KR20130122163A - 광산 폐기물 및 친환경고화재를 활용한 저강도, 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법 및 시스템 - Google Patents

광산 폐기물 및 친환경고화재를 활용한 저강도, 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광산폐기물인 폐석, 폐광미를 골재로 활용하고 결합재로서 친환경 고화재를 활용하여 저강도 및 고유동성을 갖는 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴, 폐광산에서 과거에 유가자원을 선광하고 남은 폐기물중 암석 및 자갈 형태인 폐석, 모래정도의 입자인 폐광미를 골재로 활용하고, 결합재로서 시멘트를 전혀 사용하지 않은 친환경 고화재를 혼합하여 유동성이 있는 콘크리트형태의 충진재 조성물을 제조하기 위한 제조 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법은 1) 폐석을 분쇄하여 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 광산폐석과 입자크기가 5mm 이하인 광미를 마련하는 단계; 2) 고화재를 마련하는 단계; 및 3) 상기 광산폐석 100중량부에 대하여, 상기 광미 80~120중량부, 상기 고화재 15~45중량부, 유동화재 1~5중량부 및 증점제 1~5중량부를 혼합하는 단계;를 포함한다.

Description

광산 폐기물 및 친환경고화재를 활용한 저강도, 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법 및 시스템{METHOD FOR MANUFACTURING THE FILLING AGENT COMPOSITION AND SYSTEM THEREFOR}
본 발명은 광산폐기물인 폐석, 폐광미를 골재로 활용하고 결합재로서 친환경 고화재를 활용하여 저강도 및 고유동성을 갖는 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴, 폐광산에서 과거에 유가자원을 선광하고 남은 폐기물중 암석 및 자갈 형태인 폐석, 모래정도의 입자인 폐광미를 골재로 활용하고, 결합재로서 시멘트를 전혀 사용하지 않은 친환경 고화재를 혼합하여 유동성이 있는 콘크리트형태의 충진재 조성물을 제조하기 위한 제조 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 광산에서는 지하로 채굴하여 원광을 채취한 후, 원광석을 조분쇄 및 미분쇄하여 물리적, 화학적 처리를 거쳐 유가자원을 선별한다. 이렇게 가동되던 광산이 휴광 되거나 폐광되는 경우에는 가행 중에 배출된 폐석과 광미 또는 완전히 복구되지 않은 갱내 환경 등에 의하여 여러 가지 형태로 주변 환경을 오염시키는 것으로 나타나고 있다.
휴광산이나 폐광산 주변에서 발생되는 광해의 종류로는 중금속을 함유한 폐수의 유출로 인한 주변토양, 지표수 및 지하수의 오염, 지반의 침하, 광미 및 폐석 등에 의한 분진발생 등을 지적할 수 있다.
특히 광미와 폐석의 경우 자연환경 위해요인이 되는 이유는 산성비, 지표수 등에 의하여 광미에 함유된 중금속 성분이 용출될 가능성이 있기 때문인데, 특히 황화광물 등의 경우에는 자연 산화반응의 진행이 용이하기 때문이다. 광미와 폐석을 환경오염으로부터 차단시키기 위한 안정화 처리방법은 유해 광미를 주변토양, 지하수, 지표수 및 산성비 등으로부터 차단 격리시키는 차단 매립처리방법이 가장 많이 시행되고 있으며, 대량의 폐기물을 단일장소에 격리 보관중인 경우에는 계속하여 발생하는 유해 침출수에서 환경 위해성분들을 흡착 분리시켜 침출수를 무해화시키는 방법이 사용되기도 한다. 또한, 광미 중에 함유된 위해성(危害性) 중금속을 분리 선별하여 재활용하는 방법을 사용하는 경우도 있는데, 이는 단일의 광산에 대한 일정한 특성을 가지는 폐기물을 대상으로 시행되는 방법으로, 이들 각각의 방법들은 모두 다양한 장점과 단점을 가지고 있다.
