[논문]DTG 분석법을 활용한 슬래그류 비탄산염 재료의 CO2 정량 측정방법 연구

최재원; 유병노; 추용식; 한민철

doi:10.14190/jrcr.2024.12.1.8

DTG 분석법을 활용한 슬래그류 비탄산염 재료의 CO2 정량 측정방법 연구
A Study on the Method for Quantifying CO2 Contents in Decarbonated Slag Materials by Differential Thermal Gravimetric Analysis 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.12 no.1, 2024년, pp.8 - 16

최재원 (아세아시멘트 기술연구소) , 유병노 (아세아시멘트 기술연구소) , 추용식 (한국세라믹기술원 저탄소.디지털전환사업단) , 한민철 (청주대학교 건축공학과)

초록
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포틀랜드 시멘트, 철강 산업 등에서 원료로 사용되는 석회석(CaCO₃, calcium carbonate)은 고온에서 탈탄산 분해 반응에 의해 CO₂를 배출한다. 석회석 사용에 의한 CO₂ 배출을 저감하기 위해 CO₂ 배출의 원인이 되는 carbonate 광물을 함유하지 않거나 함유량이 적으면서도 CaO를 함유한 산업부산물로 석회석을 대체하려는 기술이 제안되었다. 이들 산업부산물에 함유된 CO₂를 정량 측정하는 방법으로 Loss of Ignition(LOI), Thermo-Gravimetric Analysis(TG), Infrared Spectroscopy(IR) 등이 사용되나, 산업부산물의 특성에 따라 CO₂ 배출량을 과대 또는 과소 평가할 우려가 있다. 본 연구에서는 CaCO₃ 시료와 고온에서 산화반응에 의해 중량이 증가하는 시료 각각에 carbonate 형태로 함유된 CO₂의 함량을 측정하는 방법으로 LOI, TG, IR 및 DTG(Differential Thermo-Gravimetric Analysis) 방법의 신뢰도와 시험방법별 측정결과를 비교 검토하였다. CaCO₃ 시료에 대해서는 검토한 모든 시험결과는 충분한 수준의 신뢰도를 나타내었다. 반면, 고온에서 중량이 증가하는 시료의 CO₂ 함량에 대해서는 LOI와 TG는 시료의 CO₂ 함량을 제대로 평가하지 못했으며, IR은 예측값에 비해 CO₂ 함량을 과대평가하는 경향을 나타내었으나, DTG에 의한 평가 결과는 예측값에 근사하였다. 이로부터 수 % 미만 수준의 미량의 CO₂를 함유하고, carbonate 광물의 분해 배출 온도에서 CO₂ 배출에 의한 중량 감소 외에도 중량이 변화하는 시료의 경우 DTG를 이용하여 CO₂ 함량을 구하는 것이 LOI나 TG, IR을 이용한 평가보다 합리적이라고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Limestone (CaCO3, calcium carbonate), which is used as a raw material in the portland cement and steel industry, emits CO2 through decarbonation by high temperatures in the manufacturing process. To reduce CO2 emissions by the use of raw materials like limestone, it has been proposed to replace limestone with various industrial by-products that contain CaO but less or none of the carbonated minerals, that cause CO2 emissions. Loss of Ignition (LOI), Thermogravimetric analysis (TG), and Infrared Spectroscopy (IR) are used to quantitative the amount of CO2 emission by using these industrial by-products, but CO2 emissions can be either over or underestimated depending on the characteristics of by-product materials. In this study, we estimated CO2 contents by LOI, TG, IR and DTG(Differential Thermogravimetric analysis) of calcite(CaCO3) and samples that contain CO2 in the form of carbonate and whose weight increases by oxidation at high temperatures. The test results showed for CaCO3 samples, all test methods have a sufficient level of reliability. On the other hand, for the CO2 content of the sample whose weight increases at high temperature, LOI and TG did not properly estimate the CO2 content of the sample, and IR tended to overestimate compared to the predicted value, but the estimated result by DTG was close to the predicted valu e. From these resu lts, in the case of samples that contain less than a few percent of CO2 and whose weight increases during the temperature that carbonate minerals decompose, estimating the CO2 content using DTG is a more reasonable way than LOI, TG, and IR.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. XRD curve of CaCO₃
표 Table 1. Chemical composition of materials by XRF (wt.%)
그림 Fig. 2. XRD curve of Cu Slag
그림 Fig. 3. Determination of W_Ini and W_Fin by TG curve
그림 Fig. 4. Determination of T_Ini and T_Fin by DTG curve
표 Table 3. Reliability test results (wt.%)
표 Table 2. Experimental materials and methods
그림 Fig. 5. TG curves of CaCO₃ repeatability test
그림 Fig. 6. DTG curves of CaCO₃ repeatability test
표 Table 4. Experimental results by material & heating rate (weight %)
그림 Fig. 7. TG curves of Cu slag by heating rate
그림 Fig. 9. TG curves of mixture by heating rate
그림 Fig. 11. Setting the baseline of the DTG curve (mixture, 10 °C/min)
그림 Fig. 8. DTG curve of Cu slag heating at 10 °C/min
그림 Fig. 10. DTG curves of mixture by heating rate
그림 Fig. 12. Fitting the baseline of the DTG curve as "0" (mixture, 10 °C/min)
표 Table 5. Comparison of decomposition peak of CaCO₃ by DTG curves along various TG heating rates

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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].

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