KR20230070592A

KR20230070592A - 시멘트 첨가제 제조방법

Info

Publication number: KR20230070592A
Application number: KR1020210156327A
Authority: KR
Inventors: 김근식
Original assignee: 김근식
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2023-05-23
Also published as: KR102657750B1

Abstract

본 발명은 석회석과 소석회, 황산액, 탈황석고를 주재로 하여 아주 단순한 공정을 통해 양질의 시멘트 첨가제를 저비용으로 신속하게 양산할 수 있는 시멘트 첨가제 제조방법을 제공하려는 것으로서, 탈황석고와 석회석 및 소석회를 개별 사일로에 장입하는 단계(S1); 상기 석회석과 소석회를 동량으로 배합기에 투입하여 배합하는 단계(S2), 상기 단계2를 거쳐 배합된 석회석-소석회 배합물을 1/2로 소분하여 각기 중간호퍼로 옮기는 단계(S3); 각 중간호퍼의 석회석-소석회 혼합물을 1차 믹서에 투입하는 단계(S4); 상기 각 석회석-소석회 혼합물에 황산액을 2차 믹서에 투입하는 동시에 상기 석회석과 소석회와 동량의 탈황석고를 투입하여 혼합반응시켜 배출하는 단계(S5); 로 진행하는 시멘트 첨가제 제조방법을 특징으로 한다.

Description

시멘트 첨가제 제조방법{Manufacturing Process for Cement Aid}

본 발명은 석회석과 소석회 혼합물 황산액, 탈황석고를 주재로 하여 아주 단순한 공정을 통해 양질의 시멘트 첨가제를 저비용으로 양산할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

시멘트 첨가제는 다종 다양하다. 이를테면, 아크릴산 메틸 단량체 성분 및 이와 공중합가능한 단량체 성분의 중합 반응으로 얻은 중합체로서, 상기 중합 반응의 전체 단량체 성분 중에서 아크릴산 메틸 단량체 성분의 함량이 가장 많은 중합체를 함유하는 시멘트 첨가제가 있는 가 하면,클링커 분쇄조제 또는 혼화제로 사용되는 시멘트 첨가제도 있고, 불포화 폴리알킬렌 글리콜 에테르 기재의 모노머, 말레익산 기재의 모노머 및 이들 모노머들과 공중합할 수 있는 다른 모노머로 구성되는 공중합체 또는 공중합체와 항거품제로 이뤄지는 시멘트 첨가제도 있다.

상기한 선행기술들은 복잡한 화학적 공정을 거치는 동안 첨가제의 목적 달성에 필요한 부가제, 혼화제, 분산제 등이 필요하고, 가공조건도 까다로운 데다 완제품을 얻기까지 긴 시간을 요하는 등의 이유 때문에 어느 방법으로 제조하든 시멘트 첨가제의 원가가 매우 높다.

시멘트 첨가제 중에는 탈황석고를 원료로 사용하여 제조하는 방법도 있다. 탈황석고는 황산칼슘의 농도가 높고 불순물은 적어 품질면에서 천연석고에 현저히 뒤지지 않지만, 침상 결정과 판상 결정이 혼재되어 천연석고와는 달리 수화반응에 의해 자경성을 갖지 못하기 때문에 공예품 제작, 실용적 가치가 높은 건축재용 소재로 부적합하다. 그래서 재활용 과정을 거쳐 대개 시멘트 첨가제로 사용한다.

탈황석고는 SO₃ 42.2%, CaO 31.6%이며, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃와 수분도 포함되어 있다. pH는 6.5 ~ 6.8, 용출 실험을 통하여 토양의 화학성분에 크게 영향을 미치지 않아 토양에 살포해도 생태계에 미치는 영향은 미미한 것으로 알려졌다.

또, 탈황석고에서 Cr, Hg, As는 검출되지 않고, 기타 성분도 기준치보다 현저히 낮아 환경적으로 유해하지 않고, 결정구조는 CaSO₄ㆍ2H₂O다.

탈황석고는 실온에서 수분을 함유한 이수석고로 존재하고, 건조하면 수분이 제거되어 반수 또는 무수석고로 바뀐다.

비철금속의 정련, 도금, 제철과 화학공업 등 여러 분야에서 폐황산액이 발생한다. 또, 반도체의 표면에 잔류하는 불순물을 황산액으로 제거하는 반도체 제조공정에서도 폐황산액이 발생하며, 반도체의 막대한 생산량에 비례하여 폐황산액도 대량으로 발생한다.

