KR100186278B1 - Light weight agregate using stone dust sludge and paper sluge and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 규사 미분과 제지공장의 소각로에서 발생되는 제지슬러지 소각회(Ash)를 주원료로 하고 여기에 적정량의 산화철을 첨가하여 제조한 구조용 인공경량골재(構造用 人工輕量骨材)의 제조방법과 이 경량골제 제조용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an artificial lightweight aggregate (structural artificial lightweight aggregate) for structural use, which is produced by adding a silica iron powder and a paper sludge incinerator (ash) generated from an incinerator of a paper mill as a main material and adding an appropriate amount of iron oxide thereto And a composition for preparing the lightweight bone.
기존의 인공경량골재의 제조방법은 발포성이 풍부한 원료들로 구성되어 있어 골재자체의 강도가 크지 않고 골재 자체의 흡수율도 커서 고강도를 요구하는 구조용 경량 콘크리트용 골재로는 부적합하다.Conventional artificial lightweight aggregate manufacturing methods are not suitable for structural lightweight concrete aggregates because they are composed of raw materials rich in foamability and have high strength of aggregate itself and high absorption rate of aggregate itself.
본 발명은 비중이 1.1∼1.5, 골재 자체 파쇄하중(13∼15mm 입도기준) 100kgf이상, 흡수율이 10% 내외의 물성이 확보되도록 하여 PC 패널, 해양 구조물, 교각상판 등 구조용으로 사용될 수 있는 고강도 구조용 경량 골재의 제조방법과 상기 경량골재 제조용 조성물에 관한 것이다.The present invention provides a high-strength structural steel sheet which can be used for structural purposes such as PC panels, offshore structures, and pier roofs, with a specific gravity of 1.1 to 1.5, an aggregate self-destructive load of 13 to 15 mm Lightweight aggregate and a composition for the production of the lightweight aggregate.
Description
본 발명은 규사 미분과 제지공장의 소각로에서 발생되는 제지슬러지 소각회(Ash)를 주원료로 하고 여기에 적정량의 산화철을 첨가하여 골재(13∼15mm 입도기준) 자체 파쇄 하중이 100Kgf 이상, 비중 1.1∼1.5, 흡수율 10% 내외의 물성을 갖는 구조용 인공경량골재(構造用 人工輕量骨材)의 제조방법과 경량골재 제조용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a sludge aggregate having a self-destructive load of 100 Kgf or more, a specific gravity of 1.1 to 3.0 kgf / cm 2, a silica sludge incinerator generated from an incinerator of a papermaking factory, (Artificial lightweight aggregate for structural use) having a physical property of about 1.5% and a water absorption of about 10%, and a composition for producing lightweight aggregate.
국내 천연골재 채취 사정은 시간이 갈수록 악화되어 부분적으로는 외국으로부터 수입까지 하고 있는 실정이며 앞으로는 자연보호 차원에서 더욱 더 어려워질것으로 예측되고 있다. 아울러 대형건물의 하중을 줄여주기 위한 조치의 일환으로 건물 증축시 증축 부분의 콘크리트 골재로 천연골재로는 부적당하며 경량골재로만 가능하다는 연구결과가 알려져 있어 인공경량골재의 개발 필요성은 점점 고조되고 있다.Domestic natural aggregates are getting worse over time and partly importing from foreign countries. It is predicted that it will become even more difficult in terms of protecting nature in the future. In addition, as a measure to reduce the load of a large building, it is known that it is not suitable for natural aggregate as a concrete aggregate in the enlargement part when building is enlarged, and only lightweight aggregate is known. Therefore, the necessity of development of artificial lightweight aggregate is increasing.
인공경량골재의 원료로는 팽창 점토 혹은 세일(shale), 플라이애쉬(fly ash), 수쇄(水碎) 슬라그(slag), 진주암, 질석 등이 주로 사용되고 있다. 최근에는 산업 폐기물의 재활용 차원에서 하수오니 소각회, 제지슬러지(sludge) 소각회, 발포폴리스틸렌폐기물 등을 활용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.As raw materials for artificial lightweight aggregate, expanded clay or shale, fly ash, water chain slag, perlite, and vermiculite are mainly used. Recently, researches utilizing sewage sludge incinerator, sludge incinerator, and expanded polystyrene waste have been actively carried out in order to recycle industrial wastes.
원료로 가장 많이 사용되는 팽창 점토 또는 세일은 유럽, 미국 등지에 다량 산재되어 있으나 우리 나라에는 포항 등 몇몇 지역에 소량 분포되어 있을 뿐이다.Expansive clay or sail, which is the most commonly used raw material, is scattered in Europe and the United States, but in Korea, only a small amount is distributed in some areas such as Pohang.
