KR20050065960A - 열분해 가스화 용융시 배출된 용융슬래그를 활용한 고품질골재의 제조방법 및 이를 사용한 콘크리트 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열분해 가스화 용융시 배출된 용융슬래그를 활용한 고품질 골재의 제조방법 및 이를 사용한 콘크리트 제품에 관한 것으로, 열분해 가스화 용융시 배출되는 용융슬래그를 냉각시켜 입자화하고, 800~1050℃에서 30분~2시간 열처리하여 표면 결정화하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 열분해 용융 후 배출되는 용융슬래그를 원료로 하고, 별도의 복잡한 시설 없이, 기존의 열분해 용융시설의 배출부에 열처리 시설만을 추가하여, 저온에서 저렴한 제조비용으로 표면이 결정화된 고품질의 슬래그 골재를 제조할 수 있고, 이를 콘크리트 제품으로 활용할 수 있는 것이다.

Description

열분해 가스화 용융시 배출된 용융슬래그를 활용한 고품질 골재의 제조방법 및 이를 사용한 콘크리트 제품{CONCRETE PRODUCTS USING HIGH QUALITY AGGREGATE FROM MOLTEN SLAG AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 열분해 가스화 용융시 배출된 용융슬래그를 활용한 고품질 골재의 제조방법 및 이를 사용한 콘크리트 제품에 관한 것으로, 열분해 가스화 용융시 배출되는 용융슬래그를 냉각시켜 입자화하고, 800~1050℃에서 30분~2시간 열처리하여 표면 결정화하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 열분해 용융 후 배출되는 용융슬래그를 원료로 하고, 별도의 복잡한 시설 없이, 기존의 열분해 용융시설의 배출부에 열처리 시설만을 추가하여, 저온에서 저렴한 제조비용으로 표면이 결정화된 고품질의 슬래그 골재를 제조할 수 있고, 이를 콘크리트 제품으로 활용할 수 있는 것이다.

경제가 발전하고 산업이 발달하면서 가정과 사회에서 각종 쓰레기가 발생하고 있다.

이와 같이 가정이나 산업 현장에서 발생하는 쓰레기는 일정한 곳에 분리 수거된 다음, 일부는 재활용 되고, 나머지는 매립되거나 혹은 소각되고 있다.

소각하는 경우, 생활 쓰레기 혹은 산업 쓰레기는 주변 여건에 따라 소규모 혹은 대규모의 소각장에서 일정한 단위로 소각하고 소각 후에는 매립에 의존하여, 내부에 다이옥신이나 인체에 해로운 중금속을 다량 함유하고 있기 때문에 2차적인 오염을 유발하고 있다.

이러한 소각방식을 대체하기 위하여 여러가지 연구가 진행되고 있으나, 최근 가장 주목을 받는 방법이 열분해 용융처리방법이다.

상기 열분해 용융처리 방법 중에서도 비교적 저온부에서 선회방식 등의 짧은 시간 동안 용융하는 기술이 대두되고 있다.

상기 저온식 열분해 용융의 경우, 선회방식으로 대략 1200~1400℃에서 10~20분 정도의 용융과정을 거치기 때문에, 처리 용량이나 비용 면에서 상당한 경제적 효과가 예상되는 방식임을 알 수 있다.

상기 방식은 비교적 짧은 용융시간에 의해 부분적인 비용융상태(소성상태) 등이 나타날 수 있지만, 1200℃ 이상의 고온에서 처리되기 때문에 표면용융, 내부조직의 청정작용 등에 의해 유해물질이 휘발되거나, 내부에 고용체(solidification)를 형성하기 때문에 안정한 물질로 남게 된다.

최근, 이 열분해 가스화 용융슬래그를 그대로 건축, 토목용 자재를 제조하는데 있어, 용융후 배출된 유리질 슬래그를 골재로 활용하려는 시도가 이루어지고 있으나, 유리질 혹은 부분적인 비용융상태로 인해 표면이 매끄럽고 쉽게 파쇄되는 취성을 띄고 있어, 실적율 및 모르타르 부착성이 현저히 떨어져, 콘크리트용 골재로서 사용하는 경우에, 장기적으로는 물리적, 환경적으로의 품질확보가 보증되어야 할 필요가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 열분해가스 용융 후 배출되는 소각재를 유리화, 2차 열처리 공정을 통하여 궁극적으로 유해한 소각재의 감량처리 방법을 제시하고, 2차 부산물인 용융슬래그의 실질적인 재활용율 및 장기적 환경 안정성을 높이고, 건축, 토목용 골재로서의 재활용을 극대화시킬 수 있는 고품질의 골재를 제공하고자 한다.

본 발명은 열분해 가스화 용융시 배출되는 용융슬래그를 냉각시켜 입자화하고, 분쇄, 밀링, 스크린 공정을 거쳐 로타리 킬른(열처리 로)에서 800~1050℃로 30분~2시간 열처리하여 표면 결정화하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 입도조절을 위한 분쇄장비(Jaw crusher), 입자의 구형화를 위한 회전드럼, 스크린 공정을 통해 입자가 구형화되고, 입도가 조절된다. 이는 용도에 맞게 5~25mm 범위로 조절이 가능하다.

상기 냉각방식은 물로 냉각하는 수냉식 외에, 100~400℃ 정도의 열에너지를 절약할 수 있는 열전도율이 좋은 합금(구리-니켈)으로 된 회전식 냉각판으로 급냉하는 방법도 가능하다.

본 발명은, 이와 같이 일련의 과정에서 유리질 내부에 남아 있던 금속산화물이 결정핵 형성제로 작용하고, 이 결정핵에 의해 단시간에 걸쳐 슬래그 내부의 결정을 성장, 석출시키게 된다.

