KR20080013365A

KR20080013365A - 입자화된 고로 슬래그를 이용한 포틀랜드 슬래그 시멘트의제조 방법

Info

Publication number: KR20080013365A
Application number: KR1020060074796A
Authority: KR
Inventors: 라케쉬 쿠마르; 산제이 쿠마르; 아미타바 반도파드하야; 수르야 프라탑 메흐로트라
Original assignee: 카운슬 오브 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2008-02-13

Abstract

본 발명은 시멘트 클린커(cement clinker), 및 제철 공장에서 얻어지는 폐기물인 입자화된 고로 슬래그를 보다 높은 배합량으로 이용하여 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조 방법에 따르면, 시멘트 클린커 대신에, 입자화된 고로 슬래그와 같은 고배합량의 산업 폐기물을 이용하여 포틀랜드 슬래그 시멘트를 효과적으로 제조할 수 있다. 또한, CO₂ 방출량을 현저하게 감소시킬 수 있다. 아울러, 기계적 활성화에 의해, 입자화된 고로 슬래그의 반응성이 증가되고, 초기 강도 발현성이 향상된 포틀랜드 슬래그 시멘트를 얻을 수 있다.

포틀랜드 슬래그 시멘트, 고로 슬래그, 시멘트 클린커, 산업 폐기물

Description

입자화된 고로 슬래그를 이용한 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법 {AN IMPROVED PROCESS FOR THE PRODUCTION OF PORTLAND SLAG CEMENT USING GRANULATED BLAST FURNACE SLAG}

본 발명은 입자화된 고로 슬래그를 이용하여 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하기 위한 보다 향상된 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 시멘트 클린커(cement clinker), 및 제철 공장에서 얻어지는 폐기물인 입자화된 고로 슬래그를 보다 높은 배합량으로 이용하여 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 각각의 제품은 입자 크기와 형상, 비표면적, 및 반응성이 서로 다를 수 있다. 본 발명의 포틀랜드 슬래그 시멘트는 빌딩, 및 그 밖의 건축물(예컨대, 댐, 교량, 도로 등)에 이용하기에 적절하다. 종래 기술에 따른 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법에 의하면, 시멘트 클린커, 입자화된 고로 슬래그, 및 석고를 이용하여, 혼합 슬래그 시멘트(blended slag cement)를 제조한다. 종래 기술에 따른 제조 방법에서는 상기 시멘트 클린커를 55∼90 중량%의 양으로, 상기 입자화된 고로 슬래그를 5∼40 중량%의 양으로, 상기 석고를 1 내지 5 중량%의 양으로 이용한다. 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하기 위한 주원료인 시멘트 클린커의 제조 방법으로서 종래의 제조 방법을 예시하면, 석회석, 점토, 석영, 규암 등과 같은 원료를 조 크러셔(jaw crusher)로 파쇄한 다음, 파쇄된 원료를 볼 밀 또는 수직형 롤러 밀을 이용하여 미분쇄(fine grinding)한 후, 미분쇄된 원료를 배합한 다음, 저장고 중에서 블렌딩한 후, 석탄 연소식 로터리 킬른 중에서 소성시키는 단계를 포함하는 제조 방법을 들 수 있다.

한편, 종래의 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법(N. Patzelt, Finish grinding of slag, World Cem. Vol 10, 1993, 51-8)의 일례를 들면, 시멘트 클린커, 입자화된 고로 슬래그, 및 석고를 분쇄기로 30 내지 60분간 함께 분쇄하는 단계를 포함하는 제조 방법을 들 수 있다. 상기 제조 방법에서는 균일한 분쇄 공정을 수행하기 위해 상기 분쇄기 내부에 공기를 순환시킨다. 이렇게 하여 얻어지는 생성물이 포틀랜드 슬래그 시멘트이다.

