KR101705301B1 - 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라이애시를 정제하여 얻은 실리카 ? 케이크를 혼화재(mineral admixture)로 사용하여 콘크리트를 제조 하는 플라이애시 콘크리트 제조 방법에 관한 것으로, 습식 처리 방법을 사용하여 플라이애시로부터 회수한 실리카 슬러리를 건조 공정을 생략하고, 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake) 상태로 콘크리트 배치 플랜트에 이송한 후 물을 더 첨가한 실리카 슬러리 상태로 계량하여 콘크리트 믹서에 투입하거나, ? 케이크 상태 그대로 계량하여 콘크리트 믹서에 투입한다. 따라서, 실리카를 회수하기 위해 별도의 연료를 사용할 필요가 없고, 미연탄소 등 포졸란 반응에 참여하지 않는 성분을 제거하고 포졸란 반응에 참여하는 성분만 콘크리트 믹서에 투입되므로, 플라이애시 콘크리트에 혼합되는 플라이애시의 배합량을 크게 늘릴 수 있고, 이로 인해 콘크리트의 장기강도를 크게 하고 건조 수축성을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 내수성 및 내화성을 대폭 개선할 수 있으며, 습식 처리 과정에서 혼합한 물의 많은 양을 콘크리트 제조에 그대로 사용하게 되므로, 플라이애시 콘크리트 제조 과정에서 물 사용량을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF CONCRETE WITH SILICA WET CAKE REFINED FROM FLY ASH}
본 발명은 콘크리트 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라이애시를 습식으로 정제하여 얻은 실리카 ? 케이크를 혼화재(mineral admixture)로 사용하여 콘크리트를 제조 하는 플라이애시 콘크리트 제조 방법에 관한 것이다.
석탄을 연소하는 화력발전소 등에서 발생하는 석탄재 중 미분탄 연소 보일러의 집진기로 포집되는 입자상의 것을 플라이애시라고 한다. 플라이애시는 자체는 수경성이 없으나 콘크리트 중의 물에 용해되어 있는 수산화 칼슘과 상온에서 서서히 화합 및 경화하여 불용성의 화합물을 만들 수 있는 양질의 포졸란(pozzolan)이고, 따라서, 플라이애시의 가장 큰 용도는 시멘트의 혼화재였다. 이때, 수산화 칼슘과 반응하여 불용성 화합물을 만드는 물질은 플라이애시 속에 포함된 실리카로 알려져 있다. 플라이애시를 혼화재로 사용한 콘크리트를 일반적으로 플라이애시 콘크리트라고 한다.
한편, 이러한 플라이애시에는 실리카 뿐만 아니라, 세노스피어(cenosphere), 자철석, 산화제2철, 미연탄소, 뮬라이트 등의 유용광물과 불용의 불순물질이 포함되어 있다. 이 가운데 콘크리이트의 성질을 개선하는 포졸란 반응을 일으키는 것은 실리카이고, 나머지 물질들은 콘크리트 성질 개선에 기여하지 못하며, 특히 미연탄소는 콘크리트의 강도를 오히려 약화시킬 수 있기 때문에, 콘크리트 제조시 혼합할 수 있는 플라이애시 양을 법에 의하여 규제하고 있다.
근래에는, 플라이애시로부터 유용광물(세노스피어(cenosphere), 자철석, 산화제2철, 미연탄소, 실리카, 뮬라이트)을 회수하려는 노력이 다양하게 이루어지고 있다. 플라이애시로부터 유용광물을 회수하는데는 건식 처리 방법(특허제10-0527926호, 특허제10-1120221호)과 습식 처리 방법(특허제10-1024540호, 특허제10-1377664호,특허제10-1123662호, 공개특허제10-2010-0014233호,공개특허제10-2014-0018739호,공개특허제10-2014-0018741호, 특허제10-1309173)이 사용되고 있다.
플라이애시의 건식 처리 방식은 마찰전기 분리기를 사용하거나, 전자파조사기와 풍력분급기를 사용하는 것으로, 습식 처리 방식에 비하여 장치의 단위 면적당 처리능력은 크지만, 분급의 정밀도면에서는 뒤지며, 특히 분급 후에도 미연탄소의 잔류량이 3%이상인 경우가 많고, 미연탄소의 잔류량이 3%이상인 플라이애시는 포졸란으로 쓰기 어렵기 때문에 최근에는 습식 처리 방식이 선호 된다.
