KR20170017303A - 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체 - Google Patents

페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체에 관한 것으로, 페로니켈 슬래그 미분과 알칼리 자극제를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계(단계 1); 상기 혼합물을 제트밀을 이용하여 1차 활성화시키는 단계(단계 2); 및 상기 1차 활성화된 혼합물에 인산염, 유동화제, 소포제 및 물을 혼합하여 2차 활성화시키는 단계(단계 3); 를 포함하여 제조하는 것을 기술적 특징으로 하며, 인산염을 적게 사용함에도 불구하고 고강도의 마그네시아 인산염 복합체를 제조할 수 있는 장점이 있으며, 폐기처분되던 페로니켈 슬래그 미분 및 바텀애쉬 미분말을 이용하여 자원재활용뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체{Manufacturing method of Magnesia Phosphate Composite using Ferronickel Slag Powder and Magnesia Phosphate Composite using Ferronickel Slag Powder manufactured by the same}
본 발명은 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인산염을 적게 사용함에도 불구하고 고강도의 마그네시아 인산염 복합체를 제조할 수 있는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체에 관한 것이다.
스테인레스 스틸의 주원료인 페로니켈은 전기로 또는 로터리 킬른에서 제련하여 생성되며, 이때 발생하는 슬래그를 페로니켈 슬래그라고 한다. 보통 니켈 1톤당 약 30톤의 페로니켈 슬래그가 발생하는 것으로 알려져 있으며, 국내 페로니켈 슬래그 발생량은 년간 약 100만톤에 이르고 있다.
종래에는 페로니켈 슬래그의 재활용이 미미한 수준으로 단순 매립에 의존하고 있었지만, 최근에는 페로니켈 슬래그의 재활용에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1205537호(2012.11.27.)에는 페로니켈 슬래그로부터 마그네슘 화합물을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1247707호(2013.03.25.)에는 페로니켈 슬래그를 시멘트, 모르타르 및 콘크리트용 혼합재로 이용하는 방법이 개시되어 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1359970호(2014.02.12.)에는 페로니켈 슬래그를 이용하여 콘크리트 골재로 사용할 수 있는 재활용 방법이 개시되어 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1386245호(2014.04.17.)에는 페로니켈 슬래그를 출발물질로 하여 비료의 성분인 이산화규소 및 마그네시아를 고순도로 분리하는 방법과 이를 이용한 규산 및 고토비료의 제조방법이 개시되어 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1389266호(2014.04.29.)에는 페로니켈 슬래그를 이용하여 마그네슘 산화물 보드를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
상기와 같이 페로니켈 슬래그를 다양한 분야에 재활용하는 기술이 개발되었지만, 아직까지 페로니켈 슬래그를 이용하여 마그네시아 인산염 복합체를 제조하는 방법은 개발되지 않았다.
KR 10-1205537 B1 2012.11.27. KR 10-1247707 B1 2013.03.25. KR 10-1359970 B1 2014.02.12. KR 10-1386245 B1 2014.04.17. KR 10-1389266 B1 2014.04.29.
본 발명의 목적은 인산염을 적게 사용함에도 불구하고 고강도의 마그네시아 인산염 복합체를 제조할 수 있는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은 페로니켈 슬래그 미분과 알칼리 자극제를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계(단계 1); 상기 혼합물을 제트밀을 이용하여 1차 활성화시키는 단계(단계 2); 및 상기 1차 활성화된 혼합물에 인산염, 유동화제, 소포제 및 물을 혼합하여 2차 활성화시키는 단계(단계 3); 를 포함하는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1에서, 상기 페로니켈 슬래그 미분 100중량부에 바텀애쉬 미분말 5~15중량부를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 단계 3은, 상기 1차 활성화된 혼합물 100중량부에 인산염 5~15중량부, 유동화제 1~5중량부, 소포제 0.1~0.5중량부 및 물 25~35중량부를 혼합한다.
상기 단계 3에서, 상기 1차 활성화된 혼합물 100중량부에 일반시멘트 5~15중량부를 추가적으로 혼합할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체를 제공한다.
본 발명에 따른 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법은 인산염을 적게 사용함에도 불구하고 고강도의 마그네시아 인산염 복합체를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법은 폐기처분되던 페로니켈 슬래그 미분 및 바텀애쉬 미분말을 이용하여 자원재활용뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
페로니켈은 철과 니켈의 합금으로 이 합금 제련시 발생하는 슬래그를 페로니켈 슬래그라고 한다.