포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하기 위한 다른 방법에 따르면, 분쇄기 중에서 시멘트 클린커, 및 입자화된 고로 슬래그를 개별적으로 분쇄한다 (L. Opoczky, Grinding technical questions of producing composite cements, Int. J. Miner. Process 1994, 44-45). 그런 다음, 개별적으로 분쇄된 각각의 원료를 석고 분말과 혼합함으로써, 포틀랜드 슬래그 시멘트가 얻어진다. 전술한 바와 같은 종래의 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다:

a. 포틀랜드 슬래그 시멘트의 주원료는 시멘트 클린커(55 내지 85 중량%)이다. 상기 입자화된 고로 슬래그는 15 내지 40 중량%의 양으로만 사용될 수 있다. 상기 시멘트 클린커의 제조 시에는 파쇄, 분쇄, 및 고온 소성 공정을 수행하기 때문에, 상기 시멘트 클린커의 제조 공정은 에너지 집약적 공정이다. 상기 시멘트 클린커 1톤을 제조하는 데는 ∼3200 MJ의 에너지가 소비된다.

b. 상기 시멘트 클린커의 제조 공정은 고온 소성 공정을 포함하며, 석회석(CaCO₃)을 이용하기 때문에 대량의 CO₂가 방출된다. 1톤의 클린커를 제조하는 경우, ∼1톤의 CO₂가 방출된다.

c. 제조 시, 대량의 시멘트 클린커를 이용하기 때문에 고가의 제조 비용이 소요된다.

d. 상기 입자화된 고로 슬래그의 반응성이 불량하기 때문에, 초기 강도 발현성이 낮다.

통상적으로 포틀랜드 슬래그 시멘트는 분쇄 밀 중에서 시멘트 클린커와, 입자화된 고로 슬래그를 함께 분쇄함으로써 제조된다 (N. Patzelt, Finish grinding of slag, World Cem. Vol 10, 1993, 51-8). 고로 슬래그 시멘트 클린커를 이용하기 위한 종래의 방법 및 장치를 예시하면, 1995년에 출원된 인도특허문헌(2180/DEL/95)을 들 수 있다. 다른 참조 문헌을 예시하면, ACI Committee 233, Ground Granulated blast-furnace slag as a cementitious constituent in concrete, ACI Mater J 1995;92(3):321-2를 들 수 있으며, 상기 참조 문헌에 따라 제조된 포틀랜드 슬래그 시멘트는 통상의 포틀랜드 시멘트에 비해, 초기 강도가 낮고 응결 시간(setting time)이 길기 때문에, 혼합 시멘트 중에 상기 슬래그를 고배 합량으로 이용하는 데는 한계가 있다는 문제점이 있다. 또한, Li Dongxu, Wu Xuequan, Shen Jinlin, Wang Yujiang의 'The influence of compound admixtures on the properties of high-content slag cement', Cem Concr Res, Vol 30, 2000, 45-50, 및 F. T. Olorunsogo, 'Particle size distribution of GGBS and bleeding characteristics of slag cement mortars', Cem Concr Res, Vol 28(6), 1998, 907-19에 기재된 바와 같은 혼합 시멘트 중에 고부피의 슬래그를 이용하는 방법을 참조할 수 있으며, 이들 참조 문헌에 기재된 방법은 연구 주제로서 크게 주목 받은 바 있다. 한편, 혼합 시멘트를 구성하는 각각의 성분, 즉, 클린커와 슬래그의 반응성을 향상시키기 위해, 슬래그를 미분쇄 및 기계적으로 활성화하는 방법이 제안되었다 (A.Z. Juhasz, L. Opoczky, Mechanical activation of Minerals by Grinding: Pulverizing and Morphology of Particles, Ellis Horwood Limited, NY, 1994). 전술한 제안에 따르면, 상기 입자화된 고로 슬래그의 분말도가 증가되기 때문에 상기 슬래그는 제어된 입자 크기 분포(CPSD: controlled particle size distribution)를 나타내며, 상기 분포에 의해 상기 슬래그의 비교적 낮은 유체역학적 활성이 보완될 수 있다. 이러한 시멘트 구성 성분의 미분쇄 및 기계적 활성화에는 다양한 분쇄 장치가 이용되어 왔다. 각종 분쇄 장치에 대해서는 M. Oner, K. Erdogdu and A. Gunlu, 'Effect of components fineness on strength of blast furnace slag cement', Cem Concr Res, Vol 33, 2003, 463-9에 기재된 것을 참조할 수 있으며, 전술한 참조 문헌에 따르면, 혼합 슬래그 시멘트의 미분쇄 및 기계적 활성화 시, 볼 밀, 볼을 구비한 진동 밀(vibro-mill), 및 링(ring)을 구비한 진동 밀을 각각 이용한 경우를 비교 연구한 결과, 볼을 구비한 진동 밀을 이용한 경우에 활성화 시간[11]이 가장 짧게 소요되는 것으로 확인되었다. 전술한 바와 같은 참조 문헌 및 특허 문헌을 종합해 볼 때, 마쇄 공정을 이용하여 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하기에 적절한 방법이 필요하다.

