KR101356619B1 - Filling agent composition - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광산폐기물인 폐석, 폐광미를 골재로 활용하고 결합재로서 친환경 고화재를 활용하여 저강도 및 고유동성을 갖는 광산 채굴적 충진재 조성물에 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 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물은 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 광산폐석 100중량부에 대하여, 입자크기가 5mm 이하인 광미 80~120중량부, 고화재 15~45중량부, 유동화재 1~5중량부 및 증점제 1~5중량부를 포함한다. The present invention relates to a mine mining filler composition having low strength and high fluidity by utilizing waste rock, mine tailings, which are mine wastes as aggregates, and eco-friendly solidifying materials as binders, and more specifically, in the past, Among the wastes left after the beneficiation of resources, waste and tailings, which are rocks and gravel, and sand-like particles, are used as aggregates. It is about.
The low-strength high-flow mineral mine mining filler composition according to the present invention is 80 to 120 parts by weight of tailings having a particle size of 5 mm or less, and 15 to 45 parts by weight of solidified material with respect to 100 parts by weight of mine waste stone having a particle size of 5 mm to 40 mm. , 1 to 5 parts by weight of the fluidizing agent and 1 to 5 parts by weight of a thickener.
Description
본 발명은 광산폐기물인 폐석, 폐광미를 골재로 활용하고 결합재로서 친환경 고화재를 활용하여 저강도 및 고유동성을 갖는 광산 채굴적 충진재 조성물에 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 콘크리트 형태의 충진재 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a mine mining filler composition having low strength and high fluidity by utilizing waste rock, mine tailings, which are mine wastes as aggregates, and eco-friendly solidifying materials as binders, and more specifically, in the past, Among the wastes left after beneficiation of resources, waste and tailings, which are rocks and gravel forms, and waste tailings, which are grains of sand, are used as aggregates, and eco-friendly solidified materials that do not use cement at all are mixed to form a filling-type concrete-filled composition. It is about.
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. In general, mines are mined underground to collect ore, and crude ore is coarsely pulverized and finely pulverized to obtain valuable resources through physical and chemical treatment. In the case of mines that have been operated or abandoned, the mines are polluted in various forms by the waste-rock discharged during the run and the tailings or the unrecovered mine environment.
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. The types of mines that occur around the mines and waste mines can be pointed out by the pollution of the surrounding soil, surface and groundwater due to the outflow of wastewater containing heavy metals, ground subsidence, dust generation by tailings and waste-rock.
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.Particularly, in the case of tailings and waste-rock, it is a natural environmental hazard because heavy metals contained in the tailings may be eluted by acid rain, surface water, etc., especially in the case of sulfide minerals. to be. The stabilization treatment method for shielding tailings and waste-rock from environmental pollution is most frequently carried out by the landfill disposal method, which isolates and removes harmful tailings from surrounding soil, groundwater, surface water and acid rain. If used, the method of adsorbing and separating the environmental hazards from the continuous toxic effluents is used to make the leachate harmless. In addition, a method of separating and recycling hazardous heavy metals contained in the tailings may be used, which is performed on wastes having a certain characteristic for a single mine. All have various advantages and disadvantages.
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. In other words, the blocking landfilling method is to build a waste storage facility such as a retaining wall and an earthen dike around the waste storage site, and install a water repellent facility at the bottom and the upper part of the storage facility, and apply the cover and the planting material to the upper part. It is designed to block the inflow of light, which uses the same technology as for various landfills. This method has the advantage of blocking environmental hazards by blocking landfills within a short period of time, but has disadvantages such as securing landfill sites and limiting land use. It has the disadvantage of having to shut off.
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. Harmless treatment of leachate is a useful method to reduce the risk of effluent by adsorbing / separating / removing certain harmful components, but there is a problem that the operation of the process is required for a long time unless the removal of the original contaminant is made. In order to make up for the shortcomings of the barrier landfill method and the leachate treatment method, high temperature melting or insolubilization of the elutable toxic components present in the waste is carried out by the landfill or transported to the waste tunnel and stored / stabilized. However, any of the above methods involve difficulties due to excessive processing costs.
