KR20150037271A - 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 이를 위해 알칼리성이면서 반응촉진성분을 함유한 미가공 레드머드슬러지를 활용하여 시멘트를 전혀 사용하지 않거나 대량의 시멘트를 대체 사용할 수 있도록 하여 시멘트 생산에 따른 환경파괴나 환경부하의 문제점을 저감시킬 수 있도록 하는 한편, 성토용 또는 복토용 등 부가가치가 낮은 용도로만 사용되는 레드머드슬러지를 모르타르나 콘크리트의 시멘트 대체용 무기결합재, 무기안료, 지반개량재나 사면안정재, 흙포장재나 흙콘크리트포장재의 원료 등 고부가가치 용도로 활용할 수 있는 특징이 있다.

Description

레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법{A Compositon of Eco-Friendly and Semi-dried Inorganic Binder Using the Redmud Sludge, and Its Manufacturing Methods}
본 발명은 레드머드 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분을 약 20~55wt% 함유한 레드머드슬러지를 별도의 고온건조 및 분쇄과정을 생략하여 제조원가를 낮추고, 또한 반건조 레드머드를 산성성분 등에 의해서 중화시키지 않고 Na2O(또는 NaOH) 성분이포함된 분말형 무기혼합재를 혼합하여 폴리시알레이트라는 중합체(Si-O-Si)와, CSH겔 및 CAH겔 결합을 형성함으로써 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물의 강도를 증진시킬 수 있는 한편, 반건조 레드머드에 석고(CaSO4)를 포함시켜 수화반응 시 다량의 에트링자이트를 형성하여 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물의 조직을 치밀화시키고, 수축을 보상할 수 있도록 한 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
레드머드(Red mud)는 보오크사이트로부터 수산화알루미늄(Al(OH)3)/알루미나(Al2O3) 제조과정에서 부산물로 발생하는 산업폐기물로, 제조공정인 Bayer process 특성 상 Al2O3 1톤을 생산하면 대략 2톤의 레드머드가 발생되며, 주성분인 Fe2O3로 인한 적색의 칼라로 인해 붙여진 명칭으로 국내에서는 연간 약 20만톤이 발생되고 있다.
이러한 레드머드는 제조공정 특성상 수분을 다량 함유(함수율 : 약 35~55% 정도)한 슬러지 형태로 발생되고 있으며, 처리현황을 살펴보면 2010년 현재 75% 이상이 매립되거나 해양투기되고 있으며, 재활용율은 15% 이하로 재활용율이 낮은 산업부산물이다.
한편, 재활용 용도를 살펴보면, 레드머드를 중화처리하여 저가의 복토재나 성토재로 활용하는 용도가 대부분이며, 일부에서는 오염수정화제, 소성벽돌원료, 적조제거제 등으로 사용하거나, 레드머드를 고온가열분쇄하여 분말화한 제품(스칼렛)을 안료(착색제)나 기능성 충전재로 사용하고 있다.
그러나 레드머드의 재활용율을 확대하기 위해서는 스칼렛과 같이 레드머드슬러지를 고온 가열 분쇄하여 분말화할 필요가 있다. 종래의 기술인 레드머드를 이용한 인조황토몰탈의 제조방법 및 시공방법(특허등록 제0460262호)만 보더라도 레드머드에 고령토를 첨가하여 고온의 온도에서 2시간동안 소성시키는 제조공정이 포함된다.
이러한 방법은 제조공정 상 다량의 에너지를 소비하고 제조비용이 증대되어 경제적인 측면에서 건설산업분야에서의 대량 활용이 곤란한 실정이다.
