KR101439079B1 - Cement admixture having magnesium smelting slag, method of manufacturing the same, and cement having the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method of manufacturing a cement admixture having magnesium smelting slag, through which the magnesium smelting slag can be recycled. The method of manufacturing a cement admixture having magnesium smelting slag according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: forming magnesium molten metal by smelting magnesium from a magnesium material; separating magnesium smelting slag from the magnesium molten metal; and forming a β-C2S crystal phase by rapidly cooling the magnesium smelting slag.

Description

마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재, 그 제조 방법, 및 그를 포함하는 시멘트{Cement admixture having magnesium smelting slag, method of manufacturing the same, and cement having the same}Cement admixture having magnesium smelting slag, method of manufacturing the same, and cement including the same,

본 발명의 기술적 사상은 시멘트 혼화재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재, 그 제조 방법, 및 그를 포함하는 시멘트에 관한 것이다.Technical aspects of the present invention relate to a cement admixture, and more particularly, to a cement admixture including a magnesium smelting slag, a method for producing the same, and a cement containing the same.

산업에서 마그네슘은 알루미늄과 합금화하여 이용하고 있으며, 순수 마그네슘을 얻기 위한 마그네슘 제련 공정은 일반적으로 피젼(Pidgeon) 공정을 통하여 수행된다. 상기 피젼 공정은 돌로마이트(Dolomite, (Ca, Mg)CO3)를 주 원료로 페로 실리콘(FeSi) 또는 형석(CaF2) 등과 같은 환원제를 첨가하고, 약 1200℃ 온도에서 환원 처리하여 순수 마그네슘을 얻는다. 기타 잔류 성분은 슬래그(slag)로 남게 된다. 이러한 슬래그는 원료 투입량의 90% 이상을 차지하여 폐기물로 처리하기에 막대한 비용이 소비된다. 따라서, 상기 슬래그를 산업용 원료로서 재사용하는 방법이 요구된다.In the industry, magnesium is alloyed with aluminum, and the magnesium smelting process for obtaining pure magnesium is generally performed through a Pidgeon process. In the lithography process, a reducing agent such as ferrosilicon (FeSi) or fluorite (CaF 2 ) is added as a main raw material of dolomite (Ca, Mg) CO 3 and the mixture is reduced at a temperature of about 1200 ° C to obtain pure magnesium . Other residual components are left as slag. Such slag accounts for more than 90% of the raw material input, and it is very expensive to be treated as waste. Therefore, a method of reusing the slag as an industrial raw material is required.

마그네슘 제련 슬래그의 조성은 시멘트 회사에서 사용되는 출발원료 조성과 매우 유사하여 시멘트 원료로서 사용할 수 있다. 그러나, 더 경제적인 방법으로, 시멘트 원료인 클링커에 혼합하는 시멘트 혼화재로서 사용하는 것이다. 이와 같이 슬래그를 시멘트 혼화재로서 사용하는 방법은 주로 철을 생산하는 제선 및 제강 공정에서 발생한 철강 슬래그를 이용하여 왔다. 그러나, 마그네슘 제련 후 발생한 슬래그를 이용하여 시멘트 혼화재를 제조하는 기술은 개발되어 있지 않다.The composition of the magnesium smelting slag is very similar to that of the starting material used in cement companies and can be used as a raw material for cement. However, in a more economical way, it is used as a cement admixture to be mixed with a clinker which is a cement raw material. As such, the method of using slag as a cement admixture has mainly used steel slag generated in a steel making and steelmaking process. However, a technique for producing a cement admixture using slag after magnesium smelting has not been developed.

마그네슘 제련이 완료된 후 생성된 마그네슘 제련 슬래그를 전기로에서 서냉하면, 상기 마그네슘 제련 슬래그는 물과 반응성이 없는 결정상을 형성하게 되므로, 그 자체로는 시멘트 혼화재로서 사용할 수 없는 한계가 있다.When the magnesium smelting slag produced after the completion of magnesium smelting is gradually cooled in an electric furnace, the magnesium smelting slag forms a crystalline phase which is not reactive with water, and thus can not be used as a cement admixture itself.

