KR101366836B1 - 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철강산업의 부산물인 슬래그 더스트를 활용하여 콘크리트 제품 등의 강도를 증대시킬 수 있는 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물은 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 슬래그 더스트 50 내지 80중량부를 함유한다.

Description

슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법{inorganic binder compound using slag dust and manufacturing method thereof}
본 발명은 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철강산업의 부산물인 슬래그 더스트를 활용하여 콘크리트 제품 등의 강도를 증대시킬 수 있는 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
철강산업은 그 제조 공정의 특성상 다량의 원료와 에너지를 사용할 뿐만 아니라 다양한 종류의 폐·부산자원을 필연적으로 발생시키고 있다.
즉 철강공정은 원료, 제선, 제강, 압연 및 스테인리스 등 복잡한 공정의 연결생산체제를 거치면서 수많은 종류의 부산물 및 폐기물을 다량으로 발생시키고 있으며, 그 중에서 가장 많은 양을 차지하는 부산물이 슬래그이다.
철강 슬래그는 철광석, 코크스, 석회석을 원료로 하여 고로에서 선철을 만들어 내는 제선 공정에서 발생하는 고로슬래그와 전로에서 철강을 제조하는 제강공정에서 발생하는 전로슬래그, 그리고 고철을 주원료로 사용하는 전기로에서 발생하는 전기로슬래그 등으로 나눌 수 있다.
이러한 슬래그들의 주성분은 CaO, SiO2로 구성되어 있으며, 슬래그의 입자 성상 및 특성에 따라 시멘트 원료, 콘크리트 제품 원료, 도로노반재, 성토재 등으로 재활용되고 있고, 특히 단순한 물리적 가공에 의해 거의 대부분이 시멘트원료로서만이 재활용되고 있는 실정이다.
슬래그는 자체적으로는 수경성(물과 반응하여 굳는 성질)을 가지고 있지 않지만 시멘트와 같은 알카리성 재료와 공존하면 수경성을 띠는 잠재수경성 재료로서 토목구조물에는 물론 원가절감을 목적으로 건축물에까지 사용실적이 증가하고 있으며, 시멘트에 가장 근접한 재료로 인식되고 있다.
하지만 슬래그를 활용하기 위해 높은 분말도로 분쇄하여야 하는 추가공정이 필요로 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 제선 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그를 분쇄하여 철을 선별하는 과정에서 집진기에 포집된 슬래그 더스트를 재료로 이용함으로써 높은 분말도로 분쇄하는 추가공정이 불필요한 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물은 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 슬래그 더스트 50 내지 80중량부를 함유하는 것을 특징으로 한다.
그리고 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물의 제조방법은 제선 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그를 분쇄한 후 철을 선별하는 과정에서 발생된 슬래그 더스트를 집진기로 포집하는 포집단계와; 상기 슬래그 더스트를 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 50 내지 80중량부를 혼합하는 혼합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬래그 더스트는 분말도 3000 내지 4000cm2/g, 밀도 2.6 내지 3.2g/cm3이며, 화학성분으로 CaO 45.7중량%, SiO2 12.4중량%, Al2O3 2.9중량%, MgO 2.02중량%, Fe2O3 12.6중량%, SO3 1.6중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합단계는 세라믹 파우더를 더 혼합하고, 상기 세라믹 파우더는 a)사문석, 패각, 차돌, 견운모 각각을 80 내지 100㎛의 입도 크기로 분쇄하는 단계와, b)분쇄된 사문석 분말 100중량부에 대하여 분쇄된 패각 60 내지 80중량부, 분쇄된 차돌 40 내지 60중량부, 분쇄된 견운모 10 내지 30중량부를 혼합하는 단계와, c)혼합된 혼합물을 1600℃로 1 내지 3시간 동안 가열하여 용융시킨 다음 물을 가해 급랭시키는 단계와, d)급랭 후 건조시킨 다음 분쇄하는 단계를 통해 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 제선 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그를 분쇄하여 철을 선별하는 과정에서 집진기에 포집된 슬래그 더스트를 재료로 이용함으로써 높은 분말도로 분쇄하는 추가공정이 불필요한 무기 바인더 조성물을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무기 바인더 조성물은 포틀랜드 시멘트와, 슬래그 더스트를 함유한다. 가령, 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 슬래그 더스트 50 내지 80중량부를 함유한다.
