KR20130109616A - The manufacturing method of high quality recycling aggregate using a neutralization reaction of calcium hydroxide and carbon dioxide - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수산화칼슘과 이산화탄소의 중화반응을 이용한 고품질 순환골재의 생산방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 순환골재 생산공정 중에서 1차 화학적인 처리방법으로써 골재 세척수에 수산화나트륨(NaOH)을 용해시켜 수산화나트륨 수용액으로 제조 후 이산화탄소(CO2)를 용해하여 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액으로 제조된 수용액을 골재 세척시에 사용하면 탄산나트륨(Na2CO3)과 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)으로 석출되어 골재와 시멘트 페이스트 계면을 다공화한 다음, 2차 물리적 방법으로써 저속으로 원통용 마쇄장치를 회전시켜 골재간의 마찰과 자유낙하 에너지에 의한 충격력만을 이용하여 효과적으로 골재와 시멘트 페이스트 성분을 분리함으로써 고품질 순환골재를 생산하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing high-quality recycled aggregates using a neutralization reaction between calcium hydroxide and carbon dioxide, and more particularly, to dissolving sodium hydroxide (NaOH) in aggregate wash water as a primary chemical treatment method in a recycled aggregate production process. by dissolving the carbon dioxide (CO 2) and then prepared into an aqueous solution of sodium carbonate (Na 2 CO 3) the aqueous solution prepared in an aqueous solution at the time of aggregate washed sodium carbonate (Na 2 CO 3) and calcium hydroxide (Ca (OH) 2) by reaction It precipitates with calcium carbonate (CaCO 3 ) to make the interface between aggregate and cement paste, and then rotates the cylindrical grinding device at low speed by the second physical method, effectively using only the impact between friction and free fall energy between aggregates. The present invention relates to a method for producing high quality recycled aggregate by separating the cement paste components.
골재는 주택 및 도로, 항만, 철도, 공항 등의 건설에 요구되는 중요한 자원으로 전국에서 연간 2억 5천만 톤이 소요되며, 건설공사 용적의 70~90%를 점유하고 있어 건설공사의 양과 질을 좌우하는 필수 불가결한 기초자재이다. 최근 들어, 기존에 사용되었던 강모래, 강자갈과 같은 천연골재의 부족량이 크게 감소하고, 환경규제의 강화 및 민원의 빈발로 골재의 공급여건이 갈수록 악화되고 있다.Aggregate is an important resource required for the construction of houses, roads, ports, railroads, airports, etc. It takes 250 million tons annually throughout the country, and occupies 70 ~ 90% of the construction volume. It is indispensable basic material to influence. In recent years, the shortage of natural aggregates, such as river sand and gangjagal, which have been used in the past, has greatly decreased, and the supply conditions of aggregates have been deteriorating due to the strengthening of environmental regulations and frequent complaints.
최근 폐콘크리트를 재활용하여 건설 및 산업용 모래의 수급불균형 문제를 해결하기 위하여 국가· 사회적으로 지대한 관심을 모으고 있으며, 국내에서도 순환 골재를 생산하기 위한 제조· 생산기술이 다양하게 진행되고 있으나 폐콘크리트로부터 순환 골재 제조 시 발생되는 5mm 이하의 순환골재의 경우 파쇄 및 마쇄로 인해 폐콘크리트 미분말이 다량 함유되어 품질이 열악한 상황이며, 입도가 불량하고 흡수율이 높기 때문에 순환모래로 활용하기는 현실적으로 어려운 상황이다. 이러한 폐콘콘크리트 미분말을 제거하는 것이 고부가가치의 재활용 기술이 될 것이다. 국내의 건설폐기물 중간처리업체에서는 습식 공정을 통하여 세척 횟수를 증가하고 있으며, 양질의 골재를 얻기 위해서 파쇄 횟수의 증가도 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 기존의 풍력선별 방식에 의한 순환모래 제조 시스템의 경우 여러 가지 제조방식의 한계로 인하여 폐콘크리트 미분말이 발생하고 있으며 그로 인한 고품질 순환골재를 얻는데 어려움이 발생하고 있다. 이처럼 폐콘크리트 미분말을 제거하는 것이 중요한 현 실정이며, 고품질의 골재를 얻기 위해서는 제조기술과 재활용 기술을 개발하는 것이 중요하다.
Recently, great attention has been paid to the nation and society in order to solve the problem of supply and demand imbalance between construction and industrial sand by recycling waste concrete.In Korea, various manufacturing and production technologies for producing recycled aggregates are progressing, but recycling from waste concrete In the case of circulating aggregates of 5 mm or less generated during the production of aggregates, waste concrete fine powder is contained due to crushing and grinding, so the quality is poor, and because of poor particle size and high absorption rate, it is practically difficult to use as circulating sand. Removing such waste concrete fine powder will be a high value-added recycling technology. Construction waste intermediate treatment companies in Korea are increasing the number of washing through the wet process, and the number of crushing is continuously increasing to obtain good aggregate. In addition, in the case of the conventional circulating sand manufacturing system by the wind screening method, waste concrete fine powder is generated due to the limitations of various manufacturing methods, thereby resulting in difficulty in obtaining high quality circulating aggregate. As such, it is important to remove the waste concrete powder, and to obtain high quality aggregate, it is important to develop manufacturing technology and recycling technology.
한편, 인류의 산업발전에 동반된 이산화탄소 배출의 증가로 인해 급속한 지구온난화가 초래되었으며, 전 세계적으로 이에 대한 대처가 시급하게 되었다. 국내외의 여러 기관에서 지구온난화 대응을 위한 기술 및 경제성 평가, 처리비용, 사회적 영향, 예상 규제, 지구환경 영향 등에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 더불어 이산화탄소 처리를 위한 다양한 기술이 적용되고 있으며, 기존의 산업현장에서 사용되고 있는 기술의 전환을 포함한 새로운 처리기술들이 개발되고 진화되고 있다.On the other hand, the increase of carbon dioxide emission accompanied by the industrial development of mankind caused a rapid global warming and urgent response to this is urgent worldwide. Various researches are being conducted by various organizations at home and abroad to evaluate technology and economic feasibility, treatment cost, social impact, anticipated regulation and global environmental impact. In addition, various technologies for carbon dioxide treatment are being applied, and new treatment technologies including the conversion of technologies used in existing industrial sites are being developed and evolved.
이러한 지구온난화는 자연계의 기후시스템을 변화시켜 해수면의 상승, 국지성 폭우 및 폭설 등의 기상이변을 가져와 육상 및 해양 생태계에 변화를 일으키며 인류건강에 직· 간접적인 영향을 끼친다. 더욱이 앞으로 다가올 미래에는 온난화가 더욱 가속화되어 인류사회에 심각한 영향을 줄 것으로 예상된다.
Global warming changes the natural climate system, resulting in meteorological changes such as sea level rise, local torrential rains and heavy snowfall, resulting in changes in terrestrial and marine ecosystems and directly or indirectly affecting human health. Moreover, in the coming future, it is expected that warming will accelerate further and seriously affect human society.
본 발명은 건설폐기물 중 폐콘크리트를 재활용하여 고품질의 순환골재를 생산하기 위하여 순환골재 생산공정 중에서 1차 화학적인 처리방법으로써 골재 세척수에 수산화나트륨(NaOH)을 용해시켜 수산화나트륨 수용액으로 제조 후 이산화탄소(CO2)를 용해하여 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액으로 제조된 수용액을 골재 세척시에 사용하면 탄산나트륨(Na2CO3)과 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)으로 석출되어 골재와 시멘트 페이스트 계면을 다공화하고, 2차 물리적 방법으로써 저속으로 원통용 마쇄장치를 회전시켜 골재간의 마찰과 자유낙하 에너지에 의한 충격력만을 이용하여 효과적으로 골재와 시멘트페이스트 성분을 분리하여 순환골재의 품질을 향상시킴과 동시에 이산화탄소를 고정화함으로써 이산화탄소를 절감하는 고품질의 순환골재의 생산방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention is the first chemical treatment method of recycling aggregates in the construction waste to produce high-quality recycled aggregates by dissolving sodium hydroxide (NaOH) in the aggregate washing water to produce a high-quality recycled aggregates carbon dioxide ( CO 2) the dissolved sodium carbonate (Na 2 CO 3) the aqueous solution prepared in an aqueous solution at the time of aggregate washed sodium carbonate (Na 2 CO 3) and calcium hydroxide (Ca (OH) 2) calcium carbonate by the reactions (CaCO 3) Precipitates and makes the interface between aggregate and cement paste porous and rotates the cylindrical grinding device at low speed by secondary physical method, effectively separating aggregate and cement paste components using only friction between aggregate and impact force by free fall energy. High quality net to reduce the carbon dioxide by improving the quality of aggregate and fixing carbon dioxide An object of the present invention to provide a method for producing aggregates.
본 발명은 폐 콘크리트를 투입하여 파쇄하고 이물질을 선별하여 입도별로 순환골재 생산방법에 있어서, 화학적 처리로 골재와 시멘트페이스트 계면을 취약하게 만든 후 기계적 처리로 저속의 습식마쇄기를 이용하여 효과적으로 골재와 시멘트페이스트 성분을 분리하여 고품질의 순환골재를 생산하는 방법으로서, a)세척수에 수산화나트륨(NaOH)을 용해하여 수산화나트륨 수용액을 제조하는 단계; b)상기 a)단계의 수산화나트륨 수용액에 이산화탄소(CO2)를 용해하여 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액을 제조하는 단계; c)상기 b)단계의 탄산나트륨 수용액으로 순환골재를 세척하는 단계; 및 d)상기 c)단계의 순환골재를 황산수를 공정수로 사용하여 저속습식마쇄장치로 마쇄하여 시멘트페이스트를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the waste concrete is put into crushing and the foreign matter is sorted by particle size in the circulating aggregate production method, by making the interface between the aggregate and the cement paste weak by chemical treatment effectively using the low-speed wet crusher by mechanical treatment aggregate and cement A method of producing high-quality recycled aggregates by separating paste components, the method comprising: a) dissolving sodium hydroxide (NaOH) in wash water to prepare an aqueous sodium hydroxide solution; b) preparing a sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) aqueous solution by dissolving carbon dioxide (CO 2 ) in the aqueous sodium hydroxide solution of step a); c) washing the circulating aggregate with the aqueous sodium carbonate solution of step b); And d) pulverizing the cement paste by grinding the recycled aggregate of step c) with a slow wet grinding device using sulfuric acid water as the process water.