습식 처리 방법은 플라이애시에 물을 혼합하여 유효광물을 분급하는 방법이다. 습식 처리 방식에 의할 경우, 플라이애시의 미연탄소 잔류량을 0.1% 이내로 줄일 수 있고, 회수되는 세노스피어, 자철석, 뮬라이트, 실리카 등의 순도가 매우 높다. 그러나, 습식처리에 의하여 플라이애시로부터 광물을 회수할 경우, 플라이애시에 물을 70~80 중량% 혼합하여야 하기 때문에 광물 회수과정에서 물을 제거하기 위한 탈수 및 건조 과정을 반드시 거치게 된다. 탈수는 여과기에 의하여 수행되므로 소요 비용이 비교적 적게 드나, 건조는 물을 증발시켜 수분을 제거하는 방식으로 진행되기 때문 건조 과정에서 많은 연료를 필요로 하고, 이는 플라이애시 자원 회수의 경제성 및 산업상 효용성을 크게 떨어 뜨리고 있는 실정이다. 특히, 회수 광물의 30 ~ 35%에 이르는 실리카를 건조시키기 위하여 많은 연료(1톤의 수분 제거에 0.8톤의 LNG 사용)를 사용하고 있고, 이는 회수한 실리카의 가격 대비 회수 공정 비용을 지나치게 크게 하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는, 습식 처리 방법을 사용하여 플라이애시로부터 유용광물을 분리하는 공정 중에 회수한 실리카 슬러리를 별도의 연료를 사용하여 건조시키는 공정 없이 플라이애시 콘크리트 제조에 사용할 수 있는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는, 플라이애시 콘크리트에 혼합되는 플라이애시의 배합량을 크게 늘릴 수 있고, 이로 인해 콘크리트의 장기강도를 크게 하고 건조 수축성을 최소화할 뿐만 아니라, 내수성 및 내화성을 대폭 개선할 수 있는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제3과제는, 플라이애시 콘크리트 제조 과정에서 물 사용량을 대폭 줄일 수 있는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 과제들은, 플라이애시와 물을 혼합하여 플라이애시 광액을 형성하는 플라이애시 광액 형성 단계와, 플라이애시 광액으로부터 세노스피어, 미연탄소, 자성광물(자철석) 및 비자성 중광물(산화제2철)을 분리하는 유용광물 분리단계와, 유용광물을 분리한 플라이애시 광액에 포수제와 기포제를 투입하여 소수화된 실리카가 기포와 함께 슬러리 상태로 부유하게 하여 선별하는 실리카 슬러리 회수 단계와, 상기 실리카 슬러리를 여과기에서 탈수하여 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake)를 형성하는 실리카 ? 케이크 형성 단계와, 상기 실리카 ? 케이크를 콘크리트 배치 플랜트에 이송하는 실리카 ? 케이크 이송 단계와, 이송된 실리카 ? 케이크를, 실리카 ? 케이크의 함수율을 반영한 실리카 슬러리 배합 비율에 따른 정량으로 계량하여 실리카 믹싱 탱크에 투입하는 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계와, 상기 실리카 ? 케이크와 물을 실리카 믹싱 탱크에서 혼합하여 전체 중량에 대해 함수율 45%~55%의 실리카 슬러리를 형성한 후 실리카 슬러리 저장 탱크에 저장하는 실리카 슬러리 생성 저장 단계와, 상기 실리카 슬러리 저장 탱크에 저장된 실리카 슬러리를, 실리카 슬러리의 함수율을 반영한 콘크리트 배합 비율에 따른 조정량으로 계량하여 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 실리카 슬러리 계량 투입 단계와, 콘크리트 배합 비율에 따라 계량된 시멘트와 골재(잔골재, 굵은골재)를 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 시멘트 및 골재 계량 투입 단계와, 상기 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 콘크리트 배합 비율에 따른 물의 양에서 상기 실리카 슬러리에 포함된 물의 양만큼 줄인 양의 물을 계량하여 투입하는 물 감량 투입단계를 포함하는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법에 의하여 해결할 수 있다.
다른 방법으로, 상술한 본 발명의 과제들은, 플라이애시와 물을 혼합하여 플라이애시 광액을 형성하는 플라이애시 광액 형성 단계와, 플라이애시 광액으로부터 세노스피어, 미연탄소, 자성광물(자철석) 및 비자성 중광물(산화제2철)을 분리하는 유용광물 분리단계와, 유용광물을 분리한 플라이애시 광액에 포수제와 기포제를 투입하여 소수화된 실리카가 기포와 함께 슬러리 상태로 부유하게 하여 선별하는 실리카 슬러리 회수 단계와, 상기 실리카 슬러리를 여과기에서 탈수하여 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake)를 형성하는 실리카 ? 케이크 형성 단계와, 상기 실리카 ? 케이크를 콘크리트 배치 플랜트에 이송하는 단계와, 콘크리트 배치 플랜트에 이송된 실리카 ? 케이크를, 실리카 ? 케이크 함수율을 반영한 콘크리트 배합 비율에 따른 조정량으로 계량하여 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계와, 콘크리트 배합 비율에 따라 계량된 시멘트와 골재(잔골재, 굵은골재)를 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 시멘트 및 골재 계량 투입 단계와, 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 콘크리트 배합 비율에 따른 물의 양에서 상기 실리카 ? 케이크에 포함된 물의 양만큼 줄인 양의 물을 계량하여 투입하는 물 감량 투입단계를 포함하는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법에 의하여도 해결할 수 있다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 습식 처리 방법을 사용하여 플라이애시로부터 회수한 실리카 슬러리를 건조 공정을 생략하고, 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake) 상태로 콘크리트 배치 플랜트에 이송한 후 물을 더 첨가한 실리카 슬러리 상태로 계량하여 콘크리트 믹서에 투입하거나, ? 케이크 상태 그대로 계량하여 콘크리트 믹서에 투입하게 되므로, 실리카를 회수하기 위해 별도의 연료를 사용할 필요가 없고, 미연탄소 등 포졸란 반응에 참여하지 않는 성분을 제거하고 포졸란 반응에 참여하는 성분만 콘크리트 믹서에 투입되므로, 플라이애시 콘크리트에 혼합되는 플라이애시의 배합량을 크게 늘릴 수 있고, 이로 인해 콘크리트의 장기강도를 크게 하고 건조 수축성을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 내수성 및 내화성을 대폭 개선할 수 있으며, 습식 처리 과정에서 혼합한 물의 많은 양을 콘크리트 제조에 그대로 사용하게 되므로, 플라이애시 콘크리트 제조 과정에서 물 사용량을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 도 1에 도시된 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법에 사용되는 콘크리트 배치 플랜트의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법의 공정도이다.
