[논문]시멘트 생산 시 발생하는 Chlorine Bypass System-dust의 물리 및 화학적 특성

한민철; 이동주

doi:10.14190/jrcr.2019.7.4.310

초록
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본 연구는 시멘트 제조 시 발생하는 CBS-dust의 새로운 활용방법을 모색하고자 일련의 연구를 진행하는데, CBS-dust의 물리 및 화학적 특성 결과를 요약하면 다음과 같다. 먼저, 물리적 성질로 밀도는 2.40g/㎤으로 시멘트보다 가볍고, pH는 12.50으로 강알칼리성이며, 입도의 경우는 시멘트보다 미세한 11.70㎛로 나타났다. 화학적 특성으로는 산화칼슘(CaO) 성분이 35.10%로 가장 많은 량을 나타내고, 산화칼륨(K₂O)이 32.43%, 염화칼륨(KCl)이 19.46% 삼산화황(SO₃)이 6.81%이며, 그 이외의 화학성분으로 SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, MgO, 기타 등이었다. 따라서, CBS-dust를 철근이 없는 혼화재를 다량 사용하는 콘크리트 2차 제품에 알칼리 활성화재로 사용한다면, 알칼리 자극제로 콘크리트의 강도증진 및 한중시공 시 초기동해 방지 등에 효과적인 활용법이 될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study conducted a series of studies to find alternative ways to use Chlorine Bypass System-dust(CBS-dust) in cement production. The results of engineering characteristics of CBS-dust are summarized as follows. First of all, the density of CBS-dust is 2.40, lighter than cement and the pH was 12....

This study conducted a series of studies to find alternative ways to use Chlorine Bypass System-dust(CBS-dust) in cement production. The results of engineering characteristics of CBS-dust are summarized as follows. First of all, the density of CBS-dust is 2.40, lighter than cement and the pH was 12.50 which was strong alkaline. In terms of particle size, it was 11.70 ㎛ which was finer than cement. With chemical properties, calcium oxide(CaO) was the highest as 35.10%, potassium oxide(K2O) was 32.43%, potassium chloride(KCl) was 19.46%, sulfur oxide(SO3) was 6.81%, and the remaining chemical components are SiO2, Fe2O3, Al2O3, MgO, and the like. Therefore, if CBS-dust is used as early-strength chemical admixtures in the concrete secondary products that use a large amount of mineral admixtures without rebar, it can be an effective method for increasing the strength of concrete as an alkali activator and preventing early-frost damage of Cold Weather Concrete.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Cement manufacturing process
그림 Fig. 2. Chlorine bypass system flow chart
그림 Fig. 3. Measurement
표 Table 1. Experimental plan
그림 Fig. 4. Histogram of density for 39 CBS-dust samples
그림 Fig. 5. Histogram of pH for 39 CBS-dust samples
그림 Fig. 6. Histogram of particle size for 39 CBS-dust samples
표 Table 2. Physical properties of CBS-dust
그림 Fig. 7. CaO composition of CBS-dust
그림 Fig. 8. K₂O composition of CBS-dust
그림 Fig. 9. KCl composition of CBS-dust
그림 Fig. 10. SO₃ composition of CBS-dust
표 Table 3. Chemical properties of CBS-dust
그림 Fig. 11. Chemical composition of CBS-dust(%)

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 시멘트 제조시 발생하는 CBS-dust의 기초적 특성 규명을 통하여 CBS-dust의 새로운 활용방법을 모색하고자 일련의 연구를 진행하고자 한다. 이에 우선적으로 본 논문에서는 CBS-dust의 물리 및 화학적 성질에 대하여 기초적으로 분석하여 그 특성을 규명하고자 한다.
본 연구는 시멘트 생산시 발생하는 CBS dust의 새로운 활용방 법을 모색하고자 CBS-dust의 물리⋅화학적 성질을 분석하였고, 활용방안을 모색하고자 하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
그러므로 본 연구에서는 시멘트 제조시 발생하는 CBS-dust의 기초적 특성 규명을 통하여 CBS-dust의 새로운 활용방법을 모색하고자 일련의 연구를 진행하고자 한다. 이에 우선적으로 본 논문에서는 CBS-dust의 물리 및 화학적 성질에 대하여 기초적으로 분석하여 그 특성을 규명하고자 한다.

제안 방법

본 연구의 실험계획은 Table 1과 같다. 먼저, CBS-dust 시료의 경우는 국내 A 시멘트회사에서 1주일 단위로 CBS-dust 시료 39회 분에 대하여 물리적 성질 및 화학적 성분을 검토하였다. 실험사항 으로 물리적 성질은 밀도, pH 및 입도를 측정하고, 화학성분은 산 화 칼슘(CaO), 산화 칼륨(K₂0), 염화 칼륨(KCl), 삼산화 황(SO₃), 이산화 규소(SiO₂), 산화 철(Fe₂O₃), 산화 알루미늄(Al₂O₃) 및 산화 마그네슘(MgO) 등을 분석하도록 한다.
본 연구의 실험방법 중 먼저, 물리적 성질로 밀도의 경우는 전자 비중계(CAS사 CD-V2)를 이용, 액체로 Isopropyl alcohol을 사용해 측정하였으며, pH의 경우는 Portable pH meter(Hanna사 HI98111)을 이용하여 측정하였다. 입도분포 및 크기는 입도분석기 (Malvern Panalytical, MASTERSIZER 3000)를 이용하였으며, 화 학성분은 X선 회절 분석기(X-Ray diffractometer)를 이용하여 측정하였다.
먼저, CBS-dust 시료의 경우는 국내 A 시멘트회사에서 1주일 단위로 CBS-dust 시료 39회 분에 대하여 물리적 성질 및 화학적 성분을 검토하였다. 실험사항 으로 물리적 성질은 밀도, pH 및 입도를 측정하고, 화학성분은 산 화 칼슘(CaO), 산화 칼륨(K₂0), 염화 칼륨(KCl), 삼산화 황(SO₃), 이산화 규소(SiO₂), 산화 철(Fe₂O₃), 산화 알루미늄(Al₂O₃) 및 산화 마그네슘(MgO) 등을 분석하도록 한다.

