KR101392071B1 - 시멘트 혼합 석탄발전소 석탄회를 기반으로 한 파일표면 도포제 및 그 조제 방법 - Google Patents

시멘트 혼합 석탄발전소 석탄회를 기반으로 한 파일표면 도포제 및 그 조제 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 야외 저탄장에서 발생되는 탄진비산, 악취, 자연발화 및 침출석탄폐수 등의 문제와 석탄회 매립장에서 발생되는 비산먼지 등의 문제를 해결하기 위하여 파일 표면전체를 살포하여 도포하기위한 표면도포제 및 그 조제방법에 관한 것으로, 기반물질로서 석탄회(Fly Ash)만을 사용한 기존의 석탄회 슬러리를 이용한 도포제의 문제점인 강우시 피막용탈 및 강풍시 피막탈각현상을 방지하고, 조제제품의 경화에 의해 조제장치의 막힘장애를 방지하며, 제조공정이 간단하여 경제적인 파일 표면도포제 제조목적을 위해 창안되었다.
이 문제를 해결하기 위하여 기반물질로 석탄회와 시멘트를 적당량 혼합하여 사용하였고, 첨가제로 사용되는 음이온성(A형) 고분자응집제를 사용하였는데, 상기 고분자응집제는 수처리용 반응제로 취급시 인체에 무해하며, 생성된 표면도포제는 점착성 상태가 되어 살포후, 건조 시에는 불투성 경화상태이나, 적당량의 수분과 함께 교반할 경우에는 경화되지 않고, 점착성 슬러리상태를 유지하는 효과가 있으므로 사용후 잔여제품의 재사용이 가능하여 경제적이며, 장치의 고착 등의 문제가 발생하지 않는 이점이 있다.

Description

시멘트 혼합 석탄발전소 석탄회를 기반으로 한 파일표면 도포제 및 그 조제 방법{A coating agent and a method for creating coating agent for covering up the surface of piles with the cement-blended fly ash out of a coal-fired power plant as basic materials}
본 발명은 석탄발전소, 제철소 및 기타 사업장의 야외 석탄저장파일에서 기상에 따라 발생하는 탄진손실, 자연발화, 악취 및 석탄품질저하 등의 문제를 해결하고, 석탄회 적치매립장 및 기타 건설공사장의 흙더미 등에서 바람으로 발생할 수 있는 비산먼지문제를 해소할 수 있는 기술에 관한 것으로, 석탄회를 기반으로 한 파일표면용 도포제 및 그 조제방법에 관한 것이며, 상세하게는 석탄발전소 Fly Ash와 적당량의 시멘트를 혼합한 것을 기본물질로 하고, 부가하여 음이온성(A형) 고분자응집제를 첨가제로 사용한 도포제 및 그 조제방법에 관한 것이다.
일반적으로 대용량 석탄발전소, 제철소, 하역부두 및 기타 석탄을 취급하는 사업장에는 옥외에 저탄장이 있다. 따라서, 기상에 따라 탄진비산에 의한 환경오염, 자연발화, 강우시 저탄장 붕괴사태 및 자연열화에 의한 석탄품질저하 등 저탄에 관한 문제가 발생한다. 또한, 강우로 의한 고수분의 석탄은 석탄취급설비, 예컨대, 석탄저장소와 급탄기의 막힘, 연소장애 등 문제를 유발하여 연소효율을 낮추는 요인이기도 하다. 한편, 발전소의 석탄회 매립장 역시, 강풍시 비산먼지를 일으켜 환경오염문제를 일으키는 오염원이 되고 있다. 이 모두는 분체성 물질인 석탄과 석탄회가 옥외에서 대기에 노출되어 있으므로 발생되는 것이다.
상기와 같은 문제점을 가졌음에도 불구하고, 관리공간이 넓어서 시설투자 및 관리비용이 많이 들고, 근본적 해결책인 옥내화 건설에 고가비용의 소요되므로 통상 저탄장에서의 대처방안은 살수, 압탄 및 이적에 의한 열분산 방법, 방풍림조성 등에 한정되어 있는 것이 현실이다.
석탄 Pile을 도포하여 외부의 공기와 수분을 차단함으로써 상기문제를 해결하려는 시도가 있었는데, 석탄슬러리를 석탄Pile 표면에 살포하고(특허문헌 2참조), 석탄회 슬러리를 석탄Pile 표면에 살포하거나(비특허문헌 1참조), 점착성 첨가제(Binder)를 석탄하역시 석탄과 혼합하여 분체비산을 방지하는 방법(비특허문헌 2참조)이 적용되고 있다.
