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KR102511005B1 - 조성물 및 조성물의 제조 방법 - Google Patents

조성물 및 조성물의 제조 방법 Download PDF

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KR102511005B1
KR102511005B1 KR1020200178138A KR20200178138A KR102511005B1 KR 102511005 B1 KR102511005 B1 KR 102511005B1 KR 1020200178138 A KR1020200178138 A KR 1020200178138A KR 20200178138 A KR20200178138 A KR 20200178138A KR 102511005 B1 KR102511005 B1 KR 102511005B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 조성물은 시멘트, 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 냉각시킨 제1냉각 슬래그, 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 냉각시켜 마련되며, 제1냉각 슬래그에 비해 경도가 작고, 제1냉각 슬래그에 비해 입경이 작은 제2냉각 슬래그 및 팽창재를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 조성물에 의하면, 유동성을 확보할 수 있어 시공이 용이하다. 또한, 압축강도를 확보할 수 있고, 시간 경과에 따른 수축이 억제되어, 균열이 발생하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
그리고, 페로니켈 제조 공정 중에 발생된 슬래그를 서로 다른 속도로 냉각시켜 마련된 제1냉각 슬래그와, 제2냉각 슬래그를 재활용함에 따라, 조성물을 제조하는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 모래 수급의 어려움에 대처할 수 있다.

Description

조성물 및 조성물의 제조 방법{COMPOSITION AND METHOD OF COMPOSITION}
본 발명은 조성물 및 조성물의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조성물의 제조 비용을 절감할 수 있는 조성물 및 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
벽, 천정, 바닥 등의 미장을 위해 사용되는 모르타르(mortar)는 모래, 시멘트 팽창재 및 필러재를 포함하는 혼합 조성물을 물로 반죽한 것을 말한다.
이러한 혼합 조성물을 제조하는데 있어서, 천연에서 채취할 수 있는 모래를 사용하는데, 년간 750 만톤 내지 800 만톤이 사용되고 있다. 그런데 생태 환경 파괴로 인해 모래의 채취가 금지되어 있어, 천연 모래의 수급에 어려움이 있다. 이에, 혼합 조성물의 원료가 되는 모래를 대체할 수 있는 대체재를 마련할 필요가 있다.
한국공개특허 KR20170037721
본 발명은 페로니켈 제조 공정 중에 발생된 슬래그를 이용하여 마련된 조성물 및 조성물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 조성물은 시멘트; 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 냉각시킨 제1냉각 슬래그; 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 냉각시켜 마련되며, 상기 제1냉각 슬래그에 비해 경도가 작고, 상기 제1냉각 슬래그에 비해 입경이 작은 제2냉각 슬래그; 및 팽창재;를 포함한다.
상기 제2냉각 슬래그의 입경은 상기 제1냉각 슬래그 입경의 0.3배 이하로 작다.
상기 제2냉각 슬래그의 분말도가 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만이다.
상기 조성물 전체에 대해, 상기 제1냉각 슬래그가 65 중량% 내지 80 중량%, 상기 제2냉각 슬래그가 2 중량% 내지 7 중량%, 상기 시멘트가 15 중량% 내지 25 중량%, 상기 팽창재가 1 중량% 내지 5 중량%로 포함한다.
상기 제1냉각 슬래그는, 입경이 0.15mm 이상, 0.7mm 미만인 제1슬래그; 입경이 0.7mm 이상, 2.2mm 미만인 제2슬래그; 및 입경이 2.2mm 이상, 5.0mm 이하인 제3슬래그; 를 포함하고, 상기 조성물 전체에 대해, 상기 제1슬래그가 25 중량% 내지 30 중량%, 제2슬래그가 20 중량% 내지 25 중량%, 제3슬래그가 20 중량% 내지 25 중량%로 포함된다.
상기 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그는, 각각에서 전체 결정상 중 가장 많이 포함된 결정상인 주 결정상이 서로 다르다.
상기 제1냉각 슬래그는 주 결정상이 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상이고, 상기 제2냉각 슬래그는 주 결정상이 MgO·SiO2(enstatite) 결정상이다.
상기 제1냉각 슬래그에 비해 상기 제2냉각 슬래그의 분쇄성(HGI)이 높다.
상기 팽창재는 CaO와 CaSO4를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 조성물의 제조 방법은
페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 제1냉각속도로 냉각시킨 제1냉각 슬래그를 준비하는 과정; 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 상기 제1냉각속도에 비해 느린 제2냉각속도로 냉각시킨 제2냉각 슬래그를 준비하는 과정; 분말도를 조절하도록, 상기 제2냉각 슬래그를 분쇄하는 과정; 및 상기 제1냉각 슬래그, 분쇄된 제2냉각 슬래그, 시멘트, 팽창재를 혼합하는 과정;을 포함한다.
상기 제2냉각 슬래그를 분쇄하는 과정은, 분말도가 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만이 되도록 상기 제2냉각 슬래그를 분쇄한다.
상기 제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그를 준비하는 과정은, 상기 페로니켈 제조 공정 중, 니켈광석을 용융 및 환원시켜 페로니켈을 포함하는 용융물을 제조하는 과정에서 발생된 슬래그를 회수하는 과정을 포함하고, 상기 제1 및 제2냉각 슬래그는 상기 회수된 슬래그를 냉각시켜 준비한다.
상기 제1냉각 슬래그를 준비하는 과정은, 상기 회수된 슬래그를 10분 내지 20분 내에 55℃ 내지 65℃의 온도로 냉각시킨 후, 5 시간 내지 10 시간 내에 상온까지 냉각시키는 과정을 포함한다.
상기 제1냉각 슬래그를 준비하는 과정은, 상기 회수된 슬래그로 물을 분사하여 10분 내지 20분 내에 55℃ 내지 65℃의 온도로 냉각시킨 후, 55℃ 내지 65℃로 냉각된 슬래그를 대기 중에서 공랭시켜 5 시간 내지 10 시간 내에 상온까지 냉각시키는 과정을 포함한다.
상기 제2냉각 