[논문]질산 및 황산에 의해 중화된 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 페이스트의 압축강도 특성

강석표; 이희라; 강혜주; 이병기

doi:10.14190/jrcr.2019.7.4.333

질산 및 황산에 의해 중화된 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 페이스트의 압축강도 특성
Characteristics on Compressive Strength of Cement Paste with Content of LRM Neutralized by Nitric Acid and Sulfuric Acid 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.7 no.4, 2019년, pp.333 - 340

강석표 (우석대학교 건축학과) , 이희라 (우석대학교 건설공학과) , 강혜주 (우석대학교 조경건설공학과) , 이병기 ((주)코켐스)

초록
AI-Helper

레드머드(Red mud)는 보크사이트(Bauxite)를 원료로 알루미나를 제조하는 공정에서 발생하는 산업부산물이다. 한국의 경우 베이어프로세스 공정을 통하여 Al2O3 1톤을 생산할 경우 함수율 50%의 레드머드가 약 2톤이 발생된다. 강알칼리성의 레드머드를 중화시킴으로서 재활용을 증대시킬 수 있고 보관 및 관리 측면에서 환경부하를 저감시킬 수 있다. 더욱이 재활용하기 위해 가열 및 분쇄 공정이 필요없는 액상화 레드머드에 대한 관심이 증대되고 있다. 따라서 본 논문에서는 질산 및 황산의 첨가량에 따른 액상화 레드머드의 pH 변화를 검토한 후 중화시킨 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 페이스트의 압축강도 특성을 비교 검토하였다. 그 결과 질산 및 황산으로 중화시킨 액상화 레드머드의 압축강도는 중화하지 않은 액상화 레드머드와 비교하여 상대적으로 높게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Red mud is an industrial by-product produced during the manufacturing aluminum hydroxide (Al(OH)3) and aluminum oxide(Al2O3) from Bauxite ores. In Korea, aproximately 2 tons of red mud in a sludge form with 50% moisture content is produced when 1ton of Al2O3 is produced through the Bayer process. Neutralization of red mud will help to reduce the environmental impact caused due to its storage and also lessen significantly the ongoing management of the deposits after closure. It will also open opportunities for re-use of the residue which to date have been prevented because of the high pH. Moreover, attention to liquefied red mud(LRM) that does not require heating and grinding process for recycling is needed. In this paper, characteristics of compressive strength for cement paste with content of LRM neutralized by nitric acid and sulfuric acid. The results showed that compressive strength of cement paste with neutralized LRM is higher than that of cement paste with LRM.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Manufacturing process of LRM
표 Table 1. Experimental plan
그림 Fig. 2. Particle size distribution of red mud
표 Table 2. Physical properties and chemical composition of LRM
표 Table 3. Physical properties and chemical composition of OPC
그림 Fig. 3. pH Measurement
그림 Fig. 4. pH Change according to the acidity
그림 Fig. 5. Compressive strength of paste with LRM
그림 Fig. 7. Percentage of plain strength
그림 Fig. 6. Percentage of 28-day compressive strength

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이온 형태로 존재하지 않고 일부가 Si, Al 등과 함께 결합되어 불용성으로 존재하기 때문에 첨가량은 이론적으로 계산된 양보다 적을 것으로 예상되었다. 따라서 본 연구에서는 LRM을 중화하기 위해 필요한 질산 및 황산의 첨가량을 이론적으로 계산된 첨가량에 대해 비율별로 검토하였다. 중화 LRM은 질산 및 황산을 이론적으로 계산된 첨가량 대비 20, 25.
본 논문에서는 액상화 레드머드(LRM; Liquefied red mud)에 질산 및 황산의 첨가량에 따른 pH 변화를 검토하여 중화에 필요한 적정 양을 결정하였고, 적정 양으로 중화시킨 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 페이스트의 압축강도 특성을 검토하였다.