대상 데이터

원료로서의 활용으로는 천연 시멘트 원료인 석회석, 점토, 규석, 철원료와 더불어 천연원료인 석회석 대용으로 폐기물인 조개껍질 (폐각), 폐콘크리트 분쇄시 미분말 등이 있고, 또한, 점토대용으로 는 석탄회 혹은 리젝트애시가 있으며, 규석대용으로는 폐주물사가 있고, 철원료 대용으로는 동슬래그, 연슬래그, 제강슬래그 등을 들 수 있다.

성능/효과

1. CBS-dust의 물리적 성질로 밀도는 2.40g/cm3 으로 시멘트보다 가볍고, pH는 12.50으로 강알칼리성이며, 입도의 경우 시 멘트보다 미세한 11.70μm로 나타났다.
2. 화학성분의 경우는 산화칼슘(CaO)이 35.10%로 가장 많은량 을 나타내고, 산화칼륨(K₂O)이 32.43%, 염화 칼륨(KCl)이 19.46% 삼산화황(SO₃)이 6.81%이며, 그 이외의 화학성분의 경우 SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, MgO, 기타 등의 순으로 나타났다.
11은 CBS-dust 생산일자별 39개 시료의 화학적 특성을 종합한 결과를 나타낸 것이다. 분석결과 화학적 특성은 산화 칼슘 (CaO) 성분이 35.10%로 가장 많은 범위를 나타내고, 산화 칼륨 (K₂O)이 32.43%, 염화 칼륨(KCl)이 19.46% 삼산화황(SO₃)이 6.81%이며, 그 이외의 화학성분의 경우 SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, MgO, 기타 등의 순으로 종합분석 된다.

후속연구

CBS-dust는 염화물 이외에 다량의 알칼리(CaO, K₂O)를 포 함한 것으로 나타났다. 따라서 CBS-dust를 철근이 없는 혼 화재를 다량 사용하는 콘크리트 2차 제품에 알칼리 활성화재 로 사용한다면, 콘크리트의 강도증진 및 한중시공 시 초기동 해 방지 등에 효과적인 활용법이 될 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CBS-dust 생산일자별 39개 시료의 화학적 특성을 종합한 결과는?	11은 CBS-dust 생산일자별 39개 시료의 화학적 특성을 종합한 결과를 나타낸 것이다. 분석결과 화학적 특성은 산화 칼슘 (CaO) 성분이 35.10%로 가장 많은 범위를 나타내고, 산화 칼륨 (K2O)이 32.43%, 염화 칼륨(KCl)이 19.46% 삼산화황(SO3)이 6.81%이며, 그 이외의 화학성분의 경우 SiO2, Fe2O3, Al2O3, MgO, 기타 등의 순으로 종합분석 된다.
	Chlorine Bypass System(이하 CBS)가 무엇인가	그런데, 이렇게 시멘트산업에서 원료와 연료로 재활용되는 폐 기물 및 부산물은 고농도의 염화물과 알칼리를 함유하고 있을 경 우, 염화물과 알칼리가 시멘트 킬른내에서 휘발⋅농축하는 성질에 의해 시멘트 제조공정과 시멘트제품에 문제가 생길 수 있다. 따라서, 시멘트 설비는 이와 같은 염화물과 알칼리 성분을 제 거하기 위한 집진 장치인 Chlorine Bypass System(이하 CBS) 을 도입하여 폐기물(Dust)로 배출하고 있다(Rha and Seong 1999).
	매립지 부족 및 처리비용 인상으로 요구되는 사항은?	그러나 시멘트 제조공정 중에 발생하는 CBS-dust는 폐기물로 서 이를 적법한 절차에 따라 매립 등 처분하고는 있다. 그렇지만 최근의 상황으로는 매립지 부족 및 처리비용 인상으로 인하여, 이 에 대한 문제해결로 CBS-dust를 별도 용도로의 활용대책 마련이 요구되고 있다(Lee and Rha 1999).

참고문헌 (5)

Han, C.G. (2019). Application of recycled resources in cement production, Journal of Remicon.Ascon.Aggergate, 258 [in Korean].
Han, C.G. (2019). Chlorine and alkaline emission and its utilization, Journal of Remicon.Ascon.Aggergate, 257 [in Korean].
Kang, S.K., Nam, K.U. (2006). The recycling of inorganic industrial waste in cement industry, The Korean Society Of Clean Technology, 6(1), 61-69.
Lee, S.H., Rha, C.Y. (1999). By-products and utilization measures for waste use in the cement In dust, Journal of the Korean Ceramic Society, 2(2), 22-28.
Rha, C.Y., Seong, J.W. (1999). The preparation and characterization of blended cement used by-pass dust, Journal of the Korean Ceramic Society, 36(6), 618-624.

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