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문제 정의
- 본 연구에서는 시멘트 제조에 사용되고 있는 산업부산물을 천연원료를 일부 대체하여 사용함에 따른 크롬 및 수용성 6가 크롬의 용출 특성을 검토하고자 하였으며, 클링커 modulus에 따라 산업부산물의 종류 및 함량을 변화시켜 시멘트 클링커를 제조하였다. 또한 클링커 소성 온도와 modulus를 변화시키며 제조된 시멘트 클링커의 크롬 및 수용성 6가 크롬을 분석하였으며, 제조된 클링커의 크롬의 고용상태를 분석하고자 하였다.
제안 방법
- 0 ml를 첨가하여 흔들어 섞고, 증류수를 표선까지 첨가한다. 5분 후에 그 중 일부를 흡수셀(10 mm)로 옮겨 540 nm에서 흡광도를 측정하여 검량선에서 수용성 6가 크롬을 분석하였다.
- Cr 함량에 따른 수용성 6가 크롬의 용출 특성을 평가하기 위해, Table 2의 소성조건(No. 3)에서 LSF 86.0, LSF 92.0 클링커(SM 2.5, IM 1.6 고정)를 제조하였으며, 각각의 클링커의 raw meal에 Cr함량을 1~3wt%범위에서 각각 1wt%씩 증가시켜 클링커를 제조하였다. 제조된 클링커의 수용성 6가 크롬을 분석한 결과 Cr 첨가량이 증가함에 따라 수용성 6가 크롬 용출량은 증가하였으며, 또한 LSF 86.
- LSF를 86.0~94.0(SM 2.5, IM 1.6으로 고정) 변화시키며 제조된 클링커의 크롬 및 수용성 6가 크롬을 분석하였다. Table 2와 Fig.
- 1 및 Table 2의 소성 조건으로 1350~1500℃의 범위에서 50℃ 간격으로 전기로에서 30분간 소성한 후 1350℃에서 로출하여 대기중에서 냉각하였다. 또한 각각의 소성 조건에 따라 클링커 modulus를 Lime Saturation Factor 86.0~94.0%(Silica Modulus 2.5, Iron Modulus 1.6 고정)의 범위에서 2.0% 간격으로 클링커를 제조하였다.
- 또한 제조된 클링커의 광물에 크롬의 고용상태를 분석하고자 LSF 92, SM 2.5, IM 1.6 클링커의 raw material에 Cr2O3 시약을 1~3 wt%의 범위에서 1wt% 간격으로 전기로에서 1450℃조건에서 30분간 소성하였다. 소성된 클링커는 FE-SEM과 EDS를 사용하여 클링커 광물에 고용되어진 크롬의 고용상태를 분석하였다.
- 제조된 클링커 원료의 소성거동을 알아보기 위하여 XRD로 분석하였으며, 클링커의 결정상 분석은 전자현미경(FE-SEM:EDS)으로 검토하였다. 또한 제조된 클링커의 크롬 및 수용성 6가 크롬은 분광광도계(UV-VIS Spectrophotometer)를 사용하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 시멘트 제조에 사용되고 있는 산업부산물을 천연원료를 일부 대체하여 사용함에 따른 크롬 및 수용성 6가 크롬의 용출 특성을 검토하고자 하였으며, 클링커 modulus에 따라 산업부산물의 종류 및 함량을 변화시켜 시멘트 클링커를 제조하였다. 또한 클링커 소성 온도와 modulus를 변화시키며 제조된 시멘트 클링커의 크롬 및 수용성 6가 크롬을 분석하였으며, 제조된 클링커의 크롬의 고용상태를 분석하고자 하였다.
- 1. 소성 조건에 따른 클링커 원료의 f-CaO의 변화를 측정하였다. No.
- 6 클링커의 raw material에 Cr2O3 시약을 1~3 wt%의 범위에서 1wt% 간격으로 전기로에서 1450℃조건에서 30분간 소성하였다. 소성된 클링커는 FE-SEM과 EDS를 사용하여 클링커 광물에 고용되어진 크롬의 고용상태를 분석하였다.