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. In addition, the Republic of Korea Patent No. 10-0623459 No. 10-0623459 in order to solve this problem proposes a method for producing a clay fired brick after high-temperature firing by adding 10 to 50 parts by weight of the tailings to the general clay composition, the Republic of Korea Utility Model 20- No. 0390517 suggests the use of tailings as aggregate when forming sidewalk blocks, but due to the preconceived notion that it was a product that recycled mineral residues, there was a reluctance to use it as a building material. This is a declining trend, so it seems that there is a limit to recycling in large quantities. In terms of economics, these mines are far from urban areas, so the cost of transportation of raw materials is excessive, and even if a manufacturing plant is installed near the mine, huge new equipment investment costs and transportation costs of products are expensive. It seems difficult.
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. In addition, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-06-0102756, Republic of Korea Patent No. 10-0415006, Republic of Korea Patent No. 10-0535942 and the like after drying the particle size classification, or firing at high temperature after quenching to use as cement substitutes However, the pretreatment of such tailings requires a considerable process cost, and also has a problem that the raw material tailings need to be transported over a long distance.
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.
On the other hand, most of the materials used as binders or solidifying materials in civil engineering usually use only Portland cement alone or a small amount of fly ash or gypsum as the main raw material. It is a business that emits CO 2 gas, and cement is made of limestone, clay, iron ore, and is produced by pyrolysis at high temperature by using coal as fuel, that is, it is a serious product of natural resources and natural damage. It can lead to the consequences of violating the law.
본 발명은 상술한 문제점을 보완하여 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 폐석과 광미를 골재로 활용하고 결합재로 친환경 고화재를 혼합한 콘크리트 형태의 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 조성물을 제공함에 있다.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is to utilize the waste-rock and tailings as aggregate and to produce a high flow filler in concrete form mixed with environmentally friendly solids as a binder, waste-rock and tailings The present invention provides a low-intensity fluidizing filler composition that fundamentally removes minerals generated by neglecting tailings and waste-rock and underground cavities by filling mineral mining traces of dormant mines or waste mines near the site without long distance transport.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물은 입자크기가 5mm~40mm 범위를 갖는 광산폐석 100중량부에 대하여, 입자크기가 5mm 이하인 광미 80~120중량부, 고화재 15~45중량부, 유동화제 0.2~2중량부 및 증점제 0.05~0.5중량부를 포함한다. In order to solve the above technical problem, the low-strength high-mobility mine mining filler composition according to the present invention is 80 to 120 parts by weight of tailings having a particle size of 5 mm or less with respect to 100 parts by weight of mine waste-rock having a particle size in the range of 5 mm to 40 mm. 15 to 45 parts by weight of solidified material, 0.2 to 2 parts by weight of a fluidizing agent and 0.05 to 0.5 parts by weight of a thickener.
또한 상기 고화재는 비정질 물질을 주원료로 활용하고 비표면적이 3,000~6,000cm2/g인 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the solid material utilizes an amorphous material as a main raw material and has a specific surface area of 3,000 to 6,000 cm 2 / g.
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. The solidified material is 80 to 150 parts by weight of blast furnace slag powder, 40 to 100 parts by weight of petroleum coke desulfurized gypsum and sulfate stimulant based on 100 parts by weight of paper sludge incineration residue having a calcium oxide (CaO) content of 35% to 70%. It is preferable to contain 5-10 weight part.
또한 상기 황산염 자극제는 황산칼슘, 황산알루미늄, 황산마그네슘 및 황산나트륨 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. It is preferable that the sulfate stimulant is any one selected from calcium sulfate, aluminum sulfate, magnesium sulfate and sodium sulfate, or a mixture of two or more thereof.
또한 상기 유동화제는 나프탈렌계, 멜라민계, 리그닌계중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. In addition, the fluidizing agent is preferably any one selected from naphthalene-based, melamine-based, lignin-based or a mixture of two or more.
또한 상기 증점제는 셀룰로스계 및 아크릴계 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
In addition, the thickener is preferably any one selected from cellulose and acryl, or a mixture of two or more.
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.According to the present invention, by using the waste rock and tailings accumulated in the dormant mine and the abandoned mine, the mining area is effectively filled and the mine is permanently restored. There is also an effect to avoid.
