KR20020050429A

KR20020050429A - 이산화탄소를 이용한 제강슬래그의 전처리방법

Info

Publication number: KR20020050429A
Application number: KR1020000079578A
Authority: KR
Inventors: 김형석; 변태봉; 이학봉; 배우현; 한기현
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-06-27
Also published as: KR100476811B1

Abstract

본 발명은 이산화탄소를 이용한 제강슬래그의 전처리 방법에 관한 것으로, 그 구성은

해안 매립, 호안 구축용 뒷채움재 또는 인공어초등의 항만 재료로 사용되는 슬래그를 전처리하는 방법에 있어서,

이산화탄소 3∼30% 혹은 이를 함유하고 있는 배가스 분위기하에 그 농도를 일정하게 유지하면서 제강슬래그를 2일이상 재치시켜 그 표면층에 탄산칼슘을 용출시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 슬래그의 전처리방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 제조된 슬래그에 이산화탄소를 미리 작용시켜 그 표면에서 탄산칼슘을 용출해냄으로써 알칼리성의 슬래그 간극수에 의한 백탁현상을 방지하거나, 혹은 슬래그를 인공어초등의 생물 서식환경에 사용될 경우 생물의 생육에 친화적인 기질을 제공할 수 있다.

Description

이산화탄소를 이용한 제강슬래그의 전처리 방법{A PRETREATMENT METHOD OF STEEL SLAG BY USING CARBON DIOXIDE}

본 발명은 이산화탄소를 이용한 제강슬래그의 전처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토목용 재료로 제강슬래그를 대량 사용할 때 발생되는 알칼리성의 슬래그 간극수에 의한 백탁현상을 방지하거나, 혹은 슬래그를 인공어초등의 생물 서식환경에 사용될 경우 생물의 생육에 친화적인 기질을 제공할 수 있도록 슬래그 표면층을 전처리하는 방법에 관한 것이다.

제철소의 제강 공정에서 다량 발생되는 제강슬래그는 용선에 산소를 취련하여 용강을 만들 때 용선중에 포함된 불순물을 제거하기 위하여 투입된 생석회가 용선중의 불순물인 Si, P, S등과 산화 반응하면서 생기는 물질이다. 이러한 제강슬래그는 현재 일부는 토목용 골재 및 시멘트클린커 원료 등으로 재활용되고 있으며, 나머지는 매립되고 있는 실정이다.

그러나 매립지 확보가 점차 어려워지고 지금까지의 활용 방법만으로는 한계가 있기 때문에 새로운 재활용 방안을 개발하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러한 노력들 중에 최근 주목받고 있는 분야가 해양용으로 슬래그를 활용하는 기술의 개발에 관한 것이고, 일부는 이미 활용되고 있는 부분도 있다.

해양에서 슬래그를 활용할 수 있는 부분은 해양토목, 즉 항만건설등의 용도와 인공어초와 같은 해양생물용으로 크게 두가지로 구분할 수 있다.

해양용은 모두 항상 대량으로 활용될 수 있는 가능성이 많기 때문에, 제강슬래그를 한정된 지역에 대량 사용할 경우 생길 수 있는 문제점들을 해결하는 방법도 같이 연구해야 할 것이다.

이하에 제강슬래그의 화학성분을 도표화하였다.

Fe₂O₃	FeO	SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	MnO	P₂O₅	TiO₂
8.7∼9.6	12.0∼13.3	12.2∼13.2	40.3∼40.8	2.6∼3.0	6.5∼7.1	4.1∼5.7	1.7∼1.8	1.2∼1.6

상기표에서 보듯이, 제강슬래그는 화학성분상 CaO가 타성분에 비해 많이 함유되어 있음을 알 수 있다. 이러한 이유 때문에 제강슬래그내에는 CaO성분이 다른성분들과 화합물을 형성하지 못하고 유리석회 상태로 소량 존재하기도 하며, 그리고 화합물을 형성한 CaO라 할지라도 그 고유특성상 물과 접촉할 경우 비교적 쉽게 용출되는 경향이 있다. Ca 성분은 물에 용출될 경우 알칼리성을 띄게되며 pH값으로 12이상을 상회할 수도 있다.