폐황산액은 수질, 토양의 오염원이므로 별도의 처리과정을 통해 유해성을 해소해야 한다. 폐황산액의 처리는 수산화나트륨, 탄산나트륨 등의 나트륨 화합물과 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘 등의 칼슘 화합물을 중화제로 중화하여 침전시키는 중화법이 유력하다.

폐황산액에는 중금속이 함유될 수 있으며, 그 중금속은 바륨 이온 화합물로 제거한다.

상기 탈황석고는 폐황산액에 석회석을 혼합하고, 탈황석고 및 석회가 혼합된 혼합물을 얻어서 탈황석고와 석회를 분리하고, 석회는 폐황산액에 석회석과 함께 투입하여 배출할 때 송풍으로 근거리에서 떨어지는 저순도 석회와 원거리에서 떨어지는 고순도 탈황석고의 분리과정을 거쳐 선별한다.

상기한 방법으로 얻어지는 탈황석고는 3산화황(SO₃) 42 ~ 45%와 12% 이하의 수분이 함유된 기존의 탈황석고에 비해 함수율이 높고 3산화황 함유량은 적어 조기 경화가 어렵기 때문에 단독 사용은 곤란하다. 그래서 3산화황 또는 산화칼슘(CaO)을 포함하는 알칼리 자극제를 첨가하여 경화를 촉진하게 된다. 하지만, 탈황석고와 석회의 분리, 폐황산액으로 반응시킨 석회석과 석회를 송풍으로 건조하는 과정은 제조공정을 복잡하게 하고, 탈황석고와 석회 분리장치와 송풍기 추가에 따른 시설비도 가중되며, 분리장치와 송풍기의 가동에 소요되는 전기에너지 비용 부담 때문에 시멘트 첨가재로 사용되는 탈황석고의 제조원가 또한 높아 부담스럽다.

(문헌 1) 등록특허 제10-0324483호 (문헌 2) 등록특허 제10-0488440호 (문헌 3) 등록특허 제10-0912033호

본 발명의 목적은 석회석과 소석회, 황산액, 탈황석고를 주재로 하여 아주 단순한 공정을 통해 양질의 시멘트 첨가제를 저비용으로 신속하게 양산할 수 있는 시멘트 첨가제 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제는, 탈황석고와 석회석 및 소석회를 1:1:1의 중량비로 각 사일로에 장입하는 단계(S1); 상기 석회석과 소석회를 동량으로 배합기에 투입하여 배합하는 단계(S2), 상기 단계2를 거쳐 배합된 석회석-소석회 배합물을 1/2로 소분하여 각기 중간호퍼로 옮기는 단계(S3); 각 중간호퍼의 석회석-소석회 혼합물을 1차 믹서로 투입하고, 상기 각 석회석-소석회 혼합물에 황산액을 투입해 반응시키는 단계(S4); 상기 황산액 반응물을 2차 믹서에 투입하여 혼합하는 동시에 석회석과 소석회와 동량의 탈황석고를 각 2차 믹서에 투입하여 동반 혼합하여 반출하는 단계(S5);를 거쳐 SO₃함량 38~40%의 고순도 시멘트 첨가재를 제조하는 방법으로 구현할 수 있다.

상기 단계(S4)에서, 석회석과 소석회의 합량에 대한 황산의 주입량은 1:1.12이다.

폐황산액과 석회석을 반응시켜 탈황석고를 얻는 과정이 배제되므로 저비용으로 시멘트 제조용 첨가제를 양산할 수 있다. 또, 최소한의 필수설비로 신속하고 효율적으로 시멘트 첨가제를 양산할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 시멘트 첨가제 제조방법의 흐름도이다.

본 발명에 추구하는 시멘트 첨가제를 제조하는 기본 설비는 탈황석고 사일로(1)와 석회석 사일로(2), 소석회 사일로(3), 석회석과 소석회를 배합하는 배합기(4), 탈황석고와 석회석 배합물을 1/2로 소분하여 각기 투입하는 복수의 중간 호퍼(5,6), 탈황석고를 1/2로 소분하여 개별적으로 투입하는 복수의 중간 호퍼(7,8), 소분된 개별 석회석 - 소석회 배합물과 황산액을 투입하여 반응시키는 복수의 1차 믹서(9,10), 상기 1차 믹서(9,10)로부터 각 황산반응물을 투입하는 동시에 상기 각 중간 호퍼(7,8)의 탈황석고를 투입하여 혼합하는 복수의 2차 믹서(11,12)로 이뤄진다.