이하, 본 발명에 의한 광산 폐기물 및 친환경고화재를 활용한 저강도, 고유동성 폐광산 채굴적 충진재 조성물에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the low-intensity, high-mobility waste mine mining filler composition using the mine waste and the eco-friendly solid material according to the present invention will be described in detail.
먼저, 본 발명에 의한 광산 폐기물 및 친환경 고화재를 활용한 저강도, 고유동성 폐광산 채굴적 충진재 조성물은 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. First, the low-intensity, high-mobility waste mining filler composition utilizing the mine waste and the eco-friendly solidified material according to the present invention utilizes the waste-rock and tailings generated on the site as beneficiary waste after mineral mining in dormant mines or waste mines as aggregate, It is a filler composition that uses fire as a binder, adds a fluidizing agent to impart fluidity, and includes a thickener to prevent material separation, and has high fluidity so as to facilitate re-excavation for operation of the mine in the future. Low intensity, high flow, high efficiency abandoned mine mining filler composition.
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 0.2~2중량부 및 증점제 0.05~0.5중량부를 포함한다. In more detail, the low-strength, high-flowing waste mine mining filler composition according to the present invention has a particle size of 5 mm to 40 mm, 80 to 120 parts by weight of tailings having a particle size of 5 mm or less, eco-friendly 15 to 45 parts by weight of solidified material, 0.2 to 2 parts by weight of a fluidizing agent and 0.05 to 0.5 parts by weight of a thickener.
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. In the case of the waste-rock it is necessary to process the raw material having a particle size of 5mm ~ 40mm. This sorting process firstly selects aggregates of less than 40mm using a vibrating mesh with a size of about 40mm. Second, rocks larger than 40mm filtered through the vibrating mesh are crushed using crushers and then vibrates again. It goes through a cycle of feeding into the network.
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. In addition, in the case of the waste-rock is used as a coarse aggregate of the filler composition, when the particle size exceeds 40mm, when the filler is formed, it is impossible to use a pressure pump for construction due to too large particles, generally 5mm or less Are classified as sand.
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.In addition, the tailings are already finely pulverized into small particles, and the beneficiary minerals have beneficiated through physical and chemical screening processes. The tailings have a particle size of less than 5 mm and serve as fine aggregates. It is preferable to incorporate incorporation. If less than 80 parts by weight of the total aggregate aggregate content is less than the aggregate aggregate content is less than the fluidity of the filler composition is not filled well, if the mixing rate is more than 120 parts by weight excess aggregate aggregates workability is good but overall aggregate It causes the problem of strength drop due to the increase of surface area.
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. The eco-friendly solid material is 80 to 150 parts by weight of blast furnace slag fine powder, 40 to 100 parts by weight of petroleum coke desulfurized gypsum and sulfate stimulant based on 100 parts by weight of paper sludge incineration residue having a calcium oxide (CaO) content of 35% to 70% 5 to 10 parts by weight.
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. In addition, the paper sludge incineration residue is superior to the biomass incineration residue, petroleum coke incinerator residue, RDF (Refuse Derived Fuel) incinerator residue and RPF (Refuse Plastic Fuel) incinerator residue, .
제지슬러지 소각잔재에 다량 함유된 산화칼슘은 물과 반응하여 흡수, 발열 및 팽창하여 수산화칼슘이 된다. 이에 대한 반응식은 아래와 같다. Calcium oxide, which is abundantly contained in the paper sludge incineration residue, reacts with water and absorbs, exotherms, and expands into calcium hydroxide. The reaction formula is as follows.
CaO+ H2O->Ca(OH)2+15.6kcal mol-1 CaO + H 2 O-> Ca (OH) 2 + 15.6 kcal 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. Generally, incineration residues such as coal-fired fly ash are recycled as concrete admixtures, but incineration residues containing a large amount of calcium oxide are not applicable to concrete admixtures due to absorption, heat generation and expansion characteristics.
따라서 본 발명은 통상적으로 콘크리트 혼화재료로 활용할 수 없는 제지슬러지 소각잔재를 이용하는 것이다. Therefore, the present invention utilizes paper sludge incineration residues, which can not be utilized as a concrete admixture.
