KR840000817B1 - 다공성 소결 골재 - Google Patents

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Description

다공성 소결 골재

본 발명은 소량의 탄소를 함유하는 점토계 물질을 소결시켜 다공성 골재(콘크리트 혼합재)를 제조하는 다공성 소결골재의 제조에 관한 것이다.

본 명세서에서“소량의 탄소를 함유한 점토계 물질”이라는 것은 탄소 민 Si, Al, Fe, Ca의 산화물을 주성분으로 하는 하기와 같은 비율로 조성되는 물질이다 ： SiO₂： 35-70% ; Al₂O₃： 15-35% ; Fe (Fe₂O₃로 계산) ： 3-30% ; CaO ： 1-10% ; C ： 1-15%. 이러한 물질의 예는 코울 쉐일(석탄 혈암)과 같은 미연소 폐기물질과 무연탄의 연소에 의해 생성되는 석탄재 및 석탄 화산암재로된 연소 폐기물질이다.

석탄 연소시(즉, 발전소에서의), 석탄재는 2획분으로 배분되는데, 그중 하나는 연소실 바닥으로부터 포집된 바닥재이고, 나머지 하나는 공기 오염 조절장치에 의해 배기가스로부터 포집된 플라이 애쉬이다. 스토커 원리에 준한 재래식토에 으하면 대부분의 재성분들의 석탄재슬랙(Slag)으로 변환되었다.

석탄재는 물론 석탄재 슬랙은 주로 실리카, 알루미나, 산화철, 석회및 탄소로 구성되어 있다. 평균 분석치는 석탄형태, 연소조건에 따라 상당히 다르지만 보통은 상기 범위에 준한다. 상기 성분들을 고온에 접촉시켰기 때문에 산화물들은 일반적으로 유리상태로 용융된다. 발전소에서 생산되는 총 석탄재의 10-85%는 일반적으로 플라이 애쉬 형태이며 구형입자로서 직경은 0.5-100미크론이다. 색상은 탄소함유량에 따라 엷은 황갈색으로부터 흑색까지 다양하다.

바닥재의 입자는 플라이 애쉬보다 거칠며 색상은 회색으로부터 흑색까지 다양하다.

석탄재 슬래그는 소결시킨후 공기냉각한 것이다. 슬래그 입자는 대개 80-100mm이고 색상은 회색부터 흑색까지 다양하다. 이들 폐기물질의 처리문제가 중시되고 있던바, 건축 공업용 골재제조시에 이들 물질들을 사용하는 수많은 제안이 제시되어 왔다.

영국특허 제972951호에는 분말 형태의 연료재, 미세하게 분해된 슬래그, 쉐일, 또는 그 혼합물로부터 골재를 제조하는 방법이 설명되어 있는데, 그 방법은 상기 물질을 물과점토에 혼합하고, 혼함물을 입자형태로 분리하여 이들 입자들을 로터리 킬른에서 예열, 소결하는 것이다. 더우기, 주행식 쇠살대에 의한 소결기계를 사용하여 열 처리하는 것은 공지된 사실이다.

그러나, 로타리 킬른과 주행식 쇠살대 기계를 사용할때 두 가지 중요한 문제점이 나타난다. 첫째로 재의 화학적 성분에 약간의 변화가 있는바, 이에 따라 소결 온도가 변화하여 상기 입자들이 함께 용유되는 경향이 있다.

둘째로는, 확산으로 인하여 탄소가 유리된 생성물을 제조하기가 어렵다.

독일특허원 제OS 24 23 096호는 물과 플라이 애쉬의 혼합단곌르 거친후 혼합물을 입자로 분리하여 입자를 1000-1450℃로 건조하고 가열하여 플라이 애쉬로부터 발포골재를 제조하는 방법을 기술하고 있다.

이 명세서에 따르면 20-500%부피의 발포가 연소단계에서 이루어진다. 이 방법은 상기한 바와같은 탄소제거 문제와 용융문제를 야기시킨다.