즉, 차단 매립방법은 폐기물 적치장 주변에 옹벽, 흙 제방 등의 폐기물 저장시설을 축조하여 매립하는 방법으로, 저장시설의 바닥과 상부에는 차수시설을 설치하고, 상부에는 복토, 식재 등의 방법으로 우수 등의 유입을 차단하도록 설계하는데, 이는 다양한 쓰레기 매립장의 경우와 동일한 기술을 사용한다. 이러한 방법은 단 기간 내에 폐기물을 차단매립 함으로서 환경 위해요인을 차단할 수 있다는 장점은 있으나, 매립장 부지의 확보 및 토지이용의 제한 등의 단점이 있고, 차단 매립재료의 수명에 따라, 일정기간 후에는 다시 차단시설을 하여야 한다는 단점이 있다.
침출수의 무해 처리방법은 특정 유해성분을 흡착/분리/제거하여 유출수의 위해성을 감소시키는 유용한 방법이지만, 원천적인 오염원의 제거가 이루어지지 않는 한 장기간 지속적으로 공정의 운용이 필요하다는 문제점이 있다. 이러한 차단매립법과 침출수 처리방법의 단점을 보완하기 위하여 폐기물에 존재하는 용출성 유해성분을 고온 용해 혹은 여러 가지 방법으로 불용화 처리한 후에 이를 차단매립 하거나 폐 갱도에 이송하여 저장/안정화하는 방법이 이용되기도 하지만 이상의 어떠한 방법의 경우에도 처리비용의 과다로 인한 어려움이 수반된다.
또한 이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 10-0623459호에서는 일반 점토조성물에 광미를 10~50중량부 첨가하여 고온소성한 후 점토 소성벽돌을 제조하는 방법을 제시하고 있으며, 대한민국 등록 실용신안 20-0390517호에서는 보도블록 성형시 광미를 골재로 활용하는 방안을 제시하고 있으나, 광물찌꺼기를 재활용한 제품이라는 선입견 등으로 인해 건축재료로 활용하기에는 거부감이 있었고, 현대 건축의 경향으로 볼때 벽돌 블록 등의 생산량이 감소하는 추세라 할 수 있어 대량으로 재활용되기에는 한계가 있는 것으로 판단된다. 또한 경제적인 측면으로도 이러한 광산들은 도시지역과 거리가 멀기 때문에 원료의 운송비가 과다하게 소요되며, 제조공장을 광산인근에 설치하더라도 막대한 신규설비 투자비와 제품의 운송비가 는 만이 소요되는 등 실용화되기에는 어려운 점이 있다고 판단된다.
또한 대한민국공개특허 10-06-0102756호, 대한민국 등록특허 10-0415006호, 대한민국 등록특허 10-0535942호 등에서는 광미를 건조 후 입도분급하거나, 고온으로 소성한 후 급냉하여 시멘트 치환재로 사용하는 방법을 제시하였으나, 이러한 광미의 전처리에는 상당한 공정비용이 소요되며 또한 원료광미를 장거리 이송해야하는 문제점을 가지고 있어 이 역시 경제성이 떨어진다고 할 수 있다.
한편, 토목공사의 결합재 또는 고화재로 사용되는 재료의 경우 대부분이 보통 포틀랜트 시멘트 만을 단독으로 사용하거나 시멘트를 주원료로 플라이애시나 석고 등을 소량 첨가하여 사용하고 있는데 이러한 시멘트는 제조과정에서 다량의 CO2 가스를 배출하는 사업이며, 시멘트는 주 원료를 석회석, 점토, 철광석으로 하며 연료로 석탄을 사용하여 고온에서 열분해하여 제조되는 즉, 천연자원 및 자연훼손이 심각한 제품이기 때문에 환경을 살리기 위하여 환경을 훼손하는 우를 범하는 결과를 가져올 수 있다.