제안 방법

중화 LRM은 질산 및 황산을 이론적으로 계산된 첨가량 대비 20, 25. 30, 35, 40, 50% 첨가하여 제조하였다.
LRM의 물리ㆍ화학적 특성은 Table 2에 나타내었다. LRM을 110℃에서 중량감소가 더 이상 나타나지 않을 때까지 건조하여 무게감량을 측정하여 함수율을 구하였고, 건조된 분말을 XRF로 분석하여 화학적 조성을 구하였다. 화학적 조성은 Na₂O가 19.
LRM의 강알칼리 특성은 Table 2에서 용해도가 높은 Na₂O 성분에 기인한 것으로 사료되며, 이론적으로 LRM의 pH를 7~8 범위로 중화하는데 필요한 질산 및 황산의 첨가량을 Na₂O 기준으로 계산하였다. 중화 LRM 제조를 위한 이론적인 몰비 계산식은 식(1)과 같다.
액상화 레드머드는 Kang and Kang(2018)의 연구에서 제시된 방법으로 제조하였다. 국내 K사에서 발생되는 레드머드 슬러지를 호모믹서로 3분간 500rpm으로 교반하여 균일하게 하였고, 지속적으로 교반하면서 레드머드 입자를 분산시키기 위한 분산제, 입자의 침강분리를 저감시키기 위한 증점제 및 고속교반에 의한 기포를 소포하기 위한 소포제를 적정량 첨가한 후 2분간 추가적으로 혼합하여 제조하였다. 이와같이 LRM을 제조하기 위한 장치 및 레드머드 슬러지의 상태는 Fig.
본 논문에서는 LRM 첨가시 저하되는 시멘트의 압축강도를 개선하기 위하여 pH 11~12인 LRM을 질산 및 황산으로 중화하여 pH 를 7~8로 조절하였다. 이를 위하여 중화에 필요한 이론적인 몰비를 계산하였고, 계산된 몰비에 대하여 일정량씩 변화시키면서 적정 첨가량을 검토하였다.
본 논문에서는 중화하지 않은 액상화 레드머드(Liquefied Red Mud, LRM)에 질산 및 황산의 첨가량에 따른 pH 변화를 검토한 후 적정 양의 질산 및 황산으로 중화시킨 액상 레드머드의 첨가량 에 따른 시멘트 페이스트의 압축강도 특성을 비교 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
질산 및 황산으로 중화한 LRM의 첨가량은 시멘트에 대해 중량비로 1, 5, 10, 20% 외할 첨가하였다. 압축강도는 1, 3, 7 및 28일에 측정하여 재령에 따른 특성을 검토하였다.
본 논문에서는 LRM 첨가시 저하되는 시멘트의 압축강도를 개선하기 위하여 pH 11~12인 LRM을 질산 및 황산으로 중화하여 pH 를 7~8로 조절하였다. 이를 위하여 중화에 필요한 이론적인 몰비를 계산하였고, 계산된 몰비에 대하여 일정량씩 변화시키면서 적정 첨가량을 검토하였다. 질산 및 황산은 이론적 몰비에 대해 20, 25, 30, 35, 40, 50wt%를 첨가하였으며, 첨가한 시료의 pH의 변화를 10분, 20분, 30분, 1시간, 12시간에 측정하였다.
질산 및 황산 중화 LRM을 첨가한 시멘트 페이스트의 압축강도 특성을 KS F 2476에 의거하여 재령 1, 3, 7 및 28일 측정하였고, 그 결과를 Plain 및 LRM 첨가 시험체와 비교 검토하였다. 시험체 는 50×50×50mm³ 몰드를 사용하여 제작하였고, 항온항습기(2 0℃, 50%R.
압축강도를 측정 하기 위한 시멘트 페이스트의 W/C는 30%이었고, 시험체의 크기 는 50×50×50mm³으로 하였다. 질산 및 황산으로 중화한 LRM의 첨가량은 시멘트에 대해 중량비로 1, 5, 10, 20% 외할 첨가하였다. 압축강도는 1, 3, 7 및 28일에 측정하여 재령에 따른 특성을 검토하였다.
이를 위하여 중화에 필요한 이론적인 몰비를 계산하였고, 계산된 몰비에 대하여 일정량씩 변화시키면서 적정 첨가량을 검토하였다. 질산 및 황산은 이론적 몰비에 대해 20, 25, 30, 35, 40, 50wt%를 첨가하였으며, 첨가한 시료의 pH의 변화를 10분, 20분, 30분, 1시간, 12시간에 측정하였다.