한편, 국내에서는 일부 제철소 저탄장에 탄진비산에 의한 환경오염 및 연료손실 저감을 위해서 표면경화제(소석회, 시멘트 등)를 Pile표면에 도포하거나, 아크릴레이트계 고분자수지 film을 혼합하여 살포 적용한 사례(특허문헌 3, 4, 비특허문헌 3참조)가 있고, 최근, 유동층발전소 석탄회 슬러리에 무기성 표면응결강화 첨가제를 첨가하여 도포피막의 경화속도를 높이고, 강도를 개선하고자 한시도가 있다(특허문헌 1참조).
그러나, 상기 사례들은 하기와 같은 문제점이 있다. 석탄회 슬러리만을 살포할 경우, 석탄회 슬러리가 석탄입자사이의 틈을 막아 공기 및 강수가 탄층내부로 스며들어가는 것을 어느 정도 방지할 수 있지만, 건조시 피막강도가 약하여 바람이 불면 석탄회 피막이 탈리, 비산되어 환경오염을 일으키는 문제가 있다. 또한 강우시에는 피막이 풀어져서 도포기능을 상실하게 된다.
점착성 첨가제(Binder)는 유기성으로 그 적용효과는 우수하나, 가격이 고가이며, 사용방법에 있어서도 코팅제라기보다는 석탄입자와 함께 혼합시켜 저탄시킴으로써 석탄입자를 접착시키는 Binding기능제이고 주로 표면보다는 Pile속까지 전체에 적용되므로 비용이 많이 들고 효율적이지 못한 면이 있다.
한편, 표면경화제는 유기성과 무기성으로 대별되는데 유기성으로는 Vinyl Acetate, Acrylate, PTFE(Polytetrafluororthylene), Polyamide, 실리콘, Chlorinated Rubber, 기타 왁스, 피치, 타르, 아스팔트 등이 있고, 무기성으로 Sodium Silicate계, 시멘트, 석탄, 석회석분말, 석탄회 등이 적용된 사례가 있다. 유기성 경화제는 가격이 고가이며, 사용방법에 있어서도 소량을 단일 살포하여 1mm이하의 미세피막을 형성하므로, 강풍 및 폭우에는 피막신뢰도가 우려되고, 입자 틈까지 고른 살포에는 여러 번 살포시공을 해야 하기 때문에 비경제적이다.
또한, 유동층발전소 석탄회를 이용하여 CaO성분을 18%이상 보강하여 석탄회 슬러리의 경화성을 높이고, 표면응결강화 첨가제주입으로 피막의 건조속도 및 강도를 제고하고자 한 시도(특허문헌 1)가 있었으나, CaO를 보강하여 강도는 제고됐지만 강우시에는 피막이 쉽게 용해되는 단점이 있고, 숏크리트용 급결제로 사용한 표면응결강화 첨가제는 고가의 무기 유독성물질로 취급에 주의를 요하며, 건조 경화전에 수분이 접촉되면 풀어지는 문제가 있어 대용량 분체파일의 도포에는 비경제적이다. 또한 보강된 석탄회가 유동층발전소에서만 구할 수 있기에 안정적인 조달확보에 애로가 있다.
한편, 시멘트는 통상 콘크리조 제조 및 절개지 법면코팅용 몰타르 제조 등에 사용되고 있는데, 시멘트 단독으로 파일에 도포한 실험사례에 의하면 피막이 경도는 있지만 스트레스에 의한 균열이 발생하기 쉽고, 점성 및 과경성 때문에 살포가 어려우며, 제품이 대기중 단시간에 경화되기에 한번 제조하면 장시간 사용이 곤란하고, 조제장치에도 고착, 막힘 등 운전장애를 일으키는 문제가 있어, 표면도포제로는 사용이 부적절하였다.