상기 무기 바인더 조성물의 제조방법은 크게 포집단계와, 혼합단계를 포함한다.
먼저, 포집단계에서 슬래그 더스트를 포집한다.
슬래그 더스트는 제선 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그를 분쇄한 후 철을 선별하는 과정에서 발생된다.
슬래그로 철광석, 코크스, 석회석을 원료로 하여 고로에서 선철을 만들어 내는 제선 공정에서 발생하는 고로슬래그 또는 철강을 제조하는 제강공정에서 발생하는 전로슬래그가 적용될 수 있다.
제선 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그로부터 철을 회수하기 위해 슬래그를 분쇄하여 철을 선별하는 과정을 거친다. 이 과정에서 미분화된 슬래그 더스트가 비산하게 되는데, 본 발명은 이러한 슬래그 더스트를 집진기로 포집한다. 포집되는 슬래그 더스트는 분말도 3000 내지 4000cm2/g, 밀도 2.6 내지 3.2g/cm3의 미세한 입자이다.
일 예로, 슬래그 더스트는 화학성분으로 CaO 45.7중량%, SiO2 12.4중량%, Al2O3 2.9중량%, MgO 2.02중량%, Fe2O3 12.6중량%, SO3 1.6중량%를 함유한다. 이 외에 미량의 Cl, TiO2, Zn, P2O5 등이 더 함유된다.
포집된 슬래그 더스트는 혼합단계에서 포틀랜드 시멘트와 혼합하여 무기 바인더 조성물을 제조한다. 가령, 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 슬래그 더스트 50 내지 80중량부를 혼합한다.
상기 혼합단계에서 석고나 통상적인 혼화제를 더 첨가하여 혼합할 수 있다.
본 발명의 무기 바인더 조성물은 콘크리트 제품의 생산시 강도를 강화시키기 위해 몰탈 형태의 콘크리트에 첨가되는 첨가제로 이용될 수 있다. 또한, 도로의 황토 포장 시 황토에 첨가되어 포장의 강도를 향상시키는 바인더로 이용될 수 있다. 또한, 제철소의 고로에서 원료로 사용되는 소결광(sintered ore)의 제조시 미분 철광석과, 석회석, 코크스 등이 혼합된 철광석 배합원료에 첨가하여 소결광의 소결 강도를 향상시키기 위한 바인더로 이용될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예로 상기 혼합단계에서 세라믹 파우더를 더 혼합할 수 있다. 가령, 가령, 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 슬래그 더스트 50 내지 80중량부, 세라믹 파우더 10 내지 20중량부를 혼합할 수 있다. 세라믹 파우더는 시멘트의 독성을 감소시키는 등 기능성을 향상시킬 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 a)사문석, 패각, 차돌, 견운모 각각을 80 내지 100㎛의 입도 크기로 분쇄하는 단계와, b)분쇄된 사문석 분말 100중량부에 대하여 분쇄된 패각 60 내지 80중량부, 분쇄된 차돌 40 내지 60중량부, 분쇄된 견운모 10 내지 30중량부를 혼합하는 단계와, c)혼합된 혼합물을 혼합된 1600℃로 1 내지 3시간 동안 가열하여 용융시킨 다음 물을 가해 급랭시키는 단계와, d)급랭 후 건조시킨 다음 분쇄하는 단계를 통해 형성된다.
세라믹 파우더를 제조하기 위한 과정을 구체적으로 살펴보면, 사문석, 패각, 차돌, 견운모 각각은 죠크러셔와 같은 파쇄기를 이용하여 10 내지 50mm의 크기로 거칠게 분쇄한 후 밀(mill)을 이용하여 80 내지 100㎛의 입도 크기로 미세하게 분쇄한다.
그리고 분쇄된 사문석, 패각, 차돌, 견운모 각각의 분말을 일정 비율로 혼합한다. 예를 들어, 사문석 분말 100중량부에 대하여 패각 60 내지 80중량부, 차돌 40 내지 60중량부, 견운모 10 내지 30중량부를 혼합한다.
