KR19980033799A - 석탄폐석을 주재로 한 경량골재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄폐석을 주재로 한 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 경량골재는 석탄폐석 미세분말과 석회석 미세분말을 90∼80 : 10∼20 중량 비율로 균일하게 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 물을 첨가, 반죽하여 슬럿지를 만드는 단계; 상기 슬럿지로 소정 크기의 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 건조시키는 단계; 건조된 성형체를 1270∼1330℃로 소성하는 단계에 의해 제조된다. 또한 상기 석탄폐석과 석회석의 혼합물 100중량부에 대해 적철석을 3∼10중량부를 더 첨가, 혼합하여 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면 적은 비용으로 우수한 특성을 갖는 경량골재를 제공함과 동시에 폐기물을 재사용함으써 자원절약의 효과와 폐기물 처리 효과을 얻을 수 있다.

Description

석탄폐석을 주재로 한 경량골재 및 그 제조방법

본 발명은 석탄폐석을 주재로 한 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

각종 건설공사에서 시멘트와 골재의 사용량이 증가함에 따라 천연골재의 양이 급격히 줄어들고 있는 추세이며, 천연의 강모래, 자갈 등은 이미 거의 고갈된 상태이다. 최근에는 강모래 대신에 바다모래를, 자갈 대신에는 돌산의 돌을 자갈 크기로 분쇄하여 사용하고 있는 실정이다.

천연골재 자원은 한정되어 있을 뿐 아니라 강바닥의 모래와 자갈 등의 천연골재 자원을 마구 채취하게 되면 우기시 강의 홍수 조절 능력이 떨어짐은 물론 생태계가 파괴되는 등 환경문제도 발생하게 된다. 따라서 최근에는 새로운 골재 자원의 개발이 시급히 요청되고 있다.

한편, 석탄을 채굴하면 석탄주위에 존재하는 암석이 발생하며, 이는 대부분 석탄으로 사용할 수 없는 석탄폐석이다. 산업폐기물인 이들 석탄폐석은 아직까지 특별한 처리 없이 단순히 야적되고 있다. 따라서 탄광에서는 석탄폐석의 야적 및 그 유지에 경비 부담이 크고 또한 이들은 환경 오염의 원인이 되어 커다란 사화문제로 대두되고 있다.

본 발명의 목적은 석탄폐석을 주재료로 사용하여 탄광지역에 야적되는 폐석의 양을 줄임으로써 환경 오염을 억제함은 물론 폐석의 야적 및 그 유지에 소요되는 비용을 절감토록하여 탄광의 경영 수지 악화를 줄일 수 있으며, 천연 골재자원을 대체함으로써 천연 골재자원 채취에 의한 환경 파괴를 줄일 수 있는 석탄폐석을 주재로 한 경량골재를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 석탄폐석을 주재로 한 경량골재의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 석탄폐석을 주재로 한 경량골재는, 석탄폐석 미세분말 90∼80중량%와 석회석 미세분말 10∼20중량%로 이루어진다. 또한 발포성의 향상을 위하여 석탄폐석과 석회석의 혼합물 100 중량부에 대해 3∼10중량부의 적철석을 더 첨가하여 구성할 수도 있다.

상기한 경량골재의 제조방법은, 석탄폐석과 석회석을 90∼80 : 10∼20 중량비로 균일하게 혼합하는 단계, 상기 혼합물에 물을 첨가 반죽하여 슬러리를 만드는 단계; 상기 슬러리를 소정 크기를 갖도록 성형하는 단계; 상기 성형체를 건조한 후 1270∼1330℃로 소성하는 단계를 구비하여 이루어진다.

이러한 본 발명에 의하면 적은 비용으로 우수한 특성을 갖는 경량골재를 제공함과 동시에 폐기물을 재사용함으써 자원 절약 및 폐기물 처리 효과을 얻을 수 있다.