본 발명의 목적은, 포틀랜드 슬래그 시멘트와 같은 부가 가치 제품을 생산하기 위한 주요 성분으로서, 환경 오염 유발 물질인 "입자화된 고로 슬래그"와 같은 폐기물을 이용하는 것이다.

전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 입자화된 고로 슬래그를 이용하여 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하기 위한, 보다 향상된 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 시멘트 클린커 대신에, 입자화된 고로 슬래그와 같은 산업 폐기물을 높은 함량(50 내지 95 중량%)으로 배합하여 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하기 위한 보다 향상된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 CO₂ 방출량을 현저하게 감소시킬 수 있는, 보다 향상된 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 보다 향상된 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법을 제공함으로써, 제조비가 크게 절감되고 특성이 향상된 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러, 본 발명은 보다 향상된 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법을 제공함으로써, 입자화된 고로 슬래그의 반응성을 기계적 활성화에 의해 증가시키고, 상기 제품의 초기 강도 발현성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 이용되는 입자화된 고로 슬래그는 비정질 상태의 칼슘 옥사이드(CaO), 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 및 마그네슘 옥사이드(MgO)를 포함한다. 또한, 본 발명에 이용되는 시멘트 클린커는 C₃S상(phase), C₂S상, C₃A상, 및 C₄AF상을 포함한다 (단, C= CaO, S= SiO₂, A= Al₂O₃, F= Fe₂O₃임). 또한, 본 발명에 이용되는 석고는 칼슘 옥사이드(CaO), 설페이트(SO₃), 및 물을 포함한다.

종래 기술에 따라 제조된 포틀랜드 슬래그 시멘트의 경우, 입자화된 고로 슬래그의 반응성이 불량하기 때문에 초기 단계에는 상기 슬래그가 수화 반응에 활발히 참여하지 않는다. 따라서, 초기 강도 발현성이 낮다. 뿐만 아니라, 입자화된 고로 슬래그의 불량한 반응성 때문에, 상기 고로 슬래그는 제한된 양으로 포틀랜드 시멘트에 이용된다. 한편, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 상기 시멘트 클린커를 건조 조건 하에 볼 밀을 이용하여 30∼60분간 개별적으로 분쇄한다. 그리고, 상기 입자화된 고로 슬래그를 마쇄기로 분쇄한다. 분쇄 시, 분쇄 매질의 크기를 보다 작게 하고(2 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 미만의 크기), 교반기의 속도를 더 높임으로써, 마쇄기의 효율을 증대시킬 수 있다. 즉, 상기 매질의 크기를 보다 작게 하는 경우에는 상기 매질과 상기 입자화된 고로 슬래그 간의 접촉면이 커지는 효과를 얻을 수 있 고, 상기 교반기의 속도를 높이는 경우에는 상기 매질의 운동 에너지가 증대되는 효과를 얻을 수 있다. 전술한 바와 같은 마쇄기를 이용한 분쇄 공정을 수행함으로써, 상기 입자화된 고로 슬래그를 활성화하여, 그 반응성을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 입자화된 고로 슬래그의 반응성이 증가됨에 따라, 상기 슬래그의 유체역학적 활성이 향상된다. 물이 첨가되는 즉시, 상기 슬래그 입자는 시멘트 클린커 및 석고와 함께 수화된다. 이러한 수화 반응으로 인해, 대단히 조밀한 미세 구조를 갖는 착물 C-S-H 겔 (단, C= CaO, S= SiO₂, H=H₂O)이 생성되어, 본 발명에 따라 제조된 포틀랜드 슬래그 시멘트의 초기 강도가 발현된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 상기 고로 슬래그의 반응성이 증가될 수 있기 때문에, 상기 고로 슬래그를 포틀랜드 슬래그 시멘트 중에 높은 함량으로 배합할 수 있다.

