KR20180064006A - 실리콘망간 슬래그 경량골재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘망간 슬래그 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계; 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 살수 분사하는 단계; 상기 살수된 용융 실리콘망간 슬래그에 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 액적으로 비산 및 급냉하여 구형의 골재를 형성하는 단계;를 포함하는 실리콘망간 슬래그 경량골재의 제조방법 및 이로부터 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재에 관한 것이다.
Description
본 발명은 실리콘망간 슬래그 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용융 실리콘망간 슬래그에 살수분사 및 고압에어를 분사하여 용융 실리콘망간 슬래그를 내부공극을 가지는 구형입자로 비산, 급냉시켜 경량골재로 사용 가능한 실리콘망간 슬래그 경량골재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 실리콘망간은 고탄소 페로망간 제조용 전기로와 동일형태의 전기로에서 제조되며, 고탄소 페로망간에서 발생된 슬래그와 망간광석, 규석, 코크스 등을 원료로 사용한다. 페로망간 슬래그는 망간과 실리콘을 다량 함유하고 있을 뿐만 아니라, 용융에 요구되는 에너지도 적어 실리콘망간의 제조원료로서 많이 사용된다.
상기 전기로에서 실리콘망간을 제조하고 남은 실리콘망간 슬래그는 일반적으로 용융상태에서 야드로 배출하여 고압살수를 통해 냉각시키고, 고화된 슬래그는 파쇄과정을 거치게 된다.
이러한 실리콘망간 슬래그는 이를 활용하지 않고 그대로 폐기시키는 경우, 비산먼지, 침출수와 같은 환경문제의 발생은 물론, 대규모의 처리장을 확보해야 하는 것에 따른 경제적인 문제 등이 생긴다.
특히, 지하수 중에 망간이 0.02 mg/L 이상 존재할 경우, 철박테리아에 의한 이취미 발생과 더불어 수산화물, 산화망간 등이 급수관, 배수관에 피복되어 세탁물에 갈색침전물을 피복시키는 등의 문제를 일으키게 된다.
이에 따라, 실리콘망간 슬래그를 재활용하기 위하여 개발된 기술로는, 한국공개특허 10-2013-0081887(2013년07월18일)에 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계; 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 노즐로부터 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 비산시키는 단계; 및 상기 비산시킨 용융 실리콘망간 슬래그를 상기 분사되는 고압의 에어와 주위 분위기에 의해 급냉시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 섬유의 제조방법이 공지된 바 있다.
또한, 한국등록특허 10-1355460(2014년01월20일)에 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 1300 내지 1900℃의 온도를 갖는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계; 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 노즐로부터 50 내지 100℃의 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 미세 액적으로 분리하는 단계; 및 상기 미세액적을 상기 분사되는 고압의 에어와 주위 분위기에 의해 급냉시켜 중량퍼센트로 SiO2 30 내지 42wt%, CaO 12 내지 24wt%, MnO 14 내지 20wt%, Al2O3 12 내지 24wt%, MgO 3 내지 9wt%를 함유하고 구형이며, 구형도가 0.9 내지 1.0, 입경이 0.15 내지 5mm, 경도가 750 내지 770HV, 절건밀도가 2.87 내지 2.90, 단위용적중량이 1.70 내지 1.90kg/L, 실적율이 59 내지 66%인 실리콘망간 슬래그 볼로 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 볼의 제조방법이 개발된 바 있다.
그러나, 상기 제조된 실리콘망간 슬래그볼은 볼이 구형이기는 하나, 밀도가 크고 단위용적중량이 무거워서 콘크리트 골재, 아스팔트 포장용 골재, 폴리머콘크리트용 골재, 수처리여재, 복토재, 미끄럼방지재, 웨이트재, 도로재 또는 시멘트 혼화재로서만 사용되는 문제점이 있다.
