KR20120116896A - 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물，이를 포함하는 시멘트 및 이의 제조방법 - Google Patents

칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물，이를 포함하는 시멘트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물, 이를 포함하는 시멘트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 제철소의 제강공정에서 부산물로 발생되는 전기로 환원슬래그를 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물에 이용하여 산업 부산물의 활용가치를 높이고, 천연원료의 사용량 저감 및 환경보호와 경제성을 가지면서도 시멘트의 품질 향상 및 소성 에너지 절감에 기여할 수 있는 장점을 가진다.

Description

칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물，이를 포함하는 시멘트 및 이의 제조방법{COMPOSITION OF CALCIUM SULFOALUMINATE TYPE CLINKER, CEMENT COMPRISING THE SAME AND METHOD OF PREPARING THE SAME}
본 발명은 전기로 환원슬래그 및 부산석고, 규산알루미나질 원료를 이용한 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate, 4CaO?3Al2O3?SO3)계 클링커 조성물 및 이를 포함하는 시멘트 및 이의 시멘트 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 철강산업 중 전기로 공정에서 부산물로서 배출되고 있는 환원슬래그와 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화규소(SiO2) 원으로 산업부산물인 화력발전소 석탄재인 비산재와 바닥재 등, 그리고 비료의 제조 및 배연탈황시 부산물로서 배출되는 부산석고를 사용하여 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물, 이를 포함하는 시멘트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
슘[Calcium dihydroxide : Ca(OH)2]을 생성하게 된다.
또한, 상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커는 포틀랜드 시멘트를 제조하는 온도보다 100?200℃ 정도 낮은 1,200?1,300℃에서 제조되므로 에너지가 절약될 뿐만 아니라 포틀랜드 시멘트와 혼합하여 사용하게 되면 투입되는 CSA, CaO, CaSO4의 혼합비에 따라 Al2O3성분이 많으면 조강성, SO3성분이 많으면 고강도성, CaO성분이 많으면 팽창성에 특성을 갖는 시멘트가 제조된다.
따라서, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트의 단점인 건조수축에 따른 균열의 발생억제 및 조강성, 고강성을 발현시키기 위해 주로 사용된다.
그러나 상기에서 설명한 바와 같이 칼슘설포알루미네이트계 클링커는 일반적으로 천연의 보오크사이트, 석회석, 천연석고를 주로 이용하여 제조되고 있다. 이러한 보오크사이트, 석회석 및 천연석고는 천연원료로서, 고가이고, 천연원료의 고갈 및 환경파괴의 우려가 있다. 특히, 보오크사이트는 전량 수입해야 하기 때문에 원가가 매우 높아져 경제성이 매우 낮은 문제가 있다.
본 발명은 전기로 환원슬래그를 이용하여 산업 부산물의 활용가치를 높이고, 천연원료의 사용량 저감 및 환경보호와 경제성을 가지면서도 시멘트의 품질 향상 및 소성 에너지 절감에 기여할 수 있는 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물, 이를 포함하는 시멘트 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예는 전기로 환원슬래그 및 석고를 포함하고, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재를 포함하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 전기로 환원슬래그는 40 내지 80중량%, 상기 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재는 10 내지 40중량%, 상기 석고는 5 내지 25중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 전기로 환원슬래그 CaO 30 내지 60중량%, Al2O3 15 내지 40중량%, SiO2 1 내지 15중량% 및 Fe2O3, MnO, MgO, P2O5, TiO2 및 SO3로 이루어진 부성분 7 내지 25중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물, 포틀랜드 시멘트, 무수석고, 소석회 및 황산나트륨을 포함하는 시멘트이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물은 20 내지 60중량%, 상기 포틀랜드 시멘트는 20 내지 60중량%, 무수석고는 10내지 25중량%, 상기 소석회는 5 내지 15중량% 및 상기 황산나트륨은 0.5 내지 3.0중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 시멘트이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 전기로 환원슬래그 40 내지 80중량%, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재 10 내지 40중량% 및 석고 5 내지 25중량%를 혼합하고, 88㎛ 잔사가 10 내지 20중량% 되도록 분쇄한 후 1,000 내지 1,300℃에서 소성하여 칼슘설포알루미네이트계 클링커를 제조하는 단계(S1); 상기 제조된 칼슘설포알루미네이트계 클링커를 브레인(Blaine) 비표면적 3,500 내지 5,000cm2/g으로 분쇄하는 단계(S2); 상기 칼슘설포알루미네이트 클링커 분쇄물 20 내지 60중량%, 포틀랜드 시멘트 20 내지 60중량%, 무수석고 10 내지 25중량%, 소석회 5 내지 15중량% 및 황산나트륨 0.5 내지 3.0중량%를 혼합하는 단계(S3)를 포함하는 시멘트의 제조방법이다.