따라서, 건설산업분야에서 레드머드를 대량 활용하기 위해서는 레드머드슬러지를 경제적이면서 효율적으로 분말화할 수 있는 기술개발이 시급히 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 함수율 20~55wt%의 레드머드슬러지를 별도의 고온건조 및 분쇄과정을 생략하여 에너지 절감 및 제조원가를 낮출 수 있는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2목적은, 알칼리성이면서 반응촉진성분을 함유한 미가공 레드머드슬러지를 활용하여 시멘트를 전혀 사용하지 않거나 대량의 시멘트를 대체 사용할 수 있도록 하여 시멘트 생산에 따른 환경파괴나 환경부하의 문제점을 저감시킬 수 있는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 3목적은, 토용 또는 복토용 등 부가가치가 낮은 용도로만 사용되는 레드머드슬러지를 모르타르나 콘크리트의 시멘트 대체용 무기결합재, 무기안료, 지반개량재나 사면안정재, 흙포장재나 흙콘크리트포장재의 원료 등 고부가가치 용도로 활용할 수 있는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 4목적은, 반건조 레드머드를 산성성분 등에 의해서 중화시키지 않고 Na2O(또는 NaOH) 성분이 포함된 분말형 무기혼합재를 혼합하여 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물의 강도를 증진시키고, 석고를 포함시켜 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조정물의 경화체 조직을 치밀화시키고, 수축을 보상할 수 있도록 하여 시멘트 대체제로 사용할 수 있도록 한 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 제 1발명은 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물에 관한 것으로, 이를 위해 함수율 20~55wt%의 레드머드슬러지 100중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 제지애시 10~150중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 고칼슘플라이애시 10~200중량부와, 석고 1~20중량부로 이루어지는 분말형 반건조 레드머드 100중량부;에 더하여
고로슬래그미분말, 플라이애시, 실리카흄, 슬래그시멘트를 단독 또는 1종 이상이 혼합되어 이루어지는 분말형 무기혼합재 10~300중량부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 무기혼합재는 상기 반건조 레드머드에 함유된 반응촉진성분(Ca(OH)2, Na2O, SO3 등)과 반응하여 폴리시알레이트중합체와, CSH겔 및 CAH겔을 형성하는 것이 바람직하다.
제 3발명은, 제 2발명에서, 상기 레드머드슬러지는 보오크사이트로부터 베이어프로세스법에 의해 수산화알루미늄 등을 제조하는 과정에서 발생되는 산업부산물로 이루어지며, 별도로 가공처리되지 않아 함수율이 20~55wt%이면서, 구성성분이 Fe2O3 30~45wt%, SiO2 5~20wt%, Al2O3 15~25wt%, Na2O 5~15wt%인 것이 바람직하다.
제 4발명은, 제 1발명에서, 상기 무기결합재 조성물은 현지토 100중량부에 대해 5~20중량부를 첨가시켜 지반이나 사면을 물지적으로 안정화시키면서 식생이 가능한 지반개량재 또는 사면안정재로 사용되는 것이 바람직하다.
제 5발명은, 제 1발명에서, 상기 무기결합재 조성물은 흙 100중량부에 대해 5~40중량부를 첨가시키고, 당해 혼합물의 함수율이 10~15wt%되도록 배합수를 첨가시킨 후 롤러로 다짐하여 흙포장재로 사용되는 것이 바람직하다.
제 6발명은, 제 1발명에서, 상기 무기결합재 조성물은 100중량부에 대해 골재 200~1000중량부와, 배합수 10~100중량부를 혼합한 후 롤러로 다짐·시공하여 흙콘크리트포장재로 사용되는 것이 바람직하다.
제 7발명은, 제 1발명에서, 상기 무기결합재 조성물은 콘크리트 또는 모르타르 100중량부에 대해 1~30중량부를 혼합시켜 칼라콘크리트 또는 칼라모르타르로 사용되는 것이 바람직하다.
제 8발명은, 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 함수율 20~55wt%의 레드머드슬러지 100중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 제지애시 10~150중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 고칼슘플라이애시 10~200중량부와, 석고 1~20중량부반건조 레드머드를 제조하는 단계;(S10)와, 상기 반건조 레드머드를 상온에서 24시간 이상 존치하여 안정화시켜 자연건조하는 단계;(S20)와, 상기 반건조 레드머드를 미분쇄하여 반건조 레드머드분말을 제조하는 단계;와,(S30) 및 고로슬래그미분말, 플라이애시, 실리카흄, 슬래그시멘트를 단독 또는 1종 이상이 혼합되어 이루어지는 분말형 무기혼합재를 반건조 레드머드분말 100중량부에 대해 10~300중량부를 혼합하여 완성하는 단계;(S50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물 및 이의 제조방법에 따르면, 함수율 20~55wt%의 레드머드슬러지를 별도의 고온건조 및 분쇄과정을 생략하여 에너지 절감 및 제조원가를 낮출수 있는 효과가 있다.