한편, 콘크리트 구조물이 대형화, 장대화됨에 따라 콘크리트의 자중을 감소시킬 필요가 있다. 콘크리트의 자중을 경감시키는 방법으로는 콘크리트 중에서 대부분을 점유하고 있는 골재의 경량화에 있는데, 콘크리트의 중량을 경감시킬 목적으로 기건비중 2.0 이하의 콘크리트를 경량콘크리트라 하며 이에 필요한 골재를 경량골재라 한다.
경량골재는 2.50 이하의 비중을 가진 골재를 말하며 경량골재에는 천연경량골재와 인공경량골재가 있으며 천연산에는 경석화산석, 응회암, 용암 등이 있고 인공경량골재에는 팽창성 혈암, 팽창성 점토, 플라이애시 등을 주원료로 하며 소성한 인공경량골재와 팽창슬래그, 석탄찌꺼기 등과 같은 산업부산물 경량골재 및 가공품이 있다.
종래, 슬래그, 석탄찌꺼기 등과 같은 산업부산물 경량골재에 관한 기술을 살펴 보면, 한국등록특허 10-1288962(2013년07월10일)에 그라파이트: 0.1~6.0중량%, CaCO3: 1~15중량% 및 Fe2O3: 1~5중량%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 발포제; 결합제: 1~3중량%; 붕사: 1.0~3.5중량% 및 Na2CO3: 1.0~3.5중량% 중 1종 이상의 융제; 및 잔부 철강 슬래그로 이루어지며, 상기 결합제는 벤토나이트인 인공경량 골재가 공지되어 있으나, 상기 경량골재는 여러 성분이 혼합되어 발포된 것으로 철강슬래그는 단순히 바인더로서 작용할 뿐, 경량골재의 특성을 나타내지 못하였다.
또한, 한국등록특허 10-1668631(2016년10월18일)에는 보통 시멘트, 초속경 시멘트 및 팽창제를 포함하는 바인더와; 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 파쇄 및 중력식 마쇄 가공한 건식 공정 바텀애시를 포함하는 잔골재와; 폭렬 및 균열 방지를 위한 보강섬유;를 포함하여 조성되되, 상기 팽창제는 비중 2.8~2.9, 비표면적 2,000 cm2/g 이상이며, 화학적 조성은 SiO2 1~5중량%, Al2O3 8~15중량%, Fe2O3 0.3~2중량%, CaO 50~55중량%, MgO 0.5~2중량%, SO3 27~31중량%를 포함하여 조성되고, 상기 건식 공정 바텀애시는 화력발전소에서 고온 용융되고 공기냉각 배출되는 건식 원료 바텀애시를 1차 파쇄하여 입자크기 및 세장비를 낮추고 2차 마쇄하여 원료 바텀애시 표면의 강도가 약한 연소상을 제거하여 구형율을 높이고 내부공극을 가지도록 한 것이며, 상기 보강섬유는 인장강도 300 Mpa이상인 PP섬유, PE섬유, Nylon섬유, PVA섬유로부터 선택되고, 상기 바인더는 보통 시멘트 491중량부, 초속경 시멘트 131중량부, 팽창제 44중량부 포함되고, 상기 보강섬유는 2중량부 사용되며, 상기 잔골재는 전량 건식 공정 바텀애시로서 852중량부 또는 상기 잔골재는 50중량%의 건식공정 바텀애시 426중량부 및 펄라이트 103중량부 사용되고, 상기 잔골재를 전량 건식 공정 바텀애시로서 852중량부 사용할 경우 1,000℃ 가열전후의 압축강도는 18% 이상의 잔존강도를 나타내며, 상기 잔골재를 50중량%의 건식 공정 바텀애시 426중량부 및 펄라이트 103중량부 사용할 경우 1,000℃ 가열전후의 압축강도는 15% 이상의 잔존강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 건식 공정 바텀애시 잔골재를 내화재료로 사용한 경량 내화 모르타르가 개발된 바 있다.