유동층발전소의 석탄회슬러리를 이용한 회사장 및 저탄장 비산방지기술 출원번호 10-2009-0051244(2009.5.14) Pace Gerald, et al., US Patent 4518393(1985.5.21) Bhattacharyya, et al., US Patent 4417992(1983.11.29) 일본공개특허공보 평5-230480호 '석탄파일의 자연발화.발진방지제, 석탄파일의 자연발화.발진방지방법, 및 선탄파일의 구조'(1993.09.07)
V. Fierro 외, "Prevention of spontaneous combustion in coal stockpiles", Fuel Processing Technology 59(1999) 23-24 D.C. Roe et al, Effects of dust control binding agents on the oxidation of stockpiled coal. (Internet 검색 www.yahoo.com.) 산업과학기술연구원, 고효율 표면경화제 개발, 1997. 6. 30
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 기존의 석탄회 슬러리를 기반물질로 사용한 파일 표면도포방법에 있어서, 문제점으로 생기는 강풍시의 석탄회 피막 탈리비산, 폭우시 물에 풀어져 도포막이 파괴되어 도표효과가 상실되는 문제가 생기지 않도록 피막신뢰도가 개선된 석탄회를 기반으로 한 파일표면 도포제를 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 2 목적은, 기존의 유기고분자만을 도포제로 사용할 경우, 조제공정의 복잡성, 표면살포시 입자간 틈 메움 불량으로 약제를 여러번 살포해야하는 번거로움과 도포효과불량 및 고가의 유기고분자 사용에 의한 비용증가문제를 해소하여 편리하고 경제적인 파일 표면도포제를 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제 3 목적은, 기존의 첨가제로 무기성급결제를 사용한 표면도포제 제조시 발생되는 제품의 조기경화로 장시간사용이 불가능한 문제와, 조제시 장치의 막힘 및 오염 등 운전장애가 유발되지 않는 파일 표면도포제를 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
따라서 본 발명의 최종목적은 기존의 석탄회를 기반으로 한 도포제 제조방법에 있어서, 상기 문제점들을 개선하기 위한 첨가제개발 및 석탄회 기반 파일 표면도포제의 제조방법을 알기 위함이다.
본 발명은 기존의 석탄발전소 석탄회를 기반으로 한 석탄회슬러리를 사용한 도포방법에 있어서, 강우, 강풍 등 악천후시 발생하는 피막파괴의 단점을 보완하고자 하였다. 이를 위하여 시멘트의 수경성 무기결합반응에 착안하여 석탄발전소 석탄회인 Fly Ash에 시멘트를 적당량 혼합하여 물을 가하여 슬러리형 표면도포제를 제조하였고, 건조상태에서 피막이 강풍시 탈각비산 및 강우시 용해 탈피되는 문제를 방지할 수 있는 시멘트와 석탄회의 최적혼합비율을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 시멘트와 석탄회만을 혼합한 경우, 그 슬러리형 도포제는 살포후 피막건조속도는 빠르고 피막경도도 우수하지만, 제조시 제품이 단시간 내에 경화되며, 제품이 한번 경화되면 재활용이 불가하고, 또, 제조장치 및 살포장치에 의해 운영시, 장치내면을 신속히 청소를 하지 않으면 유착 및 배관 막힘이 발생하는 등 장치운영에 애로가 발생하는 경우가 있다. 이를 해결하기 위하여 상기 시멘트와 석탄회가 적당량 혼합된 슬러리에 음이온성(A형) 고분자응집제를 부가적으로 주입함으로써 사용후 잔여 슬러리형 제품의 경화성을 방지하고, 경제적인 점성의 발포성 도포제 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 석탄회 슬러리를 사용한 도포방법에 있어서, 피막신뢰도 제고, 사용후 제품의 경화지연 및 장치운전 장해 등을 방지하기 위한 또 다른 방법으로, 간단히 석탄회 슬러리에 음이온성(A형) 고분자응집제를 첨가제로 주입하여 점성의 물질을 만든 다음, 적량의 황산을 가함으로써 건조피막이 강우에 풀어지지 않는 효과가 있는 점성의 도포제 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 석탄발전소, 제철소 및 기타 석탄취급사업장에서 석탄 Pile 및 회사장의 도포방법으로 알려진 석탄회슬러리 도포방법에 있어서, 건조후 도포피막의 탈리, 균열, 물에 풀어짐 현상, 사용후 경화성에 의한 장치장해 등의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 개선된 도포제를 조제하기위한 방법에 있어서, (a) 석탄발전소 석탄회에 물을 넣어 만든 석탄회슬러리에 음이온성(A형) 고분자응집제를 넣고 급속교반을 하여 젤라틴성의 물질을 생성하는 단계, (b) 상기(a)단계의 파일 표면도포제에 황산을 적량 주입하여 교반함으로써 점성의 파일 표면도포제를 생성하는 단계로 이루어진 제1 방안, (a')석탄발전소 석탄회인 Fly Ash에 시멘트를 혼합하여 시멘트가 혼합된 석탄회 기반물질을 만드는 단계, (b') 상기(a')단계의 기반물질에 물을 넣어 급속교반을 하여 슬러리형태의 파일 표면도포제를 생성하는 단계로 이루어진 제2 방안 및 (a") 상기(b')단계의 파일 표면도포제에 음이온성(A형) 고분자응집제를 넣고, 급속교반을 하여 젤라틴성의 파일 표면도포제를 생성하는, 이때, 도포제의 과경성을 방지하기위해 물을 더한층 주입하여 교반함으로써 점성의 파일 표면도포제를 생성하는 단계로 이루어진 제3 방안을 각각 중 어느 하나를 포함할 수 있는 방법을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.