본 발명은 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물, 이를 포함하는 시멘트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 제철소의 제강공정에서 부산물로 발생되는 전기로 환원슬래그를 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물에 이용하여 산업 부산물의 활용가치를 높이고, 천연원료의 사용량 저감 및 환경보호와 경제성을 가지면서도 시멘트의 품질 향상 및 소성 에너지 절감에 기여할 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 전기로 환원슬래그의 Q-XRD 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 선철을 제조하는 제선공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 칼슘설포알루미네이트 클링커의 X-선회절도이다.
도 4는 본 발명에 따른 칼슘설포알루미네이트 클링커의 X-선회절도이다.
도 5는 본 발명에 따른 칼슘설포알루미네이트 클링커의 X-선회절도이다.
도 6은 본 발명에 따른 칼슘설포알루미네이트 클링커의 X-선회절도이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 전기로 환원슬래그 및 석고를 포함하고, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재를 포함하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물을 제공하는 것이다.
상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물은 전기로 환원슬래그 40 내지 80중량%, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재 10 내지 40중량%, 및 석고 5 내지 25중량%를 포함한다.
상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물은 88㎛ 잔사가 10 내지 20중량% 되도록 분쇄한 후 1,000 내지 1,300℃에서 소성하여 칼슘설포알루미네이트계 클링커를 제조한다.
상기 전기로 환원슬래그의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 생성되는 CSA 광물이 안정한 화합물을 형성하지만, 이 범위보다 적을 경우에는 CSA 광물 함량이 적어지며, 반대로 많을 경우에는 미반응 free-CaO 함량이 증가되어 안정한 CSA 광물 형성의 저해 요인으로 작용한다.
상기 석고는 결정형태에 따라 반수석고(CaSO4?1/2H2O), 이수석고(CaSO4?2H2O) 및　무수석고(CaSO4)로 나누어지고, 산출되는 형태에 따라　인산 제조공정에서 부산물로 산출되고 있는 인산부생석고, 화력발전소 탈황공정에서 부산물로 산출되고 있는　탈황석고 등이 있으며, 천연에서 산출되고 있는 천연석고로 구분할 수 있다. 본 발명에 따른 석고는 반수석고, 이수석고, 무수석고, 인산부생석고, 탈황석고, 천연석고 등을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 석탄재 중에 존재하는 SiO2 및 Al2O3 성분과 전기로 환원슬래그 중에 존재하는 free-CaO 성분이 반응하여 β-C2S 및 CSA 광물을 생성하여 안정화 한다.
그러나 이 범위 보다 적을 경우에는 미반응 free-CaO 성분이 잔존하게 되며, 반대로 많을 경우에는 수화활성이 낮은 게레나이트(Gehlenite, C2AS) 광물이 생성됨으로서 CSA 광물 함량이 적어져 소기의 목적을 달성할 수 없다.
상기 화력발전소 석탄재를 바닥재와 비산재 모두 포함하는 경우 바닥재와 비산재의 함량비는 임의의 목적에 따라 조절하여 포함할 수 있다.
본 발명은 전기로 환원슬래그를 칼슘설포알루미네이트계 클링커에 이용하기 위하여 상기 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재 및 석고 등의 부원료를 포함하는 것이다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 철강산업의 전기로 제강공정에서 부산물로 발생하고 있는 전기로 환원슬래그는 속경성 광물인 Mayenite(C12A7, C11A7?CaF2), Aluminate(C3A) 광물 외에 보통시멘트 클링커 광물인 Calcium Silicate[Alite(C3S), Belite(β-C2S)] 광물을 함유하고 있다. 그러나 F-CaO 함량이 높기 때문에 F-CaO 함량을 안정화 시킬 필요가 있다.
