KR20060001816A

KR20060001816A - 폐기물을 이용한 시멘트 혼화재 제조방법

Info

Publication number: KR20060001816A
Application number: KR20050008697A
Authority: KR
Inventors: 권순협
Original assignee: 주식회사 이알티
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-01-06

Abstract

본 발명은 하수슬러지, 폐석회, 정수슬러지, 주물사분진, 폐황산류를 일정비율과 혼합, 자연건조, 파쇄, 소성, 냉각, 미분쇄, 저장하는 순서로 처리하는 시멘트 혼화재 제조방법에 관한 것으로, 폐석회와 정수슬러지보관고에서 중량비 10(폐석회는 중량비 3이상, 정수슬러지는 7이하)을 1차 혼합조에 투입하고, 황산보관고에서 중량비 1을 1차 혼합조에 투입하는 1차 혼합 단계와, 상기의 1차 혼합물을 하수슬러지와 주물사분진을 11:5∼10:1 의 중량 비율로 색깔이 고르게 나올 때 까지 혼합하는 2차 혼합 단계와, 상기의 2차 혼합물을 24 내지 72시간동안 자연건조장에서 건조하여 함수율 30 내지 50% 정도로 되게 하는 자연건조 단계와, 자연건조물을 롤파쇄기를 이용하여 잘게 부셔주는 파쇄단계와, 부서진 혼합물을 700 내지 800℃로 20내지 30분간 예비소성 후에 1,000 내지 1,450℃ 에서 1내지 2분 소성하여 강열감량 5% 이하로 하는 소성단계와, 상기 소성물의 온도가 120∼150℃가 될 때까지 공냉하는 냉각단계와, 상기 냉각된 소성물을 볼밀, 제트밀로 분말도 2,400 cm²/g 이상으로 분쇄하는 분쇄단계 및 상기 분쇄된 혼합물을 사일로에 저장하는 저장단계로 이루어진다.

하수슬러지, 폐석회, 폐황산, 주물사 분진, 정수슬러지, 시멘트혼화재

Description

폐기물을 이용한 시멘트 혼화재 제조방법{Method of manufacturing compound for mixing with cement using waste}

도1은 본 발명의 시멘트 혼화재 제조공정을 도시하는 도면

본 발명은 하수슬러지, 폐석회, 정수슬러지, 주물사분진, 폐황산류를 일정비율과 혼합, 자연건조, 파쇄, 소성, 미분쇄하는 순서로 처리하는 시멘트 혼화재 제조방법에 관한 것이다.

폐기물을 이용하여 건자재로 사용하려는 노력은 있었다.

특허 제421821호에는 폐석회를 이용한 시멘트 블록의 제조방법을 소개하고 있으며, 사업장 폐기물의 일종인 폐석회를 일반골재 또는 페콘크리트, 시멘트, 물, 혼화재 등과 합하여 보도블록, 경계석, 호안석 등을 제조한다.

또한, 일본 도꾜도 하수도국은 23개 구에서 발생하는 하수오니의 소각재를 시멘트의 원료로 사용할 계획을 갖고 있다.

벽돌이나 노반재로 재이용하는 것보다 비용도 적게 들고 최종 처분장의 사용 연한도 늘어나기 때문에 다른 지방자치 단체에서도 같은 움직임이 일고 있다.

우리나라의 하수슬러지는 특성상 재활용 방법의 적용이 쉽지 않다.

문제점은 한국의 음식문화와 염화칼슘 제조공정에서 소금을 이용하는데 기인하여 Cl의 함량이 높아 시멘트제조, 비료화, 퇴비화의 걸림돌이 된다.

또한, 악취로 인한 작업성의 감소와 민원발생과 높은 수분함량으로 인해 건조 시 연료소모량이 많아 수익성이 낮아진다.

