KR20130047229A

KR20130047229A - 지오폴리머 반응을 이용한 ｃｄｑ 코크스 분진 고형물 제조방법

Info

Publication number: KR20130047229A
Application number: KR1020110112125A
Authority: KR
Inventors: 반봉찬
Original assignee: 반봉찬; 케이에스씨 주식회사; 정동훈
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-08

Abstract

본 발명은 제철 코크스 제조 공정중에 발생하는 CDQ코크스 분진을 이용하여 가루발생이 없고, 강도를 갖는 코크스 고형물과 이의 제조방법에 관한 것으로 특히, 상기의 코크스 고형물은 코크스분진 분말과 지오폴리머 물질인 석탄회나 메타카올린, 수산화칼륨이나 수산화나트륨 및 규산나트륨을 포함한다.
상기 코크스 고형물의 제조방법은 코크스분진의 입도를 조절하는 제1단계와, 제1단계의 코크스 분진과 석탄회, 메타카올린등의 포졸란 물질과 혼합한 후 물유리와 수산화나트륨이나 수산화칼륨등을 섞어 성형하는 제2단계와 제2단계의 성형물을 수분이 있는 상태 양생하는 제3단계와, 제3단계의 양생된 성형물을 건조시키는 제4단계를 포함한다.

Description

지오폴리머 반응을 이용한 ＣＤＱ 코크스 분진 고형물 제조방법{Method of manufacturing solid lump for CDQ coke powder by geopolymer reaction}

본 발명은 제철코크스 제조과정에서 부산되는 미분상의 코크스분진을 사용하여 지오폴리머 반응에 의해 강도를 갖는 코크스 고형물 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철공정에서 필요한 코크스 제조공정에서 코크스 제조 후, 코크스 산화방지를 위해 급격히 냉각시키는 냉각 공정이 있는데, 상기 냉각을 위해서 물을 사용하는 경우와 액체질소를 사용하는 경우로 구분되나, 이들 두가지 방법은 냉각공정에 동시에 사용되는 경우가 대부분이다.

그러나 물을 사용하는 경우와 액체질소를 사용하는 경우, 냉각공정 후, 발생하는 슬러지 형태의 분말은 전혀 다른 성상을 지니고 있으며, 액체질소를 이용한 냉각 방법에 의해 발생하는 코크스 분말은 입도가 고르게 분포되어 있으나, 성분이 미분탄과 거의 동일하다.

반면 수냉의 경우에는 수분이 많고 입자 분포가 매우 불균일하여, 이를 전기 원료로 재활용하기 위해서는 건조공정과, 분쇄 및 체질공정을 거쳐 0.5mm이하의 분진만을 선별하여 사용하고 있다.

또한 코크스 냉각분진의 성분은 중량 퍼센트로 수분 0.35~0.8%, 회분 10.5~12.3%, 휘발성분 0.85~1.1%, 고정탄소 86.3~87.8%로 구성되어 있고, 원소분석을 보면 탄소(C) 73%, 수소(H) 5%, 산소(O) 9%, 질소(N) 2%, 유황(S) 1%로 구성되어 있으므로, 종래 원료로 사용되는 미분탄의 구성원소와 성분이 거의 동일함을 알 수 있고, 입도분포는 평균 0.30mm 정도로 매우 미세함을 알 수 있다.

상기 코크스 냉각 부산물로 발생하는 코크스 냉각분진의 주채취장소와 입도분포 및 수분의 함량을 표1에 나타내면 다음과 같다.

냉각방식	채취장소	입도분포(mm)	수분(%)
수냉각	침전지	2~3	10
질소냉각	더스트 캐쳐	0.47	0.14
	멀티싸이클론	0.26	0.2
	전기집진기	0.21	0.34
	평균(%)	0.30	0.24

이처럼 코크스 냉각분진의 입도분포는 0.21~0.47mm 범위로 비교적 일정하면서 미세하고, 수분의 함량이 낮다.