플라이애쉬는 석탄을 사용하는 화력 발전소에서 다량 발생되는 폐기물로서 우리나라에서 년간 약 200만톤 가량이 발생되고 있다. 이것은 성분상으로 경량골재 원료로 요구되는 조건에 상당히 근접되어 있어서 인공경량골재의 원료로 각광을 받고 있는 원료이다. 다만 품질이 일정하지 않고 그 단독으로는 소성팽창 온도가 1300℃ 이상으로서 소성 비용이 높은 것이 단점이다. 그러나 소결조제 첨가 및 재조설비 개량 등으로 소성 온도를 낮추는 연구가 진행되고 있으며 그 중에는 이미 제품화되어 시판되고 있는 것도 있다.Fly ash is a large amount of waste generated from coal-fired thermal power plants, and about 2 million tons of waste are generated annually in Korea. This is a raw material that is in the spotlight as a raw material for artificial lightweight aggregate because it is in close proximity to the condition required for lightweight aggregate raw material as a component. However, it is disadvantageous in that the quality is not constant and the sintering temperature is higher than 1300 DEG C alone and the sintering cost is high. However, studies have been conducted to lower the firing temperature by adding sintering additives and improving the remanufacturing equipment, some of which have already been commercialized and commercially available.
수쇄 슬라그는 제철 공장 부산물로서 제선공정시 부산물로 발생되는 슬라그(Slag)를 걷어내어 물로 급격히 냉각시켜 분쇄한 것으로 내부에 다수의 기공을 포함하고 있어서 그 자체로 인공경량골재로 이용하고 있다.As a by-product of steel mills, it is a by-product of slag produced as a by-product during the steelmaking process. It is rapidly cooled and pulverized by water. It contains many pores inside and is used as artificial lightweight aggregate itself.
진주암이나 질석은 800∼900℃로 소성하면 급격히 발포 팽창되는데 비중이 작은 점이 큰 장점이나 콘크리트의 강도는 크지 못한 점이 단점이다.It is a disadvantage in that perlite and vermiculite are fired and expanded rapidly when they are fired at 800 ~ 900 ℃, but their specific gravity is small.
하수오니나 제지슬러지의 소각회에는 제지공정 또는 폐수처리공정에서 첨가된 황산반토 및 탈크 등의 성분이 다량 포함되어 있어 경량골재 원료로 크게 주목받고 있다.Since the incinerator of Sasa Nina or paper sludge contains a large amount of components such as sulfuric acid alum and talc added in the paper making process or the wastewater treatment process, it is attracting much attention as a lightweight aggregate raw material.
현재까지 이와같은 원료로 인공경량골재에 관한 주요 특허문헌들을 보면Until now, the main patent documents related to artificial lightweight aggregate
대한민국 특허공고 제 74-15 호 : 광재 또는 화산력 표면에 연규석 분말 및 시멘트분말의 혼합물을 도포한 후 규산 소다로 경화시킨 인공경량골재Korean Patent Publication No. 74-15: An artificial lightweight aggregate obtained by applying a mixture of quartz powder and cement powder onto a slag or volcanic surface and curing with sodium silicate
대한민국 특허공고 제 79-1985호 : 세일과 목분 또는 석탄 분말을 혼합후 성형 건조 소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 79-1985: Formation and Drying after Mixing Sail with Wood Powder or Coal Powder An artificial lightweight aggregate
대한민국 특허공고 제 80-1055호 : 국내 저품위 규조토와 펄프 폐액 및 물을 혼합, 성형 소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 80-1055: Artificial lightweight aggregate obtained by mixing domestic low-grade diatomaceous earth with pulp waste liquid and water,
대한민국 공개특허 제 83-8955호 : 차진 흙에 광재 또는 화산력 분말을 혼합한 후 내화점토 또는 규석 분말을 코팅, 소성한 인공경량골재Korean Patent Laid-Open No. 83-8955: An artificial lightweight aggregate which is obtained by mixing slag soil with slag or volcanic powder and coating and firing refractory clay or silica powder
대한민국 특허공고 제 84-817호 : 플라이애쉬 등의 탄소 함유 물질과 석회석을 혼합소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 84-817: Artificial lightweight aggregate obtained by mixing and firing carbon-containing material such as fly ash with limestone
대한민국 공개특허 제 84-2754호 : 소량의 세리사이트를 함유한 팽창 점토를 소성한인공경량골재Korean Patent Publication No. 84-2754: Artificial lightweight aggregate obtained by calcining expanded clay containing a small amount of sericite
대한민국 특허공고 제 87-1014호 : 제지슬러지와 유기수지를 혼합, 경화시킨 인공경량골재(비소성품)Korean Patent Publication No. 87-1014: An artificial lightweight aggregate (non-organic) obtained by mixing and curing paper sludge with an organic resin,
대한민국 특허공고 제 90-7837호 : 점토에 저열량탄 또는 연탄재를 혼합한 후 물을 바인더로 하여 건조 소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 90-7837: An artificial lightweight aggregate obtained by mixing low calorific value coal or briquette material in clay and drying and firing it with water as a binder
대한민국 공개특허 제 91-16643호 : 세일과 플라이애쉬, 석분 혼합물에 물을 바인더로 하여 건조 소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 91-16643: An artificial lightweight aggregate obtained by drying and firing a sail, fly ash, and a mixture of stones with water as a binder
대한민국 특허공고 제 92-6804호 : 혈암과 플라이애쉬, 백운석, 석회석의 혼합물에 물을 바인더로 하여 성형 건조 소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 92-6804: Artificial lightweight aggregate formed by drying and firing a mixture of shale, fly ash, dolomite and limestone with water as a binder
대한민국 공개특허 제 95-11362호 : 플라이애쉬, 점토, 장석의 혼합물에 석회석을 발포제로 혼합 소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 95-11362: An artificial lightweight aggregate which is a mixture of fly ash, clay and feldspar with limestone as a foaming agent
대한민국 공개특허 제 95-17814호 : 견운모를 이용한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 95-17814: Artificial lightweight aggregate using sericite
대한민국 공개특허 제 95-17826호 : 플라이애쉬를 주원료로 하고 유류를 첨가시켜 소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 95-17826: An artificial lightweight aggregate which is fired by adding fly ash as a main raw material
대한민국 공개특허 제 95-17859호 : 제지슬러지 및 벽돌용 점토를 주원료로 하여 소성한 인공경량골재Korean Patent Publication No. 95-17859: Artificial lightweight aggregate sintered using clay for paper sludge and brick as main raw materials
등이 있다..