본 발명의 제 1 효과는, 시멘트혼합 석탄발전소 석탄회를 기반물질로 사용하여 조제한 파일 표면도포제를 통하여 강우 및 강풍시에도 손상되지 않는 보다 개선된 피막을 형성함으로써 일회 살포처리로 석탄사업장에서의 문제인 비산먼지, 악취발생, 자연발화, 석탄품질저하 및 탄손실 등을 근본적으로 방지할 수 있어 효과적이다.
본 발명의 제 2 효과는, 상기 시멘트혼합 석탄회의 슬러리에 음이온성(A형) 고분자응집제를 부가 첨가함으로써 대기노출시 조제된 표면도포제의 과경성 및 조기경화경향을 방지할 수 있는데, 남은 조제제품을 재사용할 수 있어 경제적이고, 조제장치의 부착 및 오염에 의한 장치운영 장애를 방지하여 효과적이다.
본 발명의 제 3 효과는, 기존의 석탄회만을 사용한 석탄회 슬러리도포제에 있어서, 음이온성(A형) 고분자응집제와 황산을 첨가한 방안을 통하여 조제방법이 보다 간단하고, 제품의 재사용이 가능한 신뢰성 있는 파일 표면도포제를 만들 수 있어 효과적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄회 또는 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제의 조제장치 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 표면도포제의 다른 구조물과의 연결관계를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄회 또는 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제의 조제방법에 대한 순서도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄회 또는 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제의 조제장치 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일 표면도포제 조제장치의 다른 구조물과의 연결관계를 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명인 파일 표면도포제 조제장치(100)는 파일 표면도포제의 조제방안선택에 따라, 석탄회를 용해하여 조제할 경우의 장치(100-A), 시멘트혼합 석탄회를 용해하여 조제할 경우의 장치(100-B)로 구분되고 대략구조와 기능은 동일하다. 장치(100-A)의 하우징(110)은 석탄회 용해조(Ss), 석탄회 슬러리반응조(Sr), 격리판(117), 월류구(119), 용해수투입구(111), 석탄회 투입구(Fa,112), 먼지발생 방지구(114), 고분자응집제 투입구(113), 황산 주입구(121), 용해조교반기(115), 반응조교반기116), 반응조 온도조절기(118), 및 파일 표면도포제 배출구(130)를 포함한다. 또한 장치(100-B)의 하우징은 시멘트혼합 석탄회용해조(Ss1), 시멘트혼합 석탄회 슬러리반응조(Sr1), 격리판, 월류구, 용해수투입구, 시멘트혼합 석탄회투입구(Fac,112), 먼지발생 방지구, 고분자응집제 투입구, 용해조교반기, 반응조교반기, 파일 표면도포제 배출구(140, 150)을 포함한다.
격리판(117)은 하우징의 내부중앙에 위치되고, 하우징을 용해조(Ss)와 반응조(Sr)로 분리한다. 월류구(119)는 격리판의 상부에 위치되어, 이를 통해 석탄회 용해조(Ss)에서 생성된 슬러리상태의 석탄회가 슬러리반응조(Sr)로 이송된다.
용해수투입구(111)는 하우징(110)의 상부에 형성되고, 용해수가 용해수투입구(111)를 통해 석탄회용해조(Ss)의 내부로 유입된다.
석탄회투입구(112)는 하우징(110)의 상부에 형성된다. 석탄회투입구(112)를 통해 석탄발전소의 부생물인 Fly Ash(Fa)가 석탄회용해조(Ss)의 내부로 투입된다.
한편, 먼지발생 방지구(114)는 석탄회투입구(112)의 끝단에 형성되어, Fly Ash가 석탄회용해조(Ss) 내부로 유입될 때, 비산먼지발생을 방지한다. 용해조교반기(115)는 석탄회용해조(Ss)의 상부에 형성되어, 투입되는 Fly Ash가 물에 용해되어 균일한 슬러리상태를 유지하도록 한다.
고분자응집제 투입구(113)는 하우징(110)의 상부에 형성된다. 상기 투입구(113)를 통해 음이온성(A형) 고분자응집제(Ad)가 석탄회 슬러리반응조(Sr)의 내부로 투입되고, 상기 슬러리반응조(Sr) 상부에 구성된 반응조교반기(116)로 교반시키면 점성의 슬러리상태가 형성되는데, 이후, 황산 주입구(121)를 통하여 황산을 석탄회 슬러리반응조(Sr)의 내부로 주입시키면서 교반하면 하나의 점성 파일 표면도포제(Fsl1)가 생성되고, 파일 표면도포제 배출구(130)를 통하여 배출된다.