본 발명은 상술한 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 폐석과 광미를 골재로 활용하고 결합재로 친환경 고화재를 혼합한 콘크리트형태의 고유동 충진재를 제조하여, 폐석과 광미를 장거리 이송을 하지 않고 현장인근의 휴면광산 또는 폐광산의 광물 채굴적을 충진하여 광미 및 폐석의 방치와 지하공동을 방치하여 발생하는 광해를 근원적으로 제거하는 저강도 유동화 충진재 조성물 제조방법 및 시스템을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법은 1) 폐석을 분쇄하여 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 광산폐석과 입자크기가 5mm 이하인 광미를 마련하는 단계; 2) 고화재를 마련하는 단계; 및 3) 상기 광산폐석 100중량부에 대하여, 상기 광미 80~120중량부, 상기 고화재 15~45중량부, 유동화제 0.2~2중량부 및 증점제 0.05~0.5중량부를 혼합하는 단계;를 포함한다.
또한 상기 고화재는, 산화칼슘(CaO) 함량이 35%~70%인 제지슬러지 소각잔재 100중량부에 대하여, 고로슬래그미분말 80~150중량부, 페트롤코우크스 탈황석고 40~100중량부 및 황산염자극제 5~10중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 황산염 자극제는 황산칼슘, 황산알루미늄, 황산마그네슘 및 황산나트륨 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
또한 상기 유동화제는 나프탈렌계, 멜라민계, 리그닌계중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
또한 상기 증점제는 셀룰로스계 및 아크릴계 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조시스템은 폐석을 조분쇄하는 분쇄기; 분쇄된 폐석을 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 굵은 골재와 5mm 이하인 모래로 분리하는 진동스크린; 제지슬러지 소각잔재와 고로슬래그미분말과 페트롤코우크스 탈황석고 및 황산염자극제를 혼합하여 고화재를 생성하는 고화재 생성수단; 및 상기 굵은 골재와 모래와 고화재를 균일하게 혼합하는 믹서;를 포함한다.
또한 상기 믹서는 유동화제와 증점제를 더 혼합하는 것이 바람직하다.
또한 상기 굵은 골재와 모래를 계량하는 골재 계량기와, 상기 고화재를 계량하는 분체 계량기와, 상기 유동화제와 증점제를 계량하는 액체 계량기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 휴면광산 및 폐광산 인근에 적치되어있는 폐석 및 광미를 이용하여 채굴적을 효과적으로 충진하여 광해를 항구적으로 복구하는 효과 있으며, 동시에 저강도를 발현하므로 향후 광산의 재가동시 재 채굴에 문제가 없도록 하는 효과도 있다.
도 1은 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 의한 광산 폐기물 및 친환경고화재를 활용한 저강도, 고유동성 폐광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 의해 제조되는 충진재는 광산 폐기물 및 친환경고화재를 활용한 저강도, 고유동성 폐광산 채굴적 충진재 조성물로서 휴면광산이나 폐광산에서 광물 채광 후 선광폐기물로 발생한 현장의 폐석 및 광미를 골재로 활용하고 친환경 고화재를 결합재로 활용하며, 유동성을 부여하기 위하여 유동화제를 첨가하고, 재료분리를 방지하기 위하여 증점제를 포함하는 충진재 조성물로서, 높은 유동성을 가지는 동시에 추후 있을지 모를 광산의 가동을 위한 재굴착이 용이하도록 저강도를 갖는 저강도, 고유동성 폐광산 채굴적 충진재 조성물이다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 의한 저강도, 고유동성 폐광산 채굴적 충진재 조성물은 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 폐석 100중량부에 대하여, 입자크기가 5mm 이하인 광미 80~120중량부, 친환경 고화재 15~45중량부, 유동화제 1~5중량부 및 증점제 1~5중량부를 포함한다.
