도 다양한 분야에 활용할 수 있다.The present invention relates to a calcium chloraluminate mineral and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a calcium chloraluminate mineral which is produced by using domestic waste fired fly ash and water sludge to produce a calcium chloraluminate mineral, Which is environmentally stable and industrially applicable to various fields, by producing special cement based on Nate mineral.
The calcium chloroaluminate mineral prepared by the method according to the present invention can be used for special cement based on calcium chloraluminate minerals, which can improve environmental problems due to landfill when municipal waste incineration fly ash is treated Environmentally stable, and can be applied to various fields in industry.
Description
본 발명은 칼슘클로로알루미네이트 광물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 국내에서 발생되는 생활 폐기물 소각 비산재와 정수슬러지를 이용하여 칼슘클로로알루미네이트(calcium chloroaluminate)광물을 제조함으로써, 칼슘클로로알루미네이트 광물을 기초로 한 특수시멘트를 제조하여 환경적으로 안정되고 산업적으로도 다양한 분야에서 활용할 수 있는 것에 관한 것이다.
The present invention relates to a calcium chloraluminate mineral and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a calcium chloraluminate mineral produced by using a domestic sludge of municipal waste incineration fly ash and purified water sludge, The present invention relates to a method of producing a special cement based on an aluminate mineral and being environmentally stable and industrially applicable in various fields.
급속한 사회발전으로 인해 인구가 증가함에 따라 생활폐기물(Municipal Solid Waste; MSW)의 양도 계속 증가하고 있다. 재활용이 활발해진 1990년대 이후 생활폐기물 중 재활용의 비율이 높아졌지만('06: 27.920톤/일→'07: 29,116톤/일) 그 외, 버려지고 있는 생활폐기물의 양이 계속 늘어나고 있어서 그 처리방법이 매우 중요해졌다.As the population has increased due to rapid social development, the amount of municipal solid waste (MSW) has continued to increase. Although recycling rate of municipal waste has increased since the 1990s when recycling became active ('06: 27.920 tons / day → '07: 29,116 tons / day) In addition, amount of municipal waste discarded is continuously increasing, Became very important.
생활폐기물의 처리방법은 예전에는 매립(Landfill)이 대부분이었다. 하지만 우리나라와 같이 작은 영토에서는 매립지의 부족 및 비싼 매립지의 가격 그리고 매립지 주변의 주민과의 마찰로 인해 생활폐기물의 효과적인 방법인 매립이 어렵게 됨에 따라 또 다른 효과적인 방법인 소각(Incineration)으로 점차 그 처리방법이 변화하는 모습이다.In the past, landfill was the most common treatment method for municipal waste. However, due to the lack of landfills and the cost of expensive landfills and the friction with the residents around the landfill, it is difficult to reclaim the landfill, which is an effective method of municipal waste. This is how it changes.
생활폐기물을 소각한 후 남아있는 생활폐기물 소각 바닥재(Municipal Solid Waste Incineration bottom ash; MSWI bottom ash)는 대부분 시멘트의 원료로서 재활용되어 유용하게 사용된다. 하지만 생활폐기물 소각 비산재(MSWI fly ash)는 염소(Chloride; Cl), 유해물질, 다이옥신 그리고 유독가스의 생성으로 인하여 그 처리방법은 전량 매립하는 수준이다.MSWI bottom ash (Municipal Solid Waste Incineration bottom ash), which remains after incineration of municipal solid waste, is mostly recycled and used as raw material for cement. However, MSWI fly ash is a level of landfill because of the generation of chlorine (Cl), toxic substances, dioxins and toxic gases.
최근 생활폐기물 소각 비산재를 처리하는 방법이 연구되었는데, 용융(melting), 고형안정화(solidification/stabilization), 산 추출(acid extraction), 유리화(virtrification), 소성(sintering)과 같은 다양한 방법이 있다. 그 중 소성(sintering)은 유해물질을 안정화시키거나 특히 생활폐기물 소각 비산재 안에 포함하고 있는 염소성분으로 인해 칼슘클로로알루미네이트(calcium chloroaluminate; 11CaO·7Al2O3·CaCl2) 광물과 같은 특수시멘트의 원료로서 가장 중요한 인자가 되고 있다.Recently, methods for treating waste wastes have been studied. There are various methods such as melting, solidification / stabilization, acid extraction, vitrification, and sintering. Among them, sintering is a special cement such as calcium chloroaluminate (11CaO · 7Al 2 O 3 · CaCl 2 ) minerals because of the chlorine component which stabilizes harmful substances, especially in the waste incineration fly ash. It is the most important factor as raw material.