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.In addition, the blast furnace slag fine powder exhibited excellent initial strength by the sulfate stimulation when tested in comparison with the converter slag fine powder, the steel slag fine powder, the stainless steel slag fine powder and the copper smelting fine powder produced through a similar process.
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. In addition, the petroleum gypsum desulfurization gypsum is a material for generating a large amount of etrinite at the initial stage of the reaction, and is produced as waste in an incinerator. Therefore, it is more economical than the phosphate gypsum that is required to undergo a dehydration process Do.
또한 상기 황산염 자극제는 황산칼슘, 황산알루미늄, 황산마그네슘 및 황산나트륨 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다. It is preferable that the sulfate stimulant is any one selected from calcium sulfate, aluminum sulfate, magnesium sulfate and sodium sulfate, or a mixture of two or more thereof.
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. The strength of the slag powder and sulphate stimulant chemistry in the early ages is manifested by the C-S-H gel produced simultaneously with a large amount of ettringite skeleton. In addition, CSH gel wraps Ettlingite, and as the age goes by, the amount of production is continuously increased, and CSH gel is filled tightly with the voids of the cured paste. Do it.
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. In addition, since natural soils contain a large amount of fine particles including moisture, the mixing with the fire is not homogeneous. Therefore, the dispersion of the fire particles is promoted, and even when the soil is mixed with a relatively small amount of water, It is preferable that the fluidizing agent powder is further included.
이와 같이 본 발명의 친환경 고화재는 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. As described above, the eco-friendly solidifying material of the present invention does not use portland cement at all, and uses pyrogen-free incineration residue and blast furnace slag powder containing a large amount of amorphous free CaO as raw materials. Unlike cement, blast furnace slag and paper sludge incineration residues do not hydrate with water on their own, but they have curing properties inducing hydration reactions by the addition of stimulants such as hydroxides or sulfates. linear combination formula is cut as ions such as a Ca 2 +, Mg 2+, Al 3 + included in the internal network structure have been eluted that would jinige the cured properties, such as cement. In the eco-friendly fire-fighting composition to be applied to the present invention, SiO 2 , Al 2 O 3 , and CaO account for more than 80% of the total, and other components such as Fe 2 O 3 and MgO are included.
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. These components react with pore water or compound water in the soil to gradually produce new hydrates and pozzolanic substances such as calcium silicate hydrate (CSH) and calcium aluminate hydrate (CAH) in the long term, thereby exhibiting strength. In addition, CaO, which is close to 50%, produces phytollandite (Ca (OH) 2 ) together with digestion of pore water and determines the initial strength by the pottery effect. Ca 2 + The calcium silicate hydrate (CSH) and the calcium aluminate hydrate (CAH) are produced by reacting with the silicate (SiO 2 ) or aluminate (Al 2 O 3 ) contained in the target soil. This reaction results in essentially the same hydration mechanism as cement without the use of cement.
이러한 친환경고화제는 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 단위용적당 질량이 너무 적어 이송이나 계량 및 방출이 원활치 않고, 믹서에 투입시 비산되어 집진기 측으로 포집되는 입자가 많아 계량된 고화재 전체가 혼합되지 않을 우려가 있다.These environmentally friendly solidifying agent is preferred that the specific surface area of 3,000 ~ 6,000cm 2 / g, and a specific surface area means more 3,000cm 2 / g or less if a minute particle size of the binder assembly, activity and lack of the amount of powder since the blending ratio by weight When the specific surface area is more than 6,000cm 2 / g, the mass per unit volume is too small to transfer, measure, or discharge easily, and there are many particles scattered and collected on the dust collector side when mixed into the mixer. There is no fear.
또한 이러한 친환경 고화재는 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. In addition, such an eco-friendly solid material is preferably included 15 to 45 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the waste-rock, if less than 15 parts by weight strength is too small to achieve a stable filling and reinforcement, if more than 45 parts by weight too much The strength of the dormant mine and the abandoned mines will make it difficult to re-mining them in the future.