- 시멘트 클링커 제조에 사용된 raw meal은 90 µm 잔사 수준이 10 ± 1%가 되도록 jaw crusher, pulberlizer, ball mill를 사용하여 분쇄하였으며, 혼합수 21%와 혼합하여 성구(20 g)를 제조하였다.
- 이들 출발원료들중 천연원료의 일부를 산업부산물로 일부 대체 · 혼합하여 실험실적 클링커를 제조하였으며, 제조된 클링커의 Total-Cr 및 수용성 6가 크롬 등을 실험 · 평가하였다.
- 제조된 클링커 원료의 소성거동을 알아보기 위하여 XRD로 분석하였으며, 클링커의 결정상 분석은 전자현미경(FE-SEM:EDS)으로 검토하였다. 또한 제조된 클링커의 크롬 및 수용성 6가 크롬은 분광광도계(UV-VIS Spectrophotometer)를 사용하여 분석하였다.
- 0 클링커에서는 크롬 함량이 증가함에 따라 alite의 크기가 커졌으나, 함량은 감소하였다. 크롬 3 wt%인 클링커(LSF 92.0)의 각 광물별 크롬 고용 특성을 평가하기 위해 EDS를 통해 분석하였으며, 그 결과를 Fig. 5, 6 및 Table 3, 4에 나타내었다. Fig.
- 0 클링커에서 높은 용출 결과를 나타내었다. 크롬의 첨가량을 각각 1~3 wt%로 변화시키며 제조된 클링커를 광학현미경을 사용하여 광물학적 특성을 분석하였다. LSF 92.
대상 데이터
- 본 연구에서는 시멘트 클링커 제조를 위해 천연원료로는 CaO source로 석회석을, SiO2 source로 규석을, Al2O3 source로 혈암을 사용하였으며, 산업부산물로는 SiO2 source로 폐주물사를, Al2O3 source로는 플라이애쉬, Fe2O3 source로 goethite, finex, Cu slag, green slag, jarosite를 사용하였다. 실험실적 클링커 제조 원료들의 화학조성은 Table 1에 나타내었다.
- 철질원료는 goethite, finex, Cu-slag, green sludge, jarosite를 각각 사용하였으며, 이때 클링커 modulus는 LSF 92.0, SM 2.5, IM 1.6으로 고정하였다. Fig.
성능/효과
- 1. 출발원료 분석결과, Raw materials 중 산업부산물뿐만 아니라 천연원료에도 크롬이 함유되어 있었으며, 석회석의 Total-Cr은 20 mg/kg 수준이었다.
- 2. 각각의 소성온도 1350~1500℃의 클링커 modulus를 변화시키며 제조한 클링커를 분석한 결과 소성온도가 증가함에 따라 수용성 6가 크롬은 감소하는 결과를 나타내었으며, LSF가 증가함에 따라 제조된 클링커의 Total-Cr과 수용성 6가 크롬은 감소하였다. 또한 1450℃이상의 소성온도에서 제조된 클링커의 경우 수용성 6가 크롬은 20 mg/kg 이하의 결과를 나타내었다.
- 3. 철질원료를 변화시키며 제조한 클링커의 Total-Cr 및 수용성 6가 크롬 분석결과 철질원료의 알카리 함량이 높은 green sludge와 jarosite에서 Total-Cr 및 수용성 6가 크롬은 높게 용출되었으며, 이는 원료자체의 알칼리 함량과 수용성 6가 크롬 용출 사이에는 밀접한 상관성이 있음을 확인할 수 있었다.
- 4. LSF 92, SM 2.5, IM 1.6 클링커의 각 광물별 크롬 고용 특성을 EDAX로 분석한 결과 크롬은 interstitial phase보다 belite에서 더 고용(약 20%이상)되어 있었으며, aluminate보다 ferrite에서 더 고용(약 80%이상)되어 있음을 확인할 수 있었다.