일반적으로 해수의 pH는 약 8∼8.5정도의 약알칼리성을 나타낸다. 슬래그가 해양에 사용될 경우 슬래그에서 용출되는 Ca성분때문에 그 부근은 국부적으로 알칼리성을 나타낼 수 있지만 막대한 양의 해수가 가지는 완충력 때문에 곧 그 효과는 상쇄될 것이다. 또한가지 발생될 수 있는 문제점은 백탁현상이다. 이는 제강슬래그에서 용출된 Ca 이온이 해수중의 탄산이온과 반응하여 CaCO₃백색 입자를 형성하면서 백색 현탁수가 나타나는 현상이다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제들을 발생하지 않도록 슬래그를 전처리하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 실제 백화현상에 의해 황폐화된 바다 암반 지역에 본 발명에 의해 전처리된 제강슬래그를 투입하고 해조류 부착상태를 관찰한지 3개월이 경과할 때 찍은 사진이다.

본 발명에 의하면,

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 이산화탄소를 이용하여 제강슬래그의 표면층에 탄산칼슘을 석출시켜 그 표면층을 중성화함으로써 추후 공정에서 슬래그로부터의 칼슘 용출을 억제하거나, 혹은 그 용출속도를 느리게 함으로써 단시간에 슬래그와 접촉하는 물의 pH를 상승시키는 것을 방지하는데 특징이 있다.

즉, 본 발명에서는 이산화탄소의 농도가 적정 농도로 유지되는 공간에 제강슬래그를 일정시간 이상 방치해둠으로써 제강슬래그 표면에 있는 수용성 Ca성분과 이산화탄소가 반응하여 탄산칼슘을 형성함으로써 그 표면층으로부터의 용출능을 저하시키고, 표면을 중성화하여 물과 반응하여도 pH가 중성영역에 존재하도록 한다.

본 발명에서는 이같은 적용함으로써 추후에 슬래그를 물속에 오랜시간동안 침지하여도 pH가 중성영역에 있으며 백탁현상 또한 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.

본 발명에서 사용하는 슬래그로는 전로 슬래그를 포함한다. 또한 그 입도는 일반적으로 제철소에서 배출되는 입도인 25mm이하인 것이면 좋다.

본 발명의 방법에 의하면 그 표면층에 미리 탄산칼슘을 석출시킴으로써 표면으로부터 용출을 낮추고 표면을 중성화하여 물과 반응하여도 pH가 중성영역에 존재하도록 한다.

또한, 제강슬래그를 중성화하기 위해 사용되는 이산화탄소로는 순수 이산화탄소이외에 이산화탄소를 함유하고 있는 배가스를 이용할 수 있다. 이 경우에는 배가스중 이산화탄소를 제강슬래그에 고정하는 효과도 거둘 수 있다. 즉, 배가스를 사용하면 실제 저렴한 비용으로 제강슬래그를 전처리할 수 있으므로 바람직하다.

또한 이때 사용하는 이산화탄소의 농도는 3∼30%, 보다 바람직하게는 배가스내에 이산화탄소가 10∼20% 포함되어 있다는 점으로부터 제철소에서 배출되는 배가스를 그대로 적용할 수 있는 잇점을 갖는 10∼20%인 것이 좋다.

이때 이산화탄소로의 처리 시간은 2일 이상이면 바람직한 바, 하루종일 처리하면 상당히 중성화가 진척되게 되며, 보다 정확하게는 2일 이상이면 확실하게 물에 침지시 슬래그의 pH를 8.5이하로 조절할 수 있기 때문에 본 발명에서는 2일 이상 이산화탄소로 처리하는 것으로 한정한 것이다.

이와 같은 방법으로 슬래그를 이산화탄소로 전처리하게 되면, 표면에 탄산칼슘을 용출시키게 되며, 그 함량은 이같이 처리된 슬래그를 물에 침지시키는 경우 그 pH값을 8.5이하로 만족할 정도의 양이 된다.