상기 방법들은 발포성이 풍부한 원료들만으로 구성되어 있어 비중 1.0 이하의 경량골재를 제조할 수 있는 잇점이 있는 반면 콘크리트 강도를 28일 기준으로 300Kgf/㎠이상으로 부여할만큼 골재 자체의 강도가 크지 않고 또 골재 자체의 흡수율도 커서 고강도 경량 콘크리트용 골재로는 부적합한 점이 있다.The above methods are advantageous in that lightweight aggregates having a specific gravity of 1.0 or less can be produced because they are composed of only raw materials rich in foamability. On the other hand, the strength of the aggregate itself is not large enough to give the concrete strength of 300 Kgf / It is not suitable as an aggregate for high strength lightweight concrete because its absorption rate is large.
본 발명의 목적은 PC 패널(Precast Concrete Panel) 혹은 해양 구조물, 교각상판 등 구조용으로 사용될 수 있는 고강도 인공경량골재 및 그 제조에 있어서, 비중 1.1∼1.5, 골재 자체 파쇄하중(13∼15mm 입도기준) 100Kgf 이상, 횹수율 10% 내외의 물성이 확보되도록 하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는 원료로 규사 미분을 주원료로 하였으며 적절한 탄소, 산화철, 알루미나 그리고 Na2O 또는 K2O 등의 알카리 성분을 함유하고 있지만 폐기물로 취급되어 버려지고 있는 제지슬러지 소각회를 부원료로 사용하였다.It is an object of the present invention to provide a high strength artificial lightweight aggregate which can be used for construction such as a PC panel (Precast Concrete Panel) or an offshore structure, a pier roof top plate and the like, and has a specific gravity of 1.1 to 1.5, 100 Kgf or more, and a yield of about 10%. For this purpose, the present invention uses silica sand as a raw material as main raw material, and uses paper sludge incinerator which is appropriately treated with waste such as carbon, iron oxide, alumina and Na 2 O or K 2 O as an additive Respectively.
본 발명은 규사 미분 8∼60중량%와 제지슬러지 소각회 40∼85중량%, Fe2O32∼5중량% 및 0.6∼2.4중량%의 수용성 결합제로 이루어진 조성물에 수용성 결합제 0.6∼2.4중량%를 3∼8%의 농도로 희석시켜 분무하면서 상기 혼합물을 입도 13∼15mm의 구형으로 성형하고 이를 함수율 3∼5%로 건조시킨 후 그 표면에 알루미나 분말을 도포하고 소성로에 투입하여 환원분위기하에서 1150∼1200℃의 소성온도로 소성, 발포시켜 구조용 인공경량골재를 제조하였다.The present invention relates to a composition comprising a water-soluble binder containing 8 to 60% by weight of a silica fine powder, 40 to 85% by weight of a paper sludge incinerator, 2 to 5% by weight of Fe 2 O 3 and 0.6 to 2.4% And the mixture was dried to a moisture content of 3 to 5%. Alumina powder was applied to the surface of the mixture, and the mixture was introduced into a firing furnace. The mixture was heated to 1150 And calcined and fired at a firing temperature of ~ 1200 ° C to prepare a structural artificial lightweight aggregate.
골재 자체의 강도는 화학적으로는 골재를 구성하는 화학성분, 특히 실리카, 알루미나, 산화철, 그리고 Na2O 또는 K2O 성분에 크게 좌우되고, 물리적으로는 골재 내부의 기공 분포 상태가 강도 발현에 중요한 요소로 작용하는데 기공의 크기가 작고 골재 내부 전체에 고르게 분포되어 있는 것이 강도가 크다.The strength of the aggregate itself depends largely on the chemical constituents of the aggregate, especially silica, alumina, iron oxide, and Na 2 O or K 2 O, and the physical state of the pores in the aggregate is important for the development of strength The strength is large when the pore size is small and uniformly distributed throughout the aggregate.
골재의 화학적으로 중요한 성분 함량은 SiO245∼70중량%, Al2O315∼25중량%, Fe2O37∼15중량%, Na2O 또는 K2O 2∼5중량%가 적당하다.The chemically important component content of the aggregate is 45 to 70 wt% of SiO 2 , 15 to 25 wt% of Al 2 O 3, 7 to 15 wt% of Fe 2 O 3 , 2 to 5 wt% of Na 2 O or K 2 O Do.