도 4는 도 3에 도시된 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법에 사용되는 콘크리트 배치 플랜트의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플라이애시 콘크리트 제조 방법의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라이애시 콘크리트 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용되는 콘크리트 배치 플랜트에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라이애시 콘크리트 제조 방법은, 플라이애시 광액 형성 단계(105)와, 유용광물 분리단계(107)와, 실리카 슬러리 회수 단계(109)와, 실리카 ? 케이크 형성 단계(111), 실리카 ? 케이크 이송 단계(113)와, 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계(115)와, 실리카 슬러리 생성 저장 단계(117)와, 실리카 슬러리 계량 투입 단계(119)와, 시멘트 및 골재 계량 투입 단계(121)와, 물 감량 투입 단계(123)를 순차적으로 거친다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시에 따른 플라이애시 콘크리트 제조 방법은 플라이애시를 분말상 그대로 콘크리트의 혼화재로 사용하지 않고, 습식 정제 과정을 통해 포졸란 반응에 직접 참여하지 않는 광물을 분리하는 과정을 포함한다. 습식 정제 과정을 거칠 경우, 콘크리트의 강도 등을 약화시키는 미연탄소를 부유 선별을 통해 쉽게 잔류량 0.1% 이내로 분리할 수 있다.
이를 위해 상기 광액 형성 단계(105)에서는 플라이애시 20 ~ 30 중량%와 물 70~80중량%을 혼합하여 플라이애시 광액을 형성한다.
상기 유용광물 분리 단계(107)에서는, 플라이애시 광액으로부터 세노스피어, 미연탄소, 자성광물(자철석) 및 비자성 중광물(산화제2철)을 분리한다. 유용광물 분리 단계(107)는 플라이애시와 물를 혼합한 후 부유된 세노스피어(cenosphere) 및 그으름(soot)을 회수하는 단계와, 세노스피어 회수 후 남은 광액에 미연탄소 분리를 위한 포수제를 첨가하여 미연탄소를 회수하는 단계와, 세노스피어 및 미연탄소 회수 후 남은 광액을 자성물질과 비자성물질로 분리하는 자력선별 단계와, 상기 자력선별 단계에서 분리된 자성물질을 원심 비중선별하여 자철석(Fe3O4)을 회수하는 단계와, 상기 자력선별 단계에서 분리된 비자성물질을 원심비중 선별하여 금속성 중광물을 수거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실리카 슬러리 회수 단계(109)에서는, 유용광물을 분리한 플라이애시 광액에 포수제와 기포제를 투입하여 소수화된 실리카가 기포와 함께 슬러리 상태로 부유하게 하여 선별한다. 이때, 필요할 경우 광액의 농도를 25~35%로 조절하고, 산을 투입하여 광액의 산도를 pH 3~5로 조절할 수 있다.
상기 실리카 ? 케이크 형성 단계(111)에서는, 상기 실리카 슬러리를 여과기에서 탈수하여 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake)를 형성한다. 실리카 ? 케이크는 물을 포함하고 있어 물의 무게만큼 무겁지만, 건조된 분말보다 취급성, 작업성 및 운반성이 매우 우수하다.
상기 실리카 ? 케이크 이송 단계(113)에서는, 상기 실리카 ? 케이크를 콘크리트 배치 플랜트에 이송한다. 도 2 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트 배치 플랜트는 종래의 콘크리트 배치 플랜트(53)에 부가적으로 이송되어 온 실리카를 실리카 슬러리 또는 실리카 ? 케이크 상태로 콘크리트 믹서(45)에 투입할 수 있는 설비가 마련된다.
상기 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계(115)에서는, 이송된 실리카 ? 케이크를, 실리카 ? 케이크의 함수율을 반영한 실리카 슬러리 배합 비율(물과 실리카의 배합 비율=45%~55%)에 따른 정량으로 계량하여 실리카 믹싱 탱크(17)에 투입한다.
상기 실리카 슬러리 생성 저장 단계(117)에서는, 상기 실리카 ? 케이크와 물을 실리카 믹싱 탱크(17)에서 혼합하여 전체 중량에 대해 함수율 45%~55%의 실리카 슬러리를 형성한 후 실리카 슬러리 저장 탱크(25)에 저장한다.
