시멘트 제조의 원료로 제철, 제강 더스트 및 무기성슬러지의 사용.{Cement manufactural using dust of steel and iron, ＆ inorganic sludge of industry.}
본 발명은 시멘트 제조시 원료로 사용되는 점토질원료와 산화철원료를 대체하여 제철, 제강 더스트와 무기성슬러지를 사용하여 KS인증 시멘트를 생산하는 방법에 관한 것으로 본 발명에서 사용하고 자 하는 폐기물에 있어서 기존의 재활용 방법은 KS 규격 인증을 받은 도로 기층제의 생산, 시멘트와 모래를 혼합하여 블록과 인공어초의 생산, 특허제 2418호와 같이 아스콘의 제조시 석회성분의 대체재로 사용하고있으며, 프랑스시멘트공장에서는 금속제조업에서 발생되는 주조사와 화학공장에서 발생되는 폐석고와 화력발전소의 비산재를 시멘트의 원료로 사용하고 있다. 또한 특허 제4959호 에 의한 방법으로 슬러지를 활용한 고강도 시멘트의 제조방법에 관한 기술이 있습니다. 상기 기술한 종래 기술은 폐기물의 특성인 중금속함량을 희석하여 기준치 이하로 떨어뜨리는 방법으로 일반토사류와 혼합하여 도로기층제를 생산하는바 이는 중금속이 토양으로 침출될 가능성이 많으며 블록과 어초의 생산 방식은 폐기물의 사용량이 현저히 적어 실용화가 어렵고 산화에 의한 비산과 해양오염의 가능성이 있습니다. 국내의 시멘트 제조업체에서도 관보99-08-06 37쪽에서 "시멘트의 소성로를 폐기물처리시설로 인정 할 수 있다"하여 프랑스의 시멘트 공장에서와 같이 폐기물의 처리시설로서 각종 폐기물을 연료의 대용으로 사용할 수 있게 되었습니다.
본 발명은 기존의 폐기물 재활용의 방식이 상기에서와 같이 2차 환경오염의 우려가 있는 점을 개선하고 프랑스의 시멘트 공장에서 폐기물을 사용하여 연간 석유 30만톤을 절약하고 60만 톤의 폐기물을 처리하여 총폐기물발생량의 33%을 처리한 점에 착안하여 폐기물을 안정적으로 공급 가능하며 원가부담이 저렴하며 폐기물의 매립에 따른 오염이 없으며 제조 공정에 1500℃에 달하는 소성로의 온도는 중금속과 할로겐염을 중화하여 시멘트의 질을 떨어뜨리지 않는다는 보고가 있어 본 발명으로 인하여 시멘트 제조 회사는 점토질원료와 산화철원료의 대체재로 적극적으로 폐기물의 원료화를 촉진할 것으로 예측됩니다. 또한 1999년 시멘트의 국내 사용량은 6985만 톤으로 생산량의 2%를 폐기물 원료로 대체 할 때 사용 될 수 있는 폐기물의 사용량은 139만 톤에 이를 것으로 예상되어 700억원의 폐기물처리 비용을 절감 할 수 있을 것입니다. 기존의 특허 제4959호의 폐슬러지를 이용한 시멘트 제조 방법은 무기물폐슬러지를 100℃∼110℃에서 건조하여 분쇄하는 공정과 500℃∼1000℃에서 건조 후 나온 재료와 포틀랜드시멘트,후라이애쉬,규사,첨가제를 혼합하여 고강도시멘트를 제조하는 방법이며 본 발명은 전자와 달리 KS인증 규격의 시멘트제조 원료로 사용하는 방법으로 제조 공정 중에 1500℃로 가열하는 소성로를 운영하고 있어 별도의 가열과정이 필요치 않으며 석회석의 주성분인 CaCO 3 와 반응하여 중금속과 할로겐염이 중화되고 시멘트제조 시설은 대기 방지시설이 완벽하여 2차오염의 우려가 없는 시설이 되며 아주 무해한 제품의 생산이 가능하다. 제철체강 더스트는 도4 에서와 같이 철분함유량이 55.9%에 달하여 산화철원료의 대체재로 유용성이 크며 도5의 분석표에 6가크롬이 4.776ppm이 함유되어 있으나 전체원료의 2%이내에서 사용시 제품중 6가크롬의 함량은 0.095ppm이 되어 기준치 1.5ppm에 미치지 못하여 안전하며 전술한 바 와 같이 800∼900℃에서 가열할 때 CaCO 3 와 반응하여 도6과 같이 중금속과 할로겐염이 중화되어 안전한 제품의 생산이 가능하다. 또한 무기성슬러지의 원료화시 점토질원료의 대체재로 10%까지 사용이 가능하나 제품의 균일성과 품질을 위하여 2%이내 사용시 도8 에서와 같이 타원료를 사용한 시멘트에 비하여 손색이 없다고 본다. 본 발명에서 사용하고자 하는 제철, 제강 더스트는 제강과정에서 비산된 더스트를 집진한 산화철 성분이 55.9% 함유(도4)된 것으로 미분말 형태이며, 무기성슬러지는 폐수처리오니중 유기성 함유량이 40%이하인 무기성슬러지와 석재품제조, 비금속광물제조 시설에서 발생하는 무기성슬러지로서 년간 발생량이 각각 5만 톤과 10만 톤으로 다량 발생하며 품질이 균일하여 도1 과 도4 의 분석표를 비교할 때 본안이 이루고자 하는 재활용의 필요성을 알수있다.