SiO2는 골재 매트릭스 골격을 유지하며, Al2O3는 SiO2와 결합하여 용융체의 점도를 발포된 가스의 포집에 알맞도록 유지해주며 아울러 제품의 열 및 충격에 대한 저항력을 크게 한다. 산화철은 소성시 산소를 방출하게 되고 이는 제지슬럿지 소각회 중의 미연소 탄소와 작용하여 탄산가스를 배출하므로서 제품의 비중과 강도발현에 관계하고, Na2O 또는 K2O 성분은 소성시 소결 조제 즉, 높은 온도에서 용융되는 것을 낮은 온도에서 용융될 수 있도록 조절해 주는 융제(Flur) 성분으로 CaO, MgO 등도 비슷한 역할을 수행한다.SiO 2 retains the matrix matrix of the aggregate and Al 2 O 3 bonds with SiO 2 to keep the viscosity of the melt suitable for the trapping of the foamed gas and also to increase the resistance of the product to heat and impact. The iron oxides emit oxygen during firing, which acts on unburned carbon in the paper sludge incineration furnace to discharge carbon dioxide gas, which is related to the specific gravity and strength of the product. The Na 2 O or K 2 O component, , A flour component that melts at a high temperature so that it can be melted at a low temperature, and CaO, MgO and the like play a similar role.
SiO2가 많을수록 제품의 비중은 커지나 용융을 위해서 필요한 Na2O 또는 K2O함량이 많게 되므로 투입량의 상한선은 존재한다. Al2O3역시 함량이 커질수록 융점이 높아지고 점도가 크게 상승되므로 Na2O 또는 K2O 함량을 동시에 높여야 한다.The higher the SiO 2 content , the larger the specific gravity of the product, but the higher the Na 2 O or K 2 O content required for melting, the upper limit of the input amount is present. As the content of Al 2 O 3 also increases, the melting point increases and the viscosity increases greatly, so the content of Na 2 O or K 2 O must be increased at the same time.
산화철은 고온에서 스스로 환원되어 산소를 방출하는데 이 산소는 제지슬러지 소각회 중의 미연소 탄소와 결합하여 CO 또는 CO2로 변한다.Iron oxide is reduced by itself at high temperatures to release oxygen, which is converted to CO or CO 2 by combining with unburned carbon in paper mill sludge incinerator.
Fe2O3→ FeO + O2 Fe 2 O 3 ? FeO + O 2
3Fe2O3→ 2Fe3O4+ 1/2 O2 3Fe 2 O 3 ? 2Fe 3 O 4 + 1/2 O 2
C + O2→ CO2 C + O 2 - > CO 2
2C + O2→ 2CO2C + O 2 ? 2CO
이때 탄소는 산화철의 환원을 도와주는 역할을 하며 산화철과 함께 제품의 발포에 핵심 역할을 한다.At this time, carbon plays a role in assisting the reduction of iron oxide and plays a key role in foaming the product together with iron oxide.
산화철은 환원된 후 제품의 냉각 및 야적 과정에서 재산화되는데 이때 산화철피막이 제품 표면에 코팅된다. 이 코팅막은 제품의 강도 발현을 도와주게 된다.After the iron oxide is reduced, it is reoxidized during the cooling and wetting process of the product, where the iron oxide coating is coated on the product surface. This coating helps to develop the strength of the product.
발포제로는 이와같은 탄소 이외에 석회석 등의 탄산염, 석고 등의 황산염, 황철석 등의 황화염이 사용되는데 발포 효과는 양호하나 경제적인 면에서 원료 비용이 상승된다. 발포가 잘되는 광물에는 알루미늄의 함수규산염 광물인 할로이사이트(Halloysite)와 같은 고령토류와 일라이트(Illite), 세리사이트(Sericite), 머스코바이트(Muscovite) 등의 운모류가 있다. 인공경량골재 원료로 사용되는 세일 및 점토류에는 이같은 광물들이 상기 내용에서 언급된 성분을 함유한 광물들이 적절히 혼합되어 있다.As foaming agents, carbonates such as limestone, sulfates such as gypsum, and sulfur flames such as pyrite are used in addition to carbon, but the foaming effect is good, but the cost of raw materials is increased economically. The minerals that can be foamed include kaolin such as Halloysite which is a hydrated silicate mineral of aluminum, and mica such as Illite, Sericite, and Muscovite. Sail and clay products used as raw materials for artificial lightweight aggregate are appropriately mixed with minerals containing such components as mentioned above.
규사와 같은 모래 성분은 발포가 용이하지 않은 물질이다. 그러나 본 발명에서 원료로 규사 미분을 인공경량골재 원료로 선정하게 된 것은 실리카, 알루미나, 산화철, 탄소물질 등이 적당하게 포함되어 있고 운모 및 고령토 등의 광물도 적절히 함유하고 있어 적당한 재료를 첨가하면 기존의 단열용 골재보다 비중이 약간 높고 강도가 높은 경량골재를 생산할 수 있기 때문이다.Sand components such as silica sand are materials that are not easy to foam. However, silica, alumina, iron oxide, carbon materials and the like are suitably contained in the present invention and silica fine particles are appropriately selected as raw materials for the artificial lightweight aggregate. Therefore, when appropriate materials are added, The lightweight aggregate having a specific gravity slightly higher than that of the heat insulating aggregate of the present invention can be produced.