또한, 본 발명은 상기 d)단계의 공정수를 황산용액을 희석시켜 pH 5.6~6.0의 약산성수로 하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the present invention is characterized in that the process water of step d) is diluted with sulfuric acid solution to weakly acidic water of pH 5.6 ~ 6.0.
또한, 본 발명의 상기 d)단계의 습식마쇄장치는 마쇄시간 10~15분, 조골재비 1.0~1.5 의 조건으로 순환골재를 마쇄하여 시멘트페이스트를 분리하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the wet grinding device of step d) of the present invention is characterized in that the cement paste is separated by grinding the circulating aggregate under the conditions of grinding time 10-15 minutes, crude aggregate ratio 1.0-1.5.
먼저, 화학적인 처리로서 폐콘크리트에 포함되어 골재의 품질을 저하시키는 시멘트 페이스트는 40% 공극과 15% 수산화칼슘(Ca(OH)2), 그리고 45%의 고체수화물질로 이루어져 있으며 골재와의 부착강도가 골재의 강도와 유사하다는 특징을 가지고 있다. 이러한 시멘트 페이스트 구성 물질 중 수용성이며 알칼리 물질인 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 산성계 물질과 반응시키는 중화반응을 이용하여 제거할 수가 있다. 산성계 물질을 이용하여 시멘트페이스트 성분인 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 제거할 경우 골재와 부착되어 있는 계면을 다공화하여 취약한 환경을 만들 수 있으며 추후 골재강도보다 낮은 강도의 물리적 힘만으로 쉽게 시멘트페이스트 성분만을 제거할 수 있다. 사용할 수 있는 산성계 물질로는 황산, 염산, 질산 등 다양한 산성계 물질을 이용할 수 있지만 현재 세계적으로 국내에서 이슈가 되고 있는 저탄소 녹색 성장에 발맞출 수 있는 이산화탄소(CO2)를 이용하는 것이 가장 경제성이 있는 것으로 골재 생산에 사용되어지는 골재 세척수에 이산화탄소(CO2)를 용해시켜 탄산나트륨를 제조하는 것이다. 하지만 이산화탄소(CO2)는 물에 용해도가 낮아 많은 양의 이산화탄소(CO2)를 빠른 시간에 골재 세척수에 용해시키지 못하는 단점이 있어 골재 세척수에 수산화나트륨(NaOH)을 용해시켜 수산화나트륨 수용액으로 제조한 후 이산화탄소(CO2)를 용해하여 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액으로 제조하는 것이다. 이렇게 제조된 탄산나트륨 수용액을 골재 세척시에 사용하면 탄산나트륨(Na2CO3)과 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)으로 석출되어 골재와 시멘트페이스트 계면을 다공화 할 수가 있다. 실제로 다수의 연구자들은 시멘트페이스트, 모르타르 또는 콘크리트가 산성계 물질(acidic) 또는 마그네슘(magnesium)이 포함된 용액과 반응하여 시멘트계 생성물질이 용해되거나 걸러지면 강도 손실을 입는다고 연구결과를 발표하였으며 P.Kumar Mehta는 시멘트페이스트로부터 산화칼슘(CaO)이 1% 제거되면 약 2%의 압축강도가 저하된다고 보고하였다(2006, Concrete Microstructure, Properties and Materials, P.Kumar Metha, pp186~189).
First, the cement paste contained in the waste concrete as a chemical treatment, which degrades the aggregate quality, is composed of 40% voids, 15% calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), and 45% solid hydration material. Is similar to the strength of aggregate. Among such cement paste constituent materials, water-soluble and alkaline calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) can be removed using a neutralization reaction that reacts with an acid-based material. If you remove the calcium paste (Ca (OH) 2 ), a cement paste component, using acidic materials, you can make the environment vulnerable by making the interface between aggregate and porosity more easily. Only the paste component can be removed. As acidic materials that can be used, various acidic materials such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid can be used, but it is most economical to use carbon dioxide (CO 2 ) which can keep pace with low carbon green growth, which is an issue in Korea. It is to prepare sodium carbonate by dissolving carbon dioxide (CO 2 ) in the aggregate washing water used for the production of aggregate. However, since carbon dioxide (CO 2 ) has low solubility in water, a large amount of carbon dioxide (CO 2 ) cannot be dissolved in the aggregate washing water in a short time, so that sodium hydroxide (NaOH) is dissolved in the aggregate washing water to prepare an aqueous sodium hydroxide solution. After dissolving carbon dioxide (CO 2 ) is to prepare a sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) aqueous solution. When the aqueous solution of sodium carbonate thus prepared is used for washing the aggregate, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) react to precipitate calcium carbonate (CaCO 3 ) to make the aggregate and cement paste interface porous. have. Indeed, many researchers have reported that cement paste, mortar, or concrete react with solutions containing acidic or magnesium, resulting in loss of strength when the cement-based product is dissolved or filtered. Kumar Mehta reports that a 1% removal of calcium oxide (CaO) from cement paste reduces the compressive strength by about 2% (2006, Concrete Microstructure, Properties and Materials, P. Kumar Metha, pp 186-189).
두 번째는 본 발명은 기계적인 처리로서 골재에도 균열을 가하여 취약하게 만드는 기존 파·분쇄 방법이 아닌 골재를 보호하면서 페이스트를 제거하는 것으로서, 폐콘크리트를 2차 혹은 3차 파쇄 후, 상기와 같이 화학처리 과정을 통하여 골재와 페이스트의 강도차이를 크게 한 다음, 골재 표면에 붙어 있는 시멘트 페이스트만을 제거할 수 있는 마쇄방법을 이용하는 것이다. 일반적으로 마쇄 방법은 압력과 마모작용을 일컫는 것이지만 본 발명에서 제안하는 마쇄방법은 압력은 사용하지 않고 저속으로 원통용 마쇄장치를 회전시켜 골재간의 마찰과 자유낙하 에너지에 의한 충격력만을 이용하는 것이다.
Secondly, the present invention is a mechanical treatment that removes the paste while protecting the aggregate, not the conventional crushing or crushing method, which makes the aggregate vulnerable to cracking, and after the second or third crushing of the waste concrete, Through the treatment process, the strength difference between the aggregate and the paste is increased, and then a grinding method of removing only the cement paste adhered to the aggregate surface is used. In general, the grinding method refers to pressure and abrasion action, but the grinding method proposed in the present invention uses only the impact force caused by friction and free fall energy between aggregates by rotating the cylindrical grinding device at low speed without using pressure.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
이산화탄소 반응 메카니즘은 다음과 같다.The carbon dioxide reaction mechanism is as follows.
콘크리트의 이산화탄소 흡수CO2 absorption of concrete
콘크리트는 크게 골재, 시멘트페이스트, 공극으로 구성되어 있으며 그 구성비는 일반적으로 골재 70%, 시멘트페이스트 25%, 공극 5%이다. 이 중 시멘트페이스트는 수화반응을 통해 60% 정도의 고체수화물과 40% 정도의 공극으로 형성이 되며, 고체수화물은 C-S-H, 모노설페이트(Monosulfate), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 등으로 구성되어진다. 이때 수산화칼슘이 차지하는 비율은 약 15%이며 이를 전체 콘크리트의 비율로 계산하면 수산화칼슘은 전체 콘크리트의 약 3.75%를 점유하게 된다. Concrete is composed of aggregate, cement paste and voids. The composition ratio is generally 70% aggregate, 25% cement paste and 5% void. Among them, cement paste is formed of about 60% solid hydrate and about 40% void by hydration reaction, and solid hydrate is composed of CSH, monosulfate, calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), etc. . At this time, the calcium hydroxide occupies about 15%, and when it is calculated as the ratio of the total concrete, the calcium hydroxide occupies about 3.75% of the total concrete.
콘크리트 중의 수산화칼슘은 탄산화 반응에 의하여 탄산칼슘으로 변형되는데 이 과정을 통해 이산화탄소를 흡수하게 된다. 즉 대기 중의 이산화탄소와 수산화칼슘이 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)화 되는 과정에서 이산화탄소를 소비하게 된다. 일반적으로 대기 중에 노출된 모든 콘크리트는 탄산화 과정을 통하여 이산화탄소를 재흡수 하지만 구조물의 대기 노출면이 용적에 비하여 작고 구성 재료인 콘크리트는 투기성이 작기 때문에 실제 사용 중 이산화탄소 재흡수량은 매우 낮다고 보고되어 지고 있다. 하지만 콘크리트 구조물이 해체되어 골재와 미분말 등으로 나눠지게 되어 콘크리트의 표면적이 대폭 증가하면 이산화탄소 흡수량이 증가하며 특히 시멘트페이스트와 잔골재 등으로 이루어진 미분말은 아주 큰 표면적으로 인하여 효과적으로 이산화탄소를 재흡수 한다. 최근의 연구결과에 의하면 시멘트 소성과정에서 발생한 이산화탄소 약 50%는 사용 중 또한 해체 후 순환과정을 통하여 재흡수가 가능하다고 보고되어지고 있다(최동욱, 한국콘크리트학회 친환경콘크리트 전문위원회, 2007). 따라서 폐콘크리트의 재활용은 천연자원의 고갈을 방지 및 자원의 재활용 측면에서 뿐만 아니라 지구 온실가스의 주범인 이산화탄소 배출의 저감에도 상당한 기여할 수 있는 중요한 기술이다.