상기 폐석의 경우 5mm~40mm의 입도를 가진 원료를 선별하는 공정이 필요하다. 이 선별공정은 첫째, 40mm 정도의 크기를 가진 진동 망체를 이용하여 40mm 미만의 골재를 선별하고 둘째, 진동 망체에서 걸러진 40mm를 초과하는 크기의 암석은 크라샤 등을 이용하여 조쇄한 후 이들을 다시 진동 망 체로 투입하는 순환과정을 거치는 것이다.
또한 상기 폐석의 경우 충진재 조성물의 굵은골재로 활용되는 것으로서, 입자크기가 40mm를 초과하는 경우에는, 충진재를 조성하였을 경우 너무 큰 입자로 인해 압송펌프를 이용한 시공이 불가능하며, 5mm이하의 경우는 일반적으로 모래로 분류된다.
또한 상기 광미는 이미 작은 입자로 미분쇄되어 유가자원을 물리, 화학적 선별과정을 통해 선광한 잔유물로서 5mm 미만의 입자크기를 가지고 있어 잔골재 역할을 수행하게 되는데, 폐석 100중량부에 대하여 80~120중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 80중량부 미만이 혼입될 경우에는 전체 골재중의 잔골재율이 미달되어 충진재 조성물의 유동성이 저하되어 잘 충진되지 않으며, 그 혼입률이 120중량부 이상이면 잔골재율이 과다하게 되어 작업성은 좋아지나 전체 골재 표면적의 증가로 인한 강도하락의 문제를 야기한다.
상기 친환경고화재는 산화칼슘(CaO) 함량이 35%~70%인 제지슬러지 소각잔재 100중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 80~150중량부, 페트롤 코우크스 탈황석고 40~100중량부 및 황산염자극제 5~10중량부를 포함한다.
또한 상기 제지 슬러지 소각잔재는 시험결과 비슷한 공정을 거쳐 발생되는 바이오매스 소각잔재, 페트롤 코크스 소각잔재, RDF(Refuse Derived Fuel) 소각잔재 및 RPF(Refuse Plastic Fuel) 소각잔재에 비하여 흡수하는 작용이 탁월하였다.
제지슬러지 소각잔재에 다량 함유된 산화칼슘은 물과 반응하여 흡수, 발열 및 팽창하여 수산화칼슘이 된다. 이에 대한 반응식은 아래와 같다.
CaO+ H2O->Ca(OH)2+15.6kcal mol-1
통상 석탄연소 플라이애시 등의 소각잔재는 콘크리트 혼화재료로 재활용됨에도 불구하고, 위와 같이 산화칼슘이 다량 함유된 소각잔재는 흡수, 발열 및 팽창 특성이 있어 콘크리트 혼화재료로 활용이 불가능하다.
따라서 본 발명은 통상적으로 콘크리트 혼화재료로 활용할 수 없는 제지슬러지 소각잔재를 이용하는 것이다.
또한 상기 고로슬래그 미분말은 유사한 공정을 거쳐 생산되는 전로슬래그 미분말, 제강슬래그 미분말, 스테인리스슬래그 미분말 및 동제련슬래그 미분말 등과 비교하여 시험하였을 때 황산염자극에 의한 초기강도발현이 탁월하였다.
또한 상기 페트롤 코우크스 탈황석고는 반응초기에 에트린가이트를 다량 생성해주는 물질로서 소각로에서 폐기물로 발생하기 때문에 동등한 성능을 발휘하는 무수석고나 소성에 의한 탈수과정을 거쳐야하는 인산석고 등에 비해서 경제성이 월등하다.
또한 상기 황산염 자극제는 황산칼슘, 황산알루미늄, 황산마그네슘 및 황산나트륨 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 슬래그 미분말과 황산염 자극제 화학반응에 따른 초기 재령에서의 강도발현은 다량의 에트링가이트(ettringite)를 골격으로 이와 동시에 생성된 C-S-H겔에 의해 이루어진다. 또한 C-S-H겔은 에트링가이트를 감싸며 재령이 경과함에 따라 생성량이 지속적으로 증가하고 C-S-H겔이 경화된 페이스트의 공극을 밀실하게 채우게 되어 에트링가이트와 치밀한 네트워크식 망상구조를 형성하면서 지속적으로 강도를 발현을 한다.