한편, 슬러리반응조(Sr)의 내부에는 슬러리반응온도를 유지하기위한 온도조절기(118)가 설치되어 혼합물의 점도증가 및 동절기 온도저하로 인한 경화를 방지하기위해 반응온도를 20℃ 내지 30℃가 유지되도록 한다.
장치(100-B)의 하우징에서는 하우징의 한편은 시멘트혼합 석탄회용해조(Ss1)가 연접한 한편은 시멘트혼합 석탄회 슬러리반응조(Sr1)가 구성되는데 시멘트가 혼합된 석탄회(Fac)가 상기 용해조(Ss1)의 상부에 위치한 투입구(112)를 통하여 시멘트가 혼합된 석탄회가 유입되고, 동시에 용해수투입구(111)로부터 용해수가 유입된다. 상기 용해조(Ss1)상부에 위치한 용해조교반기에 의해 슬러리형태의 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제(Fsl2)를 생성하는데, 상기 용해조(Ss1)하단부에 외접되어 형성된 파일 표면도포제의 배출구(140)로부터 배출된다.
또한, 상기 용해조(Ss1)과 측면으로 연접된 슬러리반응조(Sr1)에는 음이온성(A형) 고분자응집제(Ad)가 고분자응집제 투입구로부터 주입되고, 동시에 용해수가 용해수투입구로부터 유입되면서 교반하면 또 하나의 점성을 가진 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제(Fsl3)가 생성되어 파일 표면도포제 배출구(150)를 통하여 배출된다.
상기 교반기(115,116)는 반응단계에 따라 회전속도를 변화시킬 수 있도록 속도조절용 변속기능이 부가된다.
상기 생성된 파일 표면도포제 Fsl1, Fsl2, Fsl3는 각각 파일 표면도포제 배출구(130), (140), (150)를 하우징(110)의 외부로 이송되는데, 이를 위해서 스크류 펌프 및 기어 펌프 등 용적식 이송장치(210)가 필요하고, 이송장치(210)를 통하여 살포장치(200)에 연결된다. 살포장치(200)는 파일 표면도포제를 석탄 Pile이나 회사장(300) 표면에 살포하기위한 것이다. Pile위에 살포된 상기 도포제는 건조되면 견고하게 경화되고, 강풍에도 탈피되지 않고, 강우에도 풀어지거나 파손되지 않으며, 탄층내로 스며들지 않고 흘러내리게 된다.
한편, 파일표면도포제는 주원료물질이 석탄회로, 도포제가 살포된 Pile의 석탄은 상탄 및 연료취급설비(410)을 통해 연소로(400)로 공급되고, 연소가 이루어지면 또다시, 본 발명인 파일 표면도포제의 주원료인 Fly Ash(Fa)가 생성되어 재순환되는 것이다.
이제까지는 도 1 내지 도 2를 참조하여 석탄회 슬러리도포제 조제장치(100)에 대하여 설명하였다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 석탄회 또는 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제의 조제방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 3은 석탄회 또는 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제의 조제방법에 대한 순서도이다.
본 발명인 석탄회 또는 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제의 조제방법은 그 한가지로 석탄회슬러리에 음이온성(A형) 고분자응집제 및 황산을 첨가로 하여 조제한 점성의 발포성 도포제를 생성하거나, 또는 시멘트를 혼합한 석탄회를 기반한 슬러리형 도포제를 생성하거나, 시멘트혼합 석탄회를 기반한 슬러리형 도포제에 더욱 도포제의 과경성 및 조기경화을 억제하기 위하여 음이온성(A형) 고분자응집제를 주입한 점성의 도포제를 생성하는 방안의 어느 하나를 선택하여 석탄 및 회사장 Pile에 적용시 그 도포막이 견고하고, 물에 풀어지지 않으며, 경제적인 파일 표면도포제를 제조하기 위한 것이다.
우선, 석탄발전소 석탄회인 Fly Ash만을 슬러리화 하여 사용한 기존의 도포방식에 있어서, 음이온성(A형) 고분자응집제를 슬러리중량대비 0.1내지 0.5중량％ 주입하여 점성의 물질을 만드는 단계(a 단계),
상기 (a)단계에서 생성된 점성의 물질에 주입되는 음이온성(A형) 고분자응집제 중량대비 20내지 30％의 황산을 첨가하여 점성의 파일 표면도포제(Fsl1)를 조제하는 단계(b 단계)로 구성된 제1 방안,
석탄발전소 석탄회에 시멘트를 혼합한 시멘트혼합 석탄회 기반물질을 만드는 단계(a' 단계),
상기 (a') 단계의 기반물질에 물을 가하여, 함수율이 중량비로 30내지 35중량％인 슬러리형의 파일 표면도포제(Fsl2)를 조제하는 단계(b' 단계)로 구성된 제2 방안,
상기 (b')단계의 슬러리형 파일 도포제(Fsl2)에 음이온성(A형) 고분자응집제를 슬러리중량대비 0.1내지 0.5중량％를 가하고, 또, 물을 가하여 함수율이 36 내지 42％인 슬러리상태에서 급속교반 함으로써 점성의 파일 표면도포제(Fsl3)를 조제하는 단계(a" 단계)로 구성된 제3 방안 중 그 조제방법이 각각의 조제방안의 어느 하나를 포함할 수 있는 것을 특징으로 한다.