또한 종래의 미분탄과 코크스 냉각분진의 열량을 비교한 결과 종래의 미분탄은 6,580Kcal/Kg인 반면, 코크스 냉각분진의 열량은 6,927Kcal/Kg의 열량을 발생하므로 이들 코크스 냉각분진을 원료로 사용하게 되면 고정탄소량이 많아 발열원으로서 단위 열량 측면에서 더 높은 효과를 가질 수 있는 것이다. 또 상기한 코크스 냉각분진은, 회분이 적어 슬래그로 유입되는 양이 적어, 슬래그의 양을 줄일 수 있고, 용융 공정 중 노벽에 슬래그가 부착되는 클로깅 현상을 막을 수도 있다. 더구나 코크스 냉각분진은 대기오염 성분인 NOx와 SOx의 주원인인 유황(S)이 0.52%, 질소(N)가 1.19%로 농래 미분탄의 절반 정도밖에 되지 않아 대기오염측면과 슬래그의 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 가지는 것이다.

또한 코크스의 미세다공은 오염물질을 흡착시킬 수 있어서 냄새 제거 및 유해성 세균 제거, 산화방지, 원적외선 방사, 음이온 발산, 습도 조절, 전자파 차폐 등에 효과적이다. 또한 코크스는 물의 정수수단으로 필터의 첨가물로 활용되거나, 대기 오염 가스를 제거하는 제거공정에 첨가물로 활용될 수 있고, 건축물의 내장재로 활용되어 실내오염물질의 주범인 포름알데히드를 감소시킬 수 있다.

상기에 열거된 코크스의 기능을 활용하기 위해 제품은 적용하기 위한 시도와 방법이 다양하게 이루어지고 있지만, 코크스 자체가 갖는 검은 색상과 가루성분이 날리거나 손에 묻어 날 수 있는 문제점으로 인해 활용분야에 제약을 받고 있다.

한편, 시멘트를 대체 가능한 무기결합재로서 지오폴리머가 대두되고 있다. 지오폴리머는 1978년 Davidovits에 의해서 처음 명명된 것으로, 시멘트를 대체 가능한 소재로 주목받고 있다. 건설재료에 수경성물질이 있다. 이들 지오폴리머 소재들은 알칼리 자극제에 의하여 알칼리와 실리카에 의한 반응 구조를 가지고 있다. 이들 알칼리 자극제 중 일반적으로 사용되는 KOH와 NaOH는 강알칼리 특성을 나타내고 있으나 고가의 자극제이며, 물과 반응시 발열을 나타내 분체를 사용할 경우 수화열의 상승과 수분의 증발을 가져온다.

수화열의 상승과 수분의 증발은 건조수축과 내외부의 온도차에 의한 온도수축팽창균열을 가져와 구조물에 대하여 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 하지만 NaOH 또한 이러한 발열특성은 KOH에 비하여 약하게 나타나지만 동일한 현상을 보이고 있어 정확한 물용액 제조를 통한 자극제의 제조과정이 필수적이다.

본 발명의 목적은 제조가 용이하지 못하고, 고가인 미분탄이 가지는 폐단을 해결하기 위한 것으로, 상기 미분탄을 대신하기 위한 아크로 용융공정시 사용되는 원료로써, 제철소 코크스 제조공정중에 코크스 냉각 부산물로 발생하고, 종래의 미분탄과 화학적 조성이 거의 동일하면서도 전기 전도도 및 안정화 효과는 우수한 코크스 냉각분진을 사용하고자 하는 것이다.

현재 제철소의 코크스 제조공정에서 발생하고 코크스 냉각분진의 양은 년간 5만 4천톤에 이르고 있으나 이용 및 물성연구가 미비한 관계로 단순 가탄제의 용도로만 사용되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명자는 제철소 코크스 제조공정 중에 코크스 냉각 부산물로 발생하는 분진의 활용처를 연구하던 중, 상기 코크스 냉각분진을 지오폴리머 반을을 이용하여 고체화하여 괴상의 코크스로 사용할 수 있는 것에 착안하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 코크스 분말을 고형물 형태로 가공하여 코크스의 가루성분이 발생되지 않도록 하면서, 쉽게 깨지거나 부스러지지 않는 강도와, 불에 잘타는 특성을 갖도록 하여 코크스의 활용도를 높이기 위한 코크스 고형물 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코크스 고형물은 코크스 분말과 지오폴리머반응을 이용한다. 상기 물유리인 규산나트륨과 석탄재나 메타카올린 화학적조성은 <표2>에 나타내었다.