다음으로, 혼합된 혼합물을 1600℃로 가열하여 용융시킨다. 혼합물이 충분히 가열되지 않으면 광물상의 용융과 재결이 부족할 수 있다. 용융시 1600℃에서 1 내지 3시간 정도 충분히 가열하여 용융시킨다. 용융된 용융물은 흐르는 물로 급랭시키는 것이 바람직하다. 급랭시킨 경우 입자가 작고 균일하게 생성되므로 분쇄작업이 용이하다. 냉각된 고화물은 건조 시켜 수분을 제거한 다음 분쇄한다. 분쇄는 햄머밀, 볼밀, 로쉬밀 등을 사용하여 수행한다. 분쇄를 통해 세라믹 파우더는 200 내지 400 메쉬 입도 크기의 미세한 분말 형태로 가공된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 분말도 약 3500cm2/g의 슬래그 더스트 65중량부를 혼합하여 무기바인더 조성물을 제조하였다.
상기 슬래그 더스트는 고로 수재슬래그를 분쇄하여 철을 선별하는 과정에서 집진기로 포집하였다. 슬래그 더스트의 조성은 CaO 45.7중량%, SiO2 12.4중량%, Al2O3 2.9중량%, MgO 2.02중량%, Fe2O3 12.6중량%, SO3 1.6중량%, 잔량의 Cl, TiO2, Zn, P2O5 로 이루어졌다.
그리고 물 162kg/m3, 시멘트 305kg/m3, 자갈 1013kg/m3, 모래 858kg/m3, 무기바인더 조성물 55kg/m3 비율로 배합하여 콘크리트를 준비하였다.
(비교예)
물 162kg/m3, 시멘트 360kg/m3, 자갈 1013kg/m3, 모래 858kg/m3, 무기바인더 조성물 55kg/m3 비율로 배합하여 콘크리트를 준비하였다.
<압축강도시험>
상기 실시 예 및 비교예의 콘크리트로 제조된 공시체의 압축강도 시험을 하였다. 시험은 한국산업규격(KS) F 2405에 규정된 방법으로 실시하였다. 결과를 평가하기 위하여 한국산업규격(KS) F 2403의 다짐방법으로 제조된 지름 10cm, 높이 20cm인 공시체(specimen)를 제조하였다. 공시체의 압축강도 시험 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
구분 3일 7일 28일 60일 90일
MPa MPa MPa MPa MPa
실시예 5.9 17.3 26.3 28.9 30.7
비교예 6.6 18.2 27.2 27.5 28.2
상기 표 1의 결과를 참조하면, 양생 초기에는 압축강도가 비교예가 더 높은 것으로 나타났으나, 60일 후부터는 실시예가 비교예보다 압축강도가 더 높은 것으로 나타났다. 이는 본 발명의 무기 바인더 조성물을 콘크리트에 첨가하여 콘크리트 제품을 만들면 초기 압축강도에서는 다소 불리하나 장기 압축강도에서는 유리한 것으로 보인다.
이상에서 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 제선 또는 제강공정에서 발생하는 슬래그를 분쇄한 후 철을 선별하는 과정에서 발생된 슬래그 더스트를 집진기로 포집하는 포집단계와;
    상기 슬래그 더스트를 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 50 내지 80중량부를 혼합하는 혼합단계;를 포함하며,
    상기 혼합단계는 세라믹 파우더를 더 혼합하고,
    상기 세라믹 파우더는 a)사문석, 패각, 차돌, 견운모 각각을 80 내지 100㎛의 입도 크기로 분쇄하는 단계와, b)분쇄된 사문석 분말 100중량부에 대하여 분쇄된 패각 60 내지 80중량부, 분쇄된 차돌 40 내지 60중량부, 분쇄된 견운모 10 내지 30중량부를 혼합하는 단계와, c)혼합된 혼합물을 1600℃로 1 내지 3시간 동안 가열하여 용융시킨 다음 물을 가해 급랭시키는 단계와, d)급랭 후 건조시킨 다음 분쇄하는 단계를 통해 형성된 것을 특징으로 하는 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 슬래그 더스트는 분말도 3000 내지 4000cm2/g, 밀도 2.6 내지 3.2g/cm3이며,
    화학성분으로 CaO 45.7중량%, SiO2 12.4중량%, Al2O3 2.9중량%, MgO 2.02중량%, Fe2O3 12.6중량%, SO3 1.6중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그 더스트를 이용한 무기 바인더 조성물의 제조방법.




  4. 삭제
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