또한 천연토양이 수분을 포함한 미립분을 다량함유하고 있는 관계로 고화재와의 혼합이 균질하게 되지 않기 때문에 고화재 입자의 분산을 촉진하고, 고화토로 하여금 상대적으로 적은 물을 혼합하여도 높은 유동성을 가질수 있도록 할 목적으로 유동화제 분말이 더 포함되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 친환경고화재는 보통 포틀랜트 시멘트를 전혀 사용하지 않은 것으로서 비정질물질인 Free CaO가 다량 함유된 발열성 소각잔재와 고로슬래그미분말을 원료로 사용하는 것이다. 고로슬래그 및 제지슬러지 소각잔재 등은 시멘트와 달리 자체적으로 물과 수화되지 않지만, 수산화물 또는 황산염과 같은 자극제의 첨가에 의한 수화반응 유도의 경화특성을 갖고 있으며, 이러한 수화특성은 비결정질 입자의 불규칙적 3차원 쇄상결합이 절단되면서 망상 구조체 내부에 함유된 Ca2 +, Mg2 +, Al3 + 등의 수식이온들이 용출되어 시멘트와 같은 경화특성을 지니게 되는 것이다. 본 발명에 적용될 친환경 고화재의 성분 구성을 살펴보면 SiO2, Al2O3, CaO가 전체의 80%이상으로 대부분을 차지하고 있고, 나머지 Fe2O3, MgO 등의 성분들로 구성되어 있다.
이러한 성분들은 흙 속의 간극수 또는 배합수와 반응하여 칼슘실리케이트 수화물(CSH) 및 칼슘알류미네이트 수화물(CAH) 등의 새로운 수화물 및 포졸란 물질을 장기적으로 서서히 생성하게 되어 강도를 발현시키게 된다. 또한 약 50% 가까운 높은 CaO는 간극수의 소화와 함께 포틀랜다이트(Ca(OH)2)를 생성하게 되고 자경효과에 의한 초기 강도를 결정짓게 되며 포틀랜다이트에서 방출되는 Ca2 +이온은 대상토의 포함되어 있는 규산염(SiO2)이나 알루민산염(Al2O3)과 반응하여 역시 칼슘실리케이트 수화물(CSH) 및 칼슘알루미네이트 수화물(CAH) 등을 생성하게 된다. 이러한 반응은 결국 시멘트를 사용하지 않아도 시멘트와 본질적으로 동일한 수화 메커니즘을 갖게 되는 것이다.
이러한 친환경고화재는 비표면적이 3,000~6,000cm2/g인 것이 바람직한데, 비표면적이 3,000cm2/g 이하이면 바인더 입자크기가 조립분이 많다는 의미이며, 중량비로 배합되기 때문에 분체량이 부족하여 활성도가 떨어지며, 비표면적이 6,000cm2/g이상이면 단위당 질량이 너무 적어 이송이나 계량 및 방출이 원활치 않고, 믹서에 투입시 비산되어 집진기 측으로 포집되는 입자가 많아 계량된 고화재 전체가 혼합되지 않을 우려가 있다.
또한 이러한 친환경고화재는 상기 폐석 100중량부에 대하여 15~45중량부 포함되는 것이 바람직한데, 15중량부 이하이면 강도발현이 너무 적어 안정적인 충전 및 보강이 이루어지지 않으며, 45중량부 이상이면 너무 많은 강도를 발휘하여 휴면광산, 폐광산이 추후 다시 가동할 경우 재 채굴이 어렵게 된다.