이를 위하여 본 발명에서는 상기 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재 및 석고 등의 부원료를 포함하여 1,300℃ 이내의 저온에서 클링커 광물 합성이 가능한 속경성 CSA 클링커를 제조할 수 있는 것이다. 즉, SiO2 또는 Al2O3 함량이 높은 화력발전소 석탄재인 바닥재 또는 비산재와 SO3 원으로서 석고를 활용하여 칼슘설포알루미네이트(CSA) 광물 생성량 증대와 더불어 free-CaO 안정화 효과를 얻을 수 있다.
하기 표 1 및 도 1은 Q-XRD 측정결과로서, 전기로 환원슬래그의 구성광물의 각각의 함량을 정량적으로 나타내고 있다. 하기 표 1에서 보는 바와 같이 일반적인 XRD에 의한 정성분석결과와 마찬가지로 주된 구성광물이 11CaO?7Al2O3?CaF2로 이루어져 있으며, 그 함량이 37.1%로 가장 많고, 보통 포틀랜드 시멘트 클링커에 존재하는 간극상인 C3A 화합물이 21.0%를 나타내고 있다. 이외에 급속한 팽창성을 나타내는 free-CaO의 경우 17.1%로 나타나, 향후 이러한 free-CaO의 팽창성을 제어하고, SO3 성분을 추가로 사용하여 CSA(Calcium Sulfoaluminate)와 같은 특수시멘트로의 개발이 필요함을 알 수 있다.
Mineral composition by Q-XRD (wt%)
Alite
(C3S)		 Belite
(β-C2S)		 Aluminate
(C3A)		 C11A7CaF2 Mayenite
(C12A7)		 Lime
(CaO)		 Periclase
(MgO)		 Gehlenite
(C2AS)
5.7 5.1 21.0 37.1 0.9 17.1 10.4 2.7
도 2는 선철을 제조하는 제선공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 철강슬래그는 여러 가지 종류의 슬래그로 구분하여 배출되고 있는 부산물로서 선철을 제조하는 제선공정에서 발생되는 고로슬래그와 강을 제조하는 제강공정에서 발생하는 제강슬래그가 있다.
고로에서는 철광석을 코크스와 석회석과 함께 열풍(hot air)이나 산소를 불어 넣으면서 고온에서 용해하며, 코크스의 탄소로 환원해서 선철을 만든다. 철광석의 철 이외의 성분은 석회석과 코크스 속의 회분(ash content)과 함께 분리 회수되는데 이것이 고로슬래그이다. 고로슬래그는 선철 1톤당 약 290kg이 생성된다. 고로로부터 나온 슬래그는 약 1,500℃의 용융상태이지만 냉각방법에 의해 다음 2가지의 다른 성질과 형태를 가지는 슬래그로 된다.
제강슬래그는 다시 전로슬래그와 전기로 슬래그로 구분되는데, 전로에 생석회를 투입하고 산소를 불어넣어 선철에서 탄소를 제거함과 동시에 생성한 슬래그를 이용해 인과 같은 불순물을 흡수한다. 전로슬래그는 전로 속의 용강 1톤당 약 110kg이 생성된다. 전기로에서는 철스크랩을 전기아크열로 용해하고 산소를 불어넣고 생석회를 투입해서 산화성의 용제(flux)를 생성시켜 철 스크랩 중의 불순물을 제거한다. 이 용제를 냉각하면 산화슬래그가 되며, 코크스와 생석회를 넣어 환원성 용제를 생성시켜서 O2와 S를 제거하는데 이 용제를 냉각하면 환원슬래그로 된다. 즉, 산화슬래그와 환원슬래그를 합쳐서 전기로 슬래그라고 부르고, 전로 용강 1톤당 약 110kg이 생성된다.