Calcium hydroxide in concrete is transformed into calcium carbonate by the carbonation reaction, which absorbs carbon dioxide. That is, carbon dioxide is consumed in the process of carbon dioxide (CaCO 3 ) reaction by the reaction of carbon dioxide and calcium hydroxide in the atmosphere. In general, all concrete exposed to the atmosphere resorbs carbon dioxide through carbonation, but it is reported that carbon dioxide reabsorption during the actual use is very low because the air exposed surface of the structure is smaller than the volume and the concrete, which is a constituent material, has low air permeability. . However, the concrete structure is dismantled and divided into aggregate and fine powder, so if the surface area of concrete is greatly increased, carbon dioxide absorption is increased. Especially, fine powder composed of cement paste and fine aggregate effectively absorbs carbon dioxide. According to recent research results, about 50% of carbon dioxide generated in the cement firing process can be reabsorbed during circulation and after dismantling (Dong-wook Choi, Eco-concrete Expert Committee of the Korea Concrete Institute, 2007). Therefore, the recycling of waste concrete is an important technology that can contribute significantly to the prevention of the depletion of natural resources and the recycling of resources, as well as to the reduction of carbon dioxide emission, which is the main cause of global greenhouse gases.
이산화탄소와 수용액 중 수산화나트륨(NaOH) 사이의 반응 메카니즘Mechanism of reaction between carbon dioxide and sodium hydroxide (NaOH) in aqueous solution
이산화탄소와 수용액 중 수산화나트륨(NaOH) 사이의 반응 메카니즘은 여러 문헌에서 소개되고 있으며(Detailed Modeling of the Chemosorption of CO2 into NaOH in a Bubble column, C. Fleischer, 1996 / kinetics of Reaction between Carbon Dioxide in Aqueous Electrolyte Solution, Rezard Pohorecki and Wladyslaw Moniuk, 1988), 이산화탄소와 수산화나트륨 사이의 기본적인 흡수반응은 다음과 같은 메카니즘으로 요약될 수 있다.
The reaction mechanism between carbon dioxide and sodium hydroxide (NaOH) in aqueous solution has been introduced in the literature (Detailed Modeling of the Chemosorption of CO 2 into NaOH in a Bubble column, C. Fleischer, 1996 / kinetics of Reaction between Carbon Dioxide in Aqueous Electrolyte Solution, Rezard Pohorecki and Wladyslaw Moniuk, 1988), and the basic absorption reaction between carbon dioxide and sodium hydroxide can be summarized by the following mechanism.
반응식 (2-1)은 기체 상태의 이산화탄소가 수용액 중으로 물리적 용해되는 반응으로써 이 반응은 매우 빠른 반응으로 계면에서는 항상 평형을 이룬다고 가정할 수 있고 흔히 평형상수로 헨리상수(H)를 사용한다. Equation (2-1) is a reaction in which gaseous carbon dioxide is physically dissolved in an aqueous solution. This reaction is a very fast reaction, and it can be assumed that it is always equilibrated at the interface, and Henry constant (H) is often used as the equilibrium constant.
반응식 (2-4)는 액상에 녹아 있는 이산화탄소가 물과 반응하여 탄산수소이온(HCO3 -)을 생성하는 반응으로서 비교적 낮은 pH에서만 일어나는 반응이다. Scheme (2-4) is a reaction in which carbon dioxide dissolved in a liquid reacts with water to produce hydrogen carbonate (HCO 3 − ), which occurs only at a relatively low pH.
반응식 (2-2)와 반응식 (2-3)은 이론적으로는 가역반응이지만 실제적으로는 정반응이 역반응에 비해서 훨씬 지배적이어서 비가역 반응에 가깝다. 정반응은 발열반응이며 높은 pH에서 반응속도가 매우 빠른 것으로 알려져 있다. 반응식 (2-3)은 반응식 (2-2)에 비해서 반응속도가 상대적으로 매우 빠르기 때문에 이산화탄소와 수산화나트륨 사이의 반응에서 물질전달에 영향을 미치는 지배반응은 반응식 (2-2)라고 할 수 있다.Reaction equations (2-2) and (2-3) are theoretically reversible reactions, but in practice the forward reaction is more dominant than the reverse reaction, which is close to the irreversible reaction. The forward reaction is exothermic and is known to be very fast at high pH. Reaction equation (2-3) is relatively faster than reaction equation (2-2), so the dominant reaction affecting the mass transfer in the reaction between carbon dioxide and sodium hydroxide can be called reaction equation (2-2). .
pH의 변화에 따른 각 이온의 평형농도는 도 1과 같으며, 높은 pH에서는 이산화탄소가 탄산이온(CO3 2-) 형태로만 존재함을 알 수 있다. pH가 감소하면 탄산이온의 농도는 점차 감소하고 반면에 탄산수소이온의 농도가 점차 증가하는 것을 볼 수 있으며, pH 10.3 부근에서는 두 가지 이온이 동일한 농도로 존재함을 볼 수 있다. pH가 더 감소하면 탄산수소이온만이 존재하는 평형상태에 이르게 되고 pH가 7 이하일 때만 이산화탄소가 물리적으로 흡수된 상태로 존재할 수 있음을 알 수 있다.
The equilibrium concentration of each ion according to the change in pH is shown in FIG. 1, and it can be seen that carbon dioxide is present only in the form of carbonate (CO 3 2- ) at high pH. As the pH decreases, the concentration of carbonate gradually decreases, while the concentration of hydrogen carbonate increases gradually. In the vicinity of pH 10.3, the two ions are present at the same concentration. Further decrease in pH leads to an equilibrium state where only hydrogen carbonate is present, and it can be seen that carbon dioxide can be present in the physically absorbed state only when the pH is 7 or less.
도 1을 참고하여 고농도 수산화나트륨 수용액에 이산화탄소가 흡수될 때의 중화반응 메카니즘을 설명하면, 먼저 pH 13 이상의 강알카리성 수산화나트륨 수용액에 이산화탄소가 흡수되자마자 거의 계면에서 반응이 일어나 반응식 (2-3)의 정반응이 끝까지 진행된다. 이산화탄소를 계속 흡수시키면 탄산이온의 농도가 계속 증가하다가 중화가 거의 완료되어 수산화이온(OH-)이 상당량 소모되면 반응식 (2-3)의 역반응이 일어나기 시작한다. 이 역반응에 따라 탄산이온의 농도가 다시 감소하면 탄산수소이온과 수산화이온이 생성되며 이 중 수산화이온은 새로 흡수되어 들어오는 이산화탄소에 의해 반응식 (2-2)에 따라 소모되고 탄산수소이온의 농도는 점차 증가하며 반응은 이제 계면에서가 아닌 액상 내부에서 일어나게 된다. 이산화탄소가 계속 흡수되어 수산화이온의 농도가 매우 낮아지게 되면 즉, pH가 낮아지면 이산화탄소가 물리적으로 흡수된 상태로 액상에 존재할 수 있게 된다.
Referring to FIG. 1, the neutralization reaction mechanism when carbon dioxide is absorbed in a high concentration of sodium hydroxide solution is described first. As soon as carbon dioxide is absorbed into a strong alkaline sodium hydroxide solution having a pH of 13 or higher, a reaction occurs almost at the interface. The forward reaction of to proceeds to the end. Continued absorption of carbon dioxide when the neutralization while the concentration of carbonate ions increasing almost complete hydroxide ions (OH -) and the reverse reaction begins to take place in the reaction formula (2-3) when a significant amount consumed. When the concentration of carbonate ions decreases due to this reverse reaction, hydrogen carbonate and hydroxide ions are produced. Among them, the hydroxide ions are consumed according to the equation (2-2) by newly absorbed carbon dioxide and the concentration of hydrogen carbonate gradually increases. Increasingly, the reaction now takes place inside the liquid rather than at the interface. If carbon dioxide is continuously absorbed and the concentration of hydroxide ions becomes very low, that is, the pH is lowered, carbon dioxide may be present in the liquid phase in a state in which the carbon dioxide is physically absorbed.
반응속도 상수Reaction rate constant
수산화나트륨 용액을 이산화탄소 가스로 중화하는 공정은 화학반응을 동반한 흡수공정에 해당한다. 화학반응과 관련된 이산화탄소 흡수에 있어서 중요한 것 가운데 하나가 반응속도 상수를 구하는 것이다. 흡수속도는 부분적으로 수력학적 특성(유속, Gas Holdup, 기포 크기, 반응기의 구조 및 Flow Patten 등)에 의해 결정되고, 부분적으로는 계의 물리화학적 특성(액체의 점도, 표면장력, 밀도, 기체의 용해도 및 요액 내 확산계수, 반응 Kinetics 등)에 의해서 결정된다. 흡수속도를 나타내는 물리량으로 부피총괄 물질전달 계수(Volumetric Overall Mass Transfer Coefficient), 
이산화탄소가 수산화나트륨 용액 속으로 흡수될 때 큰 변수로 작용하는 것이 용액 내에서 일어나는 화학반응속도이며 반응속도 상수가 기/액 흡수반응에 있어서 중요한 의미를 가진다. 따라서, 이산화탄소와 수산화나트륨 용액의 반응을 잘 이해하기 위해서는 반응속도 상수의 의미를 명확히 인식하여야 한다.When carbon dioxide is absorbed into sodium hydroxide solution, it is the chemical reaction rate that occurs in solution and the reaction rate constant is important for gas / liquid absorption reaction. Therefore, in order to better understand the reaction of carbon dioxide and sodium hydroxide solution, the meaning of the reaction rate constant must be clearly recognized.
반응식 (2-3)의 반응속도는 반응식 (2-2)의 반응속도에 비해서 훨씬 크므로 반응식 (2-2)가 전체적인 반응속도를 결정하는데 지배반응이 된다. 반응식 (2-2)는 실질적으로 2차 비가역 반응이라고 간주할 수 있는데, 이것은 다음과 같이 증명될 수 있다. 이산화탄소와 물이 반응해서 탄산수소이온과 수소이온이 생성되는 반응은 반응식 (2-4)와 같다. 반응식 (2-4)에서 탄산수(H2CO3)는 모든 조건에서 무시할 정도로 작은 양이 생성되므로 무시되었다. 반응식 (2-4)에서 물은 소량의 흡수된 이산화탄소와 반응해서 평형에 이르게 된다. 평형에 도달했을 때 무한희석 용액에서 1차 이온화 상수를 계산하면 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Since the reaction rate of reaction formula (2-3) is much larger than that of reaction formula (2-2), reaction formula (2-2) is the dominant reaction in determining the overall reaction rate. Scheme (2-2) can be considered substantially a second irreversible reaction, which can be proved as follows. The reaction of carbon dioxide and water to produce hydrogen carbonate and hydrogen ions is shown in Scheme (2-4). In Scheme (2-4), carbonated water (H 2 CO 3 ) was ignored because it produced a negligible amount in all conditions. In Scheme (2-4), water reacts with a small amount of absorbed carbon dioxide to reach equilibrium. When the equilibrium is reached, the first ionization constant in the infinite dilution solution can be calculated as follows.