본 발명은 상기한 시멘트 첨가제 제조설비로 원하는 시멘트 첨가제를 제조하는 것이다.

탈황석고 사일로(1)와 석회석 사일로(2), 소석회 사일로(3)에 탈황석고(CaSO₄), 석회석(CaCO₃), 소석회(Ca(OH)₂)를 장입한다(단계1).

탈황석고와 석회석 및 소석회의 장입량은 동일한 중량비로 1:1:1을 기준으로 하고, 동량으로 자동 투하되도록 설정하여 사일로별 장입물을 수작업을 통해 개별적으로 조절하는 수고를 덜며, 정량 투입으로 양질의 시멘트 첨가제로 제조할 수 있게 한다.

우선, 석회석과 소석회를 1:1의 비율로 배합기(4)에 투입한다(단계2). 배합기(4)는 석회석 사일로(2)와 소석회 사일로(3)에서 각각 정량으로 투하되는 석회석과 소석회를 개별 이송 컨베이어로 동시 투입하여 일시 보관하면서 뒤섞는다.

배합기(4)에 배합된 석회석-소석회 배합물은 1/2로 소분하여 각기 중간호퍼(5,6)를 거쳐(단계3), 1차 믹서(9,10)로 투입한다(단계4).

각 1차 믹서(9,10) 내의 석회석-소석회 배합물에 황산액(H₂SO₄)을 가하여 반응시킨다(단계5). 황산액의 투입량은 소분된 석회석-소석회 배합물에 대하여 1:1.12의 중량비이고, 황산액의 황산농도는 56%다.

석회석과 소석회의 황산 반응식은 아래와 같다.

CaCO₃+ H₂SO₄→ CaHO₄+ H₂CO₃

이 과정에서, CO₂ 와 H₂O가 발생한다.

Ca(OH)₂+ H₂SO₄→ CaSO₄+ 2H₂O

상기와 같이 석회석-소석회를 황산액으로 반응시키고, 그 반응물에 탈황석고를 동량으로 배합하면 SO₃함량 40% 이상의 CaSO₄과 SO₃함량 38% 이상의 CaSO₄으로 된 시멘트 첨가제 CaSO₄)가 얻어진다.

이렇게 수득되는 시멘트 첨가제는 미리 수득된 탈황석고를 사용하므로 탈황석고 제조공정이 생략되어 저비용으로 신속하게 시멘트 첨가제를 제조할 수 있고, 수득된 시멘트 첨가제는 시멘트 제조공장의 시멘트 제조공정에 직투입하여 양질의 시멘트로 제조할 수 있다.

이상의 설명은 최적화한 설비로 석회석, 소석회, 황산액, 탈황석고를 소재로 하는 양질의 시멘트 첨가제를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기한 시멘트 첨가제 제조설비를 포함하는 한 다른 구성 요소가 부가되거나 일부 구성요소를 변경 또는 등가물로 대체한 것도 광의적으론 본 발명의 기술적 범주에 속하는 것으로 봐야 한다.

1: 탈황석고 사일로 2: 석회석 사일로
3: 소석회 사일로 4: 배합기
5~8: 중간 호퍼 9,10: 1차 믹서
11,12; 2차 믹서

Claims

탈황석고와 석회석 및 소석회를 개별 사일로에 장입하는 단계(S1);
상기 석회석과 소석회를 동량으로 배합기에 투입하여 배합하는 단계 (S2),
상기 단계2를 거쳐 배합된 석회석-소석회 배합물을 1/2로 소분하여 각기 중간호퍼로 옮기는 단계(S3);
각 중간호퍼의 석회석-소석회 혼합물을 1차 믹서에 투입하는 단계(S4) ;
상기 각 석회석-소석회 혼합물에 황산액을 2차 믹서에 투입하는 동시에 상기 석회석과 소석회와 동량의 탈황석고를 투입하여 혼합반응시켜 배출하는 단계(S5); 로 진행하여 SO₃함량이 38~40%의 시멘트 첨가제로 제조하는 것을 특징으로 하는 시멘트 첨가제 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 단계5에서 황산액은 농도 56%이고, 석회석 + 소석회 대비 1:1.12의 중량비로 투입하는 시멘트 첨가제 제조방법.