전기로는 외부로부터 열을 공급받아 장입원료를 용해하고 정련하는 것으로 로(爐)내의 분위기를 산화성, 환원성으로 자유롭게 바꿀 수 있는 특징이 있다. 통상 산화성 분위기에서는 용강 중에 함유되어있는 강재 제조에 불필요한 성분을 산화시켜 이것을 함유한 산화슬래그를 배출한 후, 환원성 분위기로 강의 탈산 및 성분조정을 시행한다. 전기로에 주원료인 용융선철과 철스크랩 그리고 부원료인 생석회를 장입하고, 산소랜스로 고압의 산소를 불어넣어 격렬한 산화반응을 일으키므로 원료 중의 탄소, 규소, 인, 철의 일부를 산화시키며, 이 산화물은 CaO와 결합하여 슬래그를 만든다. 슬래그는 용철보다 비중이 작아 용철 위에 뜨므로 이를 분리시켜 전기로에서 배출시킨다. 전기로에서 배출된 용융상태의 전기로 슬래그는 냉수나 공기로 식혀, 냉각 고화된 전기로 슬래그를 파쇄하여 철분을 제거하는 자선공정을 수행한다. 특히, 전기로 슬래그는 혼입된 금속철을 회수하고 제철원료로 재이용하기도 한다.
전기로 환원슬래그는 일반적으로 free-CaO의 존재로 인하여, 수화로 인한 팽창붕괴의 용이성 때문에, 사용상의 단점으로 지적되고 있어, 비교적 안정한 전기로 산화슬래그에 비하여 그 활용도가 상당히 떨어지고 있는 실정이다. 이러한 free-CaO는 선철, 고철과 같은 제강원료의 정련에 부원료로서 사용하는 생석회(CaO)가 충분한 슬래그화 되지 않으므로 불안정한 상태로 종종 슬래그 중에 잔존한다. 슬래그 중에 존재하는 생석회의 화합물은 2CaO?SiO2, 2CaO?Fe2O3, 2CaO?Al2O3, 2CaO?P2O5 등의 형태로 존재하며, 이러한 화합물로 존재하지 못하는 것이 free-CaO이다.
그러나, 비교적 팽창 붕괴의 주된 원인은 free-CaO의 수화에 의한 것으로 일반적으로 알려져 있으며, 물과 반응하면 다음의 반응식과 같이 되어 체적이 약 2배로 되어 슬래그의 팽창붕괴를 가져온다.
이와 같은 free-CaO가 잔존하게 되면, 다음과 같은 반응식에 의해 수산화칼슘이 형성됨으로서 체적이 약 2배로 되어 슬래그의 팽창붕괴를 가져온다.
Free-CaO + H2O → Ca(OH)2
본 발명에서는 상술한 전기로 환원슬래그를 칼슘설포알루미네이트계 클링커에 이용하는데 발생하는 팽창, 붕괴성의 문제점을 해결하고 화력발전소 석탄재인 바닥재 또는 비산재 및 석고와 함께 전기로 환원슬래그를 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물에 포함하여 전기로 환원슬래그 중의 free-CaO 성분을 수화 활성이 있는 β-C2S 광물로 전이시킴과 동시에 CSA 광물을 안정화 하는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
상기 전기로 환원슬래그는 CaO 30 내지 60중량%, Al2O3 15 내지 40중량%, SiO2 1 내지 15중량% 및 Fe2O3, MnO, MgO, P2O5, TiO2 및 SO3로 이루어진 부성분 7 내지 25중량%를 포함한다.
전기로 환원슬래그 중의 CaO, Al2O3, SiO2 를 제외한 부성분으로는 일반적으로 Fe2O3, MnO, MgO, P2O5, TiO2, SO3 등을 들 수 있다. 상기 부성분 각각의 성분 함량을 구체적으로 설명하면, 일반적으로 Fe2O3 0.3 내지 8.5중량%, MnO 0.2 내지 5.5중량%, MgO 4.0 내지 8.0중량%, P2O5 0.1 내지 11.3중량%, TiO2,0.2 내지 0.5중량%, SO3 0.1 내지 0.5중량% 이다.
상기 전기로 환원슬래그가 상기 조건을 가지는 구성들로 이루어지는 경우 고로 슬래그나 제강 슬래그 중 전로 슬래그 및 전기로 산화슬래그와 달리 CaO, Al2O3 및 SiO2 성분이 많기 때문에 그 자체적으로 칼슘설포알루미네이트 클링커 조성물을 형성하는데 유리한 장점을 가질 수 있다.