생활폐기물을 소각 한 후 소각열은 회수되어 지역의 난방으로 재사용하고, 생활폐기물을 소각 후 나머지 부산물로 나온 소각재로 만들어진 칼슘클로로알루미네이트(calcium chloroaluminate) 광물은 염소 성분으로 인해 OPC(Ordinary Portland Cement)보다 소성 온도가 100~200℃가 낮으며, 속경성을 가지고 팽창율이 좋아 크랙이 생기지 않는 특징을 가지고 있다. 이에 대부분 무근콘크리트로 사용되고 있으며, 해양의 테트라포트나 인도의 블록에 사용되고 있다.After the incineration of municipal waste, incinerated heat is recovered and reused as heating of the area, and calcium chloraluminate minerals made of ash from the remaining by-products after incineration of municipal wastes are converted to OPC (Ordinary Portland Cement) It has a low firing temperature of 100 ~ 200 ℃, fast crack growth due to its high hardness. Most of them are used as no-load concrete, and are used in marine tetrapods and Indian blocks.
이에, 본 발명자들은 생활폐기물 소각 비산재에서 칼슘클로로알루미네이트 광물을 효과적으로 제조하는 방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 생활폐기물 소각 비산재와 정수슬러지를 혼합하는 경우, 칼슘클로로알루미네이트 광물을 효과적으로 제조할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to develop a method for effectively producing calcium chlorosiluminate mineral in a municipal solid waste incineration fly ash, and as a result, it has been found that calcium chloraluminate mineral can be effectively produced when a municipal waste incineration fly ash and water sludge are mixed And finally completed the present invention.
본 발명의 목적은 생활폐기물 소각 비산재와 정수슬러지를 이용한 칼슘클로로알루미네이트 광물의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 칼슘클로로알루미네이트 광물을 제공하는데 있다.
It is an object of the present invention to provide a method for producing calcium chloraluminate mineral using municipal waste incineration fly ash and water sludge and a calcium chloraluminate mineral produced by the method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 생활폐기물 소각재 100 중량부에 대하여, 정수 슬러지 30 ~ 80중량부를 혼합시키는 단계; (b) 상기 혼합물을 알코올과 혼합한 다음, 40~70℃로 건조시키는 단계; 및(c) 상기 혼합물을 밀폐된 공간에서 승온속도는 10℃/min로 1000℃ ~ 1300℃까지 1~2시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 칼슘클로로알루미네이트 광물 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 칼슘클로로알루미네이트 광물을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing sludge, comprising: (a) mixing 30 to 80 parts by weight of purified water sludge with 100 parts by weight of a municipal waste ash; (b) mixing the mixture with an alcohol and then drying at 40 to 70 ° C; And (c) calcining the mixture in an enclosed space at a temperature raising rate of 10 캜 / min from 1000 캜 to 1300 캜 for 1 to 2 hours, and a method for producing a calcium chloraluminate mineral produced by the method Calcium chloraluminate mineral.
본 발명에 따른 방법으로 제조된 칼슘클로로알루미네이트 광물은 기존에 생활폐기물 소각 비산재를 처리할 때 매립으로 인한 환경적인 문제를 개선할 수 있으며, 칼슘클로로알루미네이트 광물을 기초로 한 특수시멘트에 활용 가능하여 환경적으로 안정되고, 산업적으로도 다양한 분야에 활용할 수 있다.
The calcium chloroaluminate mineral prepared by the method according to the present invention can be used for special cement based on calcium chloraluminate minerals, which can improve environmental problems due to landfill when municipal waste incineration fly ash is treated Environmentally stable, and can be applied to various fields in industry.
도 1은 본 발명에 따라 생활폐기물 소각 비산재와 정수슬러지를 이용한 칼슘클로로알루미네이트 광물의 제조방법 흐름도이다.1 is a flowchart of a method for producing calcium chloraluminate mineral using municipal waste incineration fly ash and purified water sludge according to the present invention.