또한 반건조 레드머드를 산성성분 등에 의해서 중화시키지 않고 Na2O(또는 NaOH) 성분이 포함된 분말형 무기혼합재를 혼합하여 폴리시알레이트라는 중합체(Si-O-Si)와, CSH겔 및 CAH겔 결합을 형성함으로써 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물의 강도를 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 반건조 레드머드에 석고(CaSO4)를 포함시킴으로서 레드머드에 다량 함유된 알루미네이트(Al2O3)성분과, 제지애시 또는 고칼슘플라이애시 또는 분말형 무기혼합재에 함유된 산화칼슘(CaO) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 상기 석고와 반응하여 수화반응 시 다량의 에트링자이트(3CaO·Al2O3· 3CaSO4·32H2O)를 형성하며, 이에 의해 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조정물의 경화체 조직을 치밀화시키고, 수축을 보상할 수 있도록 하여 시멘트 대체제로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한 알칼리성이면서 반응촉진성분을 함유한 미가공 레드머드슬러지를 활용하여 시멘트를 전혀 사용하지 않거나 대량의 시멘트를 대체 사용할 수 있도록 하여 시멘트 생산에 따른 환경파괴나 환경부하의 문제점을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 성토용 또는 복토용 등 부가가치가 낮은 용도로만 사용되는 레드머드슬러지를 모르타르나 콘크리트의 시멘트 대체용 무기결합재, 무기안료, 지반개량재나 사면안정재, 흙포장재나 흙콘크리트포장재의 원료 등 고부가가치 용도로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물의 제조방법의 단계별 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 수분을 약 20~55wt% 함유한 레드머드슬러지를 별도의 고온건조 및 분쇄과정을 생략하여 제조원가를 낮추고, 또한 반건조 레드머드를 산성성분 등에 의해서 중화시키지 않고 Na2O(또는 NaOH) 성분이포함된 분말형 무기혼합재를 혼합하여 폴리시알레이트라는 중합체(Si-O-Si)와, CSH겔 및 CAH겔 결합을 형성함으로써 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물의 강도를 증진시킬 수 있는 한편, 반건조 레드머드에 석고(CaSO4)를 포함시켜 수화반응 시 다량의 에트링자이트를 형성하여 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물의 조직을 치밀화시키고, 수축을 보상할 수 있도록 한 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물에 관한 것이다.
이러한 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물은 알칼리성이면서 반응촉진성분을 함유한 미가공 레드머드슬러지를 활용하여 시멘트를 전혀 사용하지 않거나 대량의 시멘트를 대체 사용할 수 있도록 하여 시멘트 생산에 따른 환경파괴나 환경부하의 문제점을 저감시킬 수 있도록 하는 한편, 성토용 또는 복토용 등 부가가치가 낮은 용도로만 사용되는 레드머드슬러지를 모르타르나 콘크리트의 시멘트 대체용 무기결합재, 무기안료, 지반개량재나 사면안정재, 흙포장재나 흙콘크리트포장재의 원료 등 고부가가치 용도로 활용할 수 있는 특징이 있다.
이러한 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물은 크게 2부분으로 구성되는데, 이는 분말형 반건조 레드머드 100중량부에 대해 분말형 무기혼합재 10~300중량부를 혼합하여 구성된다.
여기서 상기 반건조 레드머드는 함수율 20~55wt%의 레드머드슬러지 100중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 제지애시 10~150중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 고칼슘플라이애시 10~200중량부와, 석고 1~20중량부로 이루어진다.
상기 레드머드슬러지는 보오크사이트로부터 수산화알루미늄(Al(OH)3)/알루미나(Al2O3) 제조과정에서 부산물로 발생하는 산업폐기물로, Bayer Process 제조공정 특성상 수분을 약 20~55wt% 함유한 슬러지 형태로 형성된다.