이온화 상수와 온도와의 관계에 관한 실험식이 문헌에 보고되어 있으며 식 (2-7)이 한 예이다.
An empirical formula for the relationship between ionization constant and temperature is reported in the literature, and Equation (2-7) is one example.
식 (2-7)에서 K1과 T의 단위는 각각 gmol/ℓ과 K이다.In formula (2-7), the units of K 1 and T are gmol / L and K, respectively.
수소이온과 수산화이온이 반응해서 물을 생성하는 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
The reaction in which water and hydrogen ions react to produce water can be expressed as follows.
반응식 (2-8)이 평형에 도달했을 때 이온화 상수는 다음과 같이 계산될 수 있다.
When reaction (2-8) has reached equilibrium, the ionization constant can be calculated as follows.
용액 내에 탄산수소이온과 탄산이온(CO3 -)이 같이 존재하는 경우, 평형관계는 다음과 같이 표현될 수 있다.When hydrogen carbonate and carbonate (CO 3 − ) are present together in the solution, the equilibrium relationship may be expressed as follows.
반응식 (2-10)의 평형상수 값은 다음과 같다.
The equilibrium constant values in Scheme (2-10) are as follows.
위와 같이 식들이 전제되었으므로 구하고자 하는 지배반응에 대해서 반응차수를 구할 수 있다. pH > 10인 용액의 기본적인 정반응은 이산화탄소와 수산화이온 사이의 가역반응이다.
Since the above expressions are premised, the response order can be found for the governing reaction. The basic forward reaction of solutions with pH> 10 is the reversible reaction between carbon dioxide and hydroxide ions.
위 반응식 (2-12)에서 이산화탄소와 수산화이온이 반응해서 탄산수소이온이 되는 반응을 정반응으로 간주하고 이때의 반응속도상수를 
일단 반응식 (2-12)가 평형에 도달하면 역반응속도 
식 (2-6)과 식 (2-9)로부터 다음과 같은 관계식을 얻을 수 있다.
The following relational expressions can be obtained from equations (2-6) and (2-9).
식 (2-14)를 식 (2-13)과 결합하면
If you combine equation (2-14) with equation (2-13)
식 (2-13)을 다시 정리하면
If we rearrange the expression (2-13)
식 (2-11)에서 알 수 있듯이, 반응식 (2-12)의 역반응은 탄산수소이온에 관한 1차 반응이다. 최종적으로 평형이 아닐 때 전체 반응속도 
As can be seen from equation (2-11), the reverse reaction of reaction formula (2-12) is a first-order reaction with respect to hydrogen carbonate ion. Overall reaction rate when not finally equilibrium
식 (2-19)에서 
식 (2-19)에서 
따라서, 식 (2-13)~(2-22)은 반응식 (2-12)가 2차 비가역 반응이라는 것을 보여준다.Thus, equations (2-13) to (2-22) show that scheme (2-12) is a second irreversible reaction.
반응식 (2-12)의 속도상수는 아래처럼 용액의 이온세기에 비례하는 것으로 알려져 있다.
The rate constant in Scheme (2-12) is known to be proportional to the ionic strength of the solution as follows.
식 (2-23)의 
Of formula (2-23)
식 (2-24)는 반응식 (2-12)의 반응속도상수를 구하는데 적절한 식이라 할 수 있다.
Equation (2-24) can be said to be a suitable formula for obtaining the reaction rate constant of the reaction formula (2-12).
헨리의 법칙Henry's Law
기-액 계면에서 
At the gas-liquid interface
여기서, 헨리 상수는 기-액 계면에서 평형관계를 결정짓는 평형상수로 사용이 되므로 기-액 흡수반응에 있어서 중요한 인자라고 할 수 있다.Here, the Henry's constant is used as an equilibrium constant that determines the equilibrium relationship at the gas-liquid interface, and thus may be an important factor in the gas-liquid absorption reaction.
전해질 용액에서의 이산화탄소에 대한 헨리상수는 아래의 관계식으로 구할 수 있다.
The Henry's constant for carbon dioxide in the electrolyte solution can be obtained from the following equation.
식 (2-26)에서,In formula (2-26),
위의 식 (2-16)~(2-19)와 아래의 표 1로부터 헨리 상수를 계산해 낼 수 있다. 헨리 상수가 구해짐으로 인해서 기/액 계면에서 평형관계가 구해진다.
The Henry's constant can be calculated from equations (2-16) to (2-19) above and table 1 below. By finding the Henry's constant, an equilibrium relationship is found at the gas / liquid interface.
또한, 2차 물리적 처리방법의 마쇄의 원리로서 마쇄기 내부에 골재를 투입한 후 저속으로 통을 회전시킴으로서 골재간의 마찰과 자유낙하로 인한 충격력으로 골재에 달라 붙어있는 구모르타르 성분인 시멘트페이스트를 제거하는 것이다. In addition, as a principle of the grinding of the second physical treatment method, after the aggregate is put into the grinding machine, the barrel is rotated at a low speed to remove cement paste, which is a cement mortar component attached to the aggregate by the impact force caused by friction and free fall between the aggregates. It is.
일정 속도를 초과하게 되면 원심력에 의해 낙하하지 않고 고정 상태로 회전을 같이 하는 점을 유의하여야 하며 속도가 너무 느리면 위치에너지 감소로 인해 마쇄효율이 떨어지기 때문에 적절한 회전속도를 요구한다.
It should be noted that if a certain speed is exceeded, it does not fall by the centrifugal force and rotates in a fixed state. If the speed is too slow, the grinding efficiency decreases due to the reduction of potential energy, so an appropriate rotation speed is required.
본 발명은 골재 세척수에 수산화나트륨(NaOH)을 용해시켜 수산화나트륨 수용액으로 제조 후 이산화탄소(CO2)를 용해하여 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액으로 제조된 수용액을 골재 세척시에 사용하면 탄산나트륨(Na2CO3)과 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)으로 석출되어 골재와 시멘트페이스트 계면을 다공화 함으로써 고품질 순환골재를 생산할 뿐만 아니라 이산화탄소의 저감을 통한 온실효과 예방의 효과를 갖는다 할 것이다.
The present invention is prepared by dissolving sodium hydroxide (NaOH) in the washing water of the aggregate and the aqueous solution of sodium hydroxide and then dissolving carbon dioxide (CO 2 ) to use the aqueous solution prepared by the aqueous solution of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) when washing the aggregate sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) reacts with calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) to precipitate calcium carbonate (CaCO 3 ) to porous the aggregate and cement paste interface to produce high-quality recycled aggregates and to prevent greenhouse effect by reducing carbon dioxide. Will have an effect.
도 1은 pH 변화가 각 이온의 평형농도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 2는 용수에 수산화나트륨과 이산화탄소의 용해에 따른 용수의 pH 변화를 측정한 결과는 나타낸 그래프이다.
도 3은 탄산나트륨 수용액에 수산화칼슘을 반응시켰을 때 반응생성물의 광물상 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 수산화나트륨의 농도에 따른 이산화탄소의 농도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 탄산나트륨과 수산화칼슘의 반응을 위한 실험모식도이다.
도 6은 탄산나트륨과 수산화칼슘의 반응에 따른 pH 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 탄산나트륨과 수산화칼슘의 반응에 따른 이산화탄소의 유량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 탄산나트륨과 수산화칼슘의 반응에 따른 반응 생성물의 광물상 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 탄산나트륨과 수산화칼슘의 반응에 따른 반응 생성물의 열분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 탄산나트륨수용액과 반응한 순환골재의 광물상 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 순환골재의 탄산나트륨 수용액과의 반응 전 후의 밀도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 순환골재의 탄산나트륨 수용액과의 반응 전 후의 흡수율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 순환골재의 탄산나트륨 수용액과의 반응 전 후의 입도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 순환골재의 마쇄시간에 따른 조골재의 비율과의 관계를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the effect of the pH change on the equilibrium concentration of each ion.
Figure 2 is a graph showing the results of measuring the pH change of the water according to the dissolution of sodium hydroxide and carbon dioxide in the water.
3 is a graph showing the results of the mineral phase analysis of the reaction product when calcium hydroxide is reacted with an aqueous sodium carbonate solution.
4 is a graph showing the results of measuring the concentration of carbon dioxide according to the concentration of sodium hydroxide.
5 is an experimental schematic diagram for the reaction of sodium carbonate and calcium hydroxide.
Figure 6 is a graph showing the results of measuring the pH change according to the reaction of sodium carbonate and calcium hydroxide.
Figure 7 is a graph showing the results of measuring the flow rate of carbon dioxide according to the reaction of sodium carbonate and calcium hydroxide.
8 is a graph showing the mineral phase analysis of the reaction product according to the reaction of sodium carbonate and calcium hydroxide.
9 is a graph showing the thermal analysis of the reaction product according to the reaction of sodium carbonate and calcium hydroxide.
10 is a graph showing the results of the mineral phase analysis of circulating aggregate reacted with aqueous sodium carbonate solution.
11 is a graph showing the results of measuring the density before and after the reaction with the aqueous solution of sodium carbonate of circulating aggregate.
12 is a graph showing the results of measuring the absorption rate before and after the reaction with the aqueous solution of sodium carbonate in the recycled aggregates.
Figure 13 is a graph showing the results of measuring the particle size before and after the reaction with the aqueous solution of sodium carbonate of circulating aggregate.
Figure 14 is a graph showing the result of measuring the relationship with the ratio of crude aggregates according to the grinding time of circulating aggregate.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의한 통상적인 변화가 가능하다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, and ordinary variations by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention are possible.
<실시예 1>≪ Example 1 >
이산화탄소와 수산화나트륨의 반응Reaction of Carbon Dioxide with Sodium Hydroxide
이산화탄소는 물에 용해가 되기는 하나 용해도가 낮기 때문에 본 발명에 필요한 빠른 반응을 유도하기는 어렵다. 따라서 본 발명에서는 탄산수 대신 이산화탄소의 용해율을 높이기 위해 수산화나트륨을 사용하였다.