그러나, 상기 실리콘망간 슬래그 또는 산업부산물을 이용한 경량골재는 건조, 성형, 소성 또는 파쇄, 마쇄 등의 후처리 공정이 필요하고, 여러 추가재료가 사용되어야 비로소 경량골재로 활용되어야 하는 제조상 및 경제적으로 불리한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여, 용융 실리콘망간 슬래그에 살수분사 및 고압에어를 분사하여 용융 실리콘망간 슬래그를 내부공극을 가지는 구형입자로 비산, 급냉시켜 경량골재로 사용 가능한 실리콘망간 슬래그 경량골재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계; 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 살수 분사하는 단계; 상기 살수된 용융 실리콘망간 슬래그에 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 액적으로 비산 및 급냉하여 구형의 골재를 형성하는 단계;를 포함하는 실리콘망간 슬래그 경량골재의 제조방법을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 비산 및 급냉하는 단계에서는 고온의 용융 실리콘망간슬래그에 분사된 수분이 기화되면서 일으키는 체적팽창에 의해 내부에 다수의 공극을 가지면서 골재 외부의 표면이 공기 급냉에 의해 유리질화 되어 매끈한 표면을 가지는 구형의 골재를 형성하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재는 단위용적이 잔골재의 경우 840kg/㎥, 굵은골재의 경우 968kg/㎥로서 구조용 경량골재의 KS 기준 중 산업부산물을 이용한 바텀애쉬 경량골재의 단위질량 기준을 만족하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재는 화학성분이 SiO2 30~40중량%, CaO 15~25중량%, Al2O3 10~20중량%, MnO 15~20중량%, MgO 4~10중량%이고, 중금속 용출시험 결과, 폐기물관리법에 지정된 유해물질 함유량 기준을 충족하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재는 용융 실리콘망간 슬래그에 살수분사 및 고압에어를 분사하여 용융 실리콘망간 슬래그를 내부공극을 가지는 구형입자로 비산 및 급냉하는 단계에서 고온의 용융 실리콘망간슬래그에 분사된 수분이 기화되면서 일으키는 체적팽창에 의해 내부에 다수의 공극을 가지면서 골재 외부의 표면이 공기 급냉에 의해 유리질화 되어 매끈한 표면을 가지므로 다양한 용도의 경량골재로 사용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 제조공정 모식도
도 2는 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 구형 내부 및 표면 특성
도 3은 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 내부표면의 공극크기 및 분포
도 4는 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 단위용적질량
도 5는 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 화학성분
도 6은 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 중금속 분석
도 2는 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 구형 내부 및 표면 특성
도 3은 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 내부표면의 공극크기 및 분포
도 4는 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 단위용적질량
도 5는 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 화학성분
도 6은 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재 중금속 분석
본 발명은, 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계; 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 살수 분사하는 단계; 상기 살수된 용융 실리콘망간 슬래그에 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 액적으로 비산 및 급냉하여 구형의 골재를 형성하는 단계;를 포함하는 실리콘망간 슬래그 경량골재의 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 비산 및 급냉하는 단계에서는 고온의 용융 실리콘망간슬래그에 분사된 수분이 기화되면서 일으키는 체적팽창에 의해 내부에 다수의 공극을 가지면서 골재 외부의 표면이 공기 급냉에 의해 유리질화 되어 매끈한 표면을 가지는 구형의 골재를 형성하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재는 단위용적이 잔골재의 경우 840kg/㎥, 굵은골재의 경우 968kg/㎥로서 구조용 경량골재의 KS 기준 중 산업부산물을 이용한 바텀애쉬 경량골재의 단위질량 기준을 만족하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재는 화학성분이 SiO2 30~40중량%, CaO 15~25중량%, Al2O3 10~20중량%, MnO 15~20중량%, MgO 4~10중량%이고, 중금속 용출시험 결과, 폐기물관리법에 지정된 유해물질 함유량 기준을 충족하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
우선, [도 1]을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실리콘망간 슬래그 경량골재는, 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계; 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 살수 분사하는 단계; 상기 살수된 용융 실리콘망간 슬래그에 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 액적으로 비산 및 급냉하여 구형의 골재를 형성하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의해 제조된다.
