KR20160129251A - 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 조강성 시멘트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시멘트 재료와 지오폴리머인 고로슬래그, 플라이 애쉬 또는 메타 카올린과 함께 사용되어 조강성의 특징을 발현할 수 있는 원료로 사용될 수 있는 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인(Hauyne)계 시멘트 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서,
본 발명은 조강성의 특징으로 시멘트 재료와 지오폴리머인 고로슬래그, 플라이 애쉬 또는 메타 카올린과 함께 사용되어 조강성의 특징을 발현할 수 있는 원료 또는 함수율이 높은 고함수 하수 슬러지의 고화재료로 사용될 수 있으며, 특히 시멘트에 혼합 사용되어 우수한 조강특성을 나타냄으로서 동절기 시멘트 및 콘크리트 재료 시공시 동결 방지 및 작업 마감 시간의 조기 단축 등의 특성을 구현할 수 있기 때문에, 이러한 특성을 이용하여 토목, 건축 부문에서의 동절기 공사용 재료로 사용되어 공사기간 단축 효과를 발휘할 수 있으며, 또한 고함수 슬러지의 고정화 및 안정화에 대한 탁월한 효과가 있다.
[색인어]
폐알루미늄 분진, 탈황석고, 칼슘알루미네이트, 아우인계 시멘트, 조강성, 고화재

Description

폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 조강성 시멘트 조성물 및 그 제조방법{A Composite of complexed hauyne cement with calcium aluminate by using waste aluminum powder and manufacturing method thereof}
본 발명은 시멘트 재료와 지오폴리머인 고로슬래그, 플라이 애쉬 또는 메타 카올린과 함께 사용되어 조강성의 특징을 발현할 수 있는 원료로 사용될 수 있는 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인(Hauyne)계 시멘트 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 팽창성, 조강성, 속경성 등의 특성을 갖는 클링커인 아우인(Hauyne, 일명 Calcium Sulfo Aluminate -CSA 라 함)은 보오크사이트-석고-석회석의 재료로 약 섭씨 1300도 이상에서 제조한다. 아우인 화합물 제조를 위한 알루미나원으로서, 보오크사이트를 사용하는 것이 일반적인 제조방법이며, 일부 알루미나 함량이 높은 점토질 원료를 사용하여 제조하기도 하였으나 이는 실리카의 함량이 높아 아우인계 시멘트 본질의 특성인 팽창성, 조강성, 속경성의 발현에는 부족한 재료가 되어 불완전한 재료가 되어왔다. 또한 상기의 아우인계 시멘트 생성조건에서는 고온으로 소성함으로 인하여, 아우인계 시멘트의 생성 조건 중 가장 중요한 아황산 성분이 분해되기 때문에 소성조건의 확립이 매우 어렵다. 또한 아황산가스의 방출로 인한 대기오염 및 제조장치의 부식 등으로 인하여 제조비용은 상승하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 알루미늄 금속의 제련과정에서 대량으로 발생되나 재활용 가치가 거의 없는 국내의 폐알루미늄 분진을 활용하여 조강성능 구현이 탁월한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 클링커 화합물의 제조방법에 관한 것이다.
폐알루미늄 분진은 화학조성상 알루미나 성분이 약 70 중량% 이상이 함유되어 있으며(그림1, Al2O3), 이를 이용하여 전기분해에 의한 알루미늄 잉고트(ingot)용으로 사용되기도 한다. 그러나 과잉의 불순물 성분으로 인하여 범용적으로 사용되지 못할 뿐 아니라, 전기분해에 의한 에너지 비용이 과다하게 소모되는 문제점이 있어, 대부분이 폐기되고 있는 실정이다. 이러한 재활용 불가능 상태의 원료를 최적의 제조 조건을 확보하여 전량 수입에 의존하고 있는 특수 시멘트 재료를 제조하는 것은 산업자원의 안정적 확보뿐만 아니라 귀중한 천연자원을 유효하게 활용할 수 있도록 하는 중요한 과제이며 또한 건설시장 개방에 따른 토목, 건축산업에서의 대외 경쟁력 강화 및 각종 토목, 건축 공법개발의 밑거름 역할을 할 수 있을 것이다.
