KR20050051768A - 정련 슬래그를 사용한 알루미나 시멘트 클링커의 제조방법 - Google Patents

정련 슬래그를 사용한 알루미나 시멘트 클링커의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정련 슬래그 20∼60중량%, 보크사이트 33∼ 52중량%, 생석회 7∼28중량%를 혼합하여 소성한 것을 특징으로 하는 알루미나 시멘트 클링커의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하여 알루미나 시멘트의 품질향상 및 소성 에너지 절감에 기여하고 또한 산업 부산물을 사용하여 천연원료의 사용량 저감 및 환경보호와 경제성 있는 알루미나 시멘트 클링커를 제조할 수 있다.

Description

정련 슬래그를 사용한 알루미나 시멘트 클링커의 제조방법{Process of producing alumina cement clinker using refined slag}
본 발명은 알루미나 시멘트의 원료인 생석회(또는 석회석)와 보크사이트 원료를 균일하게 혼합하여 1500∼1800℃로 소성하여 제조되는 알루미나 시멘트를 제조하는데 있어서, 상기 천연원료들을 제강 공장의 부산물인 정련 슬래그로 일부 대체·사용하여 알루미나 시멘트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
알루미나 시멘트 클링커는 CaO·Al2O3를 주성분으로 하고, 12CaO·7Al2 O3과 CaO·2Al2O3 광물 및 수정계의 미량 광물도 소량 포함하고 있는 소성물이다. 알루미나 시멘트는 수화시에 초기 강도값이 1종 보통 포틀랜드 시멘트의 28일 강도와 유사한 초조강 특성을 나타내며, 이는 주로 CA 광물의 수화특성 때문이다. 국내에서는 알루미나 시멘트를 캐스터블 내화물의 바인더, 내화 및 특수 시멘트용으로 사용한다. 또한 내황산염 포틀랜드 시멘트나 고로시멘트보다 강한 화학적 저항성을 가져 내식성, 내화성 등이 보통의 시멘트보다 우수하기 때문에 항만의 방파제, 낙농용 건물 등에 사용되기도 한다.
이러한 알루미나 시멘트 클링커를 제조하기 위해 출발원료로 생석회(석회석)와 보크사이트를 사용하고 있다. 그러나 보크사이트는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이며, 또한 생석회도 고가이어서 제조원가 상승이라는 큰 문제점이 대두되고 있는 형편이다. 특히 보크사이트의 경우, 수입처 및 수입 시기별 구성 성분의 차이로 알루미나 시멘트를 제조하기에는 공정 및 최종품질상의 문제점이 있다. 또한 용융법에 의해 제조되는 알루미나 시멘트는 1500℃ 이상의 고온 용융에 의해 제조되므로 열 소모가 많고 배치(batch)식으로 소성해야 하므로 제조단가는 더욱 증가하게 된다. 이에 따라 국내 알루미나 시멘트의 판매가격은 알루미나 함량에 따라 다르나 일반 시멘트에 비교하여 7∼15배 정도의 고가로 판매되는 형편이다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점인 원가상승 및 품질 편차를 극복하기 위한 방법으로 국내 제철소의 제강공정에서 발생되는 정련 슬래그(ladle slag)를 원료로 사용하여 알루미나 시멘트를 제조하는 방법을 제시하고자 한다. 정련 슬래그는 산화칼슘과 산화알루미늄이 주성분이며, 이들 성분들이 슬래그로 석출되는 결정은 C12A7(12CaO·7Al2O3)이다. C12 A7의 결정상은 알루미나 시멘트 클링커의 일부 구성상이기도 하여 알루미나 시멘트 클링커로 소성하기에는 매우 유리하며 소성온도를 크게 낮출 수 있어 알루미나 시멘트의 품질향상 및 소성 에너지 절감에 기여하고 또한 산업 부산물을 사용함으로써 천연원료의 사용량 저감 및 환경보호와 경제성 있는 알루미나 시멘트를 제조할 수 있다는 것에 착안하여 본 발명을 완성한 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면 정련 슬래그 20∼60중량%, 보크사이트 33∼ 52중량%, 생석회 7∼28중량%를 혼합하여 소성한 것을 특징으로 하는 정련 슬래그를 사용한 알루미나 시멘트 클링커의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 알루미나 시멘트 클링커는 정련 슬래그 20∼60중량%, 보크사이트 33∼ 52중량%, 생석회 7∼28중량%를 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 배합비율로 배합된 원료들은 균일하게 건식 혼합한 후 소성하여 알루미나 시멘트 클링커를 제조할 수 있다. 이때 정련 슬래그의 함량이 20%미만인 경우에는 소성온도의 감소효과가 적고, 60%를 초과하는 경우에는 소성온도의 감소효과는 크나 급결하여 작업성을 나쁘게 하는 문제점이 있다. 그러나 20%∼60중량% 사용시에는 소성온도를 낮출 수 있으며, 강도 특성도 우수해지는 것으로 나타난다.