본 발명에서 주원료로 사용되는 석탄폐석이라 함은 석탄광산에서 석탄 채취후 남은 폐석을 지칭하며, 이를 140매쉬를 통과하도록 분쇄하여 사용한다. 석탄폐석의 화학분석치는 아래의 표1과 같다.

석탄폐석의 화학분석치(중량%)

SiO2	Al2O3	Fe2O	MnO	MgO	CaO	Na2O	K2O	TiO2	P2O5	L.O.I	기타	합계
60.84	23.81	3.20	0.03	0.68	0.02	0.08	2.15	1.01	0.10	6.55	1.53	100

석회석은 CaCO₃의 화학식을 갖는 물질을 사용한다.

본 발명의 경량 골재를 제조함에 있어 필요한 경우 발포성을 좋게 하기 위하여 적철석을 첨가한다. 적철석으로는 천연산의 적철석 광물이나 제철소에서 발생되는 폐기물을 사용한다. 이의 사용량은 석탄폐석과 석회석 전체에 대하여 3∼10중량%인 것이 적절하다. 그 이유는 3중량% 이하로 첨가하면 첨가하지 않을 때와 별다른 차이가 없으며, 10중량% 이상 첨가하면 그 이상을 첨가하더라도 더 이상의 발포 효과를 얻을 수 없다.

본 발명에 따른 경량 골재의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

먼저 석탄폐석 분쇄한 후 디스크 밀로 미분쇄하고 140메쉬를 통과시킨 미세분말의 석탄폐석분에 탄산염암과 같은 석회석을 역시 140메쉬를 통과시킨 석회석 분말과 균일하게 혼합한다. 이때 선택적으로 적철석 등의 첨가제를 첨가할 수 있다.

다음 석탄폐석과 석회석 분말의 혼합물에 물을 첨가하여 반죽한다. 반죽은 매우 끈적끈적한 슬러리 상태가 되도록 하고 이를 성형틀에 장입하여 소정 크기로 성형한다.

다음 성형체를 상온에서 건조한 후 소성로에 넣고 천천히 1270∼1330℃로 온도로 상승시킨 후 약 5분 정도 유지하여 소성한다.

골재의 소성 온도는 사용하는 로(爐)의 종류 및 기타 다른 소성 조건에 따라 달라질 수 있다.

소성은 일반 공기 중에서 또는 환원분위기에서 수행될 수 있다. 환원분위기에서 소성하는 경우에는 공기 중에서 소성할 때보다 약 70∼100℃ 낮은 온도에서 소성할 수 있으며 소성시간도 줄일 수 있다. 여기서 환원분위기라 함은 로타리킬른과 같은 로에 연료로서 방카C유를 사용하 때 불완전 연소에 의해 미연소분이 생기는 경우를 말하며, 질소가스 등의 분위기 하에서 소성하는 경우도 이에 포함된다.

본 발명에서는 실험실용 배치(batch)형 로를 사용하여 1200℃ 이상에서의 승온률을 1∼1.4 ℃/min로 조절하면서 성형체를 소성하였다. 1200℃부터 승온률이 2.0℃/min 보다 빠른 경우에서 내부에서의 발포가스 분해 반응이 충분히 일어나지 않았고 1℃/min 보다 느린 경우에는 전기로 내에서 시료의 체류시간이 길어져 팽창이 잘 진행되지 않았다.

다음 소성된 골재를 냉각한다. 골재의 압축강도는 소결 후 냉각속도에 영향을 받는데, 냉각속도가 느릴수록 압축강도는 커진다.

이하 본 발명을 실시예를 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

[실시예1]

석탄폐석을 분쇄한 후 디스크 밀로 미분쇄하고 140메쉬를 통과시켜 준비된 석탄폐석 분말 90중량부와 석회석 10중량부를 섞어 물로 혼합 반죽한 후 성형하고 상온에서 건조시켰다. 건조된 성형체를 전기로에서 승온속도 6.5℃/min를 유지하면서 1200℃까지, 승온속도 1.4℃/min으로 1355℃까지 승온시켰다. 다음 로의 온도를 1300℃로 떨어뜨려 5분간 유지하여 성형체를 소성하고, 소결된 성형체를 각기 냉각속도를 다르게 냉각시켜 경량골재의 시편을 얻었다.