본 발명의 목적은 소량의 탄소를 함유하는 점토계물질로 제조된 소결시 안정성, 고압축강도및 건축벽돌과 같은 용도에 적합한 색상을 나타냄은 물론, 구조적 충진재로 알맞은 신규 소결제품을 제공하는 것이다. 또한, 본제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

첫번째 목적은 소량의 탄소를 함유하는 미세한 점토계 물질과 함께 원료 혼합물중의 총 Al₂O₃에 대한 총 CaO의 종량비가 0.35-1.00, 바람직하게는 0.55정도 총 CaO에 대한 총 SiO의 중량비가 1.5이상, 총 Al₁O₂에 대한 총 SiO₂의 중량비가 1.0이상인 미세한 석회석 물질로 구성되는 원료물질의 소결제품으로 구성정을 특징으로 하는 신규제품에 의해 완성되었다.

소량의 탄소를 함유하는 미세점토계 물질과 같이 예컨대, 15% 이하의 90미크론 스크린상에서의 체 잔류에의해 정의된 입도에 따르면 최하위 석탄층재를 사용한다. 특히, 혼합물 소결에 알맞은 입도를 나타내어 분쇄할 필요가 없는 플라이 애쉬를 사용하는 것이 바람직하다.

더우기, 플라이 애쉬는 석탄 불꽃 통과시 기타 산화물로부터 석탄중의 원래 철화합물을 분리리킬 수 있는 것으로, 원소 Fe 또는 FeO로 구성되는 작은 구와같은 플라이 애쉬에 발생한다.

본 발명에 따른 생성물은 그 성질을 갖는 성분의 상태를 유지한다. 미세한 석회석물질로써 화학으로 침전된 CaCO₃즉, CaCO₃등을 함유하는 폐기물 및 96%이상의 총탄산염을 함유하고, 15%이하의 90미크론 스크린상에서 체잔류에 의해 세분되는 입도를 나타내는 분쇄석회석을 사용하기도 한다. 더우기, 심각한 처리문제로 야기되고 있는 시멘트 공장의 정전로 가스 여과기에 침전된 분진을 미세한 석회석 물질로 사용할 수 있다. 총 CaO는 CaO로 산출된 원료혼합물중에 모든 Ca화합물(CaCO₃포함)을 구성한다.

원료 혼합물의 소결에 의한 용량변화는 소결전에 원료혼합물을 생벽돌로 압착할 수 있을 정도로 작아야 예열및 소결시 추숙이나 팽창이 없다.

소량의 탄소를 함유하는 점토계 물질의 탄소함량이 15%이하로 높지 않으면, 생성물은 황갈색을 띄게 된다. 이러한 양호한 색상은 원료 혼합물에 존재하는 CaCO₃에 의한 2조건에 영향을 받는다.

첫번재로, 펙리트나 벽돌을 통한 산소의 확산에 의존하지 않고 제거할 수 있는 바와같이 원료 혼합물중의 미세한 코우크스 입자들을 제거할 수 있으나, 일반 CaCO₃의 소결시 유리된 CO₂와 미세한 코우크스 입자 사이의 반융에 의해 CO를 생성하게 된다. 두번째로, 원료물질의 성분은 작은 어노어 타이트(회장석) 결정(CaO·Al₁O₃·2SiO₂)을 다량 함유하는 소결제품을 형성하므로 빛이 반사되어 밝은 색상을 나타낸다.

본 발명의 두번째 목적은, 새로운 생성물의 제조방법에 의해 성취할 수 있다는 것이 발견되었는데, 이것은 하기 물질로 구성되는 원료혼합물을 제조함을 특징으로 한다 ： 소량의 탄소를 함유하는 미세한 점토계 물질 및 상기 혼합물중의 총 Al₂CO₃에 대한 총 CaO의 중량비가 0.35-1.0, 바람직하게는 0.55정도, 총 CaO에 대한 총 SiO₂의 중량비가 1.5이상, 총 Al₂O₃에 대한 총SiO₂의 중량비가 1.0이상 ： 상기 혼합물을 대략 850℃로 예열하여 석회석 물질을 소결시키고 탄소를 산화시키고 중성상태에 상기 예열 물질을 소결하여 1050-1250℃ 바람직하게 110-1200℃내에서 대기를 산화시킨다.