또한 상기 유동화제는 충진재가 상대적으로 적은 물을 혼합하여도 높은 유동성을 가질 수 있도록 하는 물질로서, 멜라민계, 나프탈린계, 리그닌계 유동화제 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물로 구성할 수 있는데, 상기 폐석 100중량부에 대하여 1~5중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 상기 유동화제의 혼입량이 0.2중량부 미만이면 너무 소량이라 유동화 효과를 충분히 발휘 할 수 없으며, 2중량부 이상이면 추가 투입되어도 유동화 효과가 비례적으로 늘어나지 않고 오히려 감소할 수 있으며, 고가의 원료이므로 경제적으로 비효율적이다.
또한 상기 증점제는 충진재의 재료분리 및 수중에서의 분리를 억제하는 용도로 첨가하는 것으로서, 충진제 제조시 높은 유동성을 갖는 관계로 재료분리가 일어날 수 있으며, 충진 대상 공동에 지하수가 충만하여 있는 경우 물속에서 충진제의 재료들이 각각 분리되지 않고 고결될 수 있도록 기능을 발휘하는 물질로서, 셀룰로스계 및 아크릴계 증점제 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물로 구성될 수 있는데, 상기 폐석 100중량부에 대하여 0.05~0.5중량부 혼입되는 것이 바람직하다.
상기 증점제의 혼입량이 0.05중량부 미만이면 너무 소량이라 고유동화 및 지하수 충만 상태 시공 시 재료분리가 발생 할 수 있으며, 0.5중량부 이상이면 점성의 효과가 너무 강하여 충분한 유동성이 나타나지 않고, 고가의 원료이므로 경제적으로 비효율적이다.
이하에서는 본 발명에 의한 충진재 조성물 제조시스템을 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 충진재 조성물 제조시스템은 폐석을 저정하는 폐석저장부(11)와, 상기 폐석을 분쇄하여 굵은 골재와 모래를 생성하는 분쇄기(13)와, 상기 분쇄기(13)와 폐석 저장부(11) 사이에 구비되는 정량공급기(12)와, 분쇄된 폐석을 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 굵은 골재와 5mm 이하인 모래로 분리하는 진동스크린(14)을 포함한다.
이와 같이 진동스크린(14)에 의해 분급된 굵은 골재와 모래는 각각 폐석저장부(31)와 광미저장부(32)로 이송하여 저장된다.
한편, 이와 별도로 고화재 생성수단(미도시)이 구비되는데, 고화재 생성수단에서 생성된 고화재를 고화재 저장부(33)에 저장한다. 상기 고화재 생성수단(33)은 제지슬러지 소각잔재와 고로슬래그미분말과 페트롤코우크스 탈황석고 및 황산염자극제를 혼합하여 고화재를 생성하는 구성요소이다.
또한 본 발명에 의한 시스템은 유동화제 저장부(34)와 증점제 저장부(35)를 각각 구비한다.
또한, 상기 굵은 골재와 모래와 고화재와 유동화제와 증점제 등을 균일하게 혼합하는 믹서(22)가 구비된다.
마지막으로, 상기 굵은 골재와 모래를 계량하는 골재 계량기(23)와, 상기 고화재를 계량하는 분체 계량기(24)와, 상기 유동화제와 증점제를 계량하는 액체 계량기(25)가 더 구비되고, 믹서(22)를 통해 혼합된 충진재를 저장하는 충진재 저장부(21)가 구비된다.
이하, 본 발명에 의한 시스템의 작동상태를 설명한다.
먼저, 폐석저장부(11)로부터 정량공공급기(12)를 거쳐 공급된 폐석을 분쇄기(13)에 의해 분쇄한다.
다음으로, 분쇄된 폐석을 진동스크린(14)에 의해 입자크기가 40mm이상의 입자와, 40mm~5mm 범위의 굵은 골재와, 5mm 이하인 모래로 분리한다.