그러나 전기로 환원슬래그 중에는 미반응 free-CaO 함량이 17.1% 수준으로 높기 때문에 이를 안정화 하기 위해서 부원료로서 SiO2 및 Al2O3 성분을 함유하고 있는 화력발전소 석탄재인 바닥재 또는 비산재를 사용함으로써 수경성 광물인 β-C2S 광물과 CSA 광물을 보다 더 생성시킬 수 있는 것이다.
상기 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재는 SiO2 40 내지 65중량%, Al2O3 20 내지 35 중량% 및 Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O 및 SO3등을 포함하는 부성분 10 내지 30중량%를 포함한다.
또한, 본 발명은 상술한 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물, 포틀랜드 시멘트, 무수석고, 소석회 및 황산나트륨을 포함하는 시멘트를 제공하는 것이다.
국내 등록번호 제10-0313709호에서는 제강슬래그를 이용한 속경성 클링커 및 시멘트의 제조방법에 대하여 제강슬래그, 석회석, 이수석고로 구성되어 있는 내용이 개시되어 있으나, 본 발명에서는 제강 슬래그 중 전기로 환원슬래그를 대상으로　CaO 함량이 높기 때문에　별도의 석회석과 같은　CaO 원이　필요치 않으며, 전기로 환원슬래그 중의 미반응 free-CaO는　SiO2 및 Al2O3　함량이 높은 산업부산자원인 화력발전소 석탄재 등을　이용하여 안정화 하여 경제적으로 칼슘설포알루미네이트 클링커를 제조할 수 있는 특징을 가지고 있다.
상기 시멘트는 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물 20 내지 60중량%, 포틀랜드 시멘트 20 내지 60중량%, 무수석고 10 내지 25중량%, 소석회 5 내지 15중량% 및 황산나트륨 0.5 내지 3.0중량%를 포함한다.
상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 속경성 특성을 나타내는 CSA 광물의 초기 수화 활성에 의해 초기강도 증진 효과를 가진다.
상기 포틀랜드 시멘트의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 칼슘설포알루미네이트 클링커 조성물과 상호 호환 작용에 의해 초기 및 장기강도 발현을 도모한다.
상기 무수석고의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 칼슘설포알루미네이트 클링커 조성물의 CSA광물과 반응하여 에트링자이트 수화물의 생성에 의한 초기강도 발현을 활성화 하는 효과를 가진다.
상기 소석회(수산화칼슘)의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 포틀랜드 시멘트의 수화에 의해 생성되는 소석회(수산화칼슘)의 함량을 보완하여 에트링자이트 생성을 촉진하는 효과를 가진다.
상기 황산나트륨의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 포틀랜드 시멘트의초기 수화반응을 촉진하여 칼슘설포알루미네이트 클링커 조성물의 CSA 광물의 초기강도 발현을 안정화하는 효과를 가진다.
이와 같은 기능에 의해 초기 및 장기강도 발현이 우수한 속경성, 고강도 시멘트를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 전기로 환원슬래그 40 내지 80중량%, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재 10 내지 40중량% 및 석고 5 내지 25중량%를 혼합하고, 88㎛ 잔사가 10 내지 20중량% 되도록 분쇄한 후 1,000 내지 1,300℃에서 소성하여 칼슘설포알루미네이트계 클링커를 제조하는 단계(S1); 상기 제조된 칼슘설포알루미네이트계 클링커를 브레인(Blaine) 비표면적 3,500 내지 5,000cm2/g으로 분쇄하는 단계(S2); 상기 칼슘설포알루미네이트 클링커 분쇄물 20 내지 60중량%, 포틀랜드 시멘트 20 내지 60중량%, 무수석고 10 내지 25중량%, 소석회 5 내지 15중량% 및 황산나트륨 0.5 내지 3.0중량%를 혼합하는 단계(S3)를 포함하는 시멘트의 제조방법을 제공하는 것이다.
먼저, 전기로 환원슬래그 40 내지 80중량%, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재 10 내지 40중량% 및 석고 5 내지 25중량%를 혼합하여 분쇄하고, 소성하여 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물을 제조한다(S1).
상기 소성공정은 1,000 내지 1,300℃에서 10분 내지 120분 동안 실시하는 것이 클링커 광물을 형성하는데 바람직하다.
이때, 소성공정을 실시하기 전에 상기 전기로 환원슬래그, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재 및 석고를 상기 함량으로 혼합하여 분쇄하고, 성구공정을 실시한 후 건조시키는 공정을 더 실시할 수 있다.
