KR102654369B1 - 산업부산물을 이용한 경화체 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업부산물을 이용한 경화체 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 황산을 이용한 리튬 추출 공정에서 발생하는 산성의 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 배출 상태 그대로를 페트로 코크스 탈황석고와 혼합함으로써 함수율을 저감시키고 pH를 9∼12.5로 알칼리성으로 조절된 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물이 고로슬래그 미분말의 알칼리 및 황산염 복합 자극제로 활용되어 강도가 발현된 경화체를 제공할 수 있다.
본 발명은 황산을 이용한 리튬 추출 공정에서 발생하는 산성의 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 배출 상태 그대로를 페트로 코크스 탈황석고와 혼합함으로써 함수율을 저감시키고 pH를 9∼12.5로 알칼리성으로 조절된 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물이 고로슬래그 미분말의 알칼리 및 황산염 복합 자극제로 활용되어 강도가 발현된 경화체를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 산업부산물을 이용한 경화체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황산을 이용한 리튬 추출 공정에서 발생하는 산성의 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 배출 상태 그대로를 페트로 코크스 탈황석고와 혼합함으로써 함수율을 저감시키고 pH를 9∼12.5로 알칼리성으로 조절된 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물이 고로슬래그 미분말의 알칼리 및 황산염 복합 자극제로 활용되어 강도가 발현된 산업부산물을 이용한 경화체 조성물에 관한 것이다.
리튬은 이차전지용 소재로, 하이브리드 및 전기 자동차의 동력원으로 그 중요성이 최근 대두되고 있으며, 향후 시장 규모는 현재 대비 100배 이상 성장할 것으로 예상되고 있다.
리튬 광석 내 리튬은 약 2∼3% 정도 함유되어 있어, 리튬 추출 후 상당량의 맥석(脈石)이 남게 된다. 예를 들어, 리튬 광석 100만톤을 취급하여 이로부터 2∼3%의 리튬을 추출하고 나면, 잔여 부산물은 97∼98만톤이 남게 된다.
그럼에도 불구하고 국내외 기술로 리튬 정광(精鑛)으로부터 리튬을 추출하는 기술 개발은 활발하나, 리튬 추출 후 부산물을 재활용하기 위한 연구 사례는 미흡한 실정이다.
따라서 리튬 추출 후 부산물을 재활용할 수 있는 효과적인 방법이 제공된다면, 관련 분야에서 경제적 효과를 극대화할 수 있고 더불어 산업부산물을 이용한 순환자원으로의 가치를 높일 수 있다.
종래의 리튬 추출 후 부산물의 재활용 방안으로서, 특허문헌 1은 기존 시멘트를 대체하여 리튬 잔사를 사용한 무시멘트계 결합재가 개시되어 있다.
그러나, 상기 발명에서 리튬 잔사 및 알카리 자극제를 포함하는 무시멘트계 결합재 조성물에 있어서, pH가 산성인 리튬 잔사를 수세 처리하여 pH를 중성 범위로 조절한 후 이를 건조, 분쇄 및 분급 등의 전처리하고, 상기 리튬 잔사 입도를 0.075㎜ 이하로 조절한 후 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘 등의 알카리 자극제와 혼합하는 공정으로 수행됨으로써, 전처리공정에 따른 비용 증가로 인해 산업부산물의 재활용에 따른 경제적 절감의 효과와는 상충된다.
특허문헌 2에서는 리튬 추출 공정 부산물을 이용한 포졸란 시멘트 조성물에 관한 발명으로서, 리튬 추출 공정에서 발생하는 알루미노실리케이트 화합물(Al-Si-O)을 포함하는 부산물을 건조하는 단계; 상기 건조된 부산물을 분말화하는 단계; 상기 분말화된 부산물을 규사 분말, 실리카퓸 또는 이들의 혼합물과 혼합하여 실리카질 혼합재를 제조하는 단계; 및 상기 실리카질 혼합재를 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement)와 중량비로 3:7 내지 1:9로 혼합하는 단계;를 포함하여 포졸란 시멘트 조성물을 완성한다.
상기 발명 역시 리튬 추출 공정 후 건조, 분말화 공정을 포함하고 있는데, 리튬 추출 후 부산물의 경우, 습식 공정을 거쳐 함수율이 25 내지 35%일 수 있으므로, 함수율 3% 이하가 되도록 건조하는 단계 수행이 필수적이며, 이후 상기 건조된 부산물을 분말화 단계를 포함하고 있어, 여전히 리튬 추출 공정 후 다단계의 전처리공정이 수행된다.