석탄회 슬러리가 음이온성(A형) 고분자응집제와 반응하여 파일 표면도포제로 생성되는 원리는 수처리 및 폐수처리공정에 사용되는 고분자응집제의 반응원리와 같다.
수처리 공정에서는 수중의 현탁상 및 콜로이드상의 물질을 제거하기 위하여 먼저, 응집제를 주입하여 미세 플록으로 만든 후, 플록을 더욱 크게 하여 침강시키기 위하여 고분자응집제를 주입하게 된다. 이때, 고분자응집제의 응집원리는 가교화(bridging), 올가미화(netting), 망상화(enmeshing) 현상으로 설명할 수 있다. 고분자응집제는 주성분이 아크릴아마이드나 아크릴산의 공중합체로 물과 접촉시에는 부풀어지는 특성과 함께, 용액중의 미세입자를 상호 결합시키는 특징이 있다.
고분자응집제는 치환체의 종류 및 용해액의 액성에 따라 양이온성(C형), 음이온성(A형), 중성(N형)으로 분류하여 사용하는데, 용해시 액성이 A형은 약알칼리성, C형은 3.0-6.5의 약산성을 나타낸다. 주성분은 A형은 아크릴레이트이고, C형은 아크릴아마이드와 아크릴레이트로 되어있으나 기타 미량첨가제가 포함되어 제조되며, 정수처리, 폐수처리 및 슬러리 탈수처리시에 선택하여 사용되는데, 통상, 고분자응집제로 불려진다. 처리되는 폐수 및 수질의 특성에 따라 적당한 형태를 선택하여 사용한다. 석탄회슬러리와 고분자응집제의 반응은 다음과 같이 설명될 수 있다.
석탄화슬러리 + 고분자응집제 --> 젤라틴성의 석탄회슬러리--(1)
석탄회슬러리중의 수분과 음이온성(A형) 고분자응집제가 반응하면 먼저 젤라틴성의 물질이 생성되고, 슬러리중의 석탄회입자가 응집 결합되어 점성의 물질이 생성된다.
이제까지는 도 3을 참조하여 석탄회 또는 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제의 조제방법에 대해 살펴보았다.
이하에서는 표 1 내지 표 3을 참조하여, 석탄회 또는 시멘트혼합 석탄회를 기반한 파일 표면도포제의 조제방법의 실험예에 대해 살펴보기로 한다.
실험예
표 1은 석탄회슬러리 조제종류별 건조피막의 특성을 나타냈고, 표 2는 석탄회를 기반물질로 한 실험조건의 피막특성, 표 3은 시멘트혼합 석탄회를 기반물질로 사용한 경우의 실험조건에 따른 건조피막의 특성을 비교하였다.
표 1을 참조하여, 석탄회슬러리 조제종류별 건조피막을 살펴본다.
Figure 112013501447289-pat00007
※ 장치 : Sieve(1.0mm-5mm)위에 시료석탄 350gr을 깊이5cm로 깔아 놓고 석탄회 Slurry를 조제한 후, 0.5cm표면도포 후 피막관찰
※ A : 중량 40% 석탄회슬러리(Fly Ash : 물 = 4 : 6)
B : (A + 5％ 알루미나계열 경화제) 석탄회슬러리 코팅
C : (A + 5％ 불소계열 경화제) 석탄회슬러리 코팅
D : A코팅건조 + 10％ 알루미나계열 경화제 표면살포
E : (A + 옥살산 10％첨가) 석탄회슬러리 코팅
F : A코팅건조 + (A + 옥살산 20％첨가) 용출액 표면살포
G : (A + CaO첨가) 20％ CaO 석탄회슬러리 코팅
H : (A + 5％알루미나계열 경화제 + 0.5％ A형 고분자응집제) 석탄회슬러리 코팅
I : (H + 0.5％ C형 고분자응집제)석탄회슬러리 코팅
※ 석탄회 Fly Ash조성 ; SiO2 57.7％, Al2O3 21.3, Fe2O3 9.15, CaO 3.36, MgO 1.31, Na2O 0.48, K2O 1.12, SO3 3.17, TiO2 1.20
※ 건조조건 : 실내상온건조
※ 특성비교 : 피막속도 : 건조까지 소요시간
피막경도 : 손가락으로 비벼 긁어지는 여부
물접촉 : 건조피막을 물이 넘쳐흐르는 비이커 속에 넣을 시 피막의 용탈여부
균열여부 : 피막층의 자연균열, 혹은 미세한 손힘으로 피막 파손여부
표 1에 도시된 시료 A 내지 시료 H는 동일한 종류의 석탄의 연소Fly Ash를 물과 1:1로 섞어 만든 슬러리를 기본으로 했으며, 여기에 무기성 및 유기성물질을 첨가하여 건조시킨 피막특성을 비교한 것이다.