상기 원료 혼합물의 성분에 대한 유일한 제한은 상기 원료혼합물의 2성분 혼합시 상기 범위내에서의 조성물을 갖어야 한다. 즉, 소량의 탄소성분을 함유하는 점토계 물질이 고순도의 SiO₂와 저순도의 CaO를 충분량 함유해야 한다는 것이다.

실제적으로 적합한 소량의 탄소로 함유하는 관련 점토계 물질의 경우, 고순도의 CaCO₃를 함유하는 석회석이 석회석 물질로 사용된다면 이들 요건들은 충족될 것이다.

펠리트 형태의 골재를 제조하는 것이 바람직하다면 1-10, 바람직하게는 4-5% 물을 가한후, 펠리트나 덩어리로 압착하고 쇠살대 가열기에서 예열하고 소력한다. 바람직하게, 싸이클론이나 쇠살대 예열기가 구비된 회전로를 사용한다. 또한, 원료혼합물을 펠리트및 덩어리로 만들지 않고 직접 회전로에 도입하여서 소결단계시에 클링커로 덩어리로 만들 수 있다. 경우에 따라, 원료혼합물은 소량(약 1-5%)으 ㅣ융제를 원료 혼합물에 가하여 낮게 하기도 한다. 융제로서는 알칼리 금속화합물, 특히 백금과 나트륨의 탄산염 및 산화물을 사용한다.

벽돌형태의 골재제조를 요할 경우에는 원료혼합물을 별돌로 압착하고, 턴널형로에서 가열한다. 벽돌 제조시에는 본 발명에 따르는 분쇄된 소결 골재 70-80%를 원료혼합물에 가하여 조작하는 것이 용이하기도 하다(즉, 내화벽돌제조법 같이).

이 생성물은 샤모트 별돌과 비교해 볼때, CaO에 대해 반응성이 낮은 이점이 있다.

예열은 750-900℃ (800-850℃ 바람직) 온도범위에서 실시한다. 예열시간은 펠리트/벽돌의 형태와 크기에 따라 다르다. 2cm를 넘지않는 펠리트는 상기한 온도에서 30-60분 예열한다. 펠리트는 1시간동안 예열한후 점차적으로 가열한다.

소결은 O₂함량 3-7%의 상용로가스대기 중에서 1050-1250℃ (1100-1200℃ 바람직)로 실시한다.

상기체들은 전체견본들이 필요한 소결온도에 이를 때에 완료한다. 예를들면, 연소대역에 직접 공급할때 2g까지의 견본이면, 정체시간은 6분이다. 더이상의 소결시간은 생성물에 영향을 미치지 않는다. 연속냉각은 생성물의 성질에 큰 영향을 미치지 않는다. 그래서 가장 경제적인 방법으로 실시한다.

본 발명 골재는 콘크리트(즉, 시멘트가 결합된 벽돌)의 충진재, 아스팔트의 충진재, 세라믹스톤제조시 주원료 물질, 인공자갈(테니스코트)및 조시 원료물질, 인공자갈과 같이 시멘트 결합 브릭에서 콘크리트에 경흡착물질(오일)로서 적당하며, 더우기 분쇄상태에서는 시멘트 충진재로서 사용될 수 있다.

본 발명을 실시예와 비교 실시예로 설명하려한다. (여기서 %는 중량 퍼센트이다)

[실시예 1] (본 설명에 따른)

플라이 애쉬는 하기 금속 산화물의 분석치를 갖는다.

그리고 하기 입도를 갖는 7.1 중량% 플라이 애쉬의 탄소함량 ：

는 화학적으로 침전된 CaCO₃13.6%로 조성되는 혼합물로 구성된다(분석시약특성).

혼합물을 1시간 교반하여 균일화 한다.

그 결과는 하기 원료 혼합물로써,

4%물을 가하고 혼합물을 1cm₃의 정제로 압착한다. 850℃에서 한시간 예열 후에 1150℃에서 15분간 소결한다.

생성물의 색상은 연한 크림색이다.

작은 견본(1cm₂의 실린더형 단면)

상에서 측정된 생성물의 압축당도는 200kp/cm₂이었다.