본 발명의 목적은 폐기물인 폐석회와 정수슬러지에 폐황산류, 하수슬러지, 주물사분진을 혼합하고 여러 공정을 통하여 처리하여 시멘트 혼화재를 제조하는 폐기물을 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 시멘트 혼화재 제조방법은 폐석회와 정수슬러지보관고에서 중량비 10(폐석회는 중량비 3이상, 정수슬러지는 7이하)을 1차 혼합조에 투입하고, 황산보관고에서 중량비 1을 1차 혼합조에 투입하는 1차 혼합 단계와, 상기의 1차 혼합물을 하수슬러지와 주물사분진을 11:5∼10:1 의 중량 비율로 색깔이 고르게 나올 때 까지 혼합하는 2차 혼합 단계와, 상기의 2차 혼합물을 24 내지 72시간동안 자연건조장에서 건조하여 함수율 30 내지 50% 정도로 되게 하는 자연건조 단계와, 자연건조물을 롤파쇄기를 이용하여 잘게 부셔주는 파쇄단계와, 부서진 혼합물을 700 내지 800℃로 20내지 30분간 예비소성 후에 1,000 내지 1,450℃ 에서 1내지 2분 소성하여 강열감량 5% 이하로 하는 소성단계와, 상기 소성물의 온도가 120∼150℃로 될 때까지 공냉하는 냉각단계와, 상기 냉각된 소성물을 볼밀, 제트밀로 분말도 2,400 cm²/g 이상으로 분쇄하는 분쇄단계 및 상기 분쇄된 혼합물을 사일로에 저장하는 저장단계로 이루어진다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1에는 본 발명의 시멘트 혼화재 제조공정이 도시된다.

시멘트 혼화재는 콘크리트에 혼합 시 볼베어링 작용을 하여 유동성을 증가시키고, 시멘트 사용량이 줄어들어 수화열이 감소되며 일반 콘크리트 보다 높은 강도를 얻기 위하여 사용되고 있다.

현재 화력발전소에서 나오는 플라이애쉬는 시멘트와 물과 모래를 섞어 레미콘을 할 때 시멘트 대용으로 사용되나 몇개의 큰 레미콘 회사가 독점하고 있다.

따라서, 본 발명에서는 폐석회와 정수슬러지에 폐황산류, 하수슬러지와 주물사분진을 혼합하여 시멘트 혼화재를 제조한다.

본 발명의 시멘트 혼화재 제조방법은 다음과 같은 공정으로 이루어진다.

1단계: 1차혼합

폐석회와 정수슬러지보관고에서 중량비 10(폐석회는 중량비 3이상, 정수슬러지는 7이하)을 1차 혼합조에 투입하고, 황산보관고에서 중량비 1을 1차 혼합조에 투입한다.

폐석회, 정수슬러지에 폐황산류를 10(폐석회는 중량비 3이상, 정수슬러지는 7이하):1 의 중량 비율로 분무한 후 반응이 거의 끝날 때까지 혼합하여 화학반응을 10 분 정도시킨다.

정수슬러지는 SIO₃와 Al₂O₃ , H₂O가 80% 이상되므로 소성을 하게되면 시멘트성분과 비슷하게 된다.

[표1] 폐석회 성분표

성분 화학식	함유율(%)
CaCO₃	24.1
CaO	10.9
CaCl₂	5.8
CaSO₄	3.5
Fe₂O₃	1.2
Al₂O₃	2.3
NaCl	3.6
SiO₂	4.0
MgO	4.6
H₂O	40.0
	100.0

이 때 화학반응은 다음과 같은 반응식으로 발열반응이 일어난다.

CaCO₃+ H₂O + H₂SO₄ → CaSO₄

2H₂O + CO₂↑

이것은 고화반응식이고 이 것으로 인하여 발열반응을 하고, 발열반응으로 인한 고화가 된다.

또한, 폐황산을 이용하여 폐석회에 함유된 염소성분도 다음과 같은 반응식으로 제거된다.

CaCl₂+ H₂SO₄ → CaSO₄ + 2HCl ↑

1차 반응 NaCl+ H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl ↑

2차 반응 NaCl + Na₂HSO₄→ Na₂HSO₄+ HCl ↑

→2NaCl + H₂SO₄→ Na₂HSO₄+ 2HCl ↑

2단계: 2차혼합

1차혼합물의 중량비가 11인 경우, 하수슬러지 보관고에서 중량비 5 내지 10을 투입하고, 주물사 분진 보관고에서 중량비 1을 투입한다.

1차 혼합물에 주물사 분진과 하수슬러지를 투입하여 색깔이 고르게 될 때까지 혼합한다.

폐석회 또는 정수슬러지와 폐황산을 혼합하여 반응시킨 후 하수슬러지를 11:5∼10 의 비율로 넣는 이유는 하수슬러지의 악취를 저감하고 색도와 소성 시 대기오염물질의 배출을 억제하기 위함이다.