본 발명에서 사용하는 정련 슬래그는 제강 공장의 래들(ladle)에서 부산하는 슬래그로서 주요 화학성분은 표 1에서와 같이 산화알루미늄 38%, 산화칼슘 49% 등이며, 주요 결정상은 C12A7이다.
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
2.3 38.0 1.3 49.0 7.0
이하 다음의 실시예에서는 본 발명의 알루미나 시멘트 클링커를 제조하는 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1~2 및 비교예1~3]
제강 공장에서 부산하는 슬래그로서 주요 화학성분은 표 1에서와 같이 조성비가 산화알루미늄 38%, 산화칼슘 49% 등인 정련 슬래그를 사용하고, 표2에 따라 각각의 배합비 및 배합비에 따른 소성조건(온도-시간)에 따라 클링커를 제조하였다.
표 2의 배합비에 따라 준비된 조합원료는 125㎛ 체를 전통하도록 분쇄하였으며, 분쇄된 미분말은 백금 도가니에 넣어 전기로에서 각각의 소성온도에서 20분간 소성하였다. 정련 슬래그가 혼합되지 않은 조합 원료는 1500℃ 소성시에 클링커링이 가능하였으며, 정련 슬래그가 10, 20% 혼합된 조합 원료는 1410℃에서 클링커링이 가능하였다. 또한 30, 70% 혼합된 조합 원료는 1400℃에서 소성되었으며, 이들 클링커에 대한 생성 광물을 확인하고자 X선 회절 분석을 실시하였다. 이 결과는 그림 2에 나타내었으며, 정련 슬래그를 혼합하지 않은 클링커(Ref)와 정련 슬래그가 혼합된 클링커에서 관찰된 생성 광물(주광물 CaO·Al2O3)에는 차이를 발견할 수 없어 정련 슬래그 사용시에도 알루미나 시멘트 클링커를 충분히 제조할 수 있음을 확인하였다. 결과적으로 정련 슬래그의 함량이 증가함에 따라서 클링커링을 위한 소성 온도가 낮아짐을 확인할 수 있었다.
구 분 배합비 (중량 %) 소성 조건(온도-시간)
보크사이트 생석회 정련 슬래그
실시예 1 52 28 20 1410℃-20분
실시예 2 47 23 30 1400℃-20분
비교예 1 61 39 0 1500℃-20분
비교예 2 56 34 10 1410℃-20분
비교예 3 30 0 70 1400℃-20분
상기 클링커는 45㎛ 잔사를 8%로 하여 알루미나 시멘트를 제조하였으며, 제조된 시멘트 모두를 시멘트 : 물 비를 100 : 30중량%로 하여 알루미나 시멘트 페이스트 경화체를 제조하였다. 제조된 알루미나 시멘트 페이스트 경화체는 1, 3, 7, 28일 동안 양생시킨 후 압축 강도를 측정하였다. 압축 강도 결과는 표 3에 나타내었다. 표 3에서와 같이 정련 슬래그를 사용한 알루미나 시멘트의 강도는 정련 슬래그를 사용하지 않은 시멘트와 비교하여 우수한 강도값을 나타내었다.
알루미나 시멘트의 길모아 침에 의한 응결(초결) 시간은 표 4에 나타내었다. 초결은 200분 전후로 정련 슬래그의 사용에 따라 큰 차이를 보이지 않았으나, 정련 슬래그 70%에서는 30분으로 급결 특성을 나타내었다.
구 분 압축강도 (kgf/cm2)
1일 3일 7일 28일
실시예 1 495 956 994 1025
실시예 2 587 880 954 960
비교예 1 455 725 816 850
비교예 2 478 865 918 945
비교예 3 485 575 657 745
구 분 응결 (초결)
실시예 1 200분
실시예 2 195분
비교예 1 208분
비교예 2 215분
비교예 3 30분
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 보크사이트를 대체할 수 있는 산화칼슘과 산화알루미늄이 주성분인 정련 슬래그를 사용하여 알루미나 시멘트의 품질향상 및 소성 에너지 절감에 기여하고 또한 산업 부산물을 사용하여 천연원료의 사용량 저감 및 환경보호와 경제성 있는 알루미나 시멘트 클링커를 제조할 수 있는 장점을 가진다.
제1도는 본 발명에 사용하는 정련 슬래그의 XRD 패턴도이다.
제2도는 본 발명의 실시예 및 비교예의 소성후 각 시멘트 클링커의 XRD 패턴도이다.

Claims (2)

  1. 정련 슬래그 20∼60중량%, 보크사이트 33∼ 52중량%, 생석회 7∼28중량%를 혼합하여 소성한 것을 특징으로 하는 정련 슬래그를 사용한 알루미나 시멘트 클링커의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정련 슬래그는 제강 공장의 래들(ladle)에서 부산하는 슬래그인 것을 특징으로 하는 정련 슬래그를 사용한 알루미나 시멘트 클링커의 제조방법.
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