이 규사 미분은 유리 원료인 규사의 습식정제후 발생하는 규사(SiO2) 미세분말과 점토질 광물의 혼합물로서, 이에 대한 처리방법이 커다란 과제로 되어있었다. 더구나 모래 자체의 비중이 크므로 인공경량골재의 주원료로 사용한다는 것은 검토 조차 된바가 없었다.This silica fine powder is a mixture of silica sand (SiO 2 ) fine powder and clay mineral which is generated after the wet refining of silica glass as a raw material of glass, and a treatment method thereof has become a big problem. Furthermore, since the specific gravity of the sand itself is large, it has not been considered to be used as the main material of artificial lightweight aggregate.
그러나 다음과 같은 성분 및 물성을 가진 규사 미분은 본 발명에서와 같은 구조용 인공경량골재의 원료로는 상당히 적합하다.However, the silica fine powder having the following components and physical properties is quite suitable as a raw material for the lightweight aggregate for structural use as in the present invention.
-평균 입경 : 25∼45㎛- average particle diameter: 25 to 45 탆
-진비중 : 2.5∼2.7- true specific gravity: 2.5 to 2.7
단, 규사 미분이 60중량%를 넘게되는 경우 규사 자체의 비중이 높고 또한 SiO2함량 증가로 인한 골재피막 무기질의 저점도화로 가스포집 기능이 작아져 골재의 비중이 증가한다.However, when the silica fine powder exceeds 60% by weight, the specific gravity of the silica sand itself is high and the aggregation function of the aggregate decreases due to the low viscosity of the aggregate mineral due to the increase of the SiO 2 content.
제지슬러지에는 탄소, 황 등의 성분을 함유하고 있는 셀룰로오스, 리그닌과 MgO, Al2O3, CaO, SiO2, Fe2O3, Na2O, K2O 성분이 포함되어 있는 탈크, 석회석등의 종이충진재가 함유되어 있고 산화철 중의 산소와 작용하여 발포제로서의 역할도 하므로 인공경량골재용 원료로 매우 적합하다. 또 이것의 겉비중(기건비중)이 상당히 가벼우므로 규석 미분과 같은 무거운 원료와 혼합하여 비중이 가벼운 골재를 제조하기에 아주 적합하다.Paper sludge has cellulose that contains ingredients, such as carbon, sulfur, lignin and MgO, Al 2 O 3, CaO , SiO 2, Fe 2 O 3, Na 2 O, talc, limestone, etc. which contains the K 2 O component And it acts as a foaming agent by reacting with oxygen in iron oxide. Therefore, it is very suitable as a raw material for artificial lightweight aggregate. It is very suitable for the production of lightweight aggregate by mixing with heavy raw materials such as silica fine powder because its surface weight (specific gravity) is considerably low.
제지슬러지는 소각시키기 전의 함수상태의 것과 소각한 후의 건조상태의 것이 있는데 전자는 과량의 탄소물질을 함유하고 있으므로 소성시 과팽창 또는 미소성으로 인한 강도저하 가능성이 있다. 따라서 본 발명에 있어서는 소각로에서 소각하여 건조한 제지슬러지 소각회를 사용하였다.The paper sludge is in a state of water before incineration and in a dry state after incineration, and the former contains excessive carbon material, so there is a possibility of degradation of strength due to sintering and expansion or unconsolidation. Therefore, in the present invention, paper sludge incineration ash dried by incinerator was used.
제지슬러지 소각회는 매우 고운 분말이며 친수성이 없으므로 별도의 수용성 결합제(Binder)가 요구되는데 이 결합제로는 PVA(폴리비닐알콜) 수용액 또는 일반 공업용 풀 수용액이 적당하다.Paper sludge incinerator is very fine powder and since it is not hydrophilic, a separate water-soluble binder is required. As the binder, PVA (polyvinyl alcohol) aqueous solution or general industrial aqueous solution is suitable.
제지슬러지 소각회의 성분 및 물성은 다음과 같다.The components and properties of paper mill sludge incineration are as follows.
-입자크기 : 4∼25㎛- Particle size: 4 ~ 25㎛
-진비중 : 2.2∼2.8- true specific gravity: 2.2 to 2.8
-겉비중 : 0.3∼0.7- Surface area: 0.3-0.7
경량 골재를 소성시키는 로(Furnace)의 형태로는 로타리 킬른(Rotary Kiln) 또 일반 전기로를 사용한다. 소성용 로로 대부분 로타리 킬른을 사용하는데 이킬른의 특성상 골재의 소성 도중에 골재들이 융착하여 케이크(Cake)를 형성하거나 또는 킬른의 벽에 달라붙어 재품품질의 뷸균질화, 제품의 수율저하, 소성로의 수명단축을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 알루미나 또는 내화 점토를 소성전의 성형체(Green Body)에 도포하여 킬른에 투입한다. 이 물질들은 소성후 진동장치에 의하여 제거, 회수하여 재사용한다.In the form of a furnace for burning light aggregate, a rotary kiln or a general electric furnace is used. Most rotary kilns are used for firing furnaces. Due to the nature of this kiln, the aggregates are fused during the firing of the aggregate to form cakes or to stick to the walls of the kiln, thus homogenizing the quality of the product, reducing the product yield, shortening the life of the firing furnace ≪ / RTI > To prevent this, alumina or refractory clay is applied to a green body before firing and charged into a kiln. These materials are removed, recovered and reused by a vibration device after firing.