1. 한국등록특허 제10-1116346호1. Korean Patent No. 10-1116346 2. 한국등록특허 제10-1129393호2. Korean Patent No. 10-1129393

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 마그네슘 제련 슬래그의 자원 재활용을 달성할 수 있는 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법을 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a method for producing a cement admixture comprising magnesium smelting slag capable of achieving resource recycling of magnesium smelting slag.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 제조 방법에 따라 형성된 마그네슘 제련 슬래그로 구성된 시멘트 혼화재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another technical object of the present invention is to provide a method for manufacturing a cement admixture composed of magnesium smelting slag formed according to the above production method.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 마그네슘 제련 슬래그로 구성된 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cement comprising a cement admixture composed of the magnesium smelting slag.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법은, 마그네슘 원료로부터 마그네슘을 제련하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계; 상기 마그네슘 용탕으로부터 마그네슘 제련 슬래그를 분리하는 단계; 및 상기 마그네슘 제련 슬래그를 급속 냉각하여 β-C2S 결정상을 형성하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a cement admixture including a magnesium smelting slag, the method including: forming a magnesium melt by smelting magnesium from a magnesium raw material; Separating the magnesium smelting slag from the magnesium molten metal; And rapidly cooling the magnesium smelting slag to form a β-C 2 S crystal phase.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 마그네슘 원료로부터 마그네슘을 제련하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계는, 1 Torr 내지 10 Torr 범위의 진공 하에서 1180℃ 내지 1230℃ 범위의 온도에서 수행되는, 마그네슘 제련 슬래그를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the step of smelting magnesium from the magnesium feedstock to form a magnesium melt comprises heating the magnesium smelting slag < RTI ID = 0.0 > . ≪ / RTI >

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 마그네슘 제련 슬래그를 급속 냉각하여 β-C2S 결정상을 형성하는 단계는, 상기 마그네슘 제련 슬래그를 냉각 공기 또는 냉각수를 이용하여 급속 냉각하여 수행될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the step of rapidly cooling the magnesium smelting slag to form the β-C 2 S crystal phase may be performed by rapidly cooling the magnesium smelting slag with cooling air or cooling water.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 마그네슘 제련 슬래그는 50 wt% 내지 60 wt%의 CaO, 30 wt% 내지 40 wt%의 SiO2, 1 wt% 내지 5 wt%의 Al2O3, 1 wt% 내지 5 wt%의 Fe2O3, 및 2 wt% 내지 6 wt%의 MgO 를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the magnesium smelting slag comprises 50 wt% to 60 wt% of CaO, 30 wt% to 40 wt% of SiO 2 , 1 wt% to 5 wt% of Al 2 O 3 , 1 wt% to 5 wt% Fe 2 O 3 , and 2 wt% to 6 wt% MgO.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재는 상술한 방법을 이용하여 제조된다.In order to accomplish the above object, the cement admixture including magnesium smelting slag according to the technical idea of the present invention is manufactured by the above-described method.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 시멘트는, 상술한 시멘트 혼화재로서, 1 wt% 내지 50 wt% 범위로 포함되는 상기 시멘트 혼화재; 석고; 및 클링커;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cement comprising the cement admixture, wherein the cement admixture comprises 1 wt% to 50 wt% of the cement admixture. gypsum; And a clinker.

본 발명의 기술적 사상에 따른 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법은 마그네슘 제련 공정에서 발생되는 마그네슘 제련 슬래그를 급속 냉각하여 수화 반응성이 없는 γ-C2S 결정상을 대신하여, 수화 반응성을 가지는 β-C2S 결정상을 형성함으로써, 산업 폐기물인 마그네슘 제련 슬래그를 시멘트 혼합재로 사용할 수 있다. 이에 따라, 자원의 재활용 및 고부가가치화를 구현할 수 있다.The method for producing a cement admixture containing magnesium smelting slag according to the technical idea of the present invention is characterized in that magnesium smelting slag generated in the magnesium smelting process is rapidly cooled to replace the γ-C 2 S crystal phase having no hydration reactivity, By forming a β-C 2 S crystal phase, magnesium smelting slag, an industrial waste, can be used as a cement admixture. As a result, resources can be recycled and high added value can be realized.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above are exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 X-선 회절 패턴들이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 수화 반응성을 나타내는 X-선 회절 패턴이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 수화 반응 후의 미세구조를 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트의 초기 응결 시간을 나타내는 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a cement admixture including a magnesium smelting slag according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is X-ray diffraction patterns of a cement admixture including magnesium smelting slag produced according to an embodiment of the present invention.
3 is an X-ray diffraction pattern showing hydration reactivity of a cement admixture including magnesium smelting slag produced according to an embodiment of the present invention.
4 is a scanning electron micrograph showing the microstructure of the cement admixture containing magnesium smelting slag produced according to an embodiment of the present invention after hydration.
5 is a graph showing an initial setting time of cement including a cement admixture containing magnesium smelting slag produced according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.