대상 데이터

LRM을 중화하기 위한 질산은 농도가 60%인 시약급(삼천순약 공업(주), Extra pure, Korea)을 사용하였고, 황산은 농도가 95%인 시약급(대전화금(주), Korea)을 사용하였다.
시멘트 페이스트의 압축강도 시험을 위해 사용한 시멘트는 국내 S사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 물리·화학적 특성은 Table 3과 같고, 비표면적은 3.

이론/모형

액상화 레드머드는 Kang and Kang(2018)의 연구에서 제시된 방법으로 제조하였다. 국내 K사에서 발생되는 레드머드 슬러지를 호모믹서로 3분간 500rpm으로 교반하여 균일하게 하였고, 지속적으로 교반하면서 레드머드 입자를 분산시키기 위한 분산제, 입자의 침강분리를 저감시키기 위한 증점제 및 고속교반에 의한 기포를 소포하기 위한 소포제를 적정량 첨가한 후 2분간 추가적으로 혼합하여 제조하였다.

성능/효과

1. pH 11~12인 강알칼리성의 액상화 레드머드를 중화시키기 위한 질산 및 황산의 적정 첨가량은 질산의 경우 이론 첨가량의 25%, 황산의 경우 이론 첨가량의 35%인 것으로 나타났다.
2. LRM을 첨가한 시멘트 페이스트의 압축강도는 재령 28일에 Plain의 61.0MPa과 비교하여 크게 저하되었고, LRM의 첨가 량이 증가할수록 압축강도는 지속적으로 감소하여 34.0~ 52.9MPa을 나타내었다.
4. LRM의 경우 Plain과 비교하여 재령 1일보다 28일의 압축강도 비가 상대적으로 낮게 나타났으나, 질산(Neu-N) 및 황산 (Neu-S)으로 중화된 LRM의 경우 Plain과 비교하여 재령 1일과 28일의 압축강도비가 유사하게 나타났다.
LRM 100g을 중화하는데 필요한 질산의 이론적인 첨가량은 0.328mol이었고 농도 60%를 고려한 질산의 첨가량은 34.5g으로 계산되었다. 한편 황산의 이론적인 첨가량은 0.
시멘트 페이스트의 7일과 28일 압축강도 차이는 LRM의 모든 첨가량에서 중화 LRM 보다 작게 나타났다. 모든 시험체에서 LRM의 첨가량이 증가할수 록 압축강도 차이는 감소하는 경향으로 나타났다. 또한 LRM과 비교하여 중화 LRM인 Neu-N 및 Neu-S의 경우 첨가량이 증가할수 록 7일과 28일 압축강도 차이는 감소하는 것으로 나타났다.
8%를 나타내고 있 다. 중화하지 않은 LRM는 첨가율이 증가할수록 압축강도비가 급격하게 떨어지고 첨가량이 가장 높은 RM-20의 경우 압축강도 발현을 거의 하지 못하는 것으로 나타났다. 질산(Neu-N)과 황산 (Neu-S)으로 중화시킨 LRM의 압축강도 비는 Plain을 기준으로 질산의 경우 120.
LRM의 첨가율이 증가할수록 압축 강도 비가 떨어지고 첨가량이 가장 높은 RM-20의 경우 Plain과 비교하여 약 50%의 수준을 보이고 있다. 질산(Neu-N)과 황산 (Neu-S)으로 중화시킨 LRM의 압축강도 비는 Plain을 기준으로 질산의 경우 129.0~99.1%, 황산의 경우 108.0~86.7%의 범위를 나타내고 있으며 중화시킨 LRM의 첨가량 10%까지는 Plain과 교하여 동등 이상의 압축강도를 발현하고 있는 것으로 나타났다.