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따라서 본 발명은 상기와 같은 폐알루미늄 분진의 재활용에 대한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 대량으로 발생되나 재활용 가치가 거의 없는 국내의 폐알루미늄 분진을 활용하여 전량 수입에 의존하고 있는 조강성 시멘트 재료의 원료인 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물 제조를 위하여 알루미나의 함량이 70 중량% 이상인 폐알루미늄 분진과 탈황 석고를 사용하여 기존의 시멘트 제조공정 온도보다 낮은 900℃ 내지 1,100℃ 범위의 저에너지원으로 칼슘 알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물을 제조함으로써 전량 수입에 의존하고 있는 조강성능의 물성을 갖는 특수 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적으로, 본 발명의 칼슘 알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물을 사용하여 함수율이 높은 하수 슬러지 고화용으로 사용될 수 있는 특수 시멘트인 칼슘 알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알루미나(Al2O3) 함량이 70 내지 80 중량%인 폐알루미늄 분진 50 내지 80 중량%, 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량%, 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 탈황석고 20 내지 50 중량%를 혼합한 후 지름 1cm 정도의 크기로 클링커를 제조하여 1일간 공기 중에서 자연 건조한다. 건조한 클링커를 전기로에서 승온속도 5℃로 900℃ 내지 1,100℃로 1시간 동안 소성한 후 공기 중에서 급냉시켜 칼슘 알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 클링커를 얻는다.
상기에서 구한 칼슘 알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 클링커를 다시 분말도 4,000 내지 5,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄하여 본 발명품을 얻는다.
일 구현 예에서, 상기 폐알루미늄 분진은 알루미나(Al2O3) 함량이 70 내지 80 중량%인 것을 사용한다. 알루미나(Al2O3) 함량이 70 중량% 이하이면, 칼슘 알루미네이트 생성량이 부족하기 때문에 바람직하지 못하며, 바람직하게는 알루미나(Al2O3) 함량이 73 중량% 이상인 것을 사용한다.
일 구현 예에서, 탈황석고는 화력발전소에서 처리된 비산 탈황석고를 사용하며, 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 것을 사용한다. 생석회(CaO) 성분이 30 중량% 이하이면 칼슘 알루미네이트 생성율이 저하되며, 60 중량% 이상이면 미반응 생석회 잔량이 높아져 조강성 구현이 곤란하다. 바람직하게는, 생석회(CaO) 성분은 35 내지 50 중량% 범위의 것을 사용하는 것이 좋다.
일 구현 예에서, 탈황석고는 화력발전소에서 처리된 비산 탈황석고를 사용하며, 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 것을 사용한다. 무수석고(CaSO4) 성분이 30 중량% 이하이면 아우인의 생성이 어려우며, 60 중량% 이상이면, 칼슘알루미네이트 생성량이 적어진다. 바람직하게는, 무수석고(CaSO4) 성분은 35 내지 50 중량% 범위의 것을 사용하는 것이 좋다.
본 발명은 조강성의 특징으로 시멘트 재료와 지오폴리머인 고로슬래그, 플라이 애쉬 또는 메타 카올린과 함께 사용되어 조강성의 특징을 발현할 수 있는 원료 또는 함수율이 높은 고함수 하수 슬러지의 고화재료로도 사용될 수 있으며, 특히 시멘트에 혼합 사용되어 우수한 조강특성을 나타냄으로서 동절기 시멘트 및 콘크리트 재료 시공시 동결 방지 및 작업 마감 시간의 조기 단축 등의 특성을 구현할 수 있기 때문에, 이러한 특성을 이용하여 토목, 건축 부문에서의 동절기 공사용 재료로 사용되어 공사기간 단축 효과를 발휘할 수 있으며, 또한 고함수 슬러지의 고정화 및 안정화에 대한 탁월한 효과가 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은, 1) 알루미나(Al2O3) 함량이 70 내지 80 중량%인 폐알루미늄 분진 50 내지 80 중량%, 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량%, 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 탈황석고 20 내지 50 중량%를 회전형 혼합기에서 1분당 회전수 20으로 회전하면서 혼합하는 단계; 2) 1)항의 혼합물을 회전형 혼합기에서 1분당 회전수 20으로 회전하면서 물을 분체량 대비 50 내지 80 중량% 가하면서 지름 1cm 정도의 크기로 클링커를 제조하는 단계; 3) 제조한 클링커를 1일간 공기 중에서 자연 건조하는 단계; 4) 건조한 클링커를 회전식 소성로에서 회전속도를 1분단 5 내지 10으로 회전하면서, 승온속도 5℃로 900℃ 내지 1,100℃로 1시간 동안 소성하는 단계; 5) 소성한 후 공기 중에서 급냉시켜 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 클링커를 얻는 단계; 6) 상기 5)항에서 구한 칼슘알루미네이트가 함유된 아우인계 시멘트 클링커를 다시 분말도 4,000 내지 5,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄하여 본 발명품인 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물을 얻는다.