도1은 시멘트의 주성분 함유량 도2은 기존의 시멘트 제조 공정도 도3은 본 발명에 따른 시멘트의 제조 공정도 도4은 본 발명에 사용된 원료의 화학성분 분석표 도5은 폐기물공정시험법에 의한 시험 성적표 도6은 소성로에서 화학 반응식 도7은 석회질원료와 폐기물의 사용 배합비 도8은 시멘트의 품질 검토서
시멘트의 제조시 그 주성분을 이루는 SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaO등의 화합물로서 그 품질과 특성이 일정해야 하며 그 원료는 석회석,경석,납석, 산화철 등을 혼합하여 상기 주성분을 충족하도록 조합하여 분쇄과정을 거쳐 1450℃∼1500℃의 소성로에 투입하여 클링커를 생산하고 클링커에 응결지연제인 석고를 혼입하여 분쇄하면 완제품이 되며 원료의 88%∼90%는 석회석을 사용하며 점토질원료는 8∼10%정도 산화철원료는 2%정도 사용되며 산화철 성분은 3∼4%정도 필요하다. 시멘트의 제조공정은 도2에서와 같이 원료의 배합,분쇄,혼합,저장,소성,냉각,석고혼합분쇄, 포장, 수송이 주공정으로 이루어진다. 본 발명은 산화철원료의 대체재로서 유용하며 고로 또는 전기로에서 제강공정에서 비산된 더스트를 집진기에서 포집하고 페렛화하여 비산되지 않도록 운반하여 시멘트제조 시설의 원료집하장에 보관하고 점토질원료의 대체재인 무기성 슬러지는 화학적 처리를 하는 폐수처리장에서 발생된 슬러지를 운반하여 석회석분말과 혼합하여 200℃의 간이건조로에서 건조하여 수분함량 60∼85%인 슬러지를 함수율 20∼30%로 하여 원료 집하장에 보관하고 도3에서와 같이 각각의 원료를 정량투입 과정을 통하여 조합하고 미분쇄하여 800∼900℃에서 예비 가열하고 소성로에 투입하여 1450∼1500℃에서 소성하여 클링커를 생산한다. 제철, 제강 더스트와 무기성슬러지의 원료 배합비율은 제1의 방법으로 석회석 90%,제철, 제강 더스트 2%,점토질원료8% 로 혼합하는 방법과 제2의 방법으로 석 회석90%무기성슬러지 2%,점토질원료6%,산화철원료2% 사용하는 방법이 있으며 원료의 질과 부원료의 성분 함유량에 따라 석회석 90%, 무기성오니2%,경석(납석) 6%,제철제강더스트 2%의 비율로 배합하여 분쇄하여 원료장치장에 보관한 후 시멘트 제조공정에 투입하게 된다. 원료의 배합과정의 전 단계에서 원료의 분석이 이루어지고 원료의 배합비는 도4에서와 같이 Sio 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O, Fe 2 O 3 , Ca, Mg, Cl-함유량을 분석하여 사용량을 결정한다. 조합된 원료는 미분쇄한 후 800∼900℃에서 예열과정을 거치면서 도6과 같이 석회석원료와의 화학반응에 의해 무해가스로 정화되며 배기가스는 집진 시설의 분무탑에 유입되어 시간당 20톤의 물을 분사하여 분진과 함께 액적입자화하고 배기가스중 유해가스는 HCL,SO 2 ,NO X ,CO등이 물에 잘 용해 흡수되는 성질을 이용한 것이다. 따라서 1차예열, 2차소성로에서 가열하여 용해과정을 거치면서 불순물이 제거되어무해한 시멘트가 생산된다.
현재 국내에서 발생되는 제철, 제강 더스트 대략 년간 5만톤, 무기성슬러지는 10만 톤이 발생되는 것으로 추정되며 이폐기물의 처리에 필요한 매립처리 비용은 연간75억원에 이르고 있으며 1999년 시멘트 사용량이 6985만 톤으로 볼 때 본 발명에 따른 폐기물사용 가능량은 연간 139만 톤에 이르는 것으로 연간15만 톤의 사용은 충분할 것으로 예상됩니다. 기존의 재활용의 방법중 대부분은 폐기물을 1차 가공시 열을 이용하여 건조하는 과정을 거치게 되는데 본 발명은 별도의 열원이 필요치 않아 경제적이며 수분조절을 위하여 석회석 분말을 사용하게 되는데 제조공정의 주원료가 석회석이므로 별도의 구입비용이 필요치 않고 원료의 대체 효과로 원자재의 절감으로 원가 절감에 기여하고 폐기물 배출업소의 폐기물처리비용을 절감하여 산업경쟁력 향상에 상당한 기여를 할것으로예상된다. 또한 본 발명에 의하여 시멘트 제조업체에서 적극적으로 재활용을 촉진하는 기회가 될 것입니다. |