이러한 레드머드슬러지는 Fe2O3 30~45wt.%, SiO2 5~20wt.%, Al2O3 15~25wt.%, Na2O 5~15wt.%로 Fe2O3와 Al2O3가 주성분인 산업부산물이며, 다량의 Fe2O3를 함유하여 붉은색을 나타낸다.
본 발명에서는 과량의 Na2O(또는 NaOH)에 의해 강알칼리성을 지닌 레드머드를 산성성분 등에 의해서 중화시키지 않고, 상기 Na2O(또는 NaOH) 성분을 활용하여 폴리시알레이트라는 중합체(Si-O-Si) 결합을 형성함으로서 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물 강도를 증대시킬 수 있도록 한다.
또한 상기 레드머드슬러지에 다량 혼입된 알루미네이트(Al2O3) 성분이 석고(CaSO4)와 반응하여 수화반응 시 다량의 에트링자이트(3CaO·Al2O3· 3CaSO4·32H2O)를 형성하여 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물의 조직을 치밀화시키고, 수축을 보상할 수 있도록 한다.
아울러 제지애시는 Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 것을 사용하며, Free- CaO 함량이 높을수록 사용에 바람직하다.
이러한 상기 제지애시는 레드머드슬러지에 함유된 수분을 흡수(흡착) 또는 탈수시키고, 또한 제지애시에 함유된 Free-CaO가 레드머드슬러지의 수분과 반응(CaO+H2O→Ca(OH)2+15.6kcal/mol)하여 수분을 화학적으로 고정화시키면서 이의 반응열에 의해 수분을 증발시켜 반건조 레드머드의 수분을 효율적으로 조절할 수 있도록 구성된다.
또한 상기 제지애시는 반응생성물인 강알칼리성의 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 후에 첨가되는 분말형 무기혼합재의 수화반응(CSH겔 및 CSH겔의 생성)을 촉진시켜 시멘트를 전혀 첨가하지 않거나 소량만 사용하여도 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물이 시멘트와 동등 이상을 성능을 확보할 수 있게 해준다.
상기에서 제지애시의 중량부가 10중량부 미만이면 레드머드슬러지에 함유된 수분의 흡수(흡착) 또는 탈수효과가 미미하여 혼합 및 자연건조에 소요되는 시간이 대폭 지연되기 때문에 바람직하지 않고, 150중량부를 초과하면 최종 생산된 반건조 무기결합재 조성물이 과다 팽창되어 팽창균열을 유발할 우려가 높기 때문에 바람직하지 않다.
상기 고칼슘플라이애시는 중소규모 열병합발전소에서 질산화물의 배출을 방지하기 위해 연소온도를 850℃ 정도로 유지하고, 암모니아를 분무하는 등의 방법을 사용하는 과정에서 발생되는 고칼슘플라이애시를 의미한다.
이러한 고칼슘플라이애시는 Free-CaO 함량이 15~60wt% 이고, SO3 함량 3~7wt%, 분말도가 2,500~6,500㎠/g인 것이 바람직하다.
이러한 고칼슘플라이애시는 일반 화력발전소에서 발생·정제되는 플라이애시와는 상이하게 다량 함유된 Free-CaO 성분에 의해 상술된 제지애시와 유사하게 반건조 레드머드 제조시 레드머드슬러지에 함유된 수분을 고정화하고, 반응열에 의해 수분을 증발시키는 역할을 한다.
즉, 본 발명에서 고칼슘플라이애시는 제지애시와 유사한 역할을 담당하나, 상기 제지애시만으로 구성될 경우에는 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물 흡수율이 높아져 요구 배합수량이 증대되고, 반면 고칼슘플라이애시로만 구성될 경우에는 함유된 미연탄소분이 증대되어 건조수축에 따른 균열을 유발할 수 있기 때문에 제지애시와 같이 사용된다.
한편, 본 발명에서 고칼슘플라이애시는 내부에 함유된 SO3 성분에 의해 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물과 수화반응시 에트링자이트의 생성을 촉진시킬 수 있다.