본 명세서에서, C2S는 "규산이석회(2CaOSiO2)"를 지칭하고, C3S는 "규산삼석회(3CaOSiO2)"를 지칭하며, 상기 표기 방법은 시멘트 기술 분야에서는 통상적임에 유의한다.In the present specification, C 2 S refers to "silicic acid lime (2CaOSiO 2 )" and C 3 S refers to "3CaOSiO 2 ", and the notation is common in the cement technology field do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.1 is a flowchart showing a method (S100) for producing a cement admixture including a magnesium smelting slag according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법(S100)은, 마그네슘 원료로부터 마그네슘을 제련하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계(S110), 상기 마그네슘 용탕으로부터 마그네슘 제련 슬래그를 분리하는 단계(S120), 및 상기 마그네슘 제련 슬래그를 급속 냉각하여 β-C2S 결정상을 형성하는 단계(S130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method (S100) for producing a cement admixture including a magnesium smelting slag comprises the steps of forming a magnesium melt by smelting magnesium from a magnesium source (S110), separating the magnesium smelting slag from the magnesium melt (S120), and rapidly cooling the magnesium smelting slag to form a β-C 2 S crystal phase (S 130).

상기 마그네슘 원료로부터 마그네슘을 제련하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계(S110)에서는, 돌로마이트와 같은 마그네슘 광석 또는 마그네슘 스크랩 등의 마그네슘 원료를 전기로에서 투입한 후 가열 및 환원 처리하여 상기 마그네슘 용탕을 형성한다. 상기 마그네슘 용탕을 형성하는 단계(S110)는 예를 들어 약 1 Torr 내지 약 10 Torr 범위의 진공 하에서 수행될 수 있고, 예를 들어 약 1150℃ 내지 약 1250℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 마그네슘의 환원을 위하여 페로 실리콘(FeSi) 또는 형석(CaF2)과 같은 환원제가 상기 전기로에 투입될 수 있다.In step S110 of forming a magnesium melt by smelting magnesium from the magnesium raw material, a magnesium raw material such as magnesium ore such as dolomite or magnesium scrap is charged in an electric furnace and then heated and reduced to form the magnesium melt. The step S110 of forming the magnesium molten metal may be performed under a vacuum of, for example, in the range of about 1 Torr to about 10 Torr, and may be performed at a temperature in the range of, for example, about 1150 ° C to about 1250 ° C. A reducing agent such as ferrosilicon (FeSi) or fluorite (CaF 2 ) may be added to the electric furnace for the reduction of magnesium.

상기 마그네슘 원료는 상기 전기로에 투입된 후 상기 환원제와 환원 반응하여 상기 마그네슘 용탕을 형성한다. 상기 마그네슘 용탕은 순수 마그네슘과 마그네슘 제련 슬래그를 포함한다. 상기 전기로는 수직형일 수 있고, 이러한 경우에는 상기 순수 마그네슘은 상기 전기로의 상부로 부유하여 크라운을 형성하고, 상기 마그네슘 제련 슬래그는 상기 전기로의 하측에 가라앉는다.The magnesium source is charged into the electric furnace and then reduced with the reducing agent to form the magnesium melt. The magnesium molten metal includes pure magnesium and magnesium smelting slag. The electric furnace may be vertical, and in this case, the pure magnesium floats on top of the electric furnace to form a crown, and the magnesium smelting slag sinks to the lower side of the electric furnace.