따라서, 본 발명은 입자화된 고로 슬래그를 이용하여 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하는 방법으로서,

(i) 공지된 방법에 따라 시멘트 클린커를 제조하는 단계;

(ii) 제조된 시멘트 클린커를 건조 조건 하에 볼 밀로 30∼60분간 분쇄하는 단계;

(iii) 입자화된 고로 슬래그의 크기를 공지된 방법에 따라 210 내지 100 ㎛로 감소시킨 다음, 마쇄기에 공급하는 단계;

(iv) 상기 입자화된 고로 슬래그를 상기 마쇄기 중에서 5∼15분간 습식 분쇄함으로써, 슬러리를 얻는 단계;

(v) 얻어진 슬러리에서 물을 제거하는 단계;

(vi) 물이 제거된 슬러리를 공지된 방법에 의해 건조시키는 단계;

(vii) 상기 (vi) 단계에서 얻은 마쇄된 슬래그 50 내지 95 중량%와, 상기 (ii) 단계에서 얻은 분쇄된 클린커 4 내지 45 중량%와, 석고 1 내지 5 중량%를 15 내지 30분간 적절히 혼합함으로써, 포틀랜드 슬래그 시멘트를 얻는 단계를 포함하며, 상기 (iv) 단계에서, 상기 입자화된 고로 슬래그와 물의 비는 1:1 내지 1:2이고, 상기 입자화된 고로 슬래그와 분쇄 볼(grinding ball)의 비는 1:5 내지 1:15인 것을 특징으로 하는, 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일면에 따르면, 상기 입자화된 고로 슬래그, 상기 시멘트 클린커, 및 상기 석고의 조성은 각각 다음과 같다:

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 포틀랜드 슬래그 시멘트는 다음과 같은 특성을 가질 수 있다:

(a) 압축 강도:

수화 1일 후: 1∼10 ㎫

수화 3일 후: 10∼20 ㎫

수화 7일 후: 15∼25 ㎫

수화 28일 후: 30∼50 ㎫

(b) 응결 시간

초결(initial setting): 10∼60분

종결(final setting): 400∼800분

(c) 오토클레이브 팽창률: ＜1%

본 발명은 산업 폐기물인 입자화된 고로 슬래그를 50∼95 중량%의 양으로 이용한다는 점에 신규성이 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 제품(1일 강도: 1∼10 ㎫, 3일 강도: 10∼20 ㎫)은 종래 기술에 따라 얻어진 제품(1일 강도: 1∼5 ㎫, 3일 강도: 5∼16 ㎫)에 비해 초기 압축 강도가 우수하다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 본 발명은 하기 실시예로 제한되지 않는다.

(실시예 1)