여기서 상기 고칼슘플라이애시 10중량부 미만이면, 레드머드슬러지에 함유된 수분의 흡수 및 고정화가 미미하여 혼합 및 자연건조에 소요되는 시간이 대폭 지연되기 때문에 바람직하지 않고, 200중량부를 초과하면, 최종 생산된 무기결합재 조성물에 미연탄소분이 증대되어 유동성을 저하시키고, 건조수축량을 증대시킬 우려가 높기 때문에 바람직하지 않다.
그리고 석고는 SO3이 성분이 레드머드슬러지에 다량 함유된 알루미네이트(Al2O3)와 제지애시 또는 고칼슘플라이애시에 함유된 산화칼슘(CaO)과 반응하여 반건조 레드머드에 에트링자이트(Ettringite, 3CaO·Al2O3· 3CaSO4·32H2O)를 안정적으로 생성시켜 이의 수분을 고형화하고 또한 함수비를 감소시키는 기능을 한다.
이 때 상기 석고의 SO3 성분은 고칼슘플라이애시에도 함유되어 있지만, 본 발명에서는 고칼슘플라이애시에 함유된 SO3 성분의 부족분을 채워주기 위해 첨가된다.
여기서 석고가 1중량부 미만이면, 고칼슘플라이애시의 사용량에 따라서는 SO3 성분이 부족하여 반건조 무기결합재 조성물의 수화반응시 에트링자이트의 생성량이 적게 되고, 이로 인해 수밀성이 낮아지거나 수축을 유발할 우려가 있기 때문에 바람직하지 않고, 반면, 석고가 20중량부를 초과하면, 반건조 무기결합재 조성물의 제조원가가 상승되는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에서 석고는 반수석고(알파형 또는 베타형), 무수석고, 이수석고, 탈황석고 등 별도의 제한이 없다.
한편 무기혼합재는 고로슬래그미분말, 플라이애시, 실리카흄, 슬래그시멘트를 단독 또는 1종 이상이 혼합되켜 분말형태로 이루어진다.
본 발명에서 무기혼합재는 상기 반건조 레드머드의 반응촉진성분(즉, Ca(OH)2, Na2O(또는 NaOH), SO3)과 반응하여 폴리시알레이트중합체와, CSH겔 및 CAH겔을 안정적으로 생성할 수 있는 산업부산물 또는 슬래그시멘트로 구성된다.
여기서 무기혼합재는 반건조 레드머드 100중량부에 더해 10~300중량부가 혼합되는 것으로, 10중량부 미만일 경우에는 유리화율이 높은 실리케이트(SiO2) 성분이 부족하여 최종생산품인 무기결합재 조성물의 강도발현속도나 최종강도 및 내구성에 악영향을 주는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않고, 300중량부를 초과할 경우에는 반건조 레드머드의 반응촉진성분이 부족하여 최종생산품인 무기결합재 조성물의 강도발현속도 등에 악영향을 주는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 상술된 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물은 현지토 100중량부에 대해 5~20중량부를 첨가시켜 지반을 안정화시키면서 식생이 가능한 지반개량재 또는 사면안정재로 사용될 수 있다.
여기서 5중량부 미만일 경우에는 상기 친환경 반건조 무기결합재의 사용량 부족에 의한 지반개량재 또는 사면안정재로서의 요구강도가 만족되지 못하는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않고, 20중량부를 초과할 경우에는 요구강도는 충분히 확보되나 식생에 악영향을 미칠 우려가 있고 경제성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.
또한 본 발명의 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물은 흙 100중량부에 대해 5~40중량부를 첨가시키고, 당해 혼합물의 함수율이 10~15wt%되도록 배합수를 첨가시킴으로서 시멘트를 전혀 사용하지 않거나 최소량을 사용한 친환경 건식 흙포장재로 사용될 수 있다.
여기서 5중량부 미만일 경우에는 흙포장재로서의 요구강도 및 내구성이 불만족되는 등의 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않고, 40중량부를 초과할 경우에는 경제성이 저하되는 등의 문제 때문에 바람직하지 않고, 당해 혼합물의 함수율이 10wt% 미만일 경우에는 수화반응에 필요한 수분이 부족하여 강도발현에 악영향을 미치는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않고, 함수율이 15wt%를 초과할 경우에는 과다한 유동성으로 롤로다짐이 곤란할 뿐만 아니라 수축량을 증대시켜 균열을 유발할 우려가 때문에 바람직하지 않다.