건조피막의 특성을 간단한 비교한 결과, 무기성첨가제는 경화특성과 건조속도를 개선시키지만 물에 접촉시 거의 물에 녹아서 풀어지는 현상이 나타났다. 음이온성(A형) 고분자응집제를 주입한 시료는 건조시간이 다소 소요되나, 균열파열 및 피막경도가 우수하고, 물에 접촉시 풀어지는 현상은 없었지만 장시간 수류에 접촉시에는 피막이 풀어지는 현상이 있고, 흡수시 고무막 같은 탄성이 발생했지만 건조되면, 다시 견고한 원래의 피막으로 복귀되었다.
한편, C형 고분자응집제를 주입할 경우에는 혼합반응시 초기에는 점성의 석탄회슬러리가 되지만, 시간이 경과함에 따라 점성이 없어지고, 유동성의 슬러리상태에서 슬러리가 뭉쳐지며, 침강성의 슬러지상태로 변화된다. 이때, 수분이 상층에 분리 발생되며, 건조시간이 길다. 건조된 피막은 경도가 강하지 못하고, 물에 접촉시 주입농도에 따라 부분적으로 풀어지는 특징이 나타났다. 따라서, C형 고분자응집제를 사용할 경우는 피막건조시간이 오래 소요되고, 피막경도면에서 음이온성(A형)에 비해 효과가 낮다.
표 2는 석탄회만을 기반물질로 하여 음이온성(A형)고분자응집제와 황산을 첨가물질로 사용한 표면도포제 조제에서 그 주입율에 따른 피막특성을 살펴본다. 주입율은 고분자응집제의 경우, 생성된 석탄회슬러리 총량에 대한 투입된 음이온성(A형) 고분자응집제의 주입량의 비율무게％(고분자 응집제량/석탄회슬러리총량 x 100)이고, 황산의 경우 주입율은 음이온성(A형) 고분자응집제가 포함된 슬러리무게대비 황산의 무게％이다.
삭제
Figure 112013501447289-pat00008
※ 바탕 석탄회슬러리 : 30％ 석탄회슬러리(Fly Ash : 물 = 3 : 7)
※ 석탄회조성 : 표 1과 같음
실험장치는 표 1의 실험조건과 같고, 다만, 바탕 석탄회슬러리의 농도는 30％로 하는 것이 적절하다. 이는 슬러리농도가 너무 낮으면 건조시 피막이 얇아져서 파손되게 되고, 너무 높으면 고분자응집제와의 반응시 쉽게 뭉쳐져서 교반혼합이 어렵기 때문이다.
고분자응집제는 정수처리, 폐수처리용 및 슬러지 탈수용으로 사용되는데, 통상, 처리용액의 100ppm이하로 주입 사용한다. 상기 음이온성(A형) 고분자응집제만을 주입한 결과, 석탄슬러리는 0.01％에서도 젤라틴성의 점성을 나타냈다. 건조속도는 주입율이 낮을수록 낮지만, 대체로 상온 실내에서 5시간 정도가 지나면 견고한 피막이 형성된다. 다만, 물에 접촉시에도 풀어지지 않는 피막은 주입율이 0.3％이상에서 나타났다.
상기 고분자응집제를 사용하여 석탄회슬러리를 반응시킬 때는 반응온도와 균일한 혼합을 위한 교반이 중요하다. 슬러리의 반응온도는 너무 낮으면 슬러리가 굳어, 교반이 어려워 혼합반응이 불량하므로 20 내지 30℃이상으로 유지하는 것이 필요하다. 한편, 생성된 점성의 도포제는 유동화를 유지하고 및 경화되는 것을 방지하기위해 지속적인 교반혼합이 필요하다.