상기 마그네슘 용탕으로부터 마그네슘 제련 슬래그를 분리하는 단계(S120)에서는, 상기 전기로의 하측에 가라앉은 상기 마그네슘 제련 슬래그를 상기 전기로에서 출탕하여 상기 용탕으로부터 상기 마그네슘 제련 슬래그를 분리한다. In the step (S120) of separating the magnesium smelting slag from the magnesium molten metal, the magnesium smelting slag settled on the lower side of the electric furnace is tapped in the electric furnace to separate the magnesium smelting slag from the molten metal.

상기 마그네슘 제련 슬래그를 급속 냉각하여 β-C2S 결정상을 형성하는 단계(S130)는, 상기 용탕으로부터 분리된 상기 마그네슘 제련 슬래그를 냉각 공기 또는 냉각수를 이용하여 급속 냉각한다.The step of rapidly cooling the magnesium smelting slag (S130) to form a β-C 2 S crystal phase rapidly cools the magnesium smelting slag separated from the molten metal by using cooling air or cooling water.

상기 냉각 공기 또는 냉각수는 약 0℃ 내지 약 100℃ 범위의 온도를 가질 수 있다. 상기 냉각 공기 또는 냉각수는 상기 용탕으로부터 출탕되는 상기 마그네슘 제련 슬래그에 직접 분사하여 상기 마그네슘 제련 슬래그를 냉각시킬 수 있다. 이러한 냉각에 의하여, 수화 반응성을 가지는 β-C2S 결정상을 형성할 수 있다. 반면, 상기 마그네슘 제련 슬래그를 노냉하거나 서냉하는 경우에는, 수화 반응성이 없는 γ-C2S 결정상이 형성됨에 유의한다.The cooling air or cooling water may have a temperature ranging from about 0 ° C to about 100 ° C. The cooling air or cooling water may be directly sprayed from the molten magnesium to the magnesium smelting slag to cool the magnesium smelting slag. By this cooling, a β-C 2 S crystal phase having hydration reactivity can be formed. On the other hand, when the magnesium smelting slag is subjected to the cooling or gradual cooling, it is noted that a γ-C 2 S crystal phase having no hydration reactivity is formed.

상기 마그네슘 제련 슬래그는 칼슘 산화물(CaO) 및 실리콘 산화물(SiO2)를 주로 포함하고 있고, 예를 들어 약 50 wt% 내지 약 60 wt%의 CaO, 약 30 wt% 내지 약 40 wt%의 SiO2, 약 1 wt% 내지 약 5 wt%의 Al2O3, 약 1 wt% 내지 약 5 wt%의 Fe2O3, 및 약 2 wt% 내지 약 6 wt%의 MgO를 포함할 수 있다. 상술한 방법에 따라 상기 마그네슘 제련 슬래그는 수화 반응성을 가지는 β-C2S 결정상을 가질 수 있다. 상기 마그네슘 제련 슬래그는 분말, 펠렛 등의 형상을 가질 수 있다.The magnesium smelting slag mainly comprises calcium oxide (CaO) and silicon oxide (SiO 2 ), for example, about 50 wt% to about 60 wt% CaO, about 30 wt% to about 40 wt% SiO 2 , From about 1 wt% to about 5 wt% Al 2 O 3 , from about 1 wt% to about 5 wt% Fe 2 O 3 , and from about 2 wt% to about 6 wt% MgO. According to the above-described method, the magnesium smelting slag may have a β-C 2 S crystal phase having hydration reactivity. The magnesium smelting slag may have a shape such as powder or pellet.

상기 마그네슘 제련 슬래그는 시멘트 원료로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 β-C2S 결정상을 가지는 상기 마그네슘 제련 슬래그로 구성된 시멘트 혼화재, 석고 및 클링커(clinker)를 혼합하여 미세 분쇄함으로써 시멘트를 제조할 수 있다. 상기 마그네슘 제련 슬래그는 상기 시멘트에 약 1 wt% 내지 약 50 wt% 범위로 포함될 수 있다. 상기 석고는 상기 시멘트에 약 1 wt% 내지 약 5 wt% 범위로 포함될 수 있다. 상기 클링커는 상기 시멘트의 잔부를 구성할 수 있다. 또는 상기 시멘트는, 필요한 경우 통상적인 첨가제(admixture)를 더 포함할 수 있다.The magnesium smelting slag may be used as a raw material for cement. For example, the cement can be produced by mixing the cement admixture composed of the magnesium smelting slag having the β-C 2 S crystal phase, the gypsum and the clinker, and finely crushing the mixture. The magnesium smelting slag may be included in the cement in the range of about 1 wt% to about 50 wt%. The gypsum may be included in the cement in the range of about 1 wt% to about 5 wt%. The clinker may constitute the remainder of the cement. Or the cement may further comprise conventional admixtures, if desired.