볼 밀을 이용하여 시멘트 클린커 450 g을 30분간 건식 분쇄하였다. 이 때, 상기 시멘트 클린커:상기 볼의 비를 1:10으로 유지시켰다. 그리고, 매질로서 물을 이용하여 마쇄기 중에서, 입자화된 고로 슬래그 500 g을 10분간 습식 분쇄하였다. 이 때, 상기 입자화된 고로 슬래그:상기 물의 비를 1:1.5로 유지시키고, 상기 입자화된 고로 슬래그:상기 볼의 비를 1:10으로 유지시켰다. 그런 다음, 마쇄기로 분쇄한 후 얻은 슬러리를 여과시킴으로써, 상기 슬러리 중에 존재하는 물을 분리한 다음, 상기 재료를 전기 오븐 내, 40℃의 온도에서 6시간 동안 건조시킨 후, 실온으로 냉각시켰다. 볼 밀에 의해 분쇄된 시멘트 클린커 450 g, 상기 입자화된 고로 슬래그를 마쇄기로 분쇄하여 얻어진 건조 분말 500 g, 및 석고 분말 50 g을 포트 밀(pot mill) 중에서 15분간 적절히 혼합한 다음, 테스트용 기밀 용기(airtight container) 내에 저장하였다. 전술한 바와 같이 얻어진 포틀랜드 슬래그 시멘트에 대해 인도 표준 IS 4031-1998에 준거하여, 응결 시간, 및 수화 1일 후, 3일 후, 7일 후, 및 28일 후의 압축 강도, 및 오토클레이프 팽창률 테스트와 같은 물리적 테스트를 각각 수행하였다. 그 결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.

표 1: 실시예 1의 포틀랜드 슬래그 시멘트의 특성

(실시예 2)

볼 밀을 이용하여 시멘트 클린커 250 g을 30분간 건식 분쇄하였다. 이 때, 상기 시멘트 클린커:상기 볼의 비를 1:10으로 유지시켰다. 그리고, 매질로서 물을 이용하여 마쇄기 중에서, 입자화된 고로 슬래그 700 g을 15분간 습식 분쇄하였다. 이 때, 상기 입자화된 고로 슬래그:상기 물의 비를 1:1.5로 유지시키고, 상기 입자화된 고로 슬래그:상기 볼의 비를 1:10으로 유지시켰다. 그런 다음, 마쇄기로 분쇄한 후 얻은 슬러리를 여과시킴으로써, 상기 슬러리 중에 존재하는 물을 분리한 다음, 상기 재료를 전기 오븐 내, 40℃의 온도에서 6시간 동안 건조시킨 후, 실온으로 냉각시켰다. 볼 밀에 의해 분쇄된 시멘트 클린커 250 g, 상기 입자화된 고로 슬래그를 마쇄기로 분쇄하여 얻어진 건조 분말 700 g, 및 석고 분말 50 g을 포트 밀 중에서 15분간 적절히 혼합한 다음, 테스트용 기밀 용기 내에 저장하였다. 전술한 바와 같이 얻어진 포틀랜드 슬래그 시멘트에 대해 인도 표준 IS 4031-1998에 준거하여, 응결 시간, 및 수화 1일 후, 3일 후, 7일 후, 및 28일 후의 압축 강도, 및 오토클레이프 팽창률 테스트와 같은 물리적 테스트를 각각 수행하였다. 그 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

표 2: 실시예 2의 포틀랜드 슬래그 시멘트의 특성

(실시예 3)

볼 밀을 이용하여 시멘트 클린커 150 g을 30분간 건식 분쇄하였다. 이 때, 상기 시멘트 클린커:상기 볼의 비를 1:10으로 유지시켰다. 그리고, 매질로서 물을 이용하여 마쇄기 중에서, 입자화된 고로 슬래그 800 g을 10분간 습식 분쇄하였다. 이 때, 상기 입자화된 고로 슬래그:상기 물의 비를 1:1.5로 유지시키고, 상기 입자 화된 고로 슬래그:상기 볼의 비를 1:10으로 유지시켰다. 그런 다음, 마쇄기로 분쇄한 후 얻은 슬러리를 여과시킴으로써, 상기 슬러리 중에 존재하는 물을 분리한 다음, 상기 재료를 전기 오븐 내, 40℃의 온도에서 6시간 동안 건조시킨 후, 실온으로 냉각시켰다. 볼 밀에 의해 분쇄된 시멘트 클린커 150 g, 상기 입자화된 고로 슬래그를 마쇄기로 분쇄하여 얻어진 건조 분말 800 g, 및 석고 분말 50 g을 포트 밀 중에서 15분간 적절히 혼합한 다음, 테스트용 기밀 용기 내에 저장하였다. 전술한 바와 같이 얻어진 포틀랜드 슬래그 시멘트에 대해 인도 표준 IS 4031-1998에 준거하여, 응결 시간, 및 수화 1일 후, 3일 후, 7일 후, 및 28일 후의 압축 강도, 및 오토클레이프 팽창률 테스트와 같은 물리적 테스트를 각각 수행하였다. 그 결과는 표 3에 나타낸 바와 같다.