이에, 본 발명자들은 종래 리튬 추출 부산물을 수세, 중화, 건조, 분쇄 및 분급 등의 복잡한 전처리 공정을 거쳐 재활용 비용이 상승되는 문제점을 해소하기 위하여 노력한 결과, 배출 상태 그대로의 리튬 추출 부산물의 함수율과 산성 특성을 전처리공정없이, 페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 배출되는 CaO 함량 40∼70% 및 SO3 함량 20∼35중량%를 포함한 페트로 코크스 탈황석고를 혼합하여 함수율을 저감시키고 pH를 9∼12.5의 알칼리성으로 조절된 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물이 고로슬래그 미분말의 알칼리 및 황산염 복합 자극제로 활용되어 강도 발현을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 대량 활용한, 산업부산물을 이용한 경화체 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황산을 이용한 리튬 추출 공정에서 배출 상태 그대로 사용된 산성의 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 배출되는 페트로 코크스 탈황석고를 혼합하여 알칼리성으로 조절된 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 10∼300 중량부 및 물 10∼300 중량부를 포함한 산업부산물을 이용한 경화체 조성물을 제공한다.
상기 배출 상태 그대로 사용된 리튬 잔사 슬러지는 함수율 25∼45% 및 pH 2∼6이고, CaO 함량 40∼70중량% 및 SO3 함량 20∼35중량%를 포함한 페트로 코크스 탈황석고와 혼합함으로써, 함수율 5∼25%로 저감하고 pH 9∼12.5로 조절된 혼합물을 수득한다.
이때, 본 발명은 리튬 추출 공정에서 발생하는 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 배출 상태 그대로 사용된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산업부산물을 이용한 경화체 조성물에 있어서, 상기 혼합물은 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 페트로 코크스 탈황석고 10∼300 중량부로 혼합된 것이다.
나아가 물성개선을 위하여, 상기 혼합물에, 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 고형연료를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러 하부에서 배출되는 폐유동사 10∼100 중량부가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 혼합물에, 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 수소 제조공정, 시멘트 제조공정 또는 화석연료 연소공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집 후 광물 탄산화 반응에 의해 생성된 슬러지 10∼100 중량부를 더 포함할 수 있다.
또한, 초기강도를 증진시키기 위하여, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 1종 시멘트를 10∼100 중량부 더 포함할 수 있다.
본 발명의 산업부산물을 이용한 경화체 조성물에 따르면, 리튬 추출 공정에서 발생하는 산성의 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 배출 상태 그대로를 사용하면서, 페트로 코크스 탈황석고와 혼합하여 함수율을 저감시키고 pH를 9∼12.5로 조절된 혼합물을 수득하고 이를 고로슬래그 미분말의 알칼리 및 황산염 복합 자극제로 활용하여 강도를 발현시킬 수 있다.
따라서 전성분이 산업부산물을 이용한 무시멘트계 결합체 조성물을 제공하되, 리튬 잔사 슬러지를 복잡한 전처리공정없이 배출 상태 그대로 사용하고, 대량 활용할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 황산을 이용한 리튬 추출 공정에서 배출 상태 그대로 사용된 산성의 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 배출되는 CaO 함량 40∼70중량% 및 SO3 함량 20∼35중량%를 포함한 페트로 코크스 탈황석고를 균질하게 혼합하여 알칼리성으로 조절된 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 10∼300 중량부 및 물 10∼300 중량부를 포함한 산업부산물을 이용한 경화체 조성물을 제공한다.
일반적으로 리튬 잔사 슬러지는 주 광물상인 스포듀민(LiAlSi2O6)의 리튬 함유 광석을 900∼1,400℃의 열처리, 미분쇄 및 황산 배소 공정에 의해 광석의 Li+ 이온 자리에 황산으로부터 해리된 H+ 이온으로 이온교환되고, 상기 이온교환된 Li+ 이온이 해리된 SO4 2- 이온과 결합하고, 석출반응이 진행되어 황산리튬(Li2SO4)으로 석출될 수 있다. 석출된 황산리튬(Li2SO4)을 물을 이용하여 침출시킨 다음 고액 분리하면, 황산리튬과 잔여 부산물이 남게 된다. 즉, 황산리튬(Li2SO4)은 물에 용해되어 침출되는 반면, 알루미노실리케이트(Al2O3 4SiO2, AlSi2O6)는 물에 용해되지 않고, 고체 화합물 형태로 잔류하게 되는 것이다.