상기 시멘트는 다양한 성분 및 조성을 가지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트를 구성하는 성분 및 조성을 가지는 클링커, 석고, 및/또는 첨가제의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 포틀랜드 시멘트는 주성분으로서, CaO, SiO2, Al2O3, 및 Fe2O3 등을 포함한다. 이러한 포틀랜드 시멘트를 형성하기 위한 클링커는규산삼석회(3CaOSiO2), 규산이석회(2CaOSiO2), 알루민산삼석회(3CaOAl2O3) 및 철화합물(4CaOAl2O3Fe2O3) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 규산삼석회(3CaOSiO2)를 주로 포함하는 고용체를 앨라이트(alite)로 지칭하고, 규산이석회(2CaOSiO2) 중 β 결정상을 주로 포함하는 고용체를 벨라이트(belite)라 지칭한다. 이러한 포틀랜드 시멘트는, 1종 보통 시멘트, 2종 중용열 시멘트, 3종 조강 시멘트, 4종 저열 시멘트, 및 5종 내황산염시멘트 등을 포함할 수 있다.The cement can be designed to have various components and compositions. For example, the cement may have a proportion of clinker, gypsum, and / or additive having the components and compositions that make up the Portland cement. For example, Portland cement contains CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , and Fe 2 O 3 as main components. The clinker for forming the portland cement is composed of 3CaOSiO 2 , 2CaOSiO 2 , 3CaOAl 2 O 3 and 4CaOAl 2 O 3 Fe 2 O 3 . . For example, a solid solution mainly containing quartz gypsum lime (3CaOSiO 2 ) is referred to as alite, and a solid solution mainly containing b crystal phase of lime (2CaOSiO 2 ) is referred to as belite . Such Portland cement may include one kind of ordinary cement, two kinds of medium heat cement, three kinds of crude steel cement, four kinds of low temperature cement, and five kinds of sulphate cement.

그러나 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 시멘트는 하기와 같은 시멘트를 구성하는 성분 및 조성을 가지는 클링커, 석고, 및/또는 첨가제의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 고로 슬래그 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 및 포틀랜드 포졸란 시멘트 등과 같은 혼합 시멘트, 또는, 백색 포틀랜드 시멘트, 단열 시멘트, 팽창성 수경 시멘트, 메이슨리 시멘트, 초조강 시멘트, 초속경 시멘트, 알루미나 시멘트, 방통 시멘트, 유정 시멘트 등과 같은 특수 시멘트가 적용될 수 있다.However, this is exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, the cement may have a ratio of clinker, gypsum, and / or additive having the components and compositions that make up the cement as follows. For example, mixed cement such as blast-furnace slag cement, fly ash cement, and Portland pozzolan cement, or mixed cement such as white portland cement, adiabatic cement, inflatable hydraulic cement, masonry cement, Special cements such as cement, oil well cement and the like can be applied.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 X-선 회절 패턴들이다. 도 2에서 (a)는 비교예로서 서냉 처리한 마그네슘 제련 슬래그의 X-선 회절 패턴이고, (b)는 실시예로서 1200℃에서 제련한 후 급냉 처리한 마그네슘 제련 슬래그의 X-선 회절 패턴이다.FIG. 2 is X-ray diffraction patterns of a cement admixture including magnesium smelting slag produced according to an embodiment of the present invention. 2 (a) is an X-ray diffraction pattern of a magnesium smelting slag subjected to a slow cooling treatment as a comparative example, and FIG. 2 (b) is an X-ray diffraction pattern of a magnesium smelting slag obtained by smelting at 1200 deg. .