이로부터 기존 유리질 슬래그 골재에 비해 표면부착력, 강도, 마모도, 파괴인성, 장기적 환경적 안정성이 크게 향상된 고품질의 골재가 제조되는 것이다.

이하, 도면을 통하여 본 발명의 구성을 좀더 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 고품질 골재의 제조 공정도를 나타낸다.

도면에서, 본 발명은, 열분해 가스화 용융과정에서 수쇄 혹은 공냉 형태로 배출되는 슬래그를 입도 조절한 다음, 열처리하여 표면 결정화하고 있는 것을 알 수 있다.

도2는 열분해 용융슬래그의 유리질 잔골재, 조골재 사진이고, 도3은 본 발명에 의한 열분해 용융슬래그의 결정질 잔골재, 조골재 사진, 그리고, 도4는 결정화 전,후의 슬래그 표면조직 사진이다.

도3에서 알 수 있는 바와 같이, 유리질 슬래그가 표면 결정화를 통해 석재화되어 색상과 성상이 치밀해 보임을 확인할 수 있고, 도4의 슬래그 표면의 SEM 사진으로부터 결정화가 진행되었음을 확인 할 수 있다.

또한, 도5는 본 발명의 방법에 의한 물리적 특성의 변화를 나타낸 그래프로서, 유리질에 비해 결정화를 통해 표면의 강도가 대폭 향상된 점이 확인된다.

상기 도5는 비커스 입자 입입법에 의한 표면 경도 측정결과로서, 본 발명의 방법에 의한 표면 결정화 처리 후 표면의 물리적 특성이 크게 향상되었음을 나타낸다.

도6은 본 발명의 열처리 전,후의 슬래그의 중금속 용출저항성을 나타낸 그래프이다.

도면에서, 실험자가 인위적으로 3wt% 이상의 Pb 중금속을 넣은 후 측정한 결과는, 결정질 슬래그(하부)에서의 용출량이 낮아, 유리질 슬래그(상부)에 비해 현저한 용출저항 안정성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

또한, 도7은 본 발명의 표면 결정화가 진행한 후 물리적 강도가 향상되는 메카니즘을 나타내는 도면이다.

도면에서, 구형, 침상의 결정상이 석출함에 따라 균열이 바로 진행하지 못하고 우회하게 되며, 균열의 길이 또한 길어지는 것으로 파괴 에너지를 소모하게 된다.

이는 유리질 슬래그의 취성을 보완해 주며, 전반적인 강도 및 파괴인성을 증가시키는 것이다.

또한, 열분해 용융슬래그의 유리질, 결정질 상태에서의 골재의 특성을 하기 표1에 나타낸다.

구 분	KS F 2357-95	KS F 2526-97	KS F 2527-97	열분해 용융슬래그골재	표면 결정화골재
	콘크리트용부순골재(잔골재)	곤크리트용골재(잔골재)	역청포장혼합물용골재(잔골재)
밀도(g/㎤)	2.50이상	2.50이상	2.50이상	2.60	2.82
흡수율(%)	3.0이하	3.0이하	3.0이하	0.8	0.08
0.08mm체통과량(%)	7.0이하	5.0이하	-	4.1	4.1
조립률	-	2.3-3.1	-	2.57	2.55
단위용적질량(kg/ℓ)	-	1,450-1,850		1.735	1.784

상기 표에서도 확인할 수 있는 바와 같이, 열분해 용융슬래그(유리질)에 비해 본 발명의 표면 결정화 골재가 우수한 물성을 나타내고 있다.

한편, 도8은 본 발명의 방법으로 얻어진 골재를 통상의 콘크리트와 혼합하여 얻어진 인터록킹 블럭으로서, 본 발명의 방법을 이용하여 여러가지 형상으로 블럭화하여 다양한 활용이 가능한 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 열분해 용융 후 배출되는 용융슬래그를 원료로 하고, 별도의 복잡한 시설 없이, 기존의 열분해 용융시설의 배출부에 열처리 시설만을 추가하여, 저온에서 저렴한 제조비용으로 표면이 결정화된 고품질의 슬래그 골재를 제조할 수 있고, 이를 콘크리트 제품으로 활용할 수 있어, 관련 분야에의 이용 및 응용이 기대된다 하겠다.

도1은 본 발명의 고품질 골재의 제조 공정도

도2는 열분해 용융슬래그의 유리질 잔골재, 조골재 사진

도3은 본 발명에 의한 열분해 용융슬래그의 결정질 잔골재, 조골재 사진

도4는 결정화 전,후의 슬래그 표면조직 사진

도5는 본 발명의 방법에 의한 물리적 특성의 변화를 나타낸 그래프

도6은 본 발명의 열처리 전,후의 슬래그의 중금속 용출저항성을 나타낸 그래프

도7은 본 발명의 표면 결정화가 진행한 후 물리적 강도가 향상되는 메카니즘을 나타내는 도면

도8은 본 발명의 고품질 열분해 용융슬래그로 제조한 인터록킹 블럭 사진

Claims (4)

1. 열분해 가스화 용융시 배출되는 용융슬래그를 냉각시켜 입자화하고, 분쇄, 밀링, 스크린 공정을 거쳐 열처리 로에서 800~1050℃로 30분~2시간 열처리하여 표면 결정화하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 열분해 가스화 용융시 배출된 용융슬래그를 활용한 고품질 골재의 제조방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉각방법에는 물로 급냉하는 수냉방식 혹은 합금(구리-니켈)으로 된 회전식 냉각판으로 급냉하는 방식인 것을 특징으로 하는 열분해 가스화 용융시 배출된 용융슬래그를 활용한 고품질 골재의 제조방법
3. 제1항 또는 제2항의 제조방법으로 얻어진 고품질 골재
4. 제3항의 골재를 사용한 콘크리트 제품