본 발명은 일 관점에서, (a) 생활폐기물 소각재 100 중량부에 대하여, 정수 슬러지 30 ~ 80중량부를 혼합시키는 단계; (b) 상기 혼합물을 알코올과 혼합한 다음, 40~70℃로 건조시키는 단계; 및(c) 상기 혼합물을 밀폐된 공간에서 승온속도는 10℃/min로 1000℃ ~ 1300℃까지 1~2시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 칼슘클로로알루미네이트 광물 제조방법에 관한 것이다.According to one aspect of the present invention, there is provided a process for producing a municipal waste, comprising the steps of: (a) mixing 30 to 80 parts by weight of purified water sludge with 100 parts by weight of a municipal solid waste ash; (b) mixing the mixture with an alcohol and drying at 40 to 70 ° C; And (c) calcining the mixture at 1000C to 1300C for 1 to 2 hours at a heating rate of 10C / min in a closed space.
본 발명에 있어서, 상기 칼슘클로로알루미네이트(calcium chloroaluminate; 11CaOㆍ7Al2O3ㆍCaCl2)의 분자량은 1441.8g/mole이며, 칼슘클로로알루미네이트 전체 분자량 중 CaO, Al2O3, CaCl2 각각의 함량은 49.5%, 42.8%, 7.7%(Cl2: 3.9%)을 함유하고 있다. 생활폐기물 소각 비산재의 화학적 조성을 나타낸 표 1에, 정수슬러지의 화학적 조성을 표 2에 나타내었는데, 표 1과 표 2를 통하여 칼슘클로로알루미네이트 광물의 최적 배합 조건은 칼슘클로로알루미네이트 광물 10g을 제조 시 생활폐기물 소각 비산재 10g와 정수슬러지 7.40g가 필요하다.
In the present invention, the molecular weight of the calcium chloroaluminate (11CaO 7Al 2 O 3 .CaCl 2 ) is 1441.8 g / mole, and CaO, Al 2 O 3 and CaCl 2 in the total molecular weight of calcium chloraluminate (49.5%), 42.8% and 7.7% (Cl 2 : 3.9%), respectively. Table 1 shows the chemical composition of municipal waste incinerator fly ash, and Table 2 shows the chemical composition of the purified sludge. Table 1 and Table 2 show that the optimum mixing condition of calcium chloraluminate mineral is 10 g of
원소element
본 발명은 다른 관점에서, 상기 방법에 의해 제조되고, 생활폐기물 소각비산재 및 정수슬러지 를 함유하는 칼슘클로로알루미네이트(Calcium chloroaluminate) 광물에 관한 것이다.
In another aspect, the present invention relates to a calcium chloraluminate mineral produced by the above method and containing municipal waste incineration fly ash and purified water sludge.
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.
칼슘클로로알루미네이트의 제조Preparation of calcium chloraluminate
도 1에서와 같이 생활폐기물 소각 비산재와 정수슬러지의 원료를 정확히 칭량한 후 에탄올을 첨가하여 마노유발에 30분 동안 혼합한 후 60℃의 온도로 유지시킨 Dry Oven에 건조시킨다. 건조된 분말을 알루미나 도가니에 넣고 알루미나 도가니에 뚜껑을 덮고 승온 속도는 10℃/min으로 하여 1000~1300℃까지 1시간 소성하였다. As shown in FIG. 1, raw materials of municipal waste incineration fly ash and water sludge are precisely weighed, ethanol is added thereto, and the mixture is agitated for 30 minutes and then dried in a dry oven maintained at a temperature of 60 ° C. The dried powder was placed in an alumina crucible, covered with an alumina crucible, and fired at 1000 ° C to 1300 ° C for 1 hour at a heating rate of 10 ° C / min.
1000℃에서 소성한 물질의 주된 결정상은 칼슘클로로알루미네이트(Calcium chloroaluminate) 결정상과 Anhydrite(CaSO4), KCl, NaCl이 발견되었다. 알루미나 뚜껑을 닫고 소성을 한 결과 칼슘클로로알루미네이트(11CaO·7Al2O3·CaCl2), NaCl과 KCl 결정상이 많음을 알 수 있다. 뚜껑을 닫고 소성을 하였을 때는 염소(Cl-)성분이 휘발되지 않고 존재하고 있으므로 칼슘클로로알루미네이트 결정상이 높게 생성된다.Calcium chloroaluminate crystal phase and anhydrite (CaSO 4 ), KCl, and NaCl were found as major crystal phases of the material calcined at 1000 ℃. The alumina lid was closed and calcined. As a result, it was found that calcium chloroaluminate (11CaO · 7Al 2 O 3 .CaCl 2 ), NaCl and KCl crystal phases were abundant. When the lid is closed and calcined, the chlorine (Cl - ) component is present without being volatilized, so that the calcium chloroaluminate crystal phase is highly produced.