상기 실리카 슬러리 계량 투입 단계(119)에서는, 상기 실리카 슬러리 저장 탱크(25)에 저장된 실리카 슬러리를, 실리카 슬러리의 함수율을 반영한 콘크리트 배합 비율에 따른 조정량으로 계량하여 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서(45)에 투입한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 콘크리트 배치 플랜트(Concrete Batch Plant)는 종래의 콘크리트 배치 플랜트(53)에 더하여, 상기 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계(115)와, 상기 실리카 슬러리 생성 저장 단계(117)와, 상기 실리카 슬러리 계량 투입 단계(119)를 더 수행하기 위한 설비가 부가된다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 콘크리트 배치 플랜트는, 통상의 콘크리트 배치 플랜트 제어용 콘트롤러(Controller)(도면에는 미표시)와, 콘크리트 배치 플랜트에 이송되어 온 실리카 ? 케이크를 저장하는 실리카 ? 케이크 저장빈(Silica Wet Cake Storage Bin)(1)과, 상기 콘트롤러에 의하여 제어되어 상기 실리카 ? 케이크 저장빈(1)에 저장된 실리카 ? 케이크가 일정량 만큼 하부로 연속적으로 투하되도록 조절하는 조정댐퍼(Adjusting Damper)(5)와, 상기 콘트롤러에 의하여 제어되어 상기 조정댐퍼(5)를 통해 투하된 실리카 ? 케이크를 이송하면서 미리 설정된 양 만큼 정밀하게 투입되도록 최종속도를 자동 감속하는 웨잉 컨베이어(Weighing Conveyor)(7)와, 상기 웨잉 컨베이어(7)에서 투입된 실리카 ? 케이크의 잔류질량을 계량하여 상기 콘트롤러에 피드백하는 웨잉 호퍼(Weighing Hopper)(9)와, 상기 콘트롤러에 의하여 제어되어 상기 웨잉 호퍼(9)에 저장된 실리카 ? 케이크를 하부로 배출하는 오토댐퍼(Auto Damper)(11)와, 애지테이터(Agitator)(13)가 마련되어 상기 오토댐퍼(11)에 의하여 투입된 실리카 ? 케이크와 물을 혼합한 후 교반하여 실리카 스러리 상태로 배출하는 실리카 믹싱 탱크(Silica Mixing Tank)(17)와, 상기 실리카 믹싱 탱크(17)에 공급할 물을 저장하는 물탱크(Water Tank)(27)와, 상기 물탱크(27)의 물을 상기 실리카 믹싱 탱크(17)에 투입하는 물펌프(Water Pump)(M1, M2)와, 애지테이터(Agitator)(13)가 마련되어 상기 실리카 믹싱 탱크(17)에서 배출된 실리카 슬러리를 저장하면서 교반하는 실리카 슬러리 저장 탱크(Silica Slurry Charge Tank)(25)와, 상기 실리카 슬러리 저장 탱크(25)에 저장된 실리카 슬러리를 콘크리트 배합 비율에 맞는 양으로 콘크리트 믹서(45)에 공급하는 슬러리 펌프(Slurry Pump)(M3, M4)를 포함한다.
상기 실리카 ? 케이크 저장빈(1)의 외면과 상기 웨잉 호퍼(9)의 외면에는 브리지 브레이커(Bridge Breaker)(3)를 마련하여 실리카 ? 케이크가 실리카 ? 케이크 저장(1) 또는 웨잉 호퍼(9)의 내벽에 부착되지 않고 원활하게 하방으로 유동하게 하는 것이 바람직하다. 상기 실리카 믹싱 탱크(17)에는 액체농도계(21)를 마련하여 상기 콘트롤러에 농도를 피드백하게 하고, 상기 콘트롤러는 상기 설정된 농도가 되도록 상기 물펌프(M1, M2)를 제어하는 것이 바람직하다. 상기 실리카 믹싱 탱크(17)에는 적어도 2개의 레벨스위치(최고위 레벨스위치, 최저위 레벨스위치)(19)를 마련하고 레벨스위치의 상태값을 상기 콘트롤러에 전송하여 상기 콘트롤러가 실리카 슬러리의 양이 최고위 레벨스위치에 도달했을 때는 상기 물펌프(M1, M2)와 오토댐퍼(11)를 닫게 하고, 실리카 슬러리의 양이 최저위 레벨스위치에 도달했을 때는 상기 애지테이터(13)의 동작을 정지하게 하는 것이 바람직하다.
상기 실리카 ? 케이크 저장빈(1)의 바닥과 중간부를 연결하는 순환관(P2, P3)을 마련하고, 상기 순환관(P2, P3)에는 고압물펌프(M5)를 구비하여, 콘크리트 배치 플랜트의 일시적 운전 정지 등으로 실리카가 실리카 ? 케이크 저장빈(1)의 바닥에 침전되어 굳어 있고 물이 실리카 상부에 차 있을 때 실리카 상부의 물을 실리카 ? 케이크 저장빈(1)의 바닥으로 유도하여 고압으로 분사함으로써 실리카의 응고 상태를 풀어 주는 것이 바람직하다. 특히 실리카 ? 케이크 저장빈(1)에 침전된 실리카로 인하여 상기 애지테이터(13)의 회전이 방해 받을 경우에는 실리카 ? 케이크 저장빈(1) 바닥에서 상방으로 고압 압력(10kgf/㎠ ~ 30kgf/㎠)의 물을 분사함으로써, 바닥에 침전되어 응고된 실리카를 풀어서 다시 애지테이터(13)에 의한 믹싱이 가능하게 한다.