이와 같이 진동스크린(14)에 의해 분급된 굵은 골재와 모래는 각각 폐석저장부(31)와 광미저장부(32)로 이송하여 저장되고, 상기 진동스크린(14)에서 필터링된 40mm이상의 입자는 분쇄기(13)로 다시 공급된다.
한편, 이와 별도로 친환경 고화재 생성수단을 통해 생성된 고화재는 고화재 저장부(33)에 저장된다.
또한, 이와 마찬가지로 유동화제 저장부(34)와 증점제 저장부(35)에는 각각 유동화제와 증점제를 저장한다.
이 상태에서 골재는 골재계량기(23)를 통해 믹서(22)에 공급되고, 고화재는 분체 계량기(24)를 통해 믹서(22)에 공급되며, 유동화제와 증점제는 액체 계량기(25)를 통해 믹서(22)에 공급된다.
마지막으로, 믹서(22)에서 굵은 골재와 모래와 고화재와 유동화제와 증점제를 균일하게 혼합하여 충진재 저장부(21)에 저장하는 것이다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니된다.
실시예
먼저, 본 발명에 따른 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 폐석 100중량부에 대하여, 입자크기가 5mm 이하인 광미 100중량부, 친환경 고화재 30중량부, 나프탈렌계 유동화제 1중량부 및 메칠셀룰로스계 증점제 0.2중량부를 포함한 충진재 조성물에 상기 폐석 100중량부에 대하여 15중량부의 물을 추가하고 강제식 믹서로 균일하게 혼합하여 채굴적 충진재를 제조하였다. 여기서 친환경 고화재는 산화칼슘 함량이 56%인 제지슬러지 소각잔재 100중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 120중량부, 페트롤 코우크스 탈황석고 80중량부 및 황산염자극제 8중량부와 유동화제로서 나프탈렌 분말 3중량부를 균일하게 혼합하여 제조하였다.
다음으로 채굴적 충진재의 사용가능시간을 측정하기 위하여 혼합후 10분, 30분, 60분의 플로우를 측정하였으며, 충진재 조성물의 압축강도는 7일, 28일 압축강도를 측정하기 위하여 이를 지름 15cm, 높이 30cm의 몰드에 투입하여 6개의 공시체를 제작하고 항온항습기에서 상대습도 90%, 온도는 섭씨 20도의 환경에서 양생하였다.
비교예
먼저, 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 폐석 100중량부에 대하여, 입자크기가 5mm 이하인 광미 100중량부, 1종 보통 포틀랜트 시멘트 30중량부, 나프탈렌계 유동화제 1중량부 및 메칠셀룰로스계 증점제 0.2중량부를 포함한 충진재 조성물에 상기 폐석 100중량부에 대하여 15중량부의 물을 추가하고 강제식 믹서로 균일하게 혼합하여 채굴적 충진재를 제조하였다.
다음으로 채굴적 충진재의 사용가능시간을 측정하기 위하여 혼합후 10분, 30분, 60분의 플로우를 측정하였으며, 충진재 조성물의 압축강도는 7일, 28일 압축강도를 측정하기 위하여 이를 지름 15cm, 높이 30cm의 몰드에 투입하여 6개의 공시체를 제작하고 항온항습기에서 상대습도 90%, 온도는 섭씨 20도의 환경에서 양생하였다.
채굴적 충진재의 성능시험방법 및 결과
아래 표 1에 나타낸 바와 같이 플로우 시험은 KS F 2594, 압축강도시험은 KS F 2343방법에 의해 그리고 재료분리상태 여부는 육안검사를 실시하였다.
실험 방법 비고
슬럼프 플로우 KS F 2594 슬럼프 플로우 시험방법
압축강도 KS F 2343 일축압축강도시험방법
재료분리 육안검사
(1) 플로우의 경시변화 및 재료분리
유동화 되메움용 고화토의 가사시간을 측정하기 위하여 혼합후 10분, 30분, 60분의 플로우를 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표2에서 알 수 있는바와 같이 실시예와 비교예 모두 충분한 플로우의 발현으로 만족할 만한 유동성을 나타냈으며, 재료분리도 발생치 않았고, 플로우 경시변화역시 비교예 및 실시예 모두 혼합후 30분 까지 충진재를 시공하는데 필요한 충분한 유동성을 유지하는 것으로 나타났다.