본 발명에서 사용하는 칼슘알루미네이트 성분을 생성시키기 위하여, 폐알루미늄 분진은 알루미나(Al2O3) 함량이 70 내지 80 중량%인 것을 사용한다. 알루미나(Al2O3) 함량이 70 중량% 이하이면, 칼슘 알루미네이트 생성량이 부족하기 때문에 바람직하지 못하며, 바람직하게는 알루미나(Al2O3) 함량이 73 중량% 이상인 것을 사용한다.
한편, 칼슘알루미네이트 성분을 생성시키기 위하여, 탈황석고는 화력발전소에서 처리된 비산 탈황석고를 사용하며, 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 것을 사용한다. 생석회(CaO) 성분이 30 중량% 이하이면 칼슘 알루미네이트 생성율이 저하되며, 60 중량% 이상이면 미반응 생석회 잔량이 높아져 조강성 구현이 곤란하다. 바람직하게는, 생석회(CaO) 성분은 35 내지 50 중량% 범위의 것을 사용하는 것이 좋다.
또한, 아우인 클링커를 생성시키기 위하여 탈황석고는 화력발전소에서 처리된 비산 탈황석고를 사용하며, 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어있는 것을 사용한다. 무수석고(CaSO4) 성분이 30 중량% 이하이면 아우인의 생성이 어려우며, 60 중량% 이상이면, 칼슘알루미네이트 생성량이 적어진다. 바람직하게는, 무수석고(CaSO4) 성분은 35 내지 50 중량% 범위의 것을 사용하는 것이 좋다.
이와 같이 구성된 본 발명의 조성물은, 조강성이 발휘되어 시멘트 재료와 지로폴리머인 고로슬래그, 플라이 애쉬 또는 메타 카올린과 함께 사용되어 조강성의 특징을 발현할 수 있는 원료 또는 함수율이 높은 고함수 하수 슬러지의 고화재료로 사용될 수 있으며, 특히 시멘트에 혼합 사용되어 우수한 조강특성을 나타냄으로서 동절기 시멘트 및 콘크리트 재료 시공시 동결 방지 및 작업 마감 시간의 조기 단축 등의 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 폐알루미늄 분진 50 내지 80 중량%;
    탈황석고 20 내지 50 중량%; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐알루미늄 분진은 알루미나(Al2O3) 함량이 70 내지 80 중량%인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물
  3. 제1항에 있어서,
    탈황석고는 생석회(CaO) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 것을 사용 특징으로 하는 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물
  4. 제1항에 있어서,
    탈황석고는 무수석고(CaSO4) 성분이 30 내지 60 중량% 함유되어 있는 것을 사용 특징으로 하는 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물
  5. 폐알루미늄 분진과 탈황석고를 회전형 혼합기에서 1분당 회전수 20으로 회전하면서 혼합하는 단계; 상기 항의 혼합물을 회전형 혼합기에서 1분당 회전수 20으로 회전하면서 물을 분체량 대비 50 내지 80 중량% 가하면서 지름 1cm 정도의 크기로 클링커를 제조하는 단계; 제조한 클링커를 1일간 공기 중에서 자연 건조하는 단계; 건조한 클링커를 회전식 소성로에서 회전속도를 1분단 5 내지 10으로 회전하면서, 승온속도 5℃로 900℃ 내지 1,100℃로 1시간 동안 소성하는 단계; 소성한 후 공기 중에서 급냉시켜 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 클링커를 얻는 단계; 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 클링커를 다시 분말도 4,000 내지 5,000 블레인(Blaine, cm2/g)로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 폐알루미늄 분진을 이용한 칼슘알루미네이트가 함유된 복합 아우인계 시멘트 조성물 제조방법
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