[실시예2]

석탄폐석 80중량부와 석회석 20중량부의 비율로 하고 소성온도를 1290℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 경량골재 시편을 제조하였다.

실시예1,2에서 제조된 경량골재 시편에 대하여 JIS 규정에 따라 물성을 측정하였으며, 그 결과는 표2와 같다.

소성된 골재의 물리적 특성

물성실시예	절건비중	표건비중	겉보기비중	흡수율	일축압축강도(kg/cm2)
1	0.83∼1.32	0.84∼1.33	0.84∼1.33	0.66∼0.82	465.41∼1110.11
2	1.07∼1.44	1.08∼1.45	1.08∼1.45	0.69∼0.95	427.35∼1094.59

* 상기 치수는 골재가 팽창되기 시작한 온도부터 시료표면이 용융되어 녹기전의 팽창된 시료 7가지에 대한 측정값의 범위를 표시한 것이다.

상기 표2에서 절건 비중은 절대 건조 상태의 골재의 중량을 겉보기 용적(골재 내부의 공극을 함유한 용적)으로 나눈 값을 뜻하며, 아래 식1에 의해 계산하였다. 각 무게는 비중저울을 사용하여 측정하였다.

[식1]

겉보기 비중은 아래 식2에 의해 계산하였다. 각 무게는 비중저울을 사용하여 측정하였다.

[식2]

압축강도는 골재가 파괴될 때의 응력으로써 점재하 강도(point load strength)로 얻은 일축압축강도를 kg/㎠으로 환산한 값을 뜻하며, 포인트 로드 측정기를 사용하여 측정하였다.

흡수율은 골재를 물속에 24시간 담그어 포화시킨 후 함유된 물의 양을 측정하여 표시하였다. 아래 식3에 의해 계산하였다.

[식3]

[실시예3]

소성장치로서 로타리 킬른을 사용한 것을 제외하고는 실시예1,2와 같은 조성과 방법으로 경량골재의 시편을 제조하였다. 이때 로타리 킬른의 연료로는 벙커C유를 사용하여 환원환경 하에서 성형체를 소성하였다.

배치형 전기로를 사용하여 공기 중에서 실험한 실시예 1, 2의 실험결과와 비교할 때, 비중은 약간 높았으나 압축강도는 높았고, 흡수율은 낮아졌다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 석탄폐석을 주재료로 사용하여 탄광지역에 야적되는 폐석의 양을 줄임으로써 환경 오염을 억제함은 물론 폐석의 야적 및 그 유지에 소요되는 비용을 절감토록하여 탄광의 경영 수지 악화를 줄일 수 있으며, 천연 골재자원을 대체함으로써 천연 골재자원 채취에 의한 환경 파괴를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 적은 비용으로 우수한 특성을 갖는 경량골재를 제공함과 동시에 폐기물을 재사용함으써 자원절약의 효과와 폐기물 처리 효과을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 석탄폐석 미세분말 90∼80중량%와 석회석 미세분말 10∼20중량%로 이루어진 석탄폐석을 주재로 한 경량 골재.
2. 석탄폐석과 석회석 미세분말을 90∼80 : 10∼20 중량 비율로 균일하게 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 물을 첨가, 반죽하여 슬럿지를 만드는 단계; 상기 슬럿지로 소정 크기의 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 건조시키는 단계; 건조된 성형체를 1270∼1330℃로 소성하는 단계를 구비하여 이루어진 석탄폐석을 주재로 한 경량골재의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 석탄폐석과 석회석의 혼합물 100중량부에 대해 적철석을 3∼10중량부를 더 첨가, 혼합하는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 주재로 한 경량골재의 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서, 성형체의 소성이 환원환경하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 석탄폐석을 주재로 한 경량골재의 제조방법.