상기 실리카 슬러리 저장 탱크(25)의 바닥과 중간부를 연결하는 순환관(P4, P5)을 마련하고, 상기 순환관(P4, P5)에는 고압물펌프(M6)를 구비하여, 콘크리트 배치 플랜트의 일시적 운전 정지 등으로 실리카가 실리카 슬러리 저장 탱크(25)의 바닥에 침전되어 굳어 있고 물이 실리카 상부에 차 있을 때 실리카 상부의 물을 실리카 슬러리 저장 탱크(25)의 바닥으로 유도하여 고압으로 분사함으로써 실리카의 응고 상태를 풀어 주는 것이 바람직하다. 특히 실리카 슬러리 저장 탱크(25)에 침전된 실리카로 인하여 상기 애지테이터(15)의 회전이 방해 받을 경우에는 실리카 슬러리 저장 탱크(25) 바닥에서 상방으로 고압 압력(10kgf/㎠ ~ 30kgf/㎠)의 물을 분사함으로써, 바닥에 침전되어 응고된 실리카를 풀어서 다시 애지테이터(15)에 의한 실리카 분산이 가능하게 한다.
상기 물탱크(27)는 별도로 구비할 수도 있지만, 기존의 콘크리트 배합용 물탱크인 물저장조(33)의 물을 물탱크(27)로 병용할 수도 있다. 상기 물탱크(27)와 상기 실리카 믹싱 탱크(17) 사이를 연결하는 물관(W1, W2)에는 제1플로우미터(T1)를 구비하고, 제1플로우미터(T1)의 측정값을 상기 콘트롤러에 전송하여 상기 콘트롤러가 상기 실리카 믹싱 탱크에 공급하는 물의 양을 실리카 슬러지 배합 비율에 맞게 조정할 수 있다. 상기 물탱크(27)와 상기 실리카 믹싱 탱크(17) 사이를 연결하는 물관(W1, W2)에는 상기 콘트롤러에서 제어되는 전자밸브인 제1오토밸브(S1)를 마련하고, 상기 실리카 밍싱 탱크(17)에 물을 투입하지 않을 때는 물관(W2)을 폐쇄하는 것이 바람직하다. 상기 물펌프(M1, M2)는 물관(W1)에 2개를 병렬로 연결하여 하나가 고장이 났을 때 다른 하나의 물펌프(M1, M2)를 사용하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 물펌프(M1, M2)와 상기 제1오토밸브(S1) 사이에서 분지하여 상기 실리카 슬러지 저장 탱크의 배출관인 실리카슬러리관(P6)에 합류하는 물관(W1)을 구비하고 상기 물관(W3)에는 상기 콘트롤러에 의하여 제어되는 제2오토밸브(S2)를 마련하여, 콘크리트 배치 플랜트 사용 중지시 실리카 슬러리관(P1 ~ P6)과 슬러리 펌프(M4, M5) 등을 청소할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 상기 실리카 슬러지 저장 탱크의 배출관인 실리카슬러리관(P6)에는 제4오토밸브(S4)를 마련하여 실리카 슬러리 저장탱크(25) 내에서 잘 분산된 실리카 슬러리만 배출되게 할 수 있다. 상기 상기 실리카 슬러리 저장 탱크(25)에는 레벨스위치(19)를 마련하고 상기 실리카 믹싱 탱크(17)와 상기 실리카 슬러지 저장 탱크(25)를 연결하는 실리카슬러리관(P1)에는 제3오토밸브(S3)를 마련하여, 상기 레벨스위치(19)의 입력값에 따라 상기 콘트롤러가 상기 제3오토밸브(S3)를 개폐하여 실리카 슬러리 배출량을 조절하게 하는 것이 바람직하다. 상기 슬러리 펌프(M3, M4)와 콘트리트 믹서(45) 사이에도 제2플로우미터(T2)와 제5오토밸브(S5)를 마련하고, 제2플로우미터(T2)의 계측값과 콘트리트 배합 비율에 따라 상기 콘트롤러가 상기 제5오토밸브(S5)를 제어하게 하는 것이 바람직하다.
다시 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계(115)에서는, 이송된 실리카 ? 케이크를 상기 실리카 ? 케이크 저장빈(1)에 투입한 후, 상기 조절 댐퍼(5)에 의하여 상기 실리카 ? 케이크 저장빈의 실리카 ? 케이크를 상기 웨잉 컨베이어(7)에 투하하고, 상기 웨잉 컨베이어(7)에 의하여 이송된 실리카 ? 케이크를 웨잉 호퍼(9)에서 계량한 후 오토 댐퍼에 의하여 상기 실리카 믹싱 탱크에 정량씩 공급한다.
실리카 슬러리 생성 저장 단계(117)에서는, 상기 실리카 믹싱 탱크(17)에 투입된 실리카 ? 케이크와 정량씩 공급된 물을 애지테이터(13)에 의하여 혼합하여 일정한 함수율의 실리카 슬러리를 형성한 후, 상기 실리카 믹싱 탱크(17)에서 형성된 실리카 슬러리를 상기 오토밸브(S3)를 개방하여 상기 실리카 슬러리 저장 탱크(25)에 저장한다.