Although carbon dioxide is soluble in water, it is difficult to induce the rapid reaction required for the present invention because of its low solubility. Therefore, in the present invention, sodium hydroxide was used to increase the dissolution rate of carbon dioxide instead of carbonated water.
1-1. 1몰에 대한 반응 시험1-1. Reaction test for 1 mole
pH의 변화측정pH change measurement
각 재료 1몰에 대한 양을 산정하여 각 반응을 걸칠 때 pH의 변화를 측정하였다.The amount for each mole of each material was calculated to determine the change in pH when each reaction was applied.
사용재료는 용수로는 실온 20℃의 실험실 수돗물을 사용하였고, 수산화나트륨의 순도는 98%, 이산화탄소 가스, 수산화칼슘을 사용하였다.The material used was laboratory tap water at room temperature of 20 ° C, and the purity of sodium hydroxide was 98%, carbon dioxide gas, and calcium hydroxide.
사용량은 용수 60L, 수산화나트륨 80g, 이산화탄소 22.4L, 수산화칼슘 76g을 사용하였다.The amount of water used was 60 L of water, 80 g of sodium hydroxide, 22.4 L of carbon dioxide, and 76 g of calcium hydroxide.
이산화탄소는 분당 30L로 투입하였다.Carbon dioxide was added at 30 L per minute.
그 결과를 도 2에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 반응 전에는 투입물 없이 용수만 가지고 순환시켰으므로 pH는 중성에 가까운 7.6~7.7사이의 값을 나타내었다. 하지만 중성을 띠는 용수에 염기를 띠는 수산화나트륨이 용해되어 pH는 순간 12.65까지 올랐으며 스터링(stirring)을 통해 물에 계속 용해되면서 pH는 12.4정도의 일정한 값을 나타내었다.As can be seen in Figure 2, before the reaction was circulated with only the water without the input, the pH showed a value between 7.6 ~ 7.7 close to neutral. However, the pH increased to 12.65 at the moment due to the dissolution of the base sodium hydroxide in neutral water and the constant pH of 12.4 as it was continuously dissolved in water through stirring.
이렇게 생성된 수산화나트륨 수용액에 이산화탄소를 투입하게 되면 탄산과 반응하여 pH는 낮아지지만 반응생성물인 탄산나트륨(Na2CO3) 또한 염기성을 띠기 때문에 11.6정도의 pH를 나타내었다.
When the carbon dioxide was added to the aqueous sodium hydroxide solution thus produced, the pH was lowered due to reaction with carbonic acid, but the reaction product sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) also showed a basic pH of about 11.6.
광물상분석(XRD)Mineral Phase Analysis (XRD)
이산화탄소와 수산화나트륨의 반응으로 생성된 탄산나트륨 수용액과 수산화칼슘을 반응시켰을 때 생성되는 침전물을 샘플링하여 광물상분석을 실시하였다.Mineral phase analysis was performed by sampling the precipitate produced when the sodium carbonate aqueous solution and calcium hydroxide produced by the reaction of carbon dioxide and sodium hydroxide were reacted.
그 결과를 도 3에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 반응 생성물인 탄산칼슘(CaCO3)을 확인하기 위하여 X-선 회절 분석(X-ray Diffraction; XRD)을 통하여 광물상 분석을 한 결과로서, 본 시험에 쓰인 재료가 실제 공정이 쓰이는 재료가 아닌 순도가 높은 시약의 재료들이므로 본 시험의 반응생성물로 얻어진 침전물에서 거의 방해석(Calcite; CaCO3)만 보여지는 것을 확인할 수 있었다.
As can be seen in Figure 3, to confirm the reaction product calcium carbonate (CaCO 3 ) as a result of the mineral phase analysis through X-ray diffraction (X-ray Diffraction; XRD), the material used in this test It was confirmed that only calcite (CaCO 3 ) was found in the precipitate obtained from the reaction product of this test because the material of the reagent was high purity and not the material used in the actual process.
1-2. 반응조 내의 이산화탄소의 거동과 수산화나트륨과 반응속도 관계1-2. Relationship between Carbon Dioxide Behavior, Sodium Hydroxide and Reaction Rate in a Reactor
반응조 내의 이산화탄소에 대한 거동과 수산화나트륨이 이산화탄소와 반응속도에 미치는 영향을 알아보기 위한 시험을 하였다.Tests were carried out to investigate the behavior of carbon dioxide in the reactor and the effect of sodium hydroxide on carbon dioxide and reaction rates.
사용재료는 용수로는 실온 20℃의 실험실 수돗물을 사용하였고, 수산화나트륨의 순도는 98%, 이산화탄소 가스, 수산화칼슘을 사용하였다.The material used was laboratory tap water at room temperature of 20 ° C, and the purity of sodium hydroxide was 98%, carbon dioxide gas, and calcium hydroxide.
사용량은 용수 60L, 수산화나트륨 80g, 이산화탄소 22.4L, 수산화나트륨 수용액 농도 1%(605g), 3%(1865g), 5%(3160g)을 사용하였다. 이산화탄소는 30ℓ/min으로 투입하였다.The usage amount was 60L of water, 80g of sodium hydroxide, 22.4L of carbon dioxide, 1% (605g), 3% (1865g), 5% (3160g) of sodium hydroxide solution. Carbon dioxide was added at 30 L / min.
그 결과를 도 4에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 이산화탄소만 투입했을 때는 이산화탄소 특성상 공기보다 무거워 아랫부분부터 차면서 올라가기 때문에 약 6분 후부터 이산화탄소 값이 측정되어 11.6% 부근에서 더 이상 변화가 없었다. 하지만 용수를 투입하면서 이산화탄소를 동시에 투입했을 때는 물의 낙차에 의해 밑에서부터 차오르던 이산화탄소가 물의 낙차 충격에 의해 위로 올라와 일찍 이산화탄소 값이 측정된 것으로 사료된다. 또한 물에 용해된 이산화탄소로 인해 이산화탄소만 투입했을 때보다 낮은 이산화탄소 값이 측정되었다.As can be seen in FIG. 4, when only carbon dioxide is added, the carbon dioxide is heavier than air due to the characteristics of carbon dioxide, and the carbon dioxide value is measured after about 6 minutes since there is no change in the vicinity of 11.6%. However, when carbon dioxide was introduced at the same time as water was introduced, it was thought that carbon dioxide, which had risen from the bottom due to the drop of water, rose up due to the drop of water and was measured early. In addition, due to the carbon dioxide dissolved in water, a lower carbon dioxide value was measured than when only carbon dioxide was added.
수산화나트륨 농도 1%, 3%, 5%에서는 수산화나트륨으로 인해 이산화탄소가 모두 용해되어 각 농도별 반응이 모두 끝난 후부터 이산화탄소가 측정되었으며 농도가 클수록 용해되는 양도 많으므로 측정된 시간이 길게 나타났으며 이산화탄소 농도 또한 낮게 측정된 것으로 사료된다.
At sodium hydroxide concentrations of 1%, 3%, and 5%, all the carbon dioxide was dissolved due to sodium hydroxide, and carbon dioxide was measured after all reactions of each concentration were completed. Concentrations are also thought to be low.
<실시예 2><Example 2>
탄산나트륨과 수산화칼슘의 정량화 시험Quantification test of sodium carbonate and calcium hydroxide
수산화나트륨을 이용하여 제조한 탄산나트륨 수용액과 수산화칼슘의 반응 속도와 필요한 이산화탄소 양을 확인하여 탄산나트륨 수용액을 이용한 수산화칼슘의 탄산칼슘으로의 치환가능성 검토와 반응시 사용되는 이산화탄소 가스의 실험적 정량값을 검증하였다.The reaction rate of sodium hydroxide and calcium hydroxide prepared using sodium hydroxide and the amount of carbon dioxide required were examined to examine the possibility of substitution of calcium hydroxide with calcium carbonate using aqueous sodium carbonate solution and to verify experimental quantitative values of carbon dioxide gas used in the reaction.
실험방법은 도 5의 실험장치의 모식도를 참고하여 다음과 같은 순서로 실시하였다.Experimental method was carried out in the following order with reference to the schematic diagram of the experimental apparatus of FIG.
①5% 수산화나트륨 수용액에 이산화탄소 가스를 투입하여 탄산나트륨 수용액을 제조하였다.(1) Carbon dioxide gas was added to a 5% aqueous sodium hydroxide solution to prepare an aqueous sodium carbonate solution.
②상기 제조된 탄산나트륨 수용액을 옆 반응조로 옮기고 수산화칼슘을 각각 49g, 98g, 147g, 245g 넣었다. 이때, 시간별로 온도를 측정하였고, 1분 간격으로 pH측정을 하였으며 반응촉진을 위하여 1분에 3번 교반하여 주었다.② The prepared aqueous sodium carbonate solution was transferred to the side reaction tank, and 49 g, 98 g, 147 g, and 245 g of calcium hydroxide were added. At this time, the temperature was measured by time, the pH was measured at 1 minute intervals and stirred three times per minute to promote the reaction.
③반응이 끝나면 용액의 탄산칼슘을 침전시켜 침전물과 용액을 분리하였다.③ After the reaction, precipitate the calcium carbonate to separate the precipitate and the solution.
④침전물과 분리된 용액을 다시 반응조에 넣고 이산화탄소를 투입하여 이산화탄소 투입량 및 배출량을 측정하였다.④ Put the solution separated from the precipitate into the reactor again and add carbon dioxide Inputs and emissions were measured.
투입되는 이산화탄소량 - 배출되는 이산화탄소량 = 수용액과 반응된 이산화탄소량CO2 input-CO2 emitted = CO2 reacted with aqueous solution
⑤배출되는 이산화탄소는 가스분석기에 측정하여 이산화탄소의 농도를 확인하였다.⑤ The emitted carbon dioxide was measured by gas analyzer to check the concentration of carbon dioxide.
여기서, 이산화탄소의 농도가 100%라면 반응조의 수용액이 100% 반응한 것을 의미한다.Here, when the concentration of carbon dioxide is 100%, it means that the aqueous solution of the reaction tank is 100% reacted.