페로니켈 제조 과정에서 부산물로 페로니켈 슬래그가 발생하고 있으며, 페로니켈 슬래그의 주요 화학성분은 표 1과 같다.
성분 SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 CaO
함량(%) 53.45 35.50 1.45 4.5 0.26
페로니켈 슬래그는 콘크리트용 잔골재(KS F 2790) 등으로 재활용되지만 배출량의 10%에 이르는 미분은 전량 폐기되고 있다.
페로니켈 슬래그 미분의 주요 화학성분은 표 2와 같다.
성분 SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 CaO
함량(%) 45.3 28.5 3.1 17.6 0.7
종래에는 산화마그네슘과 인산염을 이용하여 마그네시아 인산염 복합체를 제조하였다.
본 발명은 산화마그네슘 대신 산화마그네슘을 포함하고 있는 페로니켈 슬래그 미분을 이용하여 마그네시아 인산염 복합체를 제조하는 것에 특징이 있다.
먼저, 본 발명에 따른 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법은,
페로니켈 슬래그 미분과 알칼리 자극제를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계(단계 1);
상기 혼합물을 제트밀을 이용하여 1차 활성화시키는 단계(단계 2); 및
상기 1차 활성화된 혼합물에 인산염, 유동화제, 소포제 및 물을 혼합하여 2차 활성화시키는 단계(단계 3);
를 포함한다.
상기 단계 1에서 상기 페로니컬 슬래그 미분은 분말도가 약 3,500㎠/g 인 것을 의미한다.
상기 알칼리 자극제는 가성소다를 사용할 수 있다.
상기 페로니켈 슬래그 미분 100중량부에 대하여 상기 알칼리 자극제는 0.01~20중량부 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 단계 1에서, 상기 페로니켈 슬래그 미분 100중량부에 건식 바텀애쉬 미분말 5~15중량부를 추가적으로 포함할 수 있다. 이때 상기 건식 바텀애쉬 미분말을 5중량부 미만으로 사용하면, 장기 강도 증진에 효과적이지 못하며, 시공성이 매우 낮아진다. 반면에 15중량부 초과하여 사용하면, 조기 강도 발현을 저하시킨다.
상기 바텀애쉬는 소각 또는 연소 후에 남아 있는 잔재물로, 화력발전소 등의 발전소 소각로의 노벽, 과열기, 재열기 등에 부착되어 있다가 자중에 의해 보일러 바닥에 떨어져 모인 연소물을 말한다. 입자의 크기가 100㎛ 이하인 경우에는 플라이애쉬로 취급된다. 즉, 석탄 분말을 연소하였을 때, 유기물은 연료로 연소됨과 동시에 무기물을 재(애쉬)로 남아 있게 되며, 재는 보일러 연통 내에 분산되는 상태에서 무거운 입자는 보일러 하부로 떨어지게 되고, 입자가 무거워서 하부로 낙진되는 재를 이른바 바텀애쉬라 부르며, 석탄회 중에 집진설비에 포집되는 플라이애쉬의 양은 약 60~80% 정도이고 나머지 20~40% 정도가 보일러 저부에서 채취되는 바텀애쉬이다. 이러한 바텀애쉬의 주성분은 무기물질, 예를 들어 SiO2, Al2O3, Fe2O3 이다. 바텀애쉬의 입경은 1~2.5㎜ 범위이며, 재활용률은 약 15% 정도로 매우 낮으며, 그 용도로는 도로의 노반재에 한정되어 있어, 재활용되지 않고 대부분 매립되는 상태이다.
상기 단계 2는 상기 혼합물을 제트밀을 이용하여 기계화학적 활성화시키는 단계이다. 상기 혼합물을 제트밀을 이용하여 연마시 발생하는 기계화학적 반응에 의해 알칼리 활성화되어, 수경성을 지닌 지오폴리머 재료로 변화하게 된다. 상기 혼합물을 제트밀을 이용하여 분쇄시 분말도가 4,500~5,500㎠/g 이 된다.