또한 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물은 당해 조성물 100중량부에 대해 골재 200~1,000중량부와, 배합수 10~100중량부를 혼합하여 롤러로 다짐·시공하는 반건식 흙콘크리트포장재로 사용될 수 있다.
여기서 골재가 200중량부 미만일 경우에는 제조원가가 증대되거나 수축량이 커져 균열을 유발할 우려가 있기 때문에 바람직하지 않고, 1,000중량부를 초과할 경우에는 흙콘크리트포장재의 바인더(결합재)량이 부족하여 요구강도가 발현되지 않기 때문에 바람직하지 않고, 배합수가 10중량부 미만일 경우에는 수화에 필요한 반응수가 부족하여 강도발현에 악영향을 미칠 우려가 있으며, 100중량부를 초과할 경우에는 유동성이 과대하여 롤로다짐이 곤란할 뿐만 아니라 강도 및 내구성이 저하되는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물은 콘크리트 또는 모르타르 100중량부에 대해 1~30중량부를 혼합시켜 칼라콘크리트 또는 칼라모르타르로 사용될 수 있다.
여기서 1중량부 미만일 경우에는 콘크리트의 색상이 발현이 잘되지 않기 때문에 바람직하지 않고, 30중량부를 초과할 경우에는 더 이상 색상변화가 없기 때문에 바람직하지 않다.
이하에서는 본 발명에 따는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물의 제조방법에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물의 제조방법의 단계별 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 함수율 20~55wt%의 레드머드슬러지 100중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 제지애시 10~150중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 고칼슘플라이애시 10~200중량부와, 석고 1~20중량부를 혼합하여 반건조 레드머드를 제조한다.(S10)
S10단계에서는 제지애시와, 고칼슘플라이애시 및 석고는 1차적으로 레드머드슬러지에 혼합되는데, 이는 레드머드슬러지에 함유된 수분을 물리적으로 순간 흡수하여 교반 및 믹싱작업이 용이하게 하기 위함이다.
아울러 상기 반건조 레드머드를 상온에서 24시간 이상 존치하여 안정화시켜 자연건조시킨다.(S20)
S20단계에서는 레드머드슬러지에 함유된 수분과 제지애시나 고칼슘플라이애시에 함유된 Free-CaO가 화학적으로 반응하여 수분을 고정화시키고, 더욱이 상기 화학반응에 의한 반응열에 의해 수분을 증발시킬 수 있도록 상온에서 존치시키는 단계이다.
이 때 바람직하게는, 반응열에 의한 반건조 레드머드의 수분증발을 촉진시키기 위해 존치기간 중 백호나 로터리 등을 활용하여 교반 해주거나, 송풍장치에 의해 혼합물의 반응열을 강제로 식혀주는 것이 바람직하다.
여기서 반건조 레드머드의 존치시간이 24시간 미만일 경우에는 화학반응시간이나 반응열의 냉각시간이 짧아 수분을 안정적으로 제거하기 곤란해지기 때문에 바람직하지 않다.
연속적으로 반건조 레드머드를 미분쇄하여 반건조 레드머드분말을 제조한다.(S30)
S30단계에서는 볼밀, 진동밀, 롤러밀, 핀밀, 매직밀 등의 분쇄기를 활용하여 반건조 레드머드를 미분쇄하게 되는데, 상기 분쇄기의 물리적 마찰, 마모나 충격에 의한 내부 발생열이나 회전 또는 송풍작용에 의해 반건조 레드머드의 수분을 더욱 저감시킬 수 있다.
또한 분쇄기를 통한 분쇄과정은 반건조 레드머드를 물리적으로 활성화시켜 반응성을 더욱 증대시킬 수 있으며, 입자 중에 초미립자인 레드머드(평균입경이 약 3㎛ 이하) 입자의 분산성을 증대시켜 반건조 레드머드분말을 천연황토색과 유사한 색상이 구현될 수 있다.