이때, 황산을 이용한 리튬 침출 단계를 거쳐 고액 분리에 의해 함수율 약 30∼45%인 상태로 배출되고, 상기 리튬 침출 단계에서 황산을 이용하기 때문에 수 침출시에 미반응 상태로 남아 있던 황산이 용해되어 잔류하기 때문에 리튬 잔사 슬러지는 pH 2∼4의 산성을 띈다.
본 발명에서 사용되는 산성의 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 배출 상태 그대로 사용된 것을 특징으로 한다. 이때, 본 발명에서 배출 상태 그대로 사용된 리튬 잔사 슬러지는 함수율 25∼45% 및 pH 2∼6인 것이다.
한편, 페트로 코크스 탈황석고는 석유 정제 부산물인 페트로 코크스를 연료로 사용하는 보일러에서 노내 탈황을 위해 석회석을 혼소하는 과정에서 페트로 코크스에 포함되어 있는 황 성분과 석회석이 고온에서 탈탄산된 CaO 성분이 반응하여 CaO 및 CaSO4 형태로 생성된 분진과 같은 입자상 생석회 및 무수석고의 복합물질이다. 최근에는, SOx 대기 규제 강화로 후단 공정에 중탄산나트륨과 추가 반응을 통해 CaO, CaSO4 성분 외에 Na2SO4 성분이 소량 포함되어 배출되기도 한다.
따라서, 함수율이 높은 산성의 리튬 잔사 슬러지에 생석회 성분이 다량 함유된 페트로 코크스 탈황석고를 혼합하면, 수분과 반응 시 발열 반응과 함께 수산화칼슘이 생성되면서 리튬 잔사 슬러지의 수분이 급격하게 저감된다. 이때, 상기 페트로 코크스 탈황석고는 CaO 함량 40∼70중량% 및 SO3 함량 20∼35중량%를 포함한다.
또한 리튬 잔사 슬러지에 잔존하는 황산 성분은 수산화칼슘 성분과 반응하여 석고 형태로 전이되게 되며 pH 또한 약 9∼12.5의 알칼리성을 띄게 된다.
따라서, 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고를 혼합하여 함수율 5∼25% 및 pH 9∼12.5의 알칼리성으로 조절된 혼합물은 알루미노실리케이트 + 수산화칼슘 + 석고 성분이 복합적으로 함유된 물질로 존재하게 된다.
상기 수분과 반응하여 생성된 수산화칼슘 성분이 리튬 잔사 슬러지 성분인 알루미노실리케이트 화합물은 잠재수경성 발현을 유도하는데, 그 메커니즘은 하기와 같다.
상기 알루미노실리케이트 화합물은 수산화칼슘 성분의 OH- 이온이 의해 불투수성 피막이 파괴되면서 불투수성 피막에 의해 용출되지 못하던 SiO4 - 와 AlO2- 이온이 수용액 중으로 용출된다. 수용액 중으로 용출된 SiO4 - 와 AlO2- 이온이 Ca(OH)2와 반응하여, C-S-H gel 또는 C-A-H gel 불용성 염을 형성함으로써 강도가 발현된다.
본 발명의 산업부산물을 이용한 경화체 조성물에 있어서, 상기 혼합물은 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 페트로 코크스 탈황석고는 10∼300 중량부 혼합되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 페트로 코크스 탈황석고가 10 중량부 미만이면, 함수율을 낮추기가 어렵고 pH를 알칼리성으로 전환이 어렵게 되며, 상기 페트로 코크스 탈황석고가 300 중량부 초과이면, 리튬 잔사 슬러지의 재활용 의미가 퇴색하게 된다.
상기 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고의 혼합물을 최소 약 30분 이상 방치시켜 안정적인 화학 반응이 이루어지도록 유지한 후 고로슬래그 미분말과 물을 추가로 투입하여 균질하게 기계적 교반을 실시한다.
상기 고로슬래그 미분말은 제철 고로 공정에서 부산물로 발생하는 고온 용융상태의 슬래그를 물로 급냉 처리한 부산물을 미분쇄한 물질이다. 고로슬래그 미분말은 물과 접촉하면 비결정질 피막이 형성되어 스스로 수화반응을 하지 않기 때문에 고로슬래그 미분말을 잠재수경성물질이라 한다.