내부의 환원 분위기 조성수단으로서 질소가스의 사용도 가능하지만 질소가스는 가격이 고가이므로 현재 다량으로 산출되고 있는 왕겨 또는 톱밥을 투입하는 방법이 경제적이다. 왕겨 혹은 톱밥은 연소시 로 내부의 산소를 소모시키므로 내부가 매우 좋은 환원 분위기가 된다. 아울러 왕겨는 연소 후 실리카가 주성분인 무기물로 되므로 이 연소물은 골재의 융착을 방지하는 효과적인 재료도 될 수있다.Nitrogen gas can be used as a reducing atmosphere inside the furnace. However, since the cost of nitrogen gas is high, it is economical to add chopping block or sawdust which is currently being mass-produced. The rice husk or sawdust consumes oxygen inside when burning, so the inside becomes a very good reducing atmosphere. In addition, since the burned rice becomes an inorganic material mainly composed of silica after combustion, this combustible material can be an effective material for preventing fusion of aggregate.
본 발명에 있어서는 로타리 킬른과 일반 전기로를 모두 사용하였으며 환원 분위기 조절재로는 왕겨를 사용하였다.In the present invention, both rotary kiln and general electric furnace were used, and rice husk was used as a reducing atmosphere adjusting material.
로의 온도 및 분위기는 인공경량골재 제조공정 조건에서 핵심되는 요소이다.The temperature and the atmosphere of the furnace are the key factors in the conditions of the artificial lightweight aggregate manufacturing process.
로의 온도는 골재 내부에 함유되어 있는 성분의 물리화학적 반응을 일으키는 에너지가 되는데 특히 약 1100∼1200℃에서 산화철과 반응할 수 있는 탄소 혹은 휘발될 수 있는 물질이 존재하여야 하므로 승온 속도를 급격히 빨리하는 것이 양호하다. 왜냐하면 승온 속도가 느릴 경우 탄소 혹은 휘발가능 물질이 연소되어 약 1200℃ 가량의 온도에 이르면 거의 없어져서 발포가 일어나지 않기 때문이다. 그러나 승온 속도가 너무 빠르면 과량의 가스가 급격히 생성됨으로 인하여 골재가 파괴되며 소결 상태도 불량하여 제품의 강도가 낮아지게 된다.The temperature of the furnace is the energy that causes the physicochemical reaction of the components contained in the aggregate. Especially the carbon or volatilizable material that can react with iron oxide at about 1100 to 1200 ° C must be present, Good. This is because when carbon dioxide or volatilizable material is burned at a low temperature raising rate and the temperature reaches about 1,200 ° C., the carbon black or volatile substances are hardly removed and foaming does not occur. However, if the heating rate is too high, excessive amount of gas is generated rapidly, and the aggregate is destroyed and the sintering state is also poor, resulting in a low strength of the product.
본 발명에 있어서는 최고 온도까지의 승온 속도를 분당 15∼100℃로 하였다.In the present invention, the rate of temperature rise to the maximum temperature is set at 15 to 100 ° C per minute.
발포되는 온도는 원료에 따라 다르지만 대부분 1100∼1350℃ 영역이며 이중 1200℃ 내외가 가장 많다.The temperature to be foamed varies depending on the raw material, but most of them are in the range of 1100 ~ 1350 ℃, and most of them are around 1200 ℃.
본 발명에 있어서는 1150∼1250℃ 범위의 온도를 발포 온도로 하였다. 분위기는 환원 분위기를 주로 하였으며 이는 환원 분위기가 실리카, 알루미나 등의 금속산화물을 구성하는 금속 성분의 산화 상태를 낮은 상태로 환원하여 금속과 산소결합을 끊어버림으로서 용융상태로 쉽게 변화하게 한다. 산화 분위기 하에서는 유기물의 연소가 일어나므로 환원분위기로 유지하는 것이 유리하다.In the present invention, the temperature in the range of 1150 to 1250 占 폚 was set as the foaming temperature. The atmosphere is mainly a reducing atmosphere, and the reducing atmosphere easily reduces the oxidation state of the metal component constituting the metal oxide such as silica and alumina to a low state to break the oxygen bond with the metal, thereby easily changing to the molten state. It is advantageous to maintain the reducing atmosphere because the combustion of the organic material occurs in an oxidizing atmosphere.
경량골재를 제조하는 공정은 성형하는 방법에 따라 압출방법(Extrusion)과 팬 구상화 방법(Pan Granulation) 등 두가지로 분류된다.The process of manufacturing lightweight aggregate is classified into extrusion method (extrusion) and pan granulation method (pan granulation) depending on the molding method.