구분 재료분리
(혼합후 10분)		 플로우(mm) 경시변화 일축압축강도(kgf/cm2)
10분 30분 60분 7일 28일
실시예 발생없음 680 570 320 11 35
비교예 발생없음 620 500 200 83 189
(2) 일축압축강도의 변화
표2에 실시예 및 비교예에 일축압축강도를 나타내었다. 이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 양생 7일에, 실시예는 11 kgf/cm2, 비교예는 83 kgf/cm2 로 나타나 본 발명에 따른 친환경고화재가 보통 포틀랜드시멘트에 비하여 초기 강도가 낮게 발현되는 결과를 보였지만 이는 토질역학적 기준으로 충분히 안정한 상태임을 알 수 있다. 또한 28일 강도의 결과를 보면 시멘트의 경우 계속되는 수화반응에 의해 189 kgf/cm2이라는 높은 강도를 보이지만 본말명의 조성물인 실시예에서는 35 kgf/cm2 의 낮지만 토질역학적으로 안정적인 결과를 나타내었다. 이는 시멘트와는 고결반응 메커니즘이 상이한 것으로, 고화재 중의 상대적으로 적은 원료인 슬래그 미분말이 황산염 등과 반응하며 잠재수경성 반응을 나타내기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 이러한 상대적 저 강도가 휴면광산이나 폐광산의 가동에 따른 굴착공사를 위해서는 반드시 필요한 특징으로 본 발명의 장점이라 판단된다.
11: 폐석 저장부 12: 정량공급기
13: 분쇄기 14: 진동스크린
21: 충진재 저장부 22: 믹서
23: 골재 계량기 24: 분체 계량기
25: 액체 계량기 31: 폐석 저장부
32: 광미 저장부 33: 고화재 저장부
34: 유동화제 저장부 35: 증점제 저장부

Claims (8)

1) 폐석을 분쇄하여 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 광산폐석과 입자크기가 5mm 이하인 광미를 마련하는 단계;
2) 고화재를 마련하는 단계; 및
3) 상기 광산폐석 100중량부에 대하여, 상기 광미 80~120중량부, 상기 고화재 15~45중량부, 유동화제 0.2~2중량부 및 증점제 0.05~0.5중량부를 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 고화재는,
산화칼슘(CaO) 함량이 35%~70%인 제지슬러지 소각잔재 100중량부에 대하여, 고로슬래그미분말 80~150중량부, 페트롤코우크스 탈황석고 40~100중량부 및 황산염자극제 5~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 황산염 자극제는 황산칼슘, 황산알루미늄, 황산마그네슘 및 황산나트륨 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 유동화제는 나프탈렌계, 멜라민계, 리그닌계중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 증점제는 셀룰로스계 및 아크릴계 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조방법.
폐석을 조분쇄하는 분쇄기;
분쇄된 폐석을 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 굵은 골재와 5mm 이하인 모래로 분리하는 진동스크린;
제지슬러지 소각잔재와 고로슬래그미분말과 페트롤코우크스 탈황석고 및 황산염자극제를 혼합하여 고화재를 생성하는 고화재 생성수단; 및
상기 굵은 골재와 모래와 고화재를 균일하게 혼합하는 믹서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조시스템.
제6항에 있어서,
상기 믹서는 유동화재와 증점재를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조시스템.
제6항에 있어서,
상기 굵은 골재와 모래를 계량하는 골재 계량기와, 상기 고화재를 계량하는 분체 계량기와, 상기 유동화재와 증점재를 계량하는 액체 계량기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물 제조시스템.
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