현미경에 의한 다공성 실험 ：

측정에 의해 결정된 중량/부피(밀도) ： 1.2g/cm₃

가열 처리에 의한 수축 ： 1.8%

[실시예 2] (본 발명에 따른)

하기 금속 산화물을 갖는 브리퀴트 애쉬의 분석치 ：

그리고, 8.7중량%재에 함유된 탄소를 총탄산염 함량96%를 갖는 29% 석회석과 혼합한다. 혼합물은 90미크론 스크린상에서 11% 체잔류의 입도로 상호 분해한다.

원료 혼합물의 조성물은 하기와 같다.

1.5cm³의 정제는 4%물을 가하여 압착한다 ：

정제를 45분간 850℃에서 예열한후, 1150℃에서 15분간 소결한다.

최종 생성물은 크림색이고, 압축 강도는 75kp/cm²이며, 밀도는 1.15g/cm³이다.

열처리에 의한 축소는 -0.5%이다(약간 팽창)

[실시예 3] (본 발명에 따라)

플라이 애쉬는 하기 금속산화물 분석치를 갖는다.

그리고, 하기 입도를 갖는 4.3중량%재의 탄소함량 ：

은 화학적으로 침전된 CaCO₃11.3%로 조성되는 혼합물로 구성된다. (분석시약특성) 혼합물을 1시간 교반하여 균일화 한다.

생성된 원료 혼합의 조정물은 하기와 같다.

혼합물은 4%물을 가한후 1cm³의 정제로 압착한다 ：

850℃에서 1시간 예열후에 정제를 1050, 1150, 1250℃에서 6분간 소의한다. 비교할 목적으로 1300℃에서 소결한다.

생성물. 성질은 하기 표 1에 나타나 있다.

[표 1]

본 발명에 따라 1050, 1150, 1250℃에서 소결한 생성물의 현미경 실험은 Fe 또는 산화철의 작은 구로 발표된 점토 구조와 유사했다.

X-선 회절은 상기 견본 광물 조성물 실험에 사용한다 ：

1050℃에서 소결한 생성물 ： 석영, 아노르 타이트, 겔레나이트, 물, 라이트, 하에마타이트, 무수물.

1150℃에서 소결한 생성물 ： 아노르타이트, 하에마타이트, 석영.

1250℃에서 소결한 생성물 ： 아노르타이트, 석영.

석영과 하에마타이트는 플라이 애쉬중의 비용융 입자로부터 유도된다. 견본은 1300℃에서 녹는다.

[실시예 4] (본 발명에 따라)

혈암란은 하기와 같은 금속산화물로 조정되어 있다.

그리고 12.0% 중량 혈암의 탄소함량은 90미크론 스크린상에서 10% 체잔류에 대해 화학적을 침전된 CaCO₃13.3%(분석시약성질)로 상호 분쇄한다.

생성된 원료 혼합물의 조성물은 하기와 같다.

약 1cm₃정재는 4%물을 첨가한후 압착한다 ： 정제는 850℃에서 1시간 예열하고, 850℃이하의 온도에서 15분간 소결한다.

압축강도와 탄소잔류의 측정결과는 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

소결생성물은 연한색이며 플라이 애쉬를 주원료로한 소결 생성물과 유사하다.

현미경 실험은 플라이 애쉬를 소결한 구조와 매우 유사한 소결구조를 나타낸다.

110℃에서 소결한 생성물은 미세한 그물구조이며 산화철 입자를 포함한다. 온도가 증가하면사,“네트워크”는 거칠어지고 1200℃에서 기공이 막힌다. 철은 구상입자인 산화철로 남는다.

단위 중량은 1.3g/cm³에서 결정하고, 수축되지 않은 샘플은 기로한다(즉, 1% 이하).

[실시예 5] (본 발명에 따르는)

하기의 양에서 화학적으로 침전된 CaCO(분석시약특성)을 플라이 애쉬에 가하고 실시예 3의 성분을 가하며, 혼합물에 4%물을 첨가하고 약1cm³의 정제로 압착한다.

정제의 얍축강도를 시험하고 밀도와 무게를 측정한다. 무기성분은 X-선 회절고 시험결과는 하기의 표 3에 나타나 있다.