따라서, 고로슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 표면에 비결정질 피막이 형성되어, 내부의 Ca2+, Al3+ 등의 이온 용출이 이루어지지 않는다. 그러나 상기 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고의 혼합물에 존재하는 Ca(OH)2, CaSO4 및 CaSO4·2H2O 성분이 물과 접촉 후 고로슬래그 미분말의 알칼리 및 황산염 복합 자극 효과에 의해 강도를 발현한다. 이때, OH-와 SO4 2- 이온이 고로슬래그 미분말의 비결정질 피막을 파괴하여 Ca2+, Al3+ 등의 용출이 용이하게 되고, 용출 이온들이 CaO-SiO2-H2O계 수화물 등을 생성하게 됨으로써 강도를 발현시키고, 잉여 황산화물은 침상형의 구조를 가지는 에트린가이트 수화생성물(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)을 생성시킴으로써 수화체 내부의 조직을 더욱 치밀화하여 경화체의 압축강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 사용하는 고로슬래그 미분말은 비표면적 3,000cm2/g 이상의 일반적으로 시중에서 유통되는 제품이면 사용이 가능하다.
본 발명의 산업부산물을 이용한 경화체 조성물에 있어서, 상기 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고의 혼합물 100 중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 10∼300 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 고로슬래그 미분말이 10 중량부 미만이면, 강도 발현이 어렵고 300 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 알칼리 및 황산염 복합 자극제의 양이 부족하여 오히려 급격히 강도가 저하하게 된다.
또한, 상기 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고의 혼합물 100 중량부에 대하여, 물 10∼300 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. 이때, 물이 10 중량부 미만이면, 수화반응을 일으키기 위한 수분 접촉량이 부족해 강도 발현이 어렵고, 반면에 300 중량부를 초과하게 되면, 수분 증발 후 경화체 내부 공극이 과도하게 발생하여 강도가 급격하게 저하하게 된다.
본 발명의 산업부산물을 이용한 경화체 조성물은 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고의 혼합물에, 상기 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 고형연료를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러 하부에서 배출되는 폐유동사 10∼100 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 폐유동사는 보일러 상부에서 배출되는 플라이애시에 비해 0.1∼3mm의 잔모래 크기의 거친 입자로 배출되고 입자 표면에 생석회 성분이 일부 함유되어 있기 때문에 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고의 혼합 시 수분 저감에 더욱 효과적이며, 페트로 코크스 탈황석고에 비해 거친 입도를 가지고 있어 입자가 필터프레스의 압력 및 수분에 의해 견고하게 뭉쳐있는 슬러지 입자의 단립화에 많은 도움을 준다.
또한, 본 발명의 산업부산물을 이용한 경화체 조성물은 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고의 혼합물에, 상기 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 수소 제조공정, 시멘트 제조공정 또는 화석연료 연소공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집 후 광물 탄산화 반응에 의해 생성된 슬러지 10∼100 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 슬러지는 칼슘이나 마그네슘 광물을 이용하여 흡수액을 제조한 후 이산화탄소와 반응시켜 탄산칼슘이나 탄산마그네슘이 생성된 물질로 수분이 다량 함유된 형태로 배출된다.
수분이 다량 함유되어 미립분이 견고하게 뭉쳐있는 광물 탄산화 슬러지를 리튬 잔사 슬러지 처리 시 별도의 전처리 공정 없이 동반 처분이 가능하며 경화체 내부 공극 채움재 역할을 수행할 수 있다. 이때, 상기 슬러지가 10 중량부 미만이면, 동반 처분 효과가 없으며 반면에 100 중량부를 초과하게 되면, 수화반응 없이 단지 공극 채움재 역할만 수행하기 때문에 오히려 강도가 크게 저하할 수 있다.
또한, 본 발명의 산업부산물을 이용한 경화체 조성물은 초기강도를 증진시키기 위하여 상기 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스 탈황석고의 혼합물 100 중량부에 대하여, 1종 시멘트를 10∼100 중량부 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 1종 시멘트는 초기 강도를 증진시켜 주는 역할을 수행하며 시중에서 일반적으로 유통되는 제품이면 사용이 가능하다. 이때, 초기강도를 증진시키기 위하여 포함되는 시멘트의 함량이 10 중량부 미만이면, 초기 강도 증진 효과가 미비하며 반대로 100 중량부를 초과하면, 초기강도는 더욱 증진되나 6가 크롬이 용출될 수 있으며 경제성 또한 불리하다.