실리카 슬러리 계량 투입 단계(119)에서는, 상기 실리카 슬러리 저장 탱크(25)에 저장된 실리카 슬러리를, 상기 제2플로우미터(T2)에 의하여 계량하면서, 슬러리 펌프에 의하여 정량씩 콘크리트 믹서(45)에 투입한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 콘크리트 배치 플랜트는 종래 콘크리트 배치 플랜트의 구성요소인 자갈 공급장치와, 시멘트 공급장치와, 물 공급장치를 구비한다. 상기 자갈 공급장치는 하부에 상기 콘트롤러에 의하여 개폐되는 게이트(G1, G2, G3)가 마련된 다수의 자갈저장조(29a, 29b, 29c)와, 하부에 상기 콘트롤러에 의하여 개폐되는 게이트(G4, G6, G6)가 마련되고 상기 자갈저장조(29a, 29b, 29c)에서 투입된 자갈 중량을 계량하여 상기 콘트롤러에 피드백하여 콘크리트 배합 비율에 맞는 일정한 양의 자갈을 상기 콘크리트 믹서(45)에 투입하는 자갈 계량조(35)로 구성된다. 각 자갈조(29a, 29b, 29c)에 저장된 자갈의 크기 및 종류는 다르다. 상기 시멘트 공급장치는 하부에 시멘트를 콘트리트 믹서(45)에 투입하는 로터리피터(32)가 마련딘 시멘트저장조(31)와, 하부에 상기 콘트롤러에 의하여 개폐되는 게이트(G7)가 마련되고 상기 시멘트저장조(31)에서 투입된 시멘트 중량을 계량하여 상기 콘트롤러에 피드백하여 콘크리트 배합 비율에 맞는 일정한 양의 시멘트를 상기 콘크리트 믹서(45)에 투입하는 시멘트 계량조(41)로 구성된다. 상기 물 공급장치는 상기 콘트롤러에 의하여 개폐되는 제6오토밸브(S6)가 마련된 물저장조(33)와, 상기 콘트롤러에 의하여 개폐되는 제7오토밸브(S7)가 하부에 마련되고 상기 물저장조(33)에서 투입되 물의 중량을 계량하여 상기 콘트롤러에 피드백하여 콘크리트 배합 비율의 물의 양에서 실리카 슬러리의 함수량을 뺀 물의 양을 상기 콘크리트 믹서(45)에 투입하는 물 계량조(43)를 포함한다.
다시 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 시멘트 및 골재 계량 투입 단계(121)에서는, 콘크리트 배합 비율에 따라 계량된 시멘트와 골재(잔골재, 굵은골재)를 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서(45)에 투입한다. 또한, 상기 물 감량 투입 단계(123)에서는, 상기 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서(45)에 콘크리트 배합 비율에 따른 물의 양에서 상기 실리카 슬러리에 포함된 물의 양만큼 줄인 양의 물을 계량하여 투입한다.
상기 콘크리트 믹서(45)에서는, 투입된 실리카 슬러리, 각종 크기의 자갈, 시멘트 및 물을 믹싱함으로써 플라이애시 콘트리트를 만들어 레미콘 차량(55) 등에 공급한다.
다음, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플라이애시 콘크리트 제조 방법 및 이 제조 방법에 사용되는 콘크리트 배치 플랜트에 대하여 설명한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 플라이애시 콘크리트 제조 방법은, 플라이애시 광액 형성 단계(205)와, 유용광물 분리단계(207)와, 실리카 슬러리 회수 단계(209)와, 실리카 ? 케이크 형성 단계(211), 실리카 ? 케이크 이송 단계(213)와, 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계(215)와, 시멘트 및 골재 계량 투입 단계(217)와, 물 감량 투입 단계(219)를 순차적으로 거친다.
플라이애시와 물을 혼합하여 플라이애시 광액을 형성하는 플라이애시 광액 형성 단계(205)와, 플라이애시 광액으로부터 세노스피어, 미연탄소, 자성광물(자철석) 및 비자성 중광물(산화제2철)을 분리하는 유용광물 분리단계(207)와, 유용광물을 분리한 플라이애시 광액에 포수제와 기포제를 투입하여 소수화된 실리카가 기포와 함께 슬러리 상태로 부유하게 하여 선별하는 실리카 슬러리 회수 단계(209)와, 상기 실리카 슬러리를 여과기에서 탈수하여 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake)를 형성하는 실리카 ? 케이크 형성 단계(211)와, 상기 실리카 ? 케이크를 콘크리트 배치 플랜트에 이송하는 단계(213)는 위에서 설명한 본 발명의 일 실시 예에서와 같다.
도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시 예의 특징은 이송된 실리카 ? 케이크를 슬러지화 하지 않고 계량하여 직접 콘크리트 믹서에 투입한 데 있다. 이를 위해, 상기 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계에서는, 콘크리트 배치 플랜트에 이송된 실리카 ? 케이크를, 실리카 ? 케이크 함수율을 반영한 콘크리트 배합 비율에 따른 조정량으로 계량하여 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서(45)에 투입한다.
상기 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계에서는 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 콘크리트 배치 플랜트를 사용한다. 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 콘크리트 배치 플랜트는, 실리카 ? 케이크 저장빈(1)과, 상기 실리카 ? 케이크 저장빈(1)에 저장된 실리카 ? 케이크를 계량하여 웨잉 컨베이어(7)에 투입하는 스크류 피더(Screw Feeder)(47)와, 상기 공급 컨베이어(Supply Conveyor)(8)에 의하여 이송된 실리카 ? 케이크를 저장하면서 일정량씩 배출하는 로스인 웨잉 호퍼(49)와, 상기 로스인 웨잉 호퍼(49)에서 배출된 실리카 ? 케이크를 상기 콘트리트 믹서(45)에 투입하는 웨잉 스크류 피더(51)를 구비한다.