1100℃에서의 결정상도 1000℃의 결정상과 거의 비슷하게 칼슘클로로알루미네이트가 주된 결정상이며, CaSO4가 줄어들면서 gehlenite(CaAlSiO7)가 형성되고 KCl, NaCl도 줄어듦을 알 수 있다. 1200℃의 주된 결정상은 gehlenite이며, 칼슘클로로알루미네이트의 결정상은 점점 없어지며, 미량의 NaCl, KCl이 있다. 1300℃에서도 주된 결정상은 gehlenite이고 칼슘설포알루미네이트(Calciumsulfoaluminate-4CaO·3Al2O3·SO4)의 결정상이 새롭게 생성되었다.And the crystalline phase and the main crystal phase with little or no calcium aluminate Chloro of determination of resolution 1000 ℃ at 1100 ℃, while CaSO 4 is reduced is formed gehlenite (CaAlSiO 7) can be seen to shrink KCl, NaCl. The main crystal phase at 1200 ° C is gehlenite, and the crystalline phase of calcium chloroaluminate gradually disappears and there are trace amounts of NaCl and KCl. At 1300 ° C, the main crystal phase was gehlenite and a crystalline phase of calcium sulfoaluminate (Calciumsulfoaluminate-4CaO · 3Al 2 O 3 · SO 4 ) was newly formed.
실험을 통하여 칼슘클로로알루미네이트(Calcium chloroaluminate)광물을 합성하기 위한 최적의 배합조건은 생활폐기물 소각비산재가 10g, 정수슬러지 7.40g이며 알루미나 뚜껑을 닫고 1100℃로 소성한 것이 칼슘클로로알루미네이트 광물을 제조하는 최적의 제조방법인 것으로 나타났다.
The optimal mixing conditions for the synthesis of calcium chloraluminate mineral were 10g of waste incineration ash, 10g of purified water sludge, 720g of purified water sludge, and calcined at 1100 ℃ with the alumina lid closed. Which is an optimal manufacturing method.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible in the exemplary embodiments without materially departing from the novel teachings and advantages of this invention. something to do.
Claims (2)
(a) 생활폐기물 소각재 100 중량부에 대하여, 정수 슬러지 74 ~ 80 중량부를 혼합시키는 단계;
(b) 상기 혼합물을 알코올과 혼합한 다음, 60~70℃로 건조시키는 단계; 및
(c) 상기 혼합물을 밀폐된 알루미나 도가니에서 승온속도는 10℃/min로 1100℃ ~ 1300℃까지 1~2시간 동안 소성하는 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계의 생활폐기물 소각재는 SiO2, Al2O3, CaO, K2O, Na2O, Fe2O3, MgO, MnO, ZnO, SO3, Cl을 포함하고,
상기 (a) 단계의 정수 슬러지는 SiO2, Al2O3, CaO, K2O, Na2O, Fe2O3, P2O5, MgO, SO3를 포함하고,
게레나이트(CaAlSiO7) 및 칼슘설포알루미네이트(4CaO·3Al2O3·SO4) 결정상이 형성되는 것을 특징으로 하는, 생활폐기물 소각재 및 정수슬러지로부터 칼슘클로로알루미네이트 광물 제조방법.
In a method for producing calcium chloraluminate mineral,
(a) mixing 74 to 80 parts by weight of purified water sludge with 100 parts by weight of municipal solid waste ash;
(b) mixing the mixture with an alcohol and drying at 60 to 70 ° C; And
(c) firing the mixture in a sealed alumina crucible at a heating rate of 10 ° C / min from 1100 ° C to 1300 ° C for 1 to 2 hours,
The municipal waste ash of step (a) comprises SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, K 2 O, Na 2 O, Fe 2 O 3 , MgO, MnO, ZnO, SO 3 ,
Integer sludge of said step (a) contains SiO 2, Al 2 O 3, CaO, K 2 O, Na 2 O, Fe 2 O 3, P 2 O 5, MgO, SO 3,
Wherein calcium aluminate (CaAlSiO 7 ) and calcium sulfoaluminate (4CaO 3Al 2 O 3 .SO 4 ) crystal phases are formed on the surface of the calcium aluminate mineral wastewater.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
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| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191226 Year of fee payment: 4 |