	이산화규소 (SiO₂)	산화알루미늄 (Al₂O₃)	산화철 (Fe₂O₃)	산화칼슘 (CaO)	산화마그네슘 (MgO)	산화 나트륨 (Na₂O)	산화칼륨 (K₂O)	산화인 (P₂O₅)	탄소 (C)	산화 티타늄 (TiO₂)
석탄회	57.8	29.5	2.9	0.7	0.7	0.2	2.3	0.1	3.3	1.5
수재 슬래그	34.39	14.47	0.63	41.67	6.49	0.22	0.36	-	-	0.53
메타 카올린	52.26	42.83	1.01	0.02	0.09	0.02	1.56	-	-	0.13

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코크스분진을 이용한 코크스 고형물의 제조방법은 석탄재나 메타카올린을 분진과 코크스와 혼합하는 제1단계와, 상기 제1단계의 혼합물에 수산화나트륨이나 수산화칼륨을 혼합하는 제2단계와, 상기 제2단계의 CDQ분말과 규산소다용액을 넣는 제3단계와, 상기 제3단계의 혼합물을 성형시키는 제4단계와, 상기 제4단계의 양생하는 제5단계와, 상기 제5단계의 2차 양생하는 제6단계를 포함한다.

본 발명은 부산물인 코크스분진을 사용하여 지오폴리머 반응을 이용한 코크스 고형물 제조에 관한 것으로, 코크스 고형물의 무게를 경량화하면서 강도를 유지하도록 하고, 동시에 불에 잘타는 지니도록 한다. 이와 같은 코크스 고형물이 지니는 효과를 적극 활용하고 적용분야를 넓히기 위함에 그 장점이 있다.

이하에서 본 발명에 따른 코크스 고형물 및 이의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이들 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 코크스 고형물은 코크스분진과 석탄재나 메타카올린, 수산화나트륨이나 수산화칼륨, 규산나트륨을 포함한다.

상기와 같이 구성된 코크스 고형물의 제조방법은 하기에 상세하게 설명한다.

실시예1은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 코크스 고형물 100중량부를 기준으로 제조하는 단계를 설명한다.

제1단계 : 석탄재 분말 5~8중량부에 수산화나트륨 20~30중량부를 넣고 혼합분쇄한다.

제2단계 : 1단계의 혼합물에 분말코크스(40~70중량부)과 규산나트륨용액(5~10중량부)을 혼합한다.

제3단계 : 제2단계의 혼합물을 성형시킨다.

제4단계 : 제3단계의 성형물을 30~40℃에서 습도70%에서 8시간 양생한다.

제5단계 : 4단계의 성형물을 30~40℃에서 건조상태에서 7일 양생 건조한다.

실시예2는 본 발명에 따른 CDQ분진 고형물의 제조방법의 또다른 실시예로 하기에 상세히 설명한다.

상기 실시예1과 동일하게 시행 코크스분말의 제철 코크스 제조 공정시 발생하는 코크스 분말인 CDQ 분진을 이용하였으며 제조방법은 실시예1과 동일하다.

실시예2의 제조방법에 의해 제조된 코크스 고형물 100중량부를 기준으로 투입되는 원재료는 수산화나트륨 10~15%, 석탄회 5~15%, 물유리 8~10%로 이루어진다.

상기 실시예2의 판재를 만들 경우, 섬유보강제 중 선택된 하나 이상의 재료를 코크스 고형물 제조과정 넣는 이유는 완성된 코크스 고형물의 벤딩 현상이나 금이 생기는 크랙 현상을 감소 또는 방지 시킬 수 있기 때문이다. 또한 섬유 보강제를 넣어 판넬을 제조하게 되면 판넬의 두께를 얇게 가공할 수 있는 효과가 있다.

제6단계에 있어서, 건축용 판넬 형태의 가압성형 하기 위해서는 판넬 성형몰드에 넣어서 30~40℃의 온도에서 150~200kg/㎠의 압력으로 판넬을 제조할 수 있으며, 제조된 판넬은 자연건조시켜 완성한다.