- Fig. 2에서와 같이 Modulus 변화에 따라 제조된 클링커의 Total-Cr 및 수용성 6가 크롬을 분석한 결과 LSF가 증가할수록 Total-Cr 및 수용성 6가 크롬은 감소하는 결과를 나타내었으며, No. 4의 소성조건(1500℃)에서 소성된 LSF 94.0(SM 2.5, IM 1.6) 클링커에서 Total-Cr은 67.36 mg/kg, 수용성 6가 크롬은 5.10 mg/kg으로 가장 낮은 용출 결과를 나타내었다. 또한 No.
- 6으로 고정하였다. Fig. 4에서와 같이 각각의 다른 철질원료를 사용하여 클링커를 제조하였으며, 제조된 클링커의 Total-Cr 및 수용성 6가 크롬을 용출한 결과 jarosite를 철질원료로 사용하여 제조한 클링커에서 Total-Cr이 가장 높게 검출(84.11 mg/kg)되었다. 수용성 6가 크롬은 green sludge를 사용한 클링커에서 가장 높게 용출(17.
- 6으로 고정) 변화시키며 제조된 클링커의 크롬 및 수용성 6가 크롬을 분석하였다. Table 2와 Fig. 2에서와 같이 No. 1의 소성조건 (1350℃)에서 제조된 클링커의 수용성 6가 크롬을 분석한 결과 수용성 6가 크롬은 최대 43.2 mg/kg으로 가장 높은 결과를, No. 4(1500℃)의 소성조건에서 제조된 클링커의 경우 5.10 mg/kg의 가장 낮은 결과를 나타내었으며, 소성온도가 증가함에 따라 감소하는 결과를 나타내었다.
- 09 mg/kg)되었다. 또한 Cu slag를 철질원료로 사용한 클링커에서 Total-Cr은 가장 낮게 검출(64.08 mg/kg)되었으며, 수용성 6가 크롬은 finex를 철질원료로 사용한 클링커에서 가장 낮은 검출 결과(8.48 mg/kg)를 나타내었다. 원료 자체의 알칼리 함량이 높은 green sludge(Na2O 1.
- 42%로 가장 낮은 결과를 나타내었다. 또한 LSF 94.0 클링커에서 최대 7.07%로 가장 높은 결과를 LSF 86.0의 경우 0.34%의 결과를 나타내었다. 제조된 클링커의 f-CaO 함량은 클링커의 소성온도가 증가, LSF가 감소함에 따라 감소하는 결과를 나타내었다.
- 48 mg/kg)를 나타내었다. 원료 자체의 알칼리 함량이 높은 green sludge(Na2O 1.67 wt%, K2O 1.59 wt%)와 jarosite(Na2O 1.16 wt%, K2O 0.48 wt%)를 철질원료로 사용한 클링커에서 Total-Cr과 6가 크롬은 높게 용출되는 결과를 나타내었다.
- 20 mg/kg으로 가장 높은 용출 결과를 나타내었다. 이는 클링커의 LSF가 증가함에 따라 석회질 원료(석회석)의 사용량 증가에 따라 Total-Cr 및 수용성 6가 크롬이 감소함을 확인할 수 있었으며, LSF가 증가함에 따라 소성된 클링커의 수용성 6가 크롬 용출량은 감소함을 알 수 있었다. 특히 No.
- 34%의 결과를 나타내었다. 제조된 클링커의 f-CaO 함량은 클링커의 소성온도가 증가, LSF가 감소함에 따라 감소하는 결과를 나타내었다.
- 6 고정)를 제조하였으며, 각각의 클링커의 raw meal에 Cr함량을 1~3wt%범위에서 각각 1wt%씩 증가시켜 클링커를 제조하였다. 제조된 클링커의 수용성 6가 크롬을 분석한 결과 Cr 첨가량이 증가함에 따라 수용성 6가 크롬 용출량은 증가하였으며, 또한 LSF 86.0 클링커보다 LSF 92.0 클링커에서 높은 용출 결과를 나타내었다. 크롬의 첨가량을 각각 1~3 wt%로 변화시키며 제조된 클링커를 광학현미경을 사용하여 광물학적 특성을 분석하였다.
- 4는 perclase이다. 크롬은 interstitial phase보다 belite에서 더 고용(약 20%이상)되어 있음을 확인할 수 있었다. 또한 Fig.
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