전자는 원료에 점결력이 있는 액체를 혼합하여 압출기로 압출한 뒤 골재 입도에 의해 결정되는 길이로 절단하여 드럼(Drum)에 굴려 성형하는 방법으로서 성형체는 구상이 아니고 모서리가 다듬어진 원기둥 형태를 하고 있으며 강하게 압축되어 있으므로 성형체의 비중이 높다. 이 성형체를 소성하면 내부에서 발포되는 가스는 성형체의 압축된 상태로 인하여 외부로의 방출이 억제되어 결국 온도가 팽창 온도에 이르면 골재가 급격히 체적 팽창하게 된다.The former is a method of mixing a liquid having a point-like force to a raw material, extruding the raw material with an extruder, cutting the raw material into a length determined by the aggregate particle size, and rolling the raw material on a drum. The formed body is not a spherical shape but a rounded- And the weight of the molded body is high because it is strongly compressed. When the molded body is fired, the gas released from the inside is compressed due to the compressed state of the molded body, and therefore, the aggregate is rapidly expanded in volume when the temperature reaches the expansion temperature.
후자, 즉 팬(Pan)을 사용하여 구상화하는 방법은 건식 원료에 점결력이 있는 액체를 분무하여 어떤 각도로 기울어진 팬을 돌리면서 원료 입자들의 층(Layer)을 차례차례 쌓아나가는 형태의 성형하는 방법이다. 마치 눈덩이(snow ball)를 굴리는 것과 동일한 원리인데 일정한 입도로 성형되면 기울어진 경사로 인하여 배출된다.The latter method, that is, the method of spheroidizing by using a pan, is a method of forming a layer in which layers of raw particles are stacked one after another by rotating a fan tilted at an angle by spraying a liquid having a point- Method. It is the same principle as rolling a snow ball, but when it is molded to a certain size, it is discharged due to the inclined slope.
이때 입도는 구상으로 형성시키는 장치(Granulator)의 회전수, 팬의 깊이, 물의 1150℃ 정도까지 재승온하였다. 이 온도에서 약 8분간 유지한 다음 자연 냉각하였다.At that time, the particle size was re-established to about 1150 ° C of the number of revolutions of the granulator forming the spherical shape, the depth of the fan, and the water. It was kept at this temperature for about 8 minutes and then cooled naturally.
본 실시예에서 사용한 규사 미분 및 제지슬러지 소각회의 성분 및 물성은 다음 표에 기재된 바와 같다.The components and physical properties of silica sand powder and paper sludge incineration used in this Example are as shown in the following table.
규사 미분Differential silica sand
[표 1] [Table 1]
-평균 입경 : 25∼45㎛- average particle diameter: 25 to 45 탆
-진비중 : 2.5∼2.7- true specific gravity: 2.5 to 2.7
제지슬러지 소각회Paper sludge incinerator
[표 2] [Table 2]
-입자크기 : 4∼25㎛- Particle size: 4 ~ 25㎛
-진비중 : 2.2∼2.8- true specific gravity: 2.2 to 2.8
-겉비중 : 0.3∼0.7- Surface area: 0.3-0.7
실시예 2Example 2
규사 미분 10중량%, 제지슬러지 소각회 89중량%의 혼합물에 고형분 기준의 PVA(폴리비닐알콜) 결합제 1중량%를 4% 농도로 희석시켜 분무하면서 팬구상화 장치로 성형하였다. 이 이후의 방법은 상기 실시예 1과 동일하다.1% by weight of a PVA (polyvinyl alcohol) binder based on a solid content was diluted to a concentration of 4% and formed into a pan sphering device while spraying the mixture to a mixture of 10% by weight of a silica fine powder and 89% by weight of a paper sludge incinerator. The subsequent method is the same as the first embodiment.
실시예 3Example 3
소성전의 성형체(Green Body)의 조성 및 소성 방법은 실시예 1과 동일하게하되 온도조건에서 1150℃에 성형체를 투입한 후 분당 승온속도를 100℃로 하였다.The composition and firing method of the green body before firing were the same as in Example 1 except that the temperature was raised to 1150 ° C at a temperature of 100 ° C per minute after the green body was charged.
실시예 4Example 4
소성전의 성형체 조성과 제법은 실시예 1과 동일하고 소성로로 로타리 킬른을 사용하였다. 최고 온도를 1150℃로 하고 통과시간을 30분, rpm은 3으로 하였다.The composition and preparation method of the preform before firing were the same as in Example 1, and a rotary kiln was used as a firing furnace. The maximum temperature was set at 1150 캜, the passage time was 30 minutes, and the rpm was 3.
실시예 5Example 5
소성전의 성형체 조성과 제법은 실시예 1과 동일하고 소성로로 로타리 킬른을 사용하였다. 최고 온도를 1200℃로 하고 통과시간을 30분, rpm은 3으로 하였다.The composition and preparation method of the preform before firing were the same as in Example 1, and a rotary kiln was used as a firing furnace. The maximum temperature was 1200 캜, the passage time was 30 minutes, and the rpm was 3.
