KR20040056593A - 고형화 브릭의 제조방법 - Google Patents

Abstract

특정한 중화제를 사용하여 강알카리성 침출수이 발생을 억제하고 물리화학적 안정성이 우수한 고형화 브릭을 제조하는 방법에 관한 것으로, 물; 철강 슬러지; 철강 슬러지 100중량부당 입도가 4000cm²/g 이상인 고로 슬래그 미분말과 포틀랜드 시멘트가 고로 슬래그 분말/포틀랜드 시멘트 중량비 0.25~4.0으로 혼합된 고화재 30~50중량부; 소결 더스트 0.02~0.1중량부; 및 점토 및/혹은 산회수 슬러지 10~50중량부를 수분의 양을 조절하여 혼합 및 압축 성형한 다음 양생하는 고형화 브릭 제조방법이 제공된다. 상기 방법으로 제조된 고형화 브릭은 생태계 및 환경에 해로운 강알칼리 침출수의 발생이 억제될 뿐만 아니라, 우수한 강도를 나타낸다.

Description

고형화 브릭의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING SOLIDIFICATION BRICK}

본 발명은 고형화 브릭의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정한 중화제를 사용하여 강알카리성 침출수의 발생을 억제하고 물리화학적 안정성이 우수한 고형화 브릭을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래 브릭의 제조방법으로, 대한민국 특허공개 87-5929에는 소각회, 석회류, 알루미늄염 및 탄산소다 염류로 이루어진 고화 첨가제를 사용하여 브릭을 제조하는 방법이 그리고 대한민국 특허공개 97-8689호에서는 제강 전로 슬래그 분말, 생석회, 및 시멘트등을 보조 고화재로 사용하여 브릭을 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이들 방법에서 사용된 고화재는 고가로 비경제적이며 또한 우천 시 물을 흡수하여 압축강도를 거의 상실함으로 매립작업 자체를 불가능하게 할 뿐만 아니라 물과 접촉시 강 알카리성의 침출수가 발생하는 문제가 있다. 따라서, 이들을 매립용 또는 토목용 브릭으로 사용하는 경우 생태계 및 환경에 악영향을 미칠 수 있다.

이에, 본 발명의 목적은 중화제를 사용하여 생태계 및 환경에 해로운 강알칼리성 침출수의 발생을 억제하며, 또한, 물리화학적 안정성이 우수한 고형화 브릭을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면,

물; 철강 슬러지; 철강 슬러지 100중량부당 입도가 4000cm²/g 이상인 고로 슬래그 미분말과 포틀랜드 시멘트가 고로 슬래그 분말/포틀랜드 시멘트 중량비 0.25~4.0으로 혼합된 고화재 30~50중량부; 소결 더스트 0.02~0.1중량부; 및 점토 및/혹은 산회수 슬러지 10~50중량부를 수분의 양을 조절하여 혼합 및 압축 성형한 다음 양생하여 고형화 브릭을 제조하는 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 브릭은 철강 슬러지와 고화재를 주원료로 하며, 이에 알칼리촉진제 및 제조된 브릭에서 강알칼리성 침출수가 발생되는 것을 방지하기 위한 중화제를 브릭의 압축강도를 고려하여 특정한 양을 배합하여 제조된다.

철강 슬러지는 철강 공장에서 발행되며, 미량-수십% 내외의 철 화합물, CaO, SiO₂등의 구성성분으로 하여 이루어지는 일반적인 철강 슬러지가 본 발명의 브릭 제조방법에 적용 가능하다. 이러한 철강 슬러지를 사용하는 이유는 무기성 광물질로 구성되어 시멘트 성분과의 결합성이 양호해지기 때문이다.

고화재로는 입도가 4000cm²/g이상인 고로 슬래그 분말과 일반 포틀랜드 시멘트의 혼합물이 사용된다. 고화재는 물과의 수화작용에 의해 망상구조의 침상 및 로드상으로 된 미세한 결합물인 수화생성물을 형성하여 브릭의 강도 발현에 기여한다. 보다 상세하게, 고화재 성분중 고로 슬래그 미분말과 같은 포졸란 성분은 다량의 에트링가이트(3CaO.Al₂O₃.32H₂O)를 생성하며, 이는 물을 결합수로서 취하여 함수비를 저하시키고 철강 슬러지 입자의 이동을 구속한다. 또한, 고로 슬래그의 구성 성분인 산화칼슘등으로부터 용출되는 칼슘이온이 수산화칼슘으로 되고 철강 슬러지 입자 및 흙(점토)에 함유되어 있는 CaO와 SiO₂, Al₂O₃등의 가용성분이 수산화칼슘과 불용성의 수산화물(칼슘 실리케이트 수화물, 칼슘 알루미네이트 수화물)을 형성하며, 이는 포졸란의 활성화에 의해 경화된다. 이와 같이 경화됨으로써 형성되는 브릭내의 기공이 극소화되고, 이에 따라 강 알카리성 침출수 발생이 억제된다.