표 3: 실시예 3의 포틀랜드 슬래그 시멘트의 특성

(실시예 4)

볼 밀을 이용하여 시멘트 클린커 30 g을 30분간 건식 분쇄하였다. 이 때, 상기 시멘트 클린커:상기 볼의 비를 1:10으로 유지시켰다. 그리고, 매질로서 물을 이용하여 마쇄기 중에서, 입자화된 고로 슬래그 950 g을 마쇄기 중에서 15분간 습식 분쇄하였다. 이 때, 상기 입자화된 고로 슬래그:상기 물의 비를 1:1.5로 유지시키고, 상기 입자화된 고로 슬래그:상기 볼의 비를 1:10으로 유지시켰다. 그런 다음, 마쇄기로 분쇄한 후 얻은 슬러리를 여과시킴으로써, 상기 슬러리 중에 존재하는 물을 분리한 다음, 상기 재료를 전기 오븐 내, 40℃의 온도에서 6시간 동안 건조시킨 후, 실온으로 냉각시켰다. 볼 밀에 의해 분쇄된 시멘트 클린커 30 g, 상기 입자화된 고로 슬래그를 마쇄기로 분쇄하여 얻어진 건조 분말 950 g, 및 석고 분말 20 g을 포트 밀 중에서 15분간 적절히 혼합한 다음, 테스트용 기밀 용기 내에 저장하였다. 전술한 바와 같이 얻어진 포틀랜드 슬래그 시멘트에 대해 인도 표준 IS 4031-1998에 준거하여, 응결 시간, 및 수화 1일 후, 3일 후, 7일 후, 및 28일 후의 압축 강도, 및 오토클레이프 팽창률 테스트와 같은 물리적 테스트를 각각 수행하였다. 그 결과는 표 4에 나타낸 바와 같다.

표 4: 실시예 4의 포틀랜드 슬래그 시멘트의 특성

본 발명의 효과는 다음과 같다:

1. 본 발명의 제조 방법에 따르면, 고배합량의 적절한 산업 폐기물(입자화된 고로 슬래그)을 포틀랜드 슬래그 시멘트를 제조하기 위한 주원료로서 이용함으로써, 종래의 제조 방법에 비해 제조 비용을 상당히 절감할 수 있다.

2. 본 발명의 제조 방법에 따르면, 높은 비용이 드는 원료, 예컨대, 석회석, 점토, 석영, 규암 등과 같은 원료로부터 얻어지는 시멘트 클린커를 대신하여, 산업 폐기물을 이용하기 때문에 자원 보존 차원에서 바람직하다.

3. 본 발명의 제조 방법에 따르면, 에너지 집약적 공정에 의해 제조되는 고배합량의 시멘트 클린커 대신에 산업 폐기물(입자화된 고로 슬래그)을 이용함으로 써, 종래의 제조 방법에 비해 에너지 소비량을 상당히 감소시킬 수 있다.

4. 본 발명의 제조 방법에 따르면, 환경에 CO₂를 방출시키는 고배합량의 시멘트 클린커 대신에 산업 폐기물(입자화된 고로 슬래그)을 이용함으로써, 종래의 제조 방법에 비해 CO₂ 방출량을 상당히 감소시킬 수 있다.

5. 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 제품은 종래의 제조 방법에 따라 제조된 제품에 비해 초기 강도 발현성이 우수하다. 이러한 특성은 슬래그를 기계적으로 활성화함으로써, 그 반응성이 향상되어 초기 강도가 향상됨으로써 얻어진다.