상기 단계 3은 상기 1차 활성화된 혼합물 100중량부에 인산염 5~15중량부, 유동화제 1~5중량부, 소포제 0.1~0.5중량부 및 물 25~35중량부를 혼합하여 화학적 활성화시키는 단계이다.
상기 1차 활성화된 혼합물 100중량부에 인산염 5~15중량부 범위로 혼합한다. 이때 상기 인산염을 5중량부 미만으로 사용하면, 플로우 손실이 매우 커지고 작업성이 불량해지고 반응성이 불량하여 강도발현에 지장을 미치며, 반면에 15중량부를 초과하여 사용하면, 유동성이 급격히 저하하며, 충분한 가사시간의 확보가 곤란하다.
상기 인산염은 인산암모늄(NH4H2PO4), 인산칼륨(KH2PO4), 인산나트륨(NaH2PO4) 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
인산암모늄에는 제2 및 제3 인산암모늄도 있지만, 제2 및 제3 인산암모늄은 공기 중에서 서서히 분해되는 성질로 인해 암모니아가 약간 소실되어 공기 중에는 불안정하여 사용이 어렵기 때문에 제1 인산암모늄을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유동화제는 산성인 인산염 복합체의 내부 입자를 화학적 전극반응에 의해 유동성을 향상시키는 역할을 수행한다. 본 발명에서는 산성에서의 반응성을 요하므로 산성계, 즉 석고계 유동화제를 사용하여야 한다. 이때 유동화제는 1~5중량부 범위에서 사용되고, 만일 1중량부 미만으로 사용하면, 소정의 유동성을 확보하기 곤란하며, 5중량부를 초과하여 사용하면, 조기 강도 발현이 지현되고, 제조단가가 크게 증대되어 경제성이 떨어진다.
상기 1차 활성화된 혼합물에 인산염, 유동화제, 소포제 및 물을 혼합하면 페로니켈 슬래그 내 산화마그네슘과 인산염이 반응하는 산-염기 반응에 의해 경화가 발생한다.
상기 단계 3에서, 상기 1차 활성화된 혼합물 100중량부에 일반시멘트 5~15중량부를 추가적으로 혼합할 수 있다.
상기 일반시멘트는 분말도 3,000㎠/g의 포틀랜트 시멘트 또는 고로 시멘트 등을 사용할 수 있다. 상기 일반시멘트를 혼합하면 초속경화에 의한 조기강도발현이 가능한 장점이 있다.
본 발명에 따른 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법은 인산염을 적게 사용함에도 불구하고 고강도의 마그네시아 인산염 복합체를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법은 폐기처분되던 페로니켈 슬래그 미분 및 바텀애쉬 미분말을 이용하여 자원재활용뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체를 제공한다.
본 발명에 따른 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체는 단기간 긴급 보수 공사가 필요한 단면결손 건축구조물 또는 도로면 부위의 부분 긴급 보수, 내화공법이 필요한 건축구조물 등에 사용되는 내화도료 또는 내화피복재, 건축자재나 2차 제품으로서 별도의 건식공법을 필요로 하는 하수관 또는 건축구조물 등에 사용되는 패널 제작 및 단기간 내에 바닥 공사가 필요한 주차장 또는 동절기, 냉동 창고와 같은 저온 상태에서의 긴급 보수 공사 또는 바닥 공사가 필요한 건축 구조물의 바닥재의 용도로 활용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 페로니켈 슬래그 미분과 알칼리 자극제를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계(단계 1);
    상기 혼합물을 제트밀을 이용하여 1차 활성화시키는 단계(단계 2); 및
    상기 1차 활성화된 혼합물에 인산염, 유동화제, 소포제 및 물을 혼합하여 2차 활성화시키는 단계(단계 3);
    를 포함하는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 1에서, 상기 페로니켈 슬래그 미분 100중량부에 바텀애쉬 미분말 5~15중량부를 추가적으로 포함하는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 3은, 상기 1차 활성화된 혼합물 100중량부에 인산염 5~15중량부, 유동화제 1~5중량부, 소포제 0.1~0.5중량부 및 물 25~35중량부를 혼합하는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단계 3에서, 상기 1차 활성화된 혼합물 100중량부에 일반시멘트 5~15중량부를 추가적으로 혼합하는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체의 제조방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 페로니켈 슬래그 미분을 이용한 마그네시아 인산염 복합체.
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