마지막으로 고로슬래그미분말, 플라이애시, 실리카흄, 슬래그시멘트를 단독 또는 1종 이상이 혼합되어 이루어지는 분말형 무기혼합재를 반건조 레드머드분말 100중량부에 대해 10~300중량부를 혼합하여 완성한다.(S40)
S40단계에서는 S30단계에서 제조된 반건조 레드머드분말에 고로슬래그미분말, 플라이애시, 실리카슘, 슬래그시멘트 중 1종 이상의 무기혼합재를 첨가한 후, 리본믹서, 진공믹서 등으로 혼합 교반하여 시멘트에 대체 사용할 수 있는 최종 생산품인 반건조 무기결합재 조성물를 완성하게 된다.
이 때 반건조 레드머드분말에 수분이 소량(약 5wt% 이하) 함유되어 있더라도 분말형 무기혼합재가 10~300중량부 추가 첨가되므로 최종 생산된 반건조 무기결합재가 응집되지 않고 분말상태로 유지된다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (8)

  1. 함수율 20~55wt%의 레드머드슬러지 100중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 제지애시 10~150중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 고칼슘플라이애시 10~200중량부와, 석고 1~20중량부로 이루어지는 분말형 반건조 레드머드 100중량부;에 더하여
    고로슬래그미분말, 플라이애시, 실리카흄, 슬래그시멘트를 단독 또는 1종 이상이 혼합되어 이루어지는 분말형 무기혼합재 10~300중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기혼합재는 상기 반건조 레드머드에 함유된 반응촉진성분(Ca(OH)2, Na2O, SO3 등)과 반응하여 폴리시알레이트중합체와, CSH겔 및 CAH겔을 형성할 수 있는 특징으로 하는 레드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 레드머드슬러지는 보오크사이트로부터 베이어프로세스법에 의해 수산화알루미늄 등을 제조하는 과정에서 발생되는 산업부산물로 이루어지며,
    별도로 가공처리되지 않아 함수율이 20~55wt%이면서, 구성성분이 Fe2O3 30~45wt%, SiO2 5~20wt%, Al2O3 15~25wt%, Na2O 5~15wt%인 것을 특징으로 하는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 무기결합재 조성물은 현지토 100중량부에 대해 5~20중량부를 첨가시켜 지반이나 사면을 물지적으로 안정화시키면서 식생이 가능한 지반개량재 또는 사면안정재로 사용되는 것을 특징으로 하는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 무기결합재 조성물은 흙 100중량부에 대해 5~40중량부를 첨가시키고, 당해 혼합물의 함수율이 10~15wt%되도록 배합수를 첨가시킨 후 롤러로 다짐하여 흙포장재로 사용되는 것을 특징으로 하는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 무기결합재 조성물은 100중량부에 대해 골재 200~1000중량부와, 배합수 10~100중량부를 혼합한 후 롤러로 다짐·시공하여 흙콘크리트포장재로 사용되는 것을 특징으로 하는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 무기결합재 조성물은 콘크리트 또는 모르타르 100중량부에 대해 1~30중량부를 혼합시켜 칼라콘크리트 또는 칼라모르타르로 사용되는 것을 특징으로 하는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물의 제조방법에 있어서,
    함수율 20~55wt%의 레드머드슬러지 100중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 제지애시 10~150중량부와, Free-CaO 함량이 10wt% 이상인 고칼슘플라이애시 10~200중량부와, 석고 1~20중량부반건조 레드머드를 제조하는 단계;(S10)
    상기 반건조 레드머드를 상온에서 24시간 이상 존치하여 안정화시켜 자연건조하는 단계;(S20)
    상기 반건조 레드머드를 미분쇄하여 반건조 레드머드분말을 제조하는 단계;와,(S30) 및
    고로슬래그미분말, 플라이애시, 실리카흄, 슬래그시멘트를 단독 또는 1종 이상이 혼합되어 이루어지는 분말형 무기혼합재를 반건조 레드머드분말 100중량부에 대해 10~300중량부를 혼합하여 완성하는 단계;(S50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레드머드슬러지를 활용한 친환경 반건조 무기결합재 조성물의 제조방법.


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