제6단계의 또다른 실시예로 온돌 바닥재로도 가공할 수 있도록 가압성할 수 있으며, 또한 인테리어 소품으로 활용하는 장신구의 제작하기 위한 가압성형을 할 수 있다.

제7단계에 있어서, 제6단계의 제조된 판넬의 표면에 안료를 도포하는 가공단계로 안료 도포된 판넬을 소성하거나 자연 건조 시킬 수 있다.

상기 실시예2의 또다른 예로 제6단계와 제7단계에, 건축용 보드성형 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 실시예1의 제조방법에 의해 제조된 본 발명품인 코크스 고형물을 건축용 보드로 제조방법은 30~40℃의 온도에서 150~200kg/㎠의 압력에서, 가공단계를 더 포함하여 건축용 보드로 제조할 수 있다. 통상의 일반적인 건축용 보드를 제작하는 과정에 본 발명품인 코크스 고형물을 넣어서 제작할 수도 있고 이 경우에는 가압성형 전 단계의 코크스 고형물을 넣는 것이 바람직하다.

Claims

CDQ코크스분진 분말과 포졸란물진, 알카리활성화제, 알카리제를 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 반응을 이용한 CDQ코크스분진 고형물 제조방법.
상기 청구항1의 코크스분의 화학조성이 중량 퍼센트로, 수분 0.35~0.8%, 회분 10.5~12.3%, 휘발성분 0.85~1.1%, 고정탄소 86.3~87.8 %로 이루어지는 코크스 냉각분진.
제1항에 있어서 상기 코크스 냉각분진의 입도는 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 코크스 냉각분진을 이용한 고형물제조 미분탄 대체재.
제1항에 있어서, 상기 포졸란 물질은 메타카올린이나 석탄재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고화제 원료.
제1항에 있어서, 상기 알카리활성화제로 수산화나트륨이나 수산화칼륨을 특징으로 하는 고화제 원료.
제1항에 있어서, 상기 알카리제로 규산나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 고화제 원료.
코크스와 수산화나트륨을 혼합분쇄하는 1단계와, 상기 제1단계의 혼합물에 코크스 분진을 공급하는 규산나트륨을 제2단계와 상기 제2단계의 혼합물을 성형하는 제3단계와 상기 제3단계의 성형물을 온도 30~40℃에서 습도 70~80%에서 양생하는 상기 제4단계의 양생물을 다시 30~40℃의 온도에서 재양생하는 제5단계와 상기 제5단계의 접착제가 첨가된 혼합물을 가압성형하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 분진 고형물의 제조방법.
제4항에 있어서, 석탄재의 화학적조성이 중량퍼센트로 이산화규소 50~63%, 산화알루미늄 25~34%, 산화철 1.5~5%, 산화칼륨 1~4%, 탄소 2.5~12%인 것을 특징으로 하는 코크스 고형물의 제조방법.
제4항에 있어서, 메타카올린의 화학적조성이 중량비로 이산화규소 40~62%, 산화알루미늄32~52%, 산화철 0.5~5%, 산화칼륨 1.1~4%인 것을 특징으로 하는 코크스 고형물의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기의 제조방법에 의해 제조된 코크스 고형물 100중량부를 기준으로 투입되는 원재료는 수산화나트륨 20~30중량부, 석탄재나 메타카올린 분말 5~8중량부, 코크스분말 40~70중량부, 수산화나트륨이나 수산화칼륨 5~10중량부, 규산나트륨 8~10중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스 고형물의 제조방법.
상기 청구항5의 제4단계의 혼합된 혼합조성물을 판넬 또는 보드 형태로 가압성형하는 제1단계와 상기 제1단계를 판넬 또는 보드 형태의 혼합 조성물에 안료를 도포하는 포장단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판넬 형태의 코크스 고형물 제조방법.
판넬 또는 보드 형상으로 성형되며, 메타카올린, 수산화나트륨이나 수산화칼륨, 코크스 분말, 석탄재, 규산나트륨을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스 고형물.