이때, 고로 슬래그 분말과 일반 포틀랜드 시멘트는 고로 슬래그 분말/포틀랜드 시멘트 중량비 (이하, '고화재 구성비'라 한다.) 0.25~4.0으로 혼합된다. 구성비가 0.25미만인 경우에는 포틀랜드 시멘트 사용량이 많아져 비경제적이며, 반면에 상기 구성비가 4.0을 초과하는 경우에는 고형화 브릭의 강도 발현이 충분하지 않다.

고로슬래그는 고로 공장에서 발생되며, CaO 40% 내외, SiO 235% 내외, 실리카, 알루미나등을 포함하는 거의 일정한 성분으로 이루어지고 입도가 4000cm²/g 이상인 미분말의 고로 슬래그가 사용된다. 고로 슬래그의 비표면적이 클수록 즉, 입도가 작을수록 물과 반응하여 수화생성물을 형성하는 활성화 작용이 우수하다. 따라서, 최소 4000cm²/g인 고로 슬래그 미분말이 사용되며 입도가 작을수록 좋으나, 경제성 등을 고려하여 입도가 4000cm²/g 이상인 고로 슬래그 미분말로부터 적절히 선정하여 사용할 수 있다.

상기 고화재는 철강슬러지 100중량부당 30~50중량부로 혼합된다. 고화재 함량이 30중량부 미만인 경우에는 고형화 브릭의 강도 발현이 충분하지 않으며, 반면에 50중량부를 초과하는 경우에는 비경제적이다.

상기 알칼리 촉진제로는 부산물 중 가장 효과적인 소결 더스트가 바람직하며, 상기 소결 더스트는 소결 공장에서 발생되며 CaO 50%이상, MgO 30%이상으로 하여 이루어진다. 이는 철강 슬러지 100중량부당 0.02~0.1중량부가 첨가된다.

브릭 형성시 물과 고화재의 수화반응에 의하여 형성되는 고강도의 수화 생성물에 의해 강도가 우수한 브릭이 형성된다. 반응초기에는 고강도의 수화 생성물이 형성되나, 반응이 진행됨에 따라 수화 생성물상에 막이 형성되며 막에 의해 수화 반응이 더 이상 진행되지 않는다. 알칼리 촉진제에 의해 상기 수화생성물상의 막을 제거되어 수화반응이 지속되며, 따라서, 보다 강고한 브릭이 얻어진다.

상기 알칼리 촉진제는 다양한 금속 산화물 등이 복합적으로 함유되어 있는 것으로 물과의 가수분해반응에 의해 수산기를 형성하며 수산기에 의해 상기 막이 제거되고 수화반응이 지속되는 것으로 이해된다. 또한, 알칼리 촉진제는 물과 반응하여 혼합물이 고화되도록 한다. 알칼리 촉진제 또한 고화재와 마찬가지로 입자가 작은 미분말인 것이 반응성이 우수하다.

알칼리 촉진제의 함량이 0.02중량부 미만인 경우에는 알칼리 촉진 효과가 미흡하여 고화재의 수화를 지연시키므로 강도 발현이 충분히 일어나지 않으며, 반면 0.1 중량부를 초과하는 경우에는 불순물로 작용하거나 알칼리 촉진제로 인하여 물리화학적 안정성이 떨어진다.

나아가, 중화제로서 점토 및/혹은 산회수 슬러지가 철강 슬러지 100중량부 당 10~50중량부로 첨가되며, 산회수 슬러지는 산회수 공정에서 발생되는 것을 말한다. 이러한 점토와 산회수 슬러지 고유의 알칼리 중화능으로 브릭을 제조하는 경우, 철강 슬러지, 고로 슬래그 및 포틀랜트 시멘트등의 알칼리 성분을 중화 시킴으로써 제조된 브릭의 사용시 생태계 및 환경에 해로운 강알칼리성의 침출수의 발생이 억제된다. 점토는 수산기를 흡착하여 알칼리성 침출수의 발생을 억제하며, 산회수 슬러지는 주로 폐염산 슬러지로서 이의 주요성분은 철 화합물이며 미량성분으로 실리카 및 알루미나등을 포함하여 이루어지며, 중화작용에 의해 알칼리성 침출수의 발생이 억제된다.