도 4에 도시된 콘크리트 배치 플랜트에서, 상기 물 계량조(43)는 콘크리트 배합 비율의 물에서 실리카 ? 케이크의 함수량을 뺀 양의 물을 상기 콘크리트 믹서(45)에 투입하도록 상기 콘트롤러에 의하여 제어된다.
도 3을 참조하여 설명하면, 상기 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계(215)에서는, 이송된 실리카 ? 케이크를 실리카 ? 케이크 저장빈(1)에 투입한 후, 스크류 피더(47)에 의하여 공급 컨베이어(8)에 투하하고, 상기 공급 컨베이어(8)에 의하여 이송된 실리카 ? 케이크를 로스인 웨잉 호퍼(49)에서 일정량씩 계량하여 웨잉 스크류 피더(51)에 공급하고, 상기 웨잉 스크류 피더(51)는 로스인 웨잉 호퍼(49)에서 투입된 일정량의 실리카 ? 케이크 전부를 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서(45)에 투입한다.
상기 시멘트 및 골재 계량 투입 단계(217)에서는, 콘크리트 배합 비율에 따라 계량된 시멘트와 골재(잔골재, 굵은골재)를 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서(45)에 투입하고, 상기 물 감량 투입단계(219)에서는, 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서(45)에 콘크리트 배합 비율에 따른 물의 양에서 상기 실리카 ? 케이크에 포함된 물의 양만큼 줄인 양의 물을 계량하여 투입한다.
상기 콘크리트 믹서(45)에서는, 투입된 실리카 ? 케이크, 각종 크기의 자갈, 시멘트 및 물을 믹싱함으로써 플라이애시 콘트리트를 만들어 레미콘 차량(55) 등에 공급한다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 습식 처리 방법을 사용하여 플라이애시로부터 회수한 실리카 슬러리를 건조 공정을 생략하고, 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake) 상태로 콘크리트 배치 플랜트에 이송한 후 콘크리트 배치 플랜트에 이송한 후 물을 더 첨가한 실리카 슬러리 상태로 계량하여 콘크리트 믹서에 투입하거나, ? 케이크 상태 그대로 계량하여 콘크리트 믹서에 투입하게 되므로, 실리카를 회수하기 위해 별도의 연료를 사용할 필요가 없고, 미연탄소 등 포졸란 반응에 참여하지 않는 성분을 제거하고 포졸란 반응에 참여하는 성분만 콘크리트 믹서에 투입되므로, 플라이애시 콘크리트에 혼합되는 플라이애시의 배합량을 크게 늘릴 수 있고, 이로 인해 콘크리트의 장기강도를 크게 하고 건조 수축성을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 내수성 및 내화성을 대폭 개선할 수 있으며, 습식 처리 과정에서 혼합한 물의 많은 양을 콘크리트 제조에 그대로 사용하게 되므로, 플라이애시 콘크리트 제조 과정에서 물 사용량을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
1 : 실리카 ? 케이크 저장빈 3 : 브릿지 브레이커
5 : 조정댐퍼 7 : 웨잉 컨베이어
9 : 웨잉 호퍼 11 : 오토 댐퍼
13, 15 : 애지테이터 17 : 실리카 믹싱 탱크
19 : 레벨스위치 21 : 액체농도계
23 : 체크밸브 25 : 실리카 슬러리 저장 탱크
27 : 물탱크 29a ~ 29c : 자갈저장조
31 : 시멘트저장조 32 : 로터리피더
33 : 물저장조 35, 37, 39 : 자갈계량조
41 : 시멘트계량조 43 : 물계량조
45 : 콘크리트 믹서 47 : 스크류피더
49 : 로스인 웨잉 호퍼 51 : 웨잉 스크류 피더
53 : 종래 콘크리트 배치 플랜트 55 : 레미콘 차량
G1 ~ G8 : 게이트 M1 ~ M4 : 펌프
P1 ~ P6 : 실리카슬러리관 S1 ~ S7 : 오토밸브
T1, T2 : 플로우미터 W1 ~ W3 : 물관

Claims (4)

  1. 플라이애시와 물을 혼합하여 플라이애시 광액을 형성하는 플라이애시 광액 형성 단계;
    플라이애시 광액으로부터 부유된 세노스피어(cenosphere) 및 그으름(soot)을 회수하는 단계와, 세노스피어 회수 후 남은 광액에 미연탄소 분리를 위한 포수제를 첨가하여 미연탄소를 회수하는 단계와, 세노스피어 및 미연탄소 회수 후 남은 광액을 자성물질과 비자성물질로 분리하는 자력선별 단계와, 상기 자력선별 단계에서 분리된 자성물질을 원심 비중선별하여 자철석(Fe3O4)을 회수하는 단계와, 상기 자력선별 단계에서 분리된 비자성물질을 원심비중 선별하여 금속성 중광물을 수거하는 단계로 이루어지는 유용광물 분리 단계;
    유용광물을 분리한 플라이애시 광액에 포수제와 기포제를 투입하여 소수화된 실리카가 기포와 함께 슬러리 상태로 부유하게 하여 선별하는 실리카 슬러리 회수 단계;
    상기 실리카 슬러리를 여과기에서 탈수하여 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake)를 형성하는 실리카 ? 케이크 형성 단계;