또한 본 발명의 방법에 의해 전처리된 슬래그를 항만 시설이나 인공 어초로 적용할 경우에는 그 표면층이 pH8.5이하의 약알칼리성 내지는 중성조건이기 때문에 해양 미생물이 생육하기에 좋은 조건을 갖추게 되는 잇점을 갖는다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

<실시예 1>

본 실시예는 제강슬래그를 이산화탄소로 처리하는 방법에 관한 모의실험이다.

일반적으로 제강슬래그는 제철소의 슬래그 처리설비를 거치게 되면 그 입도가 약25mm이하이게 된다. 그리고, 이들을 물에 침지한 상태로 유지하면 pH가 상승하게 된다.

이같은 제강슬래그를 입도별로 구분하여 이산화탄소 처리를 한 후 물속에 물:제강슬래그의 무게비가 1:2.5의 비율이 되도록 침지하여 3시간후 pH를 측정하였다.

여기서 이산화탄소 처리란 밀폐된 항온조내 이산화탄소 농도를 일정하게 유지한후 슬래그를 투입하여 5일간 유지시키면서 1일 단위로 시료를 채취하여 pH를 측정하였다.

이때 이산화탄소 농도는 배가스에 포함된 농도인 10%와 20%로 각각 유지하면서 실험하였으며, 항온조 온도는 25℃ 그리고 습도는 60%로 조절하였다. 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

처리시간(일)	이산화탄소 처리 농도 및 제강슬래그 입도
	13∼25mm	5∼13mm	2.5∼5mm	∼2.5mm
	10%	20%	10%	20%	10%	20%	10%	20%
0(처리전)	9.68	9.96	10.04	12.09
1	8.52	8.55	8.62	8.47	8.92	9.15	8.67	8.72
2	8.38	8.22	8.32	8.44	8.41	8.32	8.21	8.12
3	8.24	8.33	8.18	8.21	8.19	8.24	8.30	8.24
4	8.25	8.11	8.20	8.22	8.17	8.19	8.15	8.22
5	8.19	8.12	8.23	8.28	8.27	8.22	8.05	8.13

상기표에서 보듯이, 하룻동안만 이산화탄소에 처리하여도 표면의 전처리는 상당히 진척됨을 알 수 있으며, 일반적인 해수의 pH값인 8.5 이하로 조절하기 위해서는 2일정도 처리하는 것이 바람직한 것이다.

또한 이산화탄소 농도 10% 및 20% 모두에 대하여 효과가 탁월함을 확인할 수 있었다.

<실시예 2>

본 실시예에서는 본 발명에 의한 슬래그를 인공 어초로 적용할 경우에 그 표면의 미생물 생육 정도를 관찰하는 실험을 실시하였다.

실제 백화현상에 의해 황폐화된 바다 암반 지역에 실시예 1에 의해 전처리된 제강슬래그를 투입하고 해조류 부착상태를 관찰한지 3개월이 경과할 때의 사진을 도 1에 도시하였다.

도면에서 보듯이, 기존의 암반에는 해조류가 계속 부착하지 못하고 있으나, 본 발명에 의해 전처리된 슬래그에는 해조류가 평균 길이 5∼6cm정도로 부착하여 성장하는 것을 확인할 수 있었다.

결과적으로, 본 발명의 방법에 의하면 간편하고도 효율적으로 슬래그의 표면을 전처리함으로써 차후에 백탁수의 생성을 방지할 수 있으며, 또한 인공어초등의 해안시설에 적용할 경우에는 그 표면에 해양미생물의 생육 효율을 높일 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims

해안 매립, 호안 구축용 뒷채움재 또는 인공어초등의 항만 재료로 사용되는 슬래그를 전처리하는 방법에 있어서,

이산화탄소 3∼30% 혹은 이를 함유하고 있는 배가스 분위기하에 그 농도를 일정하게 유지하면서 제강슬래그를 2일이상 재치시켜 그 표면층에 탄산칼슘을 용출시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 슬래그의 전처리방법
제1항에 있어서, 상기 이산화탄소의 농도는 10∼20%범위내임을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 상기 슬래그의 입도범위는 25mm이하임을 특징으로 하는 방법