실시예 6Example 6
소성전의 성형체 조성과 제법은 실시예 2와 동일하고 왕겨와 같이 로타리 킬른에 투입하였다. 최고온도를 1150℃로 하고 통과시간을 30분, rpm은 3으로 하였다.The composition and preparation method of the preform before firing were the same as in Example 2 and were put into a rotary kiln as in the case of rice hulls. The maximum temperature was set at 1150 캜, the passage time was 30 minutes, and the rpm was 3.
실시예 7Example 7
소성전의 성형체 조성과 제법은 실시예 2와 동일하고 왕겨와 같이 로타리 킬른에 투입하였다. 최고온도를 1200℃로 하고 통과시간을 30분, rpm은 3으로 하였다.The composition and preparation method of the preform before firing were the same as in Example 2 and were put into a rotary kiln as in the case of rice hulls. The maximum temperature was 1200 캜, the passage time was 30 minutes, and the rpm was 3.
비교예 1Comparative Example 1
소성전 성형체의 조성과 소성방법은 실시예 4와 동일하게 하되 알루미나 분말을 사용하지 않았다.The composition and firing method of the pre-cast body were the same as in Example 4, but no alumina powder was used.
비교예 2Comparative Example 2
소성전 성형체의 조성과 제법 및 소성방법은 실시예 4와 동일하게 하되 왕겨는 사용하지 않았다.The composition, production method and firing method of the pre-cast preform were the same as in Example 4, except that no hull was used.
비교예 3Comparative Example 3
소성전 성형체의 조성 및 소성 방법은 실시예 5과 동일하게 하되 알루미나 분말과 왕겨는 사용하지 않았다.The composition and firing method of the pre-cast body were the same as in Example 5, except that alumina powder and rice husk were not used.
비교예 4Comparative Example 4
규사 미분 5중량%, 제지슬러지 소각회 94중량%의 혼합물에 4중량% 농도로 PVA(폴리비닐알콜)를 희석시킨 수용액을 상기 혼합물 전체량의 25중량%를 분무하면서 팬구상화 장치로 성형하였다. 이 이후의 소성방법은 상기 실시예 1과 같다.An aqueous solution in which PVA (polyvinyl alcohol) was diluted to a concentration of 4% by weight was sprayed to a mixture of 5% by weight of a silica fine powder and 94% by weight of a paper sludge incinerator while a 25% by weight of the total amount of the mixture was sprayed. The subsequent firing method is the same as in the first embodiment.
비교예 5Comparative Example 5
소성전 성형체의 조성과 제법 및 소성방법은 비교예 4와 동일하게 하고 왕겨와 같이 로타리 킬른에 투입하였다. 최고온도를 1200℃로 하고 통과시간을 30분, rpm은 3으로 하였다.The composition, preparation method and firing method of the pre-cast body were the same as in Comparative Example 4 and put into a rotary kiln as in the case of rice hulls. The maximum temperature was 1200 캜, the passage time was 30 minutes, and the rpm was 3.
이상과 같이 행하여 얻은 인공경량골재에 대하여 상온까지 자연 냉각된 골재의 무게와 24시간 포수후의 무게를 측정하여 절건비중 및 흡수율을 구하고 일정한 부피의 용기에 일정한 양의 골재를 넣고 단위용적중량을 계산하였다. 또 ASTM C 289 방법에 의해 알카리-골재 반응 유무를 조사하였다. 13∼15mm 입도를 가진 골재를 압축강도 시험기의 판넬위에 올려놓고 분당 1mm속도로 압축하여 파쇄하중을 측정하였다. 아울러 골재 생성시 킬른 내부를 육안관찰하여 융착여부를 측정한 결과는 표 3과 같다.For the artificial lightweight aggregate obtained as described above, the weight of the aggregate naturally cooled to room temperature and the weight after 24 hours of catching were measured, and the specific gravity and the water absorption rate were determined. A certain amount of aggregate was put into a container having a constant volume, . Also, the presence of alkali-aggregate reaction was investigated by ASTM C 289 method. The aggregate having a particle size of 13 to 15 mm was placed on the panel of the compressive strength tester and compressed at a rate of 1 mm per minute to measure the crushing load. In addition, the inside of the kiln was observed visually when the aggregate was formed, and the result of fusion was measured.
[표 3] [Table 3]
본 발명에서 절건비중은 KS F2533에 따라 측정하였다. 알카리-골재반응이란 골재내의 반응성 실리카와 시멘트중의 금속이온이 반응하여 골재표면에 알카리실리케이트 겔이 형성되어 콘크리트내 수분흡수로 골재의 팽창이 이루어져, 이로 인하여 골재-시멘트간 계면에 균열이 발생, 더 나아가서 전체 콘크리트의 체적팽창으로 장기간에 걸쳐 콘크리트의 강도가 현격히 감소되는 것을 말한다.In the present invention, the specific gravity of grains was measured according to KS F2533. Alkali-aggregate reaction is a phenomenon in which reactive silica in aggregate reacts with metal ions in cement to form an alkaline silicate gel on the aggregate surface, resulting in expansion of aggregate due to water absorption in concrete, which causes cracks in the interface between aggregate and cement, Further, the volume expansion of the entire concrete means that the strength of the concrete is remarkably reduced over a long period of time.
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