이 때 하수슬러지를 많이 넣을수록 좋지만 악취문제와 대기오염저감과 색도를 감안하여 맞게 최대한 투입, 혼합한 것이라 할 수 있다.

여기에 주물사분진도 색도에 영향을 주지만, 주물사분진을 넣는 가장 큰 이유는 성분이다.

주물사 분진은 성분상 SiO₂ 가 85% 이상이므로 플라이애쉬 KS규격 KSL 5405 기준인 40% 를 충족하는데 필수적이다.

3단계: 자연건조

상기의 2차 혼합물을 24 내지 72시간동안 자연건조장에서 건조하여 함수율 30 내지 50% 정도로 되게 한다.

4단계: 파쇄

자연건조물을 롤파쇄기를 이용하여 잘게 분순 후 펴서 투입한다.

5단계: 소성

넓게 펴진 혼합물을 700 내지 800℃로 20내지 30분간 예비소성 후에 1,000 내지 1,450℃ 에서 1내지 2분 소성하여 강열감량 5% 이하로 한다.

6단계: 냉각

상기 소성물의 온도가 120∼150℃로 될 때까지 공냉한다.

7단계: 분쇄

상기 냉각된 소성물을 볼밀, 제트밀로 분말도 2400 cm²/g 이상으로 분쇄한다.

8단계: 저장

분쇄된 혼합물을 사일로에 저장한다.

최종적으로 저장된 시멘트 혼화재는 레미콘 회사와 콘크리트 2차제품 생산자 등에 판매된다.

상기와 같은 본 발명의 폐기물을 이용한 시멘트 혼화재 제조방법은

1) 하수슬러지 , 정수슬러지 폐석회, 폐산, 폐석고, 주물사분진 등 현재 처리하기 어려운 여러 가지 폐기물을 처리하여 자원화 할 수 있다.

2) 처리방식에 있어서 매립이나 해양투기하는 기존의 슬러지와 폐석회의 처리방식 보다 친환경적이다.

3) 발열반응을 이용 수분을 낮춤으로써 생산 또는 처리비용을 크게 절감할 수 있다.

4) 염소성분 감소로 적격한 품질과 공정상의 문제점을 해결할 수 있다.

5) 하수슬러지 특유의 악취가 저감되어 작업성이 증진되고 민원발생의 우려를 덜 수 있다.

6) 폐기물을 처리한 후 부산물을 유효자원으로 활용할 수 있다.

Claims

폐석회와 정수슬러지보관고에서 중량비 10(폐석회는 중량비 3이상, 정수슬러지는 7이하)을 1차 혼합조에 투입하고, 황산보관고에서 중량비 1을 1차 혼합조에 투입하는 1차 혼합 단계와,

상기의 1차 혼합물을 하수슬러지와 주물사분진을 11:5∼10:1 의 중량 비율로 혼합하는 2차 혼합 단계와,

상기의 2차 혼합물을 24 내지 72시간동안 자연건조장에서 건조하여 함수율 30 내지 50% 정도로 되게 하는 자연건조 단계와,

건조된 혼합물을 롤파쇄기를 이용하여 잘게 부수는 파쇄단계와,

부서진 혼합물을 700 내지 800℃로 20내지 30분간 예비소성 후에 1,000 내지 1,450℃ 에서 1내지 2분 소성하여 강열감량 5% 이하로 하는 소성단계와, 상기 소성물의 온도가 120∼150℃로 될 때까지 공냉하는 냉각단계와,

상기 냉각된 소성물을 볼밀, 제트밀로 분말도 2400 cm²/g 이상으로 분쇄하는 분쇄단계 및

상기 분쇄된 혼합물을 사일로에 저장하는 저장단계로 이루어지는 폐기물을 이용한 시멘트 혼화재 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 1차혼합 단계는 다음 반응식인 시멘트 혼화재 제조방법.

CaCO₃+ H₂O + H₂SO₄ → CaSO₄
2H₂O + CO₂↑
제1항에 있어서,

상기 1차혼합 단계는 폐황산을 이용하여 폐기물의 염소성분이 다음 반응식으로 제거되는 시멘트 혼화재 제조방법.

CaCl₂+ H₂SO₄ → CaSO₄ + 2HCl ↑

1차 반응 NaCl+ H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl ↑

2차 반응 NaCl + Na₂HSO₄→ Na₂HSO₄+ HCl ↑

→2NaCl + H₂SO₄→ Na₂HSO₄+ 2HCl ↑