도 2를 참조하면, 서냉된 마그네슘 제련 슬래그는 수화 반응하지 않는 γ-C2S 결정상을 포함하고, 수화 반응성을 가지는 β-C2S 결정상은 포함하지 않는다. 상기 서냉된 마그네슘 제련 슬래그의 화학 조성은 급냉 처리한 마그네슘 제련 슬래그와 동일할 수 있다. 반면, 급냉 처리한 마그네슘 제련 슬래그는 수화 반응성을 가지는 β-C2S 결정상을 포함한다.2, the slowly cooled magnesium smelting slag contains a γ-C 2 S crystal phase which does not react with hydration, and does not include a β-C 2 S crystal phase having hydration reactivity. The chemical composition of the slowly cooled magnesium smelting slag may be the same as that of the quenched magnesium smelting slag. On the other hand, the magnesium smelting slag subjected to the quenching treatment contains a β-C 2 S crystal phase having hydration reactivity.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 수화 반응성을 나타내는 X-선 회절 패턴이다.3 is an X-ray diffraction pattern showing hydration reactivity of a cement admixture including magnesium smelting slag produced according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 시멘트 혼화재를 클링커 및 석고와 혼합한 혼합물을 형성한 후 물과 반응하였다. 상기 혼합물은 수화반응에 의하여 형성되는 Ca(OH)2 결정상 피크를 나타내었다. 따라서, 상기 시멘트 혼화재는 수화 반응성을 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, the cement admixture was mixed with clinker and gypsum to form a mixture and then reacted with water. The mixture exhibited a Ca (OH) 2 crystal phase peak formed by hydration reaction. Therefore, it can be confirmed that the cement admixture has hydration reactivity.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 수화 반응 후의 미세구조를 나타내는 주사전자현미경 사진이다.4 is a scanning electron micrograph showing the microstructure of the cement admixture containing magnesium smelting slag produced according to an embodiment of the present invention after hydration.

도 4를 참조하면, 수화 반응 처리 후 3일 후의 미세 구조 사진으로서, 수화 반응에 의하여 형성된 침상 구조의 반응물이 발견되었다. 상기 침상 구조의 반응물은 통상적인 시멘트 수화반응에서 나타나는 반응물과 동일하였다.Referring to FIG. 4, a reaction product of acicular structure formed by hydration reaction was found as a microstructure photograph 3 days after the hydration reaction treatment. The reactants in the needle-like structure were the same as the reactants in a typical cement hydration reaction.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재를 포함하는 시멘트의 초기 응결 시간을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing an initial setting time of cement including a cement admixture containing magnesium smelting slag produced according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 시멘트는 본 발명의 실시예에 따른 시멘트 혼화재와 클링커, 석고를 혼합하여 제조하였다. 상기 시멘트는 0 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 및 50 wt%로 상기 시멘트 혼화재의 함량을 변화시켰고, 석고는 3 wt%, 잔부는 클링커를 포함하도록 구성하였다. 상기 시멘트 혼화재의 함량이 증가됨에 따라 초기 응결 시간(initial setting time)은 증가하였다. 이는 상기 시멘트 혼화재의 함량이 증가됨에 따라 C3S에 비하여 느린 응결시간을 가지는 β-C2S 결정상의 양이 증가되기 때문이다.Referring to FIG. 5, the cement was prepared by mixing a cement admixture, a clinker and a gypsum according to an embodiment of the present invention. The cement content was changed to 0 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, and 50 wt%, the content of the cement admixture was 3 wt%, and the remainder was composed of clinker Respectively. As the content of the cement admixture was increased, the initial setting time increased. This is because as the content of the cement admixture is increased, the amount of the β-C 2 S crystal phase having a slower coagulation time is increased as compared with C 3 S.

상술한 바와 같이, 급냉 처리된 마그네슘 제련 슬래그를 시멘트 혼화재로서 사용하는 것은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 급냉 처리된 마그네슘 제련 슬래그를 시멘트 원료로서 사용하는 경우, 예를 들어 클링커를 제조하는 원료로서 사용하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 또한, 노냉 처리되거나 서냉 처리된 마그네슘 제련 슬래그를 시멘트 원료로서 사용하는 경우, 예를 들어 클링커를 제조하는 원료로서 사용하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.As described above, the use of the quenched magnesium smelting slag as the cement admixture is exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, when the quenched magnesium smelting slag is used as a raw material for cement, for example, as a raw material for producing a clinker, the technical idea of the present invention is also included. The technical idea of the present invention also encompasses the case where magnesium-smelting slag subjected to heat treatment or slow cooling is used as a raw material for cement, for example, as a raw material for producing clinker.