반응 전, 후 용액 pH 측정을 하였다.
The pH of the solution was measured before and after the reaction.
2-1. 탄산나트륨 수용액 제조시 사용되는 이산화탄소의 용해율 측정2-1. Measurement of dissolution rate of carbon dioxide used in the preparation of aqueous sodium carbonate solution
수준별로 실험을 진행하여 용수의 pH변화를 측정하여 반응의 종료를 예측하고 반응물의 광물분석을 통해 수산화나트륨의 잔량을 측정하여 반응에 필요한 이산화탄소의 정량을 확인하였다.The experiments were carried out for each level to predict the end of the reaction by measuring the pH change of the water, and to determine the amount of carbon dioxide required for the reaction by measuring the residual amount of sodium hydroxide through the mineral analysis of the reactants.
사용재료는 용수로는 실온 20℃의 실험실 수돗물을 사용하였고, 수산화나트륨의 순도는 98%, 이산화탄소 가스를 사용하였다.The material used was laboratory tap water at room temperature of 20 ° C., the purity of sodium hydroxide was 98%, and carbon dioxide gas was used.
사용량은 용수 1L, 수산화나트륨 53g을 사용하였다.
As the usage amount, 1 L of water and 53 g of sodium hydroxide were used.
5% NaOH 수용액과 이산화탄소 가스를 투입하면 다음의 반응식에 의하여 탄산나트륨 수용액이 생성된다.When 5% NaOH aqueous solution and carbon dioxide gas are added, an aqueous sodium carbonate solution is produced according to the following reaction formula.
2NaOH+CO2 → Na2CO3+H2O (3-1)
2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O (3-1)
pH 변화를 측정하였다.The pH change was measured.
그 결과를 표 2 및 도 6에 나타내었다.
The results are shown in Table 2 and FIG.
표 2 및 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 반응 전에는 투입물 없이 용수만 가지고 순환시켰으므로 pH는 중성에 가까운 7.6~7.7 사이의 값을 나타내었으나, 중성을 띠는 용수에 염기를 띠는 수산화나트륨이 용해되어 pH는 순간 13.32까지 올랐으며 스터링(stirring)을 통해 용수에 계속 용해되면서 pH는 13 정도의 일정한 값을 나타내었다. 이렇게 생성된 수산화나트륨 수용액에 이산화탄소를 투입하게 되면 이산화탄소와 반응하여 pH는 낮아지지만 반응생성물인 탄산나트륨 또한 염기성을 띠기 때문에 9.53정도의 pH를 나타내었다.
As can be seen in Table 2 and Figure 6, before the reaction was circulated with only the water without inputs, so the pH showed a value between 7.6 and 7.7 close to neutral, but sodium hydroxide having a base in the neutral water After dissolving, the pH rose to 13.32 at the moment, and it was continuously dissolved in water through stirring, and the pH showed a constant value of about 13. When the carbon dioxide was added to the aqueous sodium hydroxide solution thus produced, the pH was lowered due to reaction with carbon dioxide, but the reaction product sodium carbonate also had a basic pH of about 9.53.
이산화탄소의 유량을 측정하였다.The flow rate of carbon dioxide was measured.
그 결과를 도 7에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 이산화탄소의 유량 측정결과 투입되는 이산화탄소의 량에 비해 소량이 배출되다 반응이 종료되자 이산화탄소 투입유량과 동일한 이산화탄소 배출량을 나타내었다. 이산화탄소 투입량과 이산화탄소 배출량의 차이값을 이상기체 방정식 PV=w/M × RT을 이용하여 반응된 이산화탄소 값을 계산하였다.
As can be seen in Figure 7, the flow rate of carbon dioxide as a result of the small amount of carbon dioxide discharged compared to the amount of carbon dioxide injected into the reaction is terminated carbon dioxide CO2 equal to input flow Emissions are shown. carbon dioxide Dosage and CO2 The difference in emissions was calculated using the ideal gas equation PV = w / M × RT.
먼저, 수산화나트륨 53g에 대한 이산화탄소의 양은 반응식 (3-1)에 의하여 29.15g 임을 알 수 있다.First, it can be seen that the amount of carbon dioxide relative to 53 g of sodium hydroxide is 29.15 g according to Scheme (3-1).
상기 표 2에 시험 결과에 대한 반응 이산화탄소의 량은 20분 후 투입누적 이산화탄소의 량(100L)에서 20분 후 배출누적 이산화탄소의 량(78.5L)을 빼 주면 되므로 시험에 반응 이산화탄소의 량은 21.5L가 된다.The amount of carbon dioxide reacted to the test results in Table 2 is obtained by subtracting the amount of accumulated carbon dioxide (78.5L) after 20 minutes from the amount of accumulated carbon dioxide (100L) after 20 minutes. Becomes
이를 이상기체 방정식에 의하여 이산화탄소의 량을 계산하면 다음과 같다.The amount of carbon dioxide calculated by the ideal gas equation is as follows.
PV=w/M × RT PV = w / M × RT
(P=압력, V=부피, w=기체무게, M=몰 분자수, R=기체상수(0.082), T(273+℃)(P = pressure, V = volume, w = gas weight, M = molecular number, R = gas constant (0.082), T (273 + ℃)
압력 1atm, 부피 21.5L, 이산화탄소 분자량 44g, 기체상수 0.082 L·atm·K-1·mol-1, 절대온도 273+20℃를 대입하면 다음과 같다.Substituting pressure 1atm, volume 21.5L, carbon dioxide molecular weight 44g, gas constant 0.082 L · atm · K −1 · mol −1 , absolute temperature 273 + 20 ° C., it is as follows.
1atm × 21.5L = w/44 mol × 0.082 L·atm·K-1·mol-1 × (273 +20)K1atm × 21.5L = w / 44 mol × 0.082 L · atm · K -1 · mol -1 × (273 +20) K
따라서, 이산화탄소의 량(w)은 39.37g임을 알 수 있다.
Therefore, it can be seen that the amount (w) of carbon dioxide is 39.37 g.
그러므로 반응식(3-1)과 실제 실험에 의한 반응 이산화탄소 량의 차이는 상기 반응식에 의한 이산화탄소의 량(29.15g)에서 실험에 의한 반응 이산화탄소의 량(39.37g)을 빼 주면 -10.22g 즉, -5.20L 임을 알 수 있다.
Therefore, the difference between the amount of carbon dioxide reacted by the reaction formula (3-1) and the actual experiment is -10.22g by subtracting the amount of carbon dioxide reacted by the experiment (39.37g) from the amount of carbon dioxide (29.15g) according to the reaction formula. It can be seen that it is 5.20L.
이상과 같이, 이산화탄소의 유량 시험결과 위 식과 같은 이상기체 방정식을 이용하여 투입 이산화탄소량과 배출 이산화탄소량의 차이 값을 구하였다.As described above, the difference between the amount of input carbon dioxide and the amount of carbon dioxide emitted was calculated using the ideal gas equation as shown in the flow rate test results of the carbon dioxide.
시험에 의한 투입 이산화탄소량과 배출 이산화탄소량의 차이 값은 39.37g으로 몰에 의한 계산식에 구한 차이값 29.15g와 차이가 나는 것으로 보아 실험시 좀 더 정확한 유량의 계측과 온도 측정이 필요하다고 사료된다.
The difference between the input CO2 and the output CO2 was 39.37g, which is different from the difference of 29.15g obtained from the mole calculation. Therefore, more accurate flow rate measurement and temperature measurement are required for the experiment.
2-2. 탄산나트륨에 반응하는 수산화칼슘의 양2-2. The amount of calcium hydroxide reacted with sodium carbonate
사용재료는 용수로는 실온 20℃의 실험실 수돗물을 사용하였고, 수산화나트륨의 순도는 98%, 수산화칼슘을 사용하였다.The material used was laboratory tap water at room temperature of 20 ° C., and the purity of sodium hydroxide was 98% and calcium hydroxide was used.
사용량은 용수 1L, 수산화나트륨 53g, 수산화칼슘을 각각 49g, 98g, 147g, 245g을 사용하였다.As the usage, 49 g, 98 g, 147 g and 245 g of 1 L of water, 53 g of sodium hydroxide and calcium hydroxide were used.
이 때, 이산화탄소의 량 측정, 침전물의 광물분석(XRD), 침전물의 열분석(DT-TGA)을 하였다.
At this time, the amount of carbon dioxide was measured, mineral analysis of the precipitate (XRD), thermal analysis of the precipitate (DT-TGA).
탄산나트륨(Na2CO3) 수용액에 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 첨가한 후 교반하면 다음의 반응식에 의하여 탄산칼슘(CaCO3)이 생성된다.After adding calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) to an aqueous solution of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and stirring, calcium carbonate (CaCO 3 ) is produced by the following reaction formula.
Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3 (3-2)
Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 → 2 NaOH + CaCO 3 (3-2)
광물상분석(XRD)Mineral Phase Analysis (XRD)
탄산나트륨 수용액과 수산화칼슘을 반응시켰을 때 생성되는 침전물을 샘플링하여 광물상분석을 실시하였다.Mineral phase analysis was performed by sampling the precipitate produced when the sodium carbonate aqueous solution and calcium hydroxide were reacted.
그 결과를 도 8에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 수산화칼슘 49g과 98g을 사용한 경우에는 수산화칼슘(학명:Portlandite)이 확인되지 않았고 수산화칼슘 147g과 245g을 사용한 경우에 수산화칼슘이 두드러지게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 이 결과 수산화나트륨 5%를 이용하여 제조한 탄산나트륨과 반응하는 수산화칼슘 양은 98g 초과 147g 미만으로 판단된다.
As can be seen in FIG. 8, when 49 g and 98 g of calcium hydroxide were used, calcium hydroxide (former name: Portlandite) was not confirmed, and calcium hydroxide was prominently displayed when 147 g and 245 g of calcium hydroxide were used. As a result, the amount of calcium hydroxide reacted with sodium carbonate prepared using 5% sodium hydroxide is judged to be more than 98g and less than 147g.
열분석(DT-TGA)Thermal Analysis (DT-TGA)
탄산나트륨 수용액과 수산화칼슘을 반응시켰을 때 생성되는 침전물을 샘플링하여 열분석을 실시하였다.The precipitate produced when the sodium carbonate aqueous solution and calcium hydroxide were reacted was sampled and subjected to thermal analysis.