후속연구

현재 국내외적으로 레드머드를 재활용하기 위한 많은 기술들이 시도되고 있지만 발생량에 비해 재활용되는 양은 약 10%로 재활용율이 매우 저조한 실정이다. 이에 발생량이 지속적으로 증가하는 레드머드의 재활용율을 확대시키기 위한 연구개발이 필요하다. 특히, 레드머드를 대량으로 재활용하기 위한 연구가 건설산업 분야로 관심이 증가하고 있으며, 레드머드를 전처리하여 건설재료로 재활용하는 연구가 폭넓게 진행되고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레드머드란?	레드머드(Red mud)는 보크사이트(Bauxite)를 원료로 알루미나를 제조하는 공정에서 발생하는 산업부산물이다. 한국의 경우 베이어프로세스 공정을 통하여 Al2O3 1톤을 생산할 경우 함수율 50%의 레드머드가 약 2톤이 발생된다.
	강알칼리성의 레드머드를 중화시킴으로서 얻을수 있는 효과는?	한국의 경우 베이어프로세스 공정을 통하여 Al2O3 1톤을 생산할 경우 함수율 50%의 레드머드가 약 2톤이 발생된다. 강알칼리성의 레드머드를 중화시킴으로서 재활용을 증대시킬 수 있고 보관 및 관리 측면에서 환경부하를 저감시킬 수 있다. 더욱이 재활용하기 위해 가열 및 분쇄 공정이 필요없는 액상화 레드머드에 대한 관심이 증대되고 있다.

참고문헌 (14)

Choi, J.J., Hwang, E.H., Moon, D.J. (2006). An experimental study on the flowability and compressive strength of color concrete mixed with pigments, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 26(3), 547-553.
Hong, H.S., Kim, Y.L., Cho, H.J., Kim, D.W., Kim, D.W., Kim, H.J., Kim, Y., Kim, S.P. (2017). Overview and future concerns for red mud recycling technology and industry, Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, 26(5), 12-21.
Kang, H.J., Kang, S.P., Hwang, B.I. (2018). "Mechanical behavior of wet soil concrete with liquefied red mud addition rate," Proceedings of Korea Concrete Institute, 30(1), 137-138.
Kang, J.S., Jeong, S.G., Jeong, S.W., Seo, U.Y., Lim, G.J., Ji, S.W. (2013). Coagulation of suspended solids and neutralization capacity of sludge in a settling pond of O limestone mine, Journal of the Korea Resources Engineering Association, 50(2), 204-211.
Kang, S.P. (2016). Properties of alkali-activated slag-red mud soil pavement using recycled aggregate, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 4(3), 276-283.

원문보기 상세보기
Kang, S.P., Kang, H.J. (2017). Characteristics of soil pavement by red mud content and binder type, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 5(1), 37-44.

원문보기 상세보기
Kang, S.P., Kang, H.J. (2017). Pore and efflorescence characteristics of alkali activated slag-red mud cement mortar depending on red mud content, Journal of the Korea Institute of Building Construction, 17(3), 261-268.

원문보기 상세보기
Kang, S.P., Kang, H.J. (2018). Strength characteristic and color difference analysis of cement mortar according to the amount of liquefied red mud, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 6(2), 146-152.
Kang, S.P., Kwon, S.J. (2017). Effects of red mud and alkali-activated slag cement on efflorescence in cement mortar, Construction and Building Materials, 133, 459-467.

상세보기
Kim, H.J. (2007). Study on the Chemical Property and Application of Red mud, Master's Thesis, Chonnam National University, Korea [in Korean].
Lee, S.H., Kim, G.D., Chung, S.Y. (2004). Hannam-dong juvenile education culture center-mix design of black concrete and application technology, Magazine of the Korea Concrete Institute, 16(3), 50-57.
Lee, Y.W. (2013). A Study on the Recycling of Red mud for Alkali-Activated Non-Cement Binder, Master's Thesis, WooSuk University, Korea [in Korean].
Park, J.H., Pyeon, S.J., Lee, S.S. (2019). A study on the properties of cementless artificial stone by recycled coarse aggregate and red mud according to replacement ratio, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 7(1), 50-56.
Park, Y.H., Jung, Y.N. (2017). Overview of bauxite residues and processing status of domestic and overseas, Magazine of RCR, 12(4), 22-27.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증