상기 중화제로는 점토 혹은 산회수 슬러지를 각각 단독으로 혹은 혼합하여 사용될 수 있다. 중화제 함량이 철강 슬러지 100중량부당 10중량부 미만인 경우에는 브릭에서 발생하는 침출수가 pH 10이상의 강 알카리성으로 친환경적이지 못하며, 반면에 50중량부를 초과하는 경우에는 고형화 브릭의 강도발현에 바람직하지 않다.

상기 각 성분들은 물과 같이 배합된다. 물(수분)의 양은 물/고화재의 중량비가 0.2~0.5가 되도록 조절한다. 수분의 양이 물/고화재 중량비로 0.2 미만이면 충분히 수화 반응이 진행되기에 물의 양이 충분하지 못하며 0.5이상이면 브릭을 형성하기 위한 혼합물의 물 함량이 많아져 작업성이 떨어지고 성형물을 형성하기 어려울 뿐만 아니라 양생기간이 길어지는 문제가 있다.

이와 같이 배합 후, 성형하고 양생하여 브릭을 제조한다. 성형 및 양생은 일반적인 방법으로 행한다. 양생은 28일 이상동안 양생한다. 28일 미만으로 양생하는 경우에는 충분한 강도를 발현하지 못하기 때문이다.

이와 같이 본 발명의 방법에 의해 제조된 브릭은 점토 및/또는 산회수 슬러지 중화제로 인하여 강 알칼리성 침출수의 발생이 억제되어 보다 친환경적이며, 강도 또한 우수한 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예1

철강 슬러지, 철강슬러지 100중량부당 4000cm²/g 이상의 고로 슬래그 미분말과 일반 포틀랜드 시멘트가 고로 슬래그 미분말/포틀랜드 시멘트 중량비 1.5로 배합된 고화제 43중량부, 소결 더스트 0.02중량부, 및 중화제로는 점토 및/혹은 산회수 슬러지를 하기 표 1에 나타내어지는 양으로 각각 첨가하고, 물/고화재 중량비를 0.3으로 제어한 후, 이들을 혼합하였다.

상기에서 얻어진 혼합물을 성형틀(5cm x 5cm x 5cm)에서 3층 다짐(각층 15cm 높이에서 15회씩 낙하)으로 압축성형하고 탈형한 후, 상온에서 28일간 상대습도 90%이상에서 양생하여 비교예 1~2 및 발명예 2~5의 고형화 브릭을 제조하였다.

그 후, 중화제 함량 및 중화제 구성비에 따른 고형화 브릭의 28일 압축강도를 측정하고 고형화 브릭을 파쇄하여 체로 걸러서 입경이 0.5-5mm로 한 다음, 고형물과 증류수의 비를 1:10(고형물 무게:증류수 부피)으로 하여 120rpm으로 24시간 좌우진탕으로 교반시켜서 중화제 함량에 따른 pH측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

구분	중화제 함량(철강 슬러지 100중량부에 대한 중량부)	중화제 혼합비	28일 양생 후압축강도(kg/cm2)	pH
		(1)점토			(2)산회수슬러지	구성비(1)/(2)의중량비
비교예1	5	60	40	1.5	118.7	11.8
발명예1	10	60	40	1.5	111.6	9.1
발명예2	20	20	80	0.25	105.3	8.1
발명예3	30	80	20	4	102.1	8.5
발명예4	40	0	100	0	98.7	7.6
발명예5	50	100	0	-	80.7	8.0
비교예2	60	60	40	1.5	74.5	7.9

상기 표1에 나타난 바와 같이, 중화제가 철강 슬러지 100중량부에 대하여10~50중량부 함유된 발명예(1~5)에서 28일 압축강도가 모두 80kg/cm²이상으로 충분한 강도를 나타냈으며, pH값도 10이하로 강알칼리성을 띠지 않았다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 고형화 브릭은 생태계 및 환경에 해로운 강알칼리 침출수의 발생이 억제될 뿐만 아니라, 우수한 강도를 나타낸다.

Claims (2)

1. 물; 철강 슬러지; 철강 슬러지 100중량부당 입도가 4000cm²/g 이상인 고로 슬래그 미분말과 포틀랜드 시멘트가 고로 슬래그 분말/포틀랜드 시멘트 중량비 0.25~4.0으로 혼합된 고화재 30~50중량부; 소결 더스트 0.02~0.1중량부; 및 점토 및/혹은 산회수 슬러지 10~50중량부를 수분의 양을 조절하여 혼합 및 압축 성형한 다음 양생하는 고형화 브릭 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수분의 양은 물/고화재의 중량비가 0.2~0.5가 되도록 조절함을 특징으로 하는 고형화 브릭 제조방법.