본 발명의 산업부산물을 이용한 경화체 조성물은 산성 물질인 리튬 잔사 슬러지를 복잡한 전처리공정없이 주성분이 생석회와 무수석고 성분으로 구성된 페트로 코크스 탈황석고와의 혼합에 의해 함수율 저감 및 알칼리화가 가능하고, 수분과 반응하여 생성된 수산화칼슘과 석고 성분이 고로슬래그 미분말 및 리튬 잔사 슬러지에 함유된 알루미노실리케이트의 잠재수경성을 이끌어내어 경화체 형성이 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
비교예(건조 및 분쇄 공정을 거친 리튬 잔사 미분말 + 고로슬래그 미분말)
전남 광양 소재 P사에 배출된 함수율 42%, pH가 3.1인 상태로 배출된 리튬 잔사 슬러지를 105℃에서 완전 건조 후 이를 비표면적 2,500cm2/g의 미분말 형태로 분쇄하였다. 상기 리륨 잔사 미분말 100 중량부에 비표면적 4,300cm2/g인 고로슬래그 미분말 100 중량부를 혼합한 후 물/고형분비 50%의 페이스트를 제작하여 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
실시예 1
전남 광양 소재 P사에 배출된 함수율 42%, pH가 3.1인 상태로 배출된 리튬 잔사 슬러지를 건조 및 분쇄 공정 없이 배출 상태 그대로 사용된 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 페트로 코크스 탈황석고 100 중량부를 균질하게 혼합한 혼합물을 6시간 상온에서 방치하였다. 상기 6시간 방치한 후 상기 리튬 잔사 슬러지 + 페트로 코크스 탈황석고 혼합물의 함수율은 15.2%이었으며, pH는 11.4로 측정되었다.
상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 100 중량부를 혼합한 후 혼합물의 기존 수분 함유량을 감안하여 물을 추가 투입하여 전체 혼합물의 물/고형분비를 50%로 페이스트를 제작하여 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
실시예 2
전남 광양 소재 P사에 배출된 함수율 42%, pH가 3.1인 상태로 배출된 리튬 잔사 슬러지를 건조 및 분쇄 공정 없이 배출 상태 그대로 사용된 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 페트로 코크스 탈황석고 100 중량부 및 우드펠렛을 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러 하부에서 배출되는 폐유동사 30 중량부를 균질하게 혼합하여 6시간 상온에서 방치하였다. 상기 6시간 방치한 후 상기 리튬 잔사 슬러지 + 페트로 코크스 탈황석고 + 폐유동사 혼합물의 함수율은 12.8%였으며, pH는 11.6으로 측정되었다.
상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 100 중량부를 혼합한 후 혼합물의 기존 수분 함유량을 감안하여 물을 추가 투입하여 전체 혼합물의 물/고형분비를 50%로 페이스트를 제작하여 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
실시예 3
전남 광양 소재 P사에 배출된 함수율 42%, pH가 3.1인 상태로 배출된 리튬 잔사 슬러지를 건조 및 분쇄 공정 없이 배출 상태 그대로 사용된 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 페트로 코크스 탈황석고 100 중량부 및 함수율이 42.3%인 광물 탄산화 슬러지 50중량부를 균질하게 혼합하여 6시간 상온에서 방치하였다. 상기 6시간 방치한 후 상기 리튬 잔사 슬러지 + 페트로 코크스 탈황석고 + 광물 탄산화 슬러지 혼합물 함수율은 27.2%였으며, pH는 11.1로 측정되었다.
상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 100 중량부를 혼합한 후 혼합물의 기존 수분 함유량을 감안하여 물을 추가 투입하여 전체 혼합물의 물/고형분비를 50%로 페이스트를 제작하여 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
실시예 4
전남 광양 소재 P사에 배출된 함수율 42%, pH가 3.1로 상태로 배출된 리튬 잔사 슬러지를 건조 및 분쇄 공정 없이 배출 상태 그대로 사용된 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여 페트로 코크스 탈황석고 100 중량부를 균질하게 혼합하여 6시간 상온에서 방치하였다.