본 발명의 기술적 사상에 따른 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법은 마그네슘 제련 공정에서 발생되는 마그네슘 제련 슬래그를 급속 냉각하여 수화 반응성이 없는 γ-C2S 결정상을 대신하여, 수화 반응성을 가지는 β-C2S 결정상을 형성함으로써, 산업 폐기물인 마그네슘 제련 슬래그를 시멘트 혼합재로 사용할 수 있다. 이에 따라, 자원의 재활용 및 고부가가치화를 구현할 수 있다.The method for producing a cement admixture containing magnesium smelting slag according to the technical idea of the present invention is characterized in that magnesium smelting slag generated in the magnesium smelting process is rapidly cooled to replace the γ-C 2 S crystal phase having no hydration reactivity, By forming a β-C 2 S crystal phase, magnesium smelting slag, an industrial waste, can be used as a cement admixture. As a result, resources can be recycled and high added value can be realized.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

Claims (6)

마그네슘 원료로부터 마그네슘을 제련하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계;
상기 마그네슘 용탕으로부터 마그네슘 제련 슬래그를 분리하는 단계; 및
상기 마그네슘 제련 슬래그를 급속 냉각하여 β-C2S 결정상을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 마그네슘 원료로부터 마그네슘을 제련하여 마그네슘 용탕을 형성하는 단계는, 1 Torr 내지 10 Torr 범위의 진공 하에서 1180℃ 내지 1230℃ 범위의 온도에서 수행되고,
상기 마그네슘 제련 슬래그를 급속 냉각하여 β-C2S 결정상을 형성하는 단계는, 상기 마그네슘 제련 슬래그를 0℃ 내지 100℃ 범위의 온도를 가지는 냉각 공기 또는 냉각수를 직접 분사함으로써 급속 냉각하여 수행되고,
상기 마그네슘 제련 슬래그는 50 wt% 내지 60 wt%의 CaO, 30 wt% 내지 40 wt%의 SiO2, 1 wt% 내지 5 wt%의 Al2O3, 1 wt% 내지 5 wt%의 Fe2O3, 및 2 wt% 내지 6 wt%의 MgO 를 포함하는, 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재의 제조 방법.
Smelting magnesium from a magnesium raw material to form a magnesium molten metal;
Separating the magnesium smelting slag from the magnesium molten metal; And
Rapidly cooling the magnesium smelting slag to form a β-C 2 S crystal phase;
Lt; / RTI >
The step of smelting magnesium from the magnesium source to form the magnesium melt is performed at a temperature in the range of from 1180 ° C to 1230 ° C under vacuum ranging from 1 Torr to 10 Torr,
The step of rapidly cooling the magnesium smelting slag to form a β-C 2 S crystal phase is performed by rapidly cooling the magnesium smelting slag by directly injecting cooling air or cooling water having a temperature in a range of 0 ° C. to 100 ° C.,
The magnesium smelting slag comprises 50 wt% to 60 wt% of CaO, 30 wt% to 40 wt% of SiO 2 , 1 wt% to 5 wt% of Al 2 O 3 , 1 wt% to 5 wt% of Fe 2 O 3 , and 2 wt% to 6 wt% MgO, based on the total weight of the magnesium smelting slag.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항의 방법을 이용하여 제조한 마그네슘 제련 슬래그를 포함하는 시멘트 혼화재.A cement admixture comprising magnesium smelting slag produced by the method of claim 1. 제 5 항의 시멘트 혼화재로서, 1 wt% 내지 50 wt% 범위로 포함되는 상기 시멘트 혼화재;
석고; 및
클링커;
를 포함하는, 시멘트.
The cement admixture according to claim 5, wherein the cement admixture is contained in an amount of 1 wt% to 50 wt%;
gypsum; And
Clinker;
The cement.
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