본 시험에서의 열분석은 DT-TGA 시험기로 실험한 것을 분석한 결과로 시료를 1000℃ 이상으로 가열하여 감소하는 중량을 확인하여 물질의 어떠한 성분이 있는지 확인하는 방법으로 400~600℃ 사이에서의 질량감소는 수산화칼슘(Ca(OH)2)에서 결합수 (OH)2가 증발하는 구간이고, 650~900℃ 사이에서의 질량감소는 탄산칼슘(CaCO3)의 이산화탄소가 탈탄산화 되는 구간임을 이용하였다.The thermal analysis in this test was conducted by DT-TGA tester. As a result of analyzing the weight which is reduced by heating the sample to more than 1000 ℃, it is confirmed that there is any component of the material between 400 ~ 600 ℃. The decrease in mass is a section in which bound water (OH) 2 evaporates from calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), and the decrease in mass between 650 and 900 ° C. is a section in which carbon dioxide of calcium carbonate (CaCO 3 ) is decarbonized. .
그 결과를 도 9에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 9에서 확인할 수 있는 바와 같이, 수산화칼슘 49g, 98g을 반응시킨 침전물은 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 탈수 온도구간(400~600℃)에서 질량의 변화가 거의 없었으며 탄산칼슘(CaCO3)의 탈탄산 온도구간(650~900℃)에서의 질량 변화가 큰 것을 볼 수 있었다. 한편, 수산화칼슘 147g, 245g을 반응시킨 침전물은 수산화칼슘의 탈수 온도구간(400~600℃)에서 질량의 변화를 보였다. 이러한 사실로부터 상기 광물분석(XRD)의 결과와 마찬가지로 수산화칼슘 98g 초과 147g 미만 사이의 반응한 수산화칼슘의 량이 존재한다는 것을 알 수 있었다.
As can be seen in Figure 9, the precipitate reacted with
<실시예 3><Example 3>
순환골재를 사용한 수산화칼슘의 제거효과 측정Measurement of Removal Effect of Calcium Hydroxide Using Recycled Aggregate
본 시험은 순환골재의 이산화탄소의 중화반응 후 변화하는 품질을 보기 위해 탄산반응 전 순환골재와 탄산반응 후 순환골재를 비교하고, 탄산반응 후 순환골재는 몰비로 계산한 탄산나트륨과 반응하는 수산화칼슘 양의 50%, 100% 2수준으로 두었다. This test compares circulating aggregate before carbonation and circulating aggregate after carbonation to see the quality of carbon dioxide in the circulating aggregates after neutralization reaction.The circulating aggregate after carbonation is 50% of the amount of calcium hydroxide reacted with sodium carbonate calculated by molar ratio. %, 100% 2 level.
수산화칼슘의 제거효과를 알아보기 위해 측정항목 중에 광물분석(XRD)을 실시하고, 탄산에 의한 중화반응 후 순환골재의 물성을 알아보기 위해 탄산반응 전 순환골재와 탄산반응 후 순환골재의 물성을 확인하여 수산화칼슘의 제거에 의한 순환골재의 품질 변동을 확인하였다.To determine the removal effect of calcium hydroxide, conduct mineral analysis (XRD) among the measured items, and check the physical properties of the circulating aggregate before and after the carbonation reaction. The variation of the quality of the recycled aggregates due to the removal of calcium hydroxide was confirmed.
본 시험에 사용된 순환골재는 밀도 2.26, 조립율 2.46, 흡수율 7.8% 단위용적 1.50kg/㎥인 것을 사용하였다.
The recycled aggregate used in this test had a density of 2.26, a granulation rate of 2.46, and a water absorption rate of 7.8% unit volume of 1.50 kg /
광물분석(XRD)Mineral Analysis (XRD)
반응조에서 순도 98%의 수산화나트륨을 증류수에 희석하여 농도 5% 수산화나트륨 수용액을 제조한 후 이산화탄소를 투입하여 탄산나트륨 수용액을 제조하였다.Sodium hydroxide having a purity of 98% was diluted in distilled water in a reactor to prepare a 5% aqueous sodium hydroxide solution, and carbon dioxide was added thereto to prepare an aqueous sodium carbonate solution.
순환골재와 탄산나트륨 수용액 제조에 사용된 재료들은 몰비로 계산하여 투입하였다.Materials used for the production of recycled aggregates and aqueous sodium carbonate were added to calculate the molar ratio.
그런 다음, 순환골재를 상기 탄산나트륨 수용액이 있는 반응조에 침지하여 생성되는 침전물을 샘플링하여 수산화칼슘의 제거효과를 알아보기 위해 광물분석(XRD)을 실시하였다.Then, mineral analysis (XRD) was conducted to sample the precipitates produced by immersing the circulating aggregate in the reaction tank containing the aqueous solution of sodium carbonate to determine the effect of removing calcium hydroxide.
그 결과를 도 10에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 시험의 반응생성물로 얻어진 침전물에서 거의 방해석(Calcite; CaCO3)만 보여지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 탄산나트륨과 수산화칼슘이 반응하여 탄산나트륨은 수산화나트륨이 되고 수산화칼슘은 탄산칼슘으로 침전된 것을 알 수 있다. 수산화나트륨은 강염기성이므로 공정수가 강염기가 되므로 이 수용액에 다시 이산화탄소를 투입하면 약염기인 탄산나트륨 수용액으로 변한다. 이것으로 수산화칼슘이 반응하여 알칼리반응을 내는 성분이 제거 되었다고 볼 수 있다.
As can be seen in Figure 10, it was confirmed that almost calcite (Calcite; CaCO 3 ) is seen in the precipitate obtained as the reaction product of this test. It can be seen that sodium carbonate and calcium hydroxide react so that sodium carbonate becomes sodium hydroxide and calcium hydroxide precipitates into calcium carbonate. Since sodium hydroxide is strongly basic, process water becomes strong base, so when carbon dioxide is added to this aqueous solution, it turns into weak base sodium carbonate aqueous solution. As a result, the calcium hydroxide reacts to remove the alkaline reaction component.
밀도density
반응조에서 순도 98%의 수산화나트륨을 증류수에 희석하여 농도 5% 수산화나트륨 수용액을 제조한 후 이산화탄소를 투입하여 탄산나트륨 수용액을 제조하였다.Sodium hydroxide having a purity of 98% was diluted in distilled water in a reactor to prepare a 5% aqueous sodium hydroxide solution, and carbon dioxide was added thereto to prepare an aqueous sodium carbonate solution.
순환골재와 탄산나트륨 수용액 제조에 사용된 재료들은 몰비로 계산하여 투입하였다.Materials used for the production of recycled aggregates and aqueous sodium carbonate were added to calculate the molar ratio.
그런 다음, 순환골재를 상기 탄산나트륨 수용액이 있는 반응조에 침지하여 탄산반응 전 순환골재와 탄산반응 후 순환골재의 밀도를 KS F 2504에 준하여 측정하였다.Then, the circulating aggregate was immersed in the reaction tank containing the aqueous solution of sodium carbonate, and the density of the circulating aggregate before and after the carbonation reaction was measured according to KS F 2504.
그 결과를 도 11에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, 탄산반응 전 순환골재의 밀도보다 탄산반응 후 순환골재의 밀도가 약 5% 가량 향상되었음을 알 수 있었다.As can be seen in Figure 11, it can be seen that the density of the recycled aggregate after the carbonation is about 5% more than the density of the recycled aggregate before the carbonation.
또한, 수산화칼슘의 양을 100% 수준으로 실험했을 때보다 수산화칼슘의 양을 50% 수준으로 실험할 때가 좀 더 높은 밀도를 나타내고 있다. 수산화칼슘의 양 50%보다 100%가 밀도가 낮은 이유는 고정된 탄산나트륨 양에 비해 수산화칼슘 양이 늘어나 골재의 밀도에 영향을 주어 낮아진 결과이다.
In addition, when the amount of calcium hydroxide is tested at the level of 50% than when the amount of calcium hydroxide at the level of 100% shows a higher density. The reason why the density is 100% lower than the amount of calcium hydroxide is 50% is the result of the increase in the amount of calcium hydroxide compared to the fixed amount of sodium carbonate, which affects the density of the aggregates.
흡수율Absorption rate
반응조에서 순도 98%의 수산화나트륨을 증류수에 희석하여 농도 5% 수산화나트륨 수용액을 제조한 후 이산화탄소를 투입하여 탄산나트륨 수용액을 제조하였다.Sodium hydroxide having a purity of 98% was diluted in distilled water in a reactor to prepare a 5% aqueous sodium hydroxide solution, and carbon dioxide was added thereto to prepare an aqueous sodium carbonate solution.
순환골재와 탄산나트륨 수용액 제조에 사용된 재료들은 몰비로 계산하여 투입하였다.Materials used for the production of recycled aggregates and aqueous sodium carbonate were added to calculate the molar ratio.
그런 다음, 순환골재를 상기 탄산나트륨 수용액이 있는 반응조에 침지하여 탄산반응 전 순환골재와 탄산반응 후 순환골재의 흡수율을 KS F 2504에 준하여 측정하였다.Then, the circulating aggregate was immersed in the reaction tank containing the aqueous solution of sodium carbonate, and the absorption rate of the circulating aggregate before and after the carbonation reaction was measured according to KS F 2504.
그 결과를 도 12에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 흡수율의 결과는 Base 순환골재와 수산화칼슘의 양 50%와 100%의 반응 후 각각의 흡수율을 측정한 결과이다. 탄산나트륨수용액과 반응 후 흡수율은 30% 가량 낮아진 것을 알 수 있었다. 일반적으로 골재는 밀도가 상승하면 흡수율은 하락하므로 순환골재의 시멘트 폐이스트의 제거에 의해 밀도가 상승함에 따라 흡수율은 하락하는 결과로 나타났다.
As can be seen in Figure 12, the results of the absorption rate is the result of measuring the respective absorption rate after the reaction of the amount of 50% and 100% of the base recycled aggregate and calcium hydroxide. After the reaction with aqueous sodium carbonate solution it was found that the water absorption was reduced by about 30%. In general, as the aggregate density increases, the absorption rate decreases. As the density increases due to the removal of cement waste yeast from the recycled aggregate, the absorption rate decreases.