상기 6시간 방치한 후 리튬 잔사 슬러지 + 페트로 코크스 탈황석고 혼합물의 함수율은 15.2%이었으며, pH는 11.4로 측정되었다.
상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 100 중량부 및 1종 시멘트 50 중량부를 혼합한 후 혼합물의 기존 수분 함유량을 감안하여 물을 추가 투입하여 전체 혼합물의 물/고형분비를 50%로 페이스트를 제작하여 재령별 일축 압축강도를 측정하였다.
실험예 1: 리튬 잔사 부산물을 이용한 경화체 일축 압축강도 시험 결과
상기 비교예 및 실시예 1∼4에서 제조된 경화체의 일축 압축강도를 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 리튬 잔사 슬러지를 건조 및 미분쇄 처리한 비교예는 재령 3일에서 미경화 상태로 강도 측정이 불가하였으나 건조 및 미분쇄 처리를 하지 않고 배출 상태 그대로의 리튬 잔사 슬러지를 사용한 실시예 1∼4의 경화체는 재령 3일 압축강도가 2.43MPa에서 최대 6.47MPa로 발현되었다.
또한, 재령 7일 및 28일 재령에서도 비교예 대비 약 2∼4배의 일축 압축강도 발현을 확인하였다.
이상으로부터, 본 발명에 의하면 황산을 이용한 리튬 추출 공정에서 발생하는 산성의 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 배출 상태 그대로 이용하면서도, 생석회 성분이 다량 함유된 페트로 코크스 탈황석고와 혼합함으로써, 수분과 반응 시 발열 반응과 함께 수산화칼슘이 생성되면서 리튬 잔사 슬러지의 수분이 급격하게 저감하고 pH를 9∼12.5로 알칼리성으로 조절된 혼합물을 통해, 고로슬래그 미분말의 알칼리 및 황산염 복합 자극제로 활용하여 강도를 발현시켰다.
따라서, 압축강도 수치가 우수한 결과를 확인함으로써, 재활용에 따른 에너지 비용을 크게 저감할 수 있다.
이상의 결과로부터, 산성 물질인 리튬 잔사 슬러지를 복잡한 전처리공정없이 주성분이 생석회와 무수석고 성분으로 구성된 페트로 코크스 탈황석고와의 혼합에 의해 함수율 저감 및 알칼리화가 가능하고, 수분과 반응하여 생성된 수산화칼슘과 석고 성분이 고로슬래그 미분말 및 리튬 잔사 슬러지에 함유된 알루미노실리케이트의 잠재수경성을 이끌어내어 경화체 형성이 가능함을 확인하였다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (7)
- 황산을 이용한 리튬 추출 공정에서 발생하는 pH 2∼6인 산성의 리튬 잔사 슬러지를 별도의 중화, 건조, 분쇄 및 분급 공정을 거치지 않고 배출 상태 그대로 사용된 산성의 리튬 잔사 슬러지와 페트로 코크스를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러에서 배출되는 CaO 함량 40∼70중량% 및 SO3 함량 20∼35중량%를 포함한 페트로 코크스 탈황석고를 혼합하여 함수율을 저감시키고 pH 9∼12.5의 알칼리성으로 조절된 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여,
고로슬래그 미분말 10∼300 중량부 및
물 10∼300 중량부를 포함한 산업부산물을 이용한 경화체 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 배출 상태 그대로 사용된 리튬 잔사 슬러지가 함수율 25∼45%인 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 경화체 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 혼합물이 함수율 5∼25%인 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 경화체 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 혼합물이 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여, 페트로 코크스 탈황석고 10∼300 중량부로 혼합된 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 경화체 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여,
고형연료를 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러 하부에서 배출되는 폐유동사 10∼100 중량부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 경화체 조성물. - 제4항에 있어서, 상기 리튬 잔사 슬러지 100 중량부에 대하여,
수소 제조공정, 시멘트 제조공정 또는 화석연료 연소공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집 후 광물 탄산화 반응에 의해 생성된 슬러지 10∼100 중량부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 경화체 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여,
초기강도를 증진시키기 위하여 1종 시멘트를 10∼100 중량부 더 포함된 것을 특징으로 하는 산업부산물을 이용한 경화체 조성물.
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| KR1020230111967A KR102654369B1 (ko) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 산업부산물을 이용한 경화체 조성물 |
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2023
- 2023-08-25 KR KR1020230111967A patent/KR102654369B1/ko active
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