따라서, 음이온성(A형) 고분자응집제를 첨가한 석탄회슬러리의 도포방법는 석탄회슬러리를 단독 이용하여 도포제로 쓸 경우에 비해 피막이탈, 취약성, 균열, 물에 풀어짐 등을 방지하는 하나의 대안이 될 수 있고, 기존의 유기 표면경화제의 경우처럼 표면경화제만 소량 단독으로 사용함으로써 도포두께가 얇아 파손되어 문제, 여러번 살포해야 하는 번거로움을 피할 수 있다. 하지만 장시간 물에 노출시 피막이 용해되어 탈피되는 문제가 있어, 이에, 부가하여 황산을 슬러리의 0.1중량％ 주입할 경우, 도포제의 건조피막은 장시간 수류에서도 안정성을 보였다. 황산의 주입량이 많으면 점성의 도포제에서 탈수되어 물이 분리되어 피막의 건조시간도 오래 걸리고, 피막신뢰도도 오히려 낮아지게 되는데, 음이온성(A형) 고분자응집제의 주입중량대비 20 내지 30중량％로 주입함이 적절하다.
표 3은 시멘트혼합 석탄회를 기반물질로 사용하여 조제된 파일도포제의 피막특성에 관한 실험예이다.
Figure 112013501447289-pat00009
※ 석탄회조성 : 표 1과 같음
※ 시멘트혼합율％ : 시멘트혼합 석탄회중 시멘트함유 무게％
※ 음이온성(A형) 고분자응집제 주입율(％) : 시멘트혼합 석탄회슬러리 총량대비 음이온성(A형)고분자응집제 중량％
시멘트는 콘크리트 및 몰타르 제조를 위해 무기결합제로 대표적인 물질이지만, 저탄파일 표면경화제로 단독 적용하기에는 강경화성, 유동성저하로 균일살포애로, 비용고가 등으로 실제 사용이 기피되고 있다.
본 발명은 시멘트혼합 석탄회를 기반물질로 함으로써 슬러리형 표면도포제를 만들 때, 시멘트의 경화성과 석탄회(Fly Ash)의 유동성이점을 합하여 저탄파일의 이상적인 표면도포제를 조제하고자 한 것이다. 슬러리는 함수율 30-35중량％가 되도록 유지하는데, 실험결과, 피막은 시멘트혼합비가 높을수록 강고하지만 시멘트혼합 석탄회중에서 시멘트의 혼합이 9중량％ 부근에서부터 피막강도, 균열 및 물에 대해서도 매우 양호한 도포제가 생성되는 것으로 나타났다. 건조속도는 1시간 내외로 조기 건조되었고, 사용후 제품은 대기중 방치시 경화되어 재사용이 불가하였는데, 9중량％에서부터 그 경향이 나타난다.
따라서 본 발명은 제품의 조기건조를 지연시키고, 과경화에 의한 장치운전장애를 해소하고자 하였다. 이를 위하여 상기 슬러리형 상태에서 음이온성(A형) 고분자 응집제를 부가 첨가하여 점성의 표면도포제를 생성하였다. 이때, 음이온성(A형) 고분자응집제의 탈수팽윤효과에 따라 물을 더욱 가하여 음이온성(A형) 고분자응집제가 포함된 시멘트혼합 슬러리의 함수율이 36％ 내지 42중량％가 되도록 하고 교반하도록 한다. 실험결과, 이때 생성된 도포제는 역시, 점성으로 건조속도는 3.5 내지 4시간으로 지연되었고, 건조피막은 강도, 균열여부 및 물에 대해서 매우 양호한 결과가 나타났다.
위에 설명된 예시적인 실험예는 제한적이기보다는 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서, 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 석탄파일 표면도포제를 조제하는 방법에 있어서,
    석탄발전소 석탄회 또는 시멘트가 혼합된 석탄회기반물질에 물을 넣어 만든 석탄회 슬러리에 음이온성(A형) 고분자응집제를 넣고 급속교반을 하여 점성의 물질을 생성하는 단계(a단계),
    상기(a)단계에서의 점성의 물질에 황산을 주입하여 교반함으로써 점성의 파일 표면도포제를 생성하는 단계(b단계)로 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트혼합 석탄발전소 석탄회를 기반으로 한 파일 표면도포제의 조제방법.
  3. 청구항 2항에 있어서,
    (a)단계의 음이온성(A형) 고분자응집제 주입율은 석탄회 슬러리대비 0.1내지 0.5중량％이고,
    (b)단계의 황산의 주입율은 음이온성(A형) 고분자응집제 주입량대비 20내지 30％중량이고,
    (a)단계의 석탄회 슬러리는 그 함수율이 30 내지 35중량％이고, 시멘트가 혼합된 석탄회기반물질의 슬러리에 음이온성(A형) 고분자응집제를 넣어 조제한 석탄회 슬러리는 그 함수율이 36 내지 42중량％가 되도록 한 것을 특징으로 하는 시멘트혼합 석탄발전소 석탄회를 기반으로 한 파일 표면도포제의 조제방법.
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