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 0.2~2중량부 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.In addition, the fluidizing agent is a material that allows the filler to have a high fluidity even when mixing a relatively small water, may be composed of any one selected from melamine-based, naphthalin-based, lignin-based fluidizing agent or a mixture of two or more. It is preferable to mix 0.2-2 weight part with respect to 100 weight part of said waste-rock. If the amount of the fluidizing agent is less than 0.2 parts by weight, it is too small to sufficiently exhibit the fluidization effect, and if it is 2 parts by weight or more, the fluidization effect does not increase proportionally but rather decreases. It is inefficient.
또한 상기 증점제는 충진재의 재료분리 및 수중에서의 분리를 억제하는 용도로 첨가하는 것으로서, 충진재 제조시 높은 유동성을 갖는 관계로 재료분리가 일어날 수 있으며, 충진 대상 공동에 지하수가 충만하여 있는 경우 물속에서 충진재의 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.In addition, the thickener is added to inhibit the separation of the filler material and the separation in water, the material can be separated due to the high fluidity during the manufacturing of the filler, and if the ground water is filled in the cavity to be filled in the water As a material that functions so that the materials of the filler can be solidified without being separated from each other, it may be composed of any one selected from cellulose and acrylic thickeners or a mixture of two or more, 0.05 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the waste-rock It is preferred to be incorporated.
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.If the mixing amount of the thickener is less than 0.05 parts by weight, it may be too small, so that material separation may occur when constructing a high fluidization and groundwater filled state, and if it is 0.5 parts by weight or more, the viscosity effect is so strong that sufficient fluidity does not appear and is an expensive raw material. Economically inefficient
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니된다.
Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. The following examples are intended to illustrate the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.
실시예Example
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 8중량부를 균일하게 혼합하여 제조하였다. First, 100 parts by weight of tailings having a particle size of 5 mm or less, 100 parts by weight of eco-friendly solidified material, 1 part by weight of naphthalene-based fluidizing agent and methylcellulose based on 100 parts by weight of waste stone having a particle size of 5 mm to 40 mm in accordance with the present invention. A mining filler was prepared by adding 15 parts by weight of water to 100 parts by weight of the waste rock and uniformly mixing with a forced mixer to a filler composition including 0.2 parts by weight of a thickener. The eco-friendly solid material was prepared by uniformly mixing 120 parts by weight of blast furnace slag fine powder, 80 parts by weight of petroleum coke desulfurized gypsum and 8 parts by weight of sulfate stimulant based on 100 parts by weight of paper sludge incineration residue having a calcium oxide content of 56%.
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.
Next, 10 minutes, 30 minutes, and 60 minutes of flow were measured after mixing to measure the usable time of the mining filler, and the compressive strength of the filler composition was measured for 7 days and 28 days. Six specimens were prepared by placing them in a mold with a height of 30 cm and cured in an environment of 90% relative humidity and 20 degrees Celsius in a thermo-hygrostat.
비교예Comparative Example
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. First, with respect to 100 parts by weight of waste stone having a particle size in the range of 5 mm to 40 mm, 100 parts by weight of tailings having a particle size of 5 mm or less, 30 parts by weight of one common portland cement, 1 part by weight of naphthalene-based fluidizing agent, and methylcellulose thickener. A mining filler was prepared by adding 15 parts by weight of water to 100 parts by weight of the waste rock to a filler composition including 0.2 parts by weight and uniformly mixing with a forced mixer.
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.
Next, 10 minutes, 30 minutes, and 60 minutes of flow were measured after mixing to measure the usable time of the mining filler, and the compressive strength of the filler composition was measured for 7 days and 28 days. Six specimens were prepared by placing them in a mold with a height of 30 cm and cured in an environment of 90% relative humidity and 20 degrees Celsius in a thermo-hygrostat.
채굴적Mining 충진재의Filler 성능시험방법 및 결과 Performance test method and result
아래 표 1에 나타낸 바와 같이 플로우 시험은 KS F 2594, 압축강도시험은 KS F 2343방법에 의해 그리고 재료분리상태 여부는 육안검사를 실시하였다.
As shown in Table 1 below, the flow test was performed by KS F 2594, the compressive strength test was performed by KS F 2343 method, and the material separation was visually inspected.
(1) 플로우의 경시변화 및 재료분리(1) Change of flow over time and material separation
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.