[표 3]

견본에서만 발견된 무기물은 아노르타이트, 석영, 하에마타이트이다. 석영과, 헤마타이트는 플라이 애쉬중의 비용융 입자로부터 유도된다.

모든 샘플의 수축률은 1.8%이다.

[실시예 A] (비교실시예)

하기 금속산화물 분석치중 51% 점토을 실시예 2에 설명한 브리퀴트 애쉬에 첨가한다.

혼합물은 실시예 2와 같이 분쇄하여 균일화 한다.

생성 혼합물의 성분은 하기와 같다.

혼합물은 정제로 압착하고 실시예 2과 같은 열처리한다.

생성물은 어두운 갈색이며, 여러가지 모양을 한다.

소결시, 생성물은 강한 점착성을 나타내어 다루기 어려웠다.

[실시예 B] (비교실시예)

하기에 나타낸 양의 CaCO₃를 실시예 3의 플라이 애쉬에 가한다. 회학적으로 침전된 정량분석 시약으로 CaCO₃를 가한다. 4%물을 혼합물에 첨가하고, 약 1cm₃의 정제로 압착시킨다. 정제를 850℃로 1시간 예열하고, 1200℃에서 15분간 소결한다. 표의 압축강도와 밀도는 실험하여 결정한 것이다.

무기질 함량은 X-선회질로 결정한다. 실험결과는 하기의 표 4에 나나태었다.

[표 4] (제1부)

[표 4] (제2부)

석영은 플라이 애쉬중의 비반융 조입자로부터 유도된다.

실시예 4의 최초 2개의 예, 즉 CaCO₃3%과 11.3%는 본 발명에 따른 것이다.

[실시예 6] (본 발명에 따른)

하기의 금속 산화물 분석치를 갖는 플라이 애쉬

6.0%의 연소 손실량과 탄소함량 4.6%는 시멘트 제조 플랜트에서 전자 여과 가스중에 침전된 다량의 분진과 혼합한다. 분진은 하기와 같은 금속 산화물 분석치를 갖는다 ：

연소 손실량 23.5%와 CI 함량 0.7%, S함량 2.0%. 혼합물은 90미크론 스크린상에서 4% 체잔류의 입도를 갖는다. 1cm³의 정제는 4%물 첨가후 압착한다 ： 정제는 850℃에서 45분간 예열하고 여러 온도에서 15분간 소결한다. 화학적 조성물과 생성물의 성질은 표 5에 나타나 있다.

[표 5] (제1부)

[표 5] (제2부)

알칼리 금속 산화물과 황의 불순물 함량은 여과기 분진의 성질을 나타낸다. 그러나 이러한 불순훔은 음성적인 방법으로 생성물 성질에 영향을 미치지 않고 생성물에 불용성 상태로 침전될 것이다. 이것은 하기와 같은 이유 때문이다 ： 850℃에서 예열하면 연소가 감소된다 이것에 의해 알칼리 황화물을 분해하고, 알칼리는 저용융 실리케이트 유리질로 침전시킨다.

탄소의 칼슘화와 연소는 정제의 코아쪽을 향해 전진되며 SO₃와 CO/CO₂확산은 반대방향에서 일어난다.

SO₃일부는 1200℃이상에서 분해되는 무수물로서 흡착된다. 알칼리는 실리케이트로 남고, Na는 아노르 타이트를, K는 알루미나 실리케이트를 만든다 ： 즉 SO₃또는 알칼리 수용성이 아니다.

Claims (1)

1. 석탄재 및 플라이 애쉬와 같이 소량의 탄소를 함유하는 점토계 물질을 주성분으로 하고, 80%의 분쇄된소결 골재로 구성되는 원료불질중의 총 Al₂O₃에 대한 CaO의 중량비가 0.35-1.00(바람직하게 0.55)이고 총 CaO에 대한 총 SiO₂의 중량비가 1.5이상이고, 총 Al₂O₃에 대한 총 SiO₂의 중량비가 1.0이상인 미세한 석회석 물질로 조성되는 상기원료물질을 소결시킨 제품으로 구성됨을 특징으로 하는 다공성 소결 골재.