입도Granularity
반응조에서 순도 98%의 수산화나트륨을 증류수에 희석하여 농도 5% 수산화나트륨 수용액을 제조한 후 이산화탄소를 투입하여 탄산나트륨 수용액을 제조하였다.Sodium hydroxide having a purity of 98% was diluted in distilled water in a reactor to prepare a 5% aqueous sodium hydroxide solution, and carbon dioxide was added thereto to prepare an aqueous sodium carbonate solution.
순환골재와 탄산나트륨 수용액 제조에 사용된 재료들은 몰비로 계산하여 투입하였다.Materials used for the production of recycled aggregates and aqueous sodium carbonate were added to calculate the molar ratio.
그런 다음, 순환골재를 상기 탄산나트륨 수용액이 있는 반응조에 침지하여 탄산반응 전 순환골재와 탄산반응 후 입도를 KS F 2502에 준하여 측정하였다.Then, the circulating aggregate was immersed in the reaction tank containing the aqueous solution of sodium carbonate, and the particle size of the circulating aggregate before and after the carbonation reaction was measured according to KS F 2502.
그 결과를 도 13에 나타내었다.
The results are shown in Fig.
도 13에서 확인할 수 있는 바와 같이, 탄산반응 전 순환골재와 탄산반응 후 순환골재의 입도곡선은 반응전보다 반응후의 입도가 0.3mm~2.5mm사이의 양이 늘어난 것을 알 수 있고 표준입도 곡선에 근사해짐을 알 수 있었다. 이는 순환골재에 부착된 시멘트 페이스트가 중화반응에 의해서 조각나거나 탈리되면서 작은 입자가 늘어나는 것으로 판단할 수 있다.
As can be seen in Figure 13, the particle size curves of the circulating aggregate before the carbonation and the circulating aggregate after the carbonation reaction can be seen that the amount of the particle size after the reaction increased between 0.3mm ~ 2.5mm than before the reaction and approximated to the standard particle size curve Could know. This can be determined that the cement paste attached to the circulating aggregates is crushed or detached by the neutralization reaction, and small particles are increased.
<실시예 4><Example 4>
수산화칼슘이 제거된 순환골재의 2차 마쇄를 위한 최적 마쇄 조건 측정Determination of Optimal Grinding Conditions for Secondary Grinding of Recycled Aggregate with Calcium Hydroxide Removed
가경식 믹서를 이용한 골재간에 마찰과 낙차를 이용하여 구모르타르분을 제거하였다. 공정에 사용하는 세척수는 황산용액을 희석시켜 pH 5.6~6.0의 약산성수로 변화시켜 사용하였으며 사용한 세척수는 기존에는 분당 1ℓ 순환하던 것을 분당 18ℓ로 증가시켜 사용 하였다. Gumortar powder was removed by friction and free fall between the aggregates using the adjustable mixer. The washing water used in the process was diluted with sulfuric acid solution and changed to weakly acidic water of pH 5.6 ~ 6.0, and the used washing water was used to increase the flow rate from 1 liter per minute to 18 liter per minute.
또한 공정에서 보는 바와 같이 황산을 투입하는데 자동 센서를 부착하여 마쇄에 사용된 후 순환되어진 높은 pH를 가지는 용수가 용해조안의 pH를 6 이상으로 상승시키면 자동으로 황산용액이 용해조로 투입되어 일정한 pH를 유지할 수 있게 하였다.In addition, as shown in the process, sulfuric acid solution is automatically added to the dissolution tank when the water having high pH circulated after the use of automatic sensor is attached to the sulfuric acid and used for grinding to raise the pH in the dissolution tank. To maintain.
또한 마쇄시간으로는 용해조 내부와 마쇄기 내부에 pH가 동일한 상태가 되었을 때 반응이 완료된 것으로 추정하여 동일 pH가 될 때까지 시험하였다.
In addition, as the grinding time, it was estimated that the reaction was completed when the pH was in the same state in the dissolution tank and the grinding machine.
마쇄 최적시간 조건을 찾기 위한 시험은 잔골재와 조골재를 중량비율별로 1차 투입하고 사용할 세척수를 전체골재 용적비율별로 2차 투입한 후 표 3 및 표 4와 같이 시간별로 마쇄실험을 실시하였다.
In order to find the optimum grinding time condition, fine aggregates and coarse aggregates were added first by weight ratio, and washing water to be used was added secondly by total aggregate volume ratio.
*잔골재 조골재 비율은 중량비로 함* Fine aggregate coarse aggregate ratio is weight ratio
*세척수 비는 전체 골재 용적비에 따름* Wash water ratio depends on total aggregate volume ratio
*잔골재 : 0.3㎜이하 제거, 조골재 : 100㎜이상 치수 사용
* Fine aggregate: 0.3 mm or less removed, coarse aggregate: 100 mm or more
상기의 시험결과를 도 14에 나타내었다.The test results are shown in FIG. 14.
도 14에서 확인할 수 있는 바와 같이, 순환골재의 밀도와 흡수율을 분석한 결과 요구 성능을 만족하는 최적 배합범위를 알 수 있었다. 요구 성능을 만족하는 범위 중에서 마쇄시간 15분과 조골재비 1:1 이상이 순환골재 품질 기준안에서 제시하는 콘크리트용 골재 1종 기준인 절건밀도 2.2(g/㎤)이상, 흡수율 5% 이하를 만족할 뿐만 아니라 KS에서 제시하고 있는 천연골재 기준 밀도 2.5(g/㎤) 이상, 흡수율 3% 이하를 만족하는 평균범위인 것을 알 수 있었다. 따라서 고품질 순환골재 제조시 생산성을 감안할 경우 조골재를 비교적 많은 양을 투입하여 생산시간을 줄이는 방향이 경제적이라고 생각되며 생산성과 경제성면에서 최적의 마쇄 조건은 마쇄시간 10분, 조골재비는 1.5 이상이 타당하다고 사료된다.
As can be seen in Figure 14, the analysis of the density and absorption of the recycled aggregate was found to be the optimum blending range that satisfies the required performance. Within the range of the required performance, the grinding time of 15 minutes and the crude aggregate ratio 1: 1 or more not only satisfy the dry density of 2.2 (g / cm3) or more, the absorption rate of 5% or less, which is one type of concrete aggregate that is proposed in the circulating aggregate quality standard. It was found that the average range satisfying the standard density of 2.5 (g / cm 3) or more and the water absorption rate of 3% or less suggested by KS. Therefore, considering productivity in manufacturing high-quality recycled aggregates, it is considered that the direction of reducing production time by inputting a relatively large amount of coarse aggregate is economical.In terms of productivity and economics, the optimum grinding condition is 10 minutes of grinding time, and the aggregate aggregate cost is more than 1.5. It is considered to be.
세척수비, 조골재비, 마쇄시간 변화에 따른 순환골재 품질 변화를 살펴본 결과, 흡수율의 변화에서는 밀도와 마찬가지로 마쇄시간이 흡수율 변화에 있어 가장 주요한 인자로 나타났으며 흡수율 변화의 경향은 밀도변화와 유사하였다.
As a result of examining the change of circulating aggregate quality according to the washing water ratio, coarse aggregate ratio, and grinding time, it was found that the grinding time was the most important factor in the change of absorption rate and the absorption trend was similar to the density change. .
고품질 순환골재 제조를 위한 조골재를 이용한 마쇄실험결과 마쇄시간 15분, 조골재비 1.0 이상이 목표 품질 절건밀도 2.5 이상 흡수율 3% 이하의 골재를 생산하는데 적합하며 현장 생산을 고려할 경우 마쇄시간 10분, 조골재비 1.5 이상이 최적조건인 것으로 나타났다.As a result of the grinding test using coarse aggregate for the production of high-quality recycled aggregate, the grinding time is 15 minutes, and the aggregate aggregate ratio is more than 1.0, which is suitable for producing aggregates with target quality dry density of 2.5 or more and absorption rate less than 3%. The ratio above 1.5 was found to be optimal.
Claims (3)
a)세척수에 수산화나트륨(NaOH)을 용해하여 수산화나트륨 수용액을 제조하는 단계;
b)상기 a)단계의 수산화나트륨 수용액에 이산화탄소(CO2)를 용해하여 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액을 제조하는 단계;
c)상기 b)단계의 탄산나트륨 수용액으로 순환골재를 세척하는 단계; 및
d)상기 c)단계의 순환골재를 황산수를 공정수로 사용하여 저속습식마쇄장치로 마쇄하여 시멘트페이스트를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고품질의 순환골재의 생산방법.
In the production of recycled aggregate by particle size by crushing waste concrete and sorting out foreign substances,
a) dissolving sodium hydroxide (NaOH) in the wash water to prepare an aqueous sodium hydroxide solution;
b) preparing a sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) aqueous solution by dissolving carbon dioxide (CO 2 ) in the aqueous sodium hydroxide solution of step a);
c) washing the circulating aggregate with the aqueous sodium carbonate solution of step b); And
d) the method of producing high-quality recycled aggregates, comprising the step of separating the cement paste by grinding the recycled aggregate of step c) using a sulfuric acid water as the process water.
상기 d)단계의 공정수는 황산용액을 희석시켜 pH 5.6~6.0의 약산성수로 하여 투입하는 것을 특징으로 하는 고품질의 순환골재의 생산방법.
The method of claim 1,
The process water of step d) is a method of producing high-quality recycled aggregates, characterized in that the diluted sulfuric acid solution is added as a weakly acidic water of pH 5.6 ~ 6.0.
상기 d)단계의 습식마쇄장치는 마쇄시간 10~15분, 조골재비 1.0~1.5 의 조건으로 순환골재를 마쇄하여 시멘트페이스트를 분리하는 것을 특징으로 하는 고품질의 순환골재의 생산방법.The method of claim 1,
The wet grinding device of step d) is a method of producing high-quality recycled aggregates, characterized in that the cement paste is separated by grinding the recycled aggregate under the condition of grinding time 10-15 minutes, crude aggregate ratio 1.0-1.5.
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