Claims

입자화된 고로 슬래그, 50 내지 95 중량%;

볼 밀(ball mill)에 의해 분쇄된 시멘트 클린커(cement clinker), 5 내지 45 중량%; 및

석고, 1 내지 5 중량%

를 포함하는 포틀랜드 슬래그 시멘트.
제1항에 있어서,

상기 입자화된 고로 슬래그가 제철 공장에서 얻어지는 폐기물인 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트.
제1항에 있어서,

상기 입자화된 고로 슬래그가 마쇄기(attrition mill)에 의해 분쇄된 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트.
제1항에 있어서,

상기 입자화된 고로 슬래그가

비정질 상태의 칼슘 옥사이드(CaO), 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 및 마그 네슘 옥사이드(MgO)를 포함하는 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트.
제1항에 있어서,

상기 시멘트 클린커가 (CaO)₃SiO₂(CaO)₂SiO₂상, (CaO)₃Al₂O₃상, 및 (CaO)₄Al₂Fe₂O₃상을 포함하는 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트.
제1항에 있어서,

상기 고로 슬래그가 20 내지 40 %의 SiO₂, 20 내지 40%의 Al₂O₃, 0 내지 2%의 Fe₂O₃, 20 내지 40%의 CaO, 5 내지 17%의 MgO, 0 내지 5%의 MnO, 0 내지 2%의 SO₃, 및 85% 미만의 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트.
제1항에 있어서,

상기 시멘트 클린커가 20 내지 25 %의 SiO₂, 3 내지 8%의 Al₂O₃, 2 내지 4%의 Fe₂O₃, 60 내지 70%의 CaO, 0 내지 6%의 MgO, 0 내지 4%의 MnO, 1.5% 미만의 SO₃를 포함하는 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트.
제1항에 있어서,

초기 압축 강도가 약 50 ㎫인 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트.
(i) 공지된 방법에 따라 시멘트 클린커를 제조하는 단계;

(ii) 제조된 시멘트 클린커를 건조 조건 하에 볼 밀로 30∼60분간 분쇄하는 단계;

(iii) 입자화된 고로 슬래그의 크기를 공지된 방법에 따라 210 내지 100 ㎛로 감소시킨 다음, 마쇄기에 공급하는 단계;

(iv) 상기 입자화된 고로 슬래그를 상기 마쇄기 중에서 5∼15분간 습식 분쇄함으로써, 슬러리를 얻는 단계;

(v) 얻어진 슬러리에서 물을 제거한 다음, 건조시킴으로써, 공지된 방법에 의해 마쇄된 슬래그를 얻는 단계;

(vi) 상기 (v) 단계에서 얻은 마쇄된 슬래그 50 내지 95 중량%와, 상기 (ii) 단계에서 얻은 분쇄된 시멘트 클린커 4 내지 45 중량%와, 석고 1 내지 5 중량%를 15 내지 30분간 혼합함으로써, 포틀랜드 슬래그 시멘트를 얻는 단계

를 포함하며,

상기 (iv) 단계에서, 상기 입자화된 고로 슬래그와 물의 비는 1:1 내지 1:2이고, 상기 입자화된 고로 슬래그와 분쇄 볼(grinding ball)의 비는 1:5 내지 1:15인 것을 특징으로 하는

포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 입자화된 고로 슬래그가 20 내지 40 %의 SiO₂, 20 내지 40%의 Al₂O₃, 0 내지 2%의 Fe₂O₃, 20 내지 40%의 CaO, 5 내지 17%의 MgO, 0 내지 5%의 MnO, 0 내지 2%의 SO₃, 및 85% 미만의 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,

상기 시멘트 클린커가 20 내지 25 %의 SiO₂, 3 내지 8%의 Al₂O₃, 2 내지 4%의 Fe₂O₃, 60 내지 70%의 CaO, 0 내지 6%의 MgO, 0 내지 4%의 MnO, 1.5% 미만의 SO₃를 포함하는 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 석고가 25 내지 40%의 CaO, 및 30 내지 60%의 SO₃를 포함하는 것을 특징으로 하는 포틀랜드 슬래그 시멘트의 제조 방법.