    상기 실리카 ? 케이크를 콘크리트 배치 플랜트에 이송하는 실리카 ? 케이크 이송 단계;
    이송된 실리카 ? 케이크를, 실리카 ? 케이크의 함수율을 반영한 실리카 슬러리 배합 비율에 따른 정량으로 계량하여 실리카 믹싱 탱크에 투입하는 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계;
    상기 실리카 ? 케이크와 물을 실리카 믹싱 탱크에서 혼합하여 전체 중량에 대해 함수율 45%~55%의 실리카 슬러리를 형성한 후 실리카 슬러리 저장 탱크에 저장하는 실리카 슬러리 생성 저장 단계;
    상기 실리카 슬러리 저장 탱크에 저장된 실리카 슬러리를, 실리카 슬러리의 함수율을 반영한 콘크리트 배합 비율에 따른 조정량으로 계량하여 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 실리카 슬러리 계량 투입 단계;
    콘크리트 배합 비율에 따라 계량된 시멘트와 골재(잔골재, 굵은골재)를 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 시멘트 및 골재 계량 투입 단계; 및
    상기 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 콘크리트 배합 비율에 따른 물의 양에서 상기 실리카 슬러리에 포함된 물의 양만큼 줄인 양의 물을 계량하여 투입하는 물 감량 투입단계;를 포함하는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계에서는, 이송된 실리카 ? 케이크를 실리카 ? 케이크 저장빈에 투입한 후, 조절 댐퍼에 의하여 상기 실리카 ? 케이크 저장빈의 실리카 ? 케이크를 웨잉 컨베이어에 투하하고, 상기 웨잉 컨베이어에 의하여 이송된 실리카 ? 케이크를 웨잉 호퍼에서 계량한 후 오토 댐퍼에 의하여 상기 실리카 믹싱 탱크에 정량씩 공급하고,
    실리카 슬러리 생성 저장 단계에서는, 상기 실리카 믹싱 탱크에 투입된 실리카 ? 케이크와 정량씩 공급된 물을 애지테이터에 의하여 혼합하여 일정한 함수율의 실리카 슬러리를 형성한 후, 상기 실리카 믹싱 탱크에서 형성된 실리카 슬러리를 오토밸브에 의하여 상기 실리카 슬러리 저장 탱크에 저장하고,
    실리카 슬러리 계량 투입 단계에서는, 상기 실리카 슬러리 저장 탱크에 저장된 실리카 슬러리를, 플로우미터에 의하여 계량하면서, 슬러리 펌프에 의하여 정량씩 콘크리트 믹서에 투입하는 것을 특징으로 하는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법.
  3. 플라이애시와 물을 혼합하여 플라이애시 광액을 형성하는 플라이애시 광액 형성 단계;
    플라이애시 광액으로부터 세노스피어, 미연탄소, 자철석 및 산화제2철을 분리하는 유용광물 분리단계;
    유용광물을 분리한 플라이애시 광액에 포수제와 기포제를 투입하여 소수화된 실리카가 기포와 함께 슬러리 상태로 부유하게 하여 선별하는 실리카 슬러리 회수 단계;
    상기 실리카 슬러리를 여과기에서 탈수하여 전체 중량에 대해 함수율 15중량%~25중량%의 실리카 ? 케이크(silica wet cake)를 형성하는 실리카 ? 케이크 형성 단계;
    상기 실리카 ? 케이크를 콘크리트 배치 플랜트에 이송하는 단계;
    콘크리트 배치 플랜트에 이송된 실리카 ? 케이크를, 실리카 ? 케이크 함수율을 반영한 콘크리트 배합 비율에 따른 조정량으로 계량하여 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계;
    콘크리트 배합 비율에 따라 계량된 시멘트와 골재(잔골재, 굵은골재)를 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 시멘트 및 골재 계량 투입 단계; 및
    콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 콘크리트 배합 비율에 따른 물의 양에서 상기 실리카 ? 케이크에 포함된 물의 양만큼 줄인 양의 물을 계량하여 투입하는 물 감량 투입단계;를 포함하는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실리카 ? 케이크 계량 투입 단계에서는, 이송된 실리카 ? 케이크를 실리카 ? 케이크 저장빈에 투입한 후, 스크류 피더에 의하여 공급 컨베이어에 투하하고, 상기 공급 컨베이어에 의하여 이송된 실리카 ? 케이크를 로스인 웨잉 호퍼에서 일정량씩 계량하여 웨잉 스크류 피더에 공급하고, 상기 웨잉 스크류 피더는 로스인 웨잉 호퍼에서 투입된 일정량의 실리카 ? 케이크 전부를 콘크리트 배치 플랜트의 콘크리트 믹서에 투입하는 것을 특징으로 하는 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법.
KR1020140177255A 2014-12-10 2014-12-10 습식 플라이애시를 이용한 콘크리트 제조 방법 KR101705301B1 (ko)

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