상기 분쇄, 성구 및 건조공정은 통상적인 방법으로 실시할 수 있으며, 구체적으로 분쇄공정시 전기로 환원슬래그, 화력발전소 석탄재(바닥재 또는 비산재) 및 석고의 입자는 88㎛ 잔사가 10 내지 20중량% 되도록 분쇄하는 것이 클링커의 생성 반응성을 향상하는데 좋다.
상기 성구공정은 분쇄된 혼합물에 물을 첨가하여 지름이 10 내지 20㎜ 정도로 성구하는 것으로 분쇄 입자들을 치밀하게 하여 클링커의 생성 반응성을 향상시키는 것으로, 통상적인 건조공정을 거친 후 소성공정에 투입하여 칼슘설포알루미네이트계 클링커를 제조한다.
상기 전기로 환원슬래그, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재 및 석고에 대한 내용은 상술한 바와 동일하다.
이어서 상기 제조된 칼슘설포알루미네이트계 클링커를 분쇄하는 단계(S2)로서, 칼슘설포알루미네이트 클링커 광물의 수화 반응성을 도모하기 위해서 브레인 비표면적 3,500 내지 5,000cm2/g으로 분쇄하는 것이 바람직하다.
이어서 상기 제조된 칼슘설포알루미네이트계 클링커 분쇄물 20 내지 60중량%, 포틀랜드 시멘트 20 내지 60중량%, 무수석고 10내지 25중량%, 소석회 5 내지 15중량% 및 황산나트륨 0.5 내지 3.0중량%를 포함한다.
상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물, 포틀랜드 시멘트, 무수석고, 소석회 및 황산나트륨에 대한 내용은 상술한 바와 동일하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.　그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
칼슘설포알루미네이트 클링커를 제조하기 위해 사용된 원료의 화학성분은 표 2와 같다. 전기로 환원슬래그, 석고 및 바닥재의 함량을 표 3과 같은 배합비로 변화시켜 혼합한 후 88㎛ 잔사가 15% 되도록 분쇄하였으며, 이들 혼합물에 물을 가하여 직경 15mm 정도로 성구하였다. 성구된 시료는 건조 후 1,200℃에서 1시간 소성하여 제조된 클링커를 X-선회절 분석하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 보는 바와 같이 칼슘설포알루미네이트(CSA)와 칼슘실리케이트(β-C2S)가 주성분이고, 일부 칼슘알루미네이트(C12A7) 성분이 함유된 클링커가 제조되었음을 알 수 있었다.
원료 화학성분 (중량%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 Ig.loss
환원
슬래그		 3.75 29.25 0.63 54.31 7.58 0.02 0.01 2.57 0.00
바닥재 48.50 20.59 12.77 5.84 0.66 0.15 1.29 0.56 8.10
비산재 56.25 26.23 3.57 4.14 1.28 0.10 1.03 0.63 5.44
이수석고 2.27 0.18 0.15 30.97 0.11 0.03 0.05 44.94 21.12
구 분 원료배합비 (중량%)
전기로 환원슬래그 이수석고 화력발전소 석탄재
(바닥재)
실시예 1(a) 56 12 32
실시예 1(b) 59 12 29
실시예 1(c) 62 12 26
실시예 1(d) 65 12 23
실시예 1(e) 68 12 20
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 바닥재 대신 비산재로 대체하여 제조된 클링커를 X-선회절 분석하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 보는 바와 같이, 칼슘설포알루미네이트(CSA)와 칼슘실리케이트(β-C2S)가 주성분이고, 일부 칼슘알루미네이트(C12A7) 성분이 함유된 클링커가 제조되었음을 알 수 있었다.
바닥재 대신에 비산재를 대체하여 제조된 클링커의 X-선회절 분석 결과, 실시예 1과 동일한 칼슘설포알루미네이트계 클링커가 제조되었다.