In order to measure the pot life of the fluidized backfill solidified soil, flows of 10 minutes, 30 minutes, and 60 minutes after mixing were measured, and the results are shown in Table 2. As can be seen in Table 2, both the Examples and Comparative Examples showed satisfactory fluidity with sufficient flow expression, no material separation occurred, and both the Comparative Examples and Examples were filled up to 30 minutes after mixing. It has been shown to maintain sufficient fluidity needed for construction.
(혼합후 10분)Material separation
(10 minutes after mixing)
(2) 일축압축강도의 변화(2) Change in uniaxial compressive strength
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.Table 2 shows uniaxial compressive strengths in Examples and Comparative Examples. As can be seen through, on the 7th day of curing, the Example 11 kgf / cm 2 , Comparative Example 83 kgf / cm 2 It appears that the environmentally friendly solid according to the present invention is lower in the initial strength than the ordinary Portland cement Although the results were shown to be stable enough on the soil-mechanical criteria. In addition, the results of the 28-day strength showed a high strength of 189 kgf / cm 2 by the continuous hydration in the case of cement, but in the example of the composition of the present name showed a low but soil-mechanically stable result of 35 kgf / cm 2 . This is because the mechanism of cementation reaction is different from that of cement, and it is considered that the slag fine powder, which is a relatively low raw material during the fire, reacts with sulfate and the like and shows a latent hydraulic reaction. However, this relatively low strength is an essential feature for the excavation work according to the operation of the dormant mine or the abandoned mine is considered an advantage of the present invention.
Claims (6)
With respect to 100 parts by weight of mine waste stone having a particle size in the range of 5 mm to 40 mm, 80 to 120 parts by weight of tailings having a particle size of 5 mm or less, and 15 to 45 parts by weight of solidified material including blast furnace slag powder and petroleum coke desulfurized gypsum Low intensity high flow mine mining filler composition, characterized in that.
상기 고화재는 비정질 물질을 주원료로 활용하고 비표면적이 3,000~6,000cm2/g인 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물.
The method of claim 1,
The solidified material is a low-strength high-mobility mine mining filler composition, characterized in that the amorphous material is used as the main raw material and the specific surface area is 3,000 ~ 6,000cm 2 / g.
상기 고화재는,
산화칼슘(CaO) 함량이 35%~70%인 제지슬러지 소각잔재 100중량부에 대하여, 상기 고로슬래그미분말 80~150중량부, 상기 페트롤코우크스 탈황석고 40~100중량부 및 황산염자극제 5~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물.
3. The method of claim 2,
The above-
80 to 150 parts by weight of the blast furnace slag powder, 40 to 100 parts by weight of the desulfurized gypsum of petroleum coke, and sulfate stimulants 5 to 10 based on 100 parts by weight of paper sludge incineration residue having a calcium oxide (CaO) content of 35% to 70% A low intensity high flow mineral mine mining filler composition comprising a weight part.
상기 황산염 자극제는 황산칼슘, 황산알루미늄, 황산마그네슘 및 황산나트륨 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물.
The method of claim 3,
The sulfate stimulant is any one selected from calcium sulfate, aluminum sulfate, magnesium sulfate and sodium sulfate or a mixture of two or more of the high strength high-mining mine mining filler composition.
상기 광산폐석 100중량부에 대하여 유동화제 0.2~2중량부를 더 포함하며,
상기 유동화제는 나프탈렌계, 멜라민계, 리그닌계중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물.
The method of claim 1,
Further comprising 0.2 to 2 parts by weight of a fluidizing agent based on 100 parts by weight of the mining waste stone,
The fluidizing agent is any one selected from naphthalene-based, melamine-based, lignin-based or a mixture of two or more of the high-strength high-mining mine mining filler composition.
상기 광산폐석 100중량부에 대하여 증점제 0.05~0.5중량부를 더 포함하며,
상기 증점제는 셀룰로스계 및 아크릴계 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 저강도 고유동성 광산 채굴적 충진재 조성물. The method of claim 1,
Further comprising 0.05 to 0.5 parts by weight of a thickener based on 100 parts by weight of the mine waste-rock,
The thickener is any one selected from cellulose and acryl-based, or a mixture of two or more low-strength high-mobility mine mining filler composition.
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