이때, 상기 턴디시는 전기로에서 용융된 실리콘망간 슬래그가 일정량 출탕되면서 공급될 경우, 용융된 실리콘망간 슬래그를 일정 방향으로 가이드하여 흘려보내면서 낙하시키기 위한 것으로, 용융상태의 실리콘망간 슬래그가 체류 및 배출을 조정하도록 일정각도로 조절되며 경사지게 형성된다.
상기 턴디쉬를 통해 용융 실리콘망간 슬래그가 낙하하면, 살수노즐을 통하여 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 살수 분사하며, 상기 살수 분사 직후에 곧바로 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 액적으로 비산 및 급냉하여 구형으로 고화시킨다.
이때, [도 2] 내지 [도 3]에 도시한 바와 같이, 상기 비산 및 급냉하는 단계에서 고온의 용융 실리콘망간슬래그에 분사된 수분이 기화되면서 일으키는 체적팽창에 의해 내부에 다수의 공극을 가지면서 골재 외부의 표면이 공기 급냉에 의해 유리질화 되어 매끈한 표면을 가지는 구형의 골재가 형성된다.
즉, 실리콘망간슬래그 경량골재는 구형의 골재형상을 가지고 있으며 내부에는 살수된 수분이 용융슬래그의 높은 온도로 인해 기화하면서 그 체적이 팽창하여 경량화의 요인이 되는 다수의 공극이 분포하게 되며, 골재 외부의 표면의 공기 급냉에 의해 유리질화 되어 매끈한 표면을 가지게 된다.
따라서, 실리콘망간슬래그 경량골재의 내부는 공극으로 인한 경량성을 가지고 외부는 유리질화로 인해 공극이 없이 매끈하므로 이를 콘크리트 제조시 골재로 사용하게 되면 기존 경량골재에서 문제시 되었던 골재의 수분흡수에 의한 콘크리트의 유동성저하 문제가 발생하지 않게 된다.
또한, [도 4]에 도시한 바와 같이, 상기 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재는 단위용적이 잔골재의 경우 840kg/㎥, 굵은골재의 경우 968kg/㎥로서 구조용 경량골재의 KS 기준 중 산업부산물을 이용한 바텀애쉬 경량골재의 단위질량 기준을 만족하는 것을 알 수 있다.
뿐만 아니라, [도 5] 및 [도 6]에 도시한 바와 같이, 상기 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재는 화학성분은 SiO2 30~40중량%, CaO 15~25중량%, Al2O3 10~20중량%, MnO 15~20중량%, MgO 4~10중량%이고, 중금속 용출시험 결과, 폐기물관리법에 지정된 유해물질 함유량 기준을 충족하는 것을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (4)
- 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계; 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 살수 분사하는 단계; 상기 살수된 용융 실리콘망간 슬래그에 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 액적으로 비산 및 급냉하여 구형의 골재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 경량골재의 제조방법
- 제1항에 있어서,
상기 비산 및 급냉하는 단계에서는 고온의 용융 실리콘망간슬래그에 분사된 수분이 기화되면서 일으키는 체적팽창에 의해 내부에 다수의 공극을 가지면서 골재 외부의 표면이 공기 급냉에 의해 유리질화 되어 매끈한 표면을 가지는 구형의 골재를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 경량골재의 제조방법
- 제1항 또는 제2항의 실리콘망간 슬래그 경량골재의 제조방법에 따라 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재는 단위용적이 잔골재의 경우 840kg/㎥, 굵은골재의 경우 968kg/㎥로서 구조용 경량골재의 KS기준 중 산업부산물을 이용한 바텀애쉬 경량골재의 단위질량 기준을 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 경량골재
- 제1항 또는 제2항의 실리콘망간 슬래그 경량골재의 제조방법에 따라 제조된 실리콘망간 슬래그 경량골재는 화학성분이 SiO2 30~40중량%, CaO 15~25중량%, Al2O3 10~20중량%, MnO 15~20중량%, MgO 4~10중량%이고, 중금속 용출시험 결과, 폐기물관리법에 지정된 유해물질 함유량 기준을 충족하는 것을 특징으로 하는 실리콘망간슬래그 경량골재
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