구 분 원료배합비 (중량%)
전기로 환원슬래그 이수석고 화력발전소 석탄재
(비산재)
실시예 2(a) 56 12 32
실시예 2(b) 59 12 29
실시예 2(c) 62 12 26
실시예 2(d) 65 12 23
실시예 2(e) 68 12 20
실시예 3
전기로 환원슬래그 62중량%, 이수석고 12중량% 및 바닥재 26중량%를 혼합한 후 88㎛ 잔사가 15% 되도록 분쇄하였으며, 이들 혼합물에 물을 가하여 직경 15mm 정도로 성구하였다. 성구된 시료는 건조 후 각각 1,000℃, 1,100℃, 1,200℃, 1,300℃에서 1시간 소성하여 제조된 클링커를 X-선회절 분석하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 보는 바와 같이, 1,100℃ 이상에서는 칼슘설포알루미네이트계 클링커의 주 구성광물로는 CSA와 β-C2S가 주로 존재하여 비교적 낮은 온도에서도 칼슘설포알루미네이트계 클링커 광물이 잘 발달되어 있는 것을 알 수 있다.
실시예 4
전기로 환원슬래그 62중량%, 이수석고 12중량% 및 비산재 26중량%를 혼합한 후 88㎛ 잔사가 15% 되도록 분쇄하였으며, 이들 혼합물에 물을 가하여 직경 15mm 정도로 성구하였다. 성구된 시료는 건조 후 각각 1,000℃, 1,100℃, 1,200℃, 1,300℃에서 1시간 소성하여 제조된 클링커를 X-선회절 분석하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에서 보는 바와 같이, 1,100℃ 이상에서는 칼슘설포알루미네이트계 클링커의 주 구성광물로는 CSA와 β-C2S가 주로 존재하여 비교적 낮은 온도에서 비산재를 사용한 경우에도 칼슘설포알루미네이트계 클링커 광물이 잘 발달되어 있는 것을 알 수 있다.
실시예 5
실시예 3의 1,200℃에서 제조된 칼슘설포알루미네이트계 클링커를 브레인 비표면적 4,200cm2/g이 되도록 분쇄하고, 상기 칼슘설포알루미네이트 클링커 분쇄물과 포틀랜드 시멘트, 무수석고, 소석회 및 황산나트륨을 혼합하여 시멘트를 제조하였으며, 각각 시멘트의 제조 배합비는 표 5와 같다.
이때 포틀랜드 시멘트는 시중에서 유통되고 있는 보통 시멘트를 사용하였고, 무수석고는 인산염 공업에서 부산물로 생성되는 분말상의 것을 그대로 사용하였으며, 소석회 및 황산나트륨은 각각 공업용으로 판매되고 있는 분말상을 사용하였다.
시멘트의 압축강도 측정은 KS L 5105(시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 준하여 실시하였으며, 이때 시트르산은 응결시간을 늦추어 작업시간을 확보하기 위해 시멘트 량의 1.0중량%를 배합수량에 용해하여 사용하였다.
그 결과를 표 6에 나타내었다.
구 분 시멘트 배합비 (중량%)
칼슘설포알루미네이트 클링커 포틀랜드 시멘트 무수석고 소석회 황산나트륨
실시예 5 20 60 14 5 1
실시예 6 60 20 14 5 1
실시예 7 40 40 14 5 1
실시예 8 35 35 20 8 2
실시예 9 30 35 20 13 2
구 분 압축강도 (kg/cm2)
3시간 6시간 1일 3일 28일
실시예 5 146 190 295 390 456
실시예 6 234 284 366 468 540
실시예 7 208 245 328 447 525
실시예 8 200 263 353 440 508
실시예 9 215 278 370 451 524
표 6에서 본 바와 같이 칼슘설포알루미네이트계 클링커에 여러 원료들을 혼합한 시멘트는 초속경성 및 고강도성을 나타내었음을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (3)

  1. 전기로 환원슬래그 및 석고를 포함하고, 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재를 포함하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기로 환원슬래그는 40 내지 80중량%, 상기 바닥재, 비산재 중에서 선택된 1종 이상인 화력발전소 석탄재는 10 내지 40중량% 및 상기 석고는 5 내지 25중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼슘설포알루미네이트계 클링커 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기로 환원슬래그는 CaO 30 내지 60중량%, Al2O3 15 내지 40중량%, SiO2 1 내지 15중량% 및 Fe2O3, MnO, MgO, P2O5, TiO2 및 SO3로 이루어진 부성분 7 내지 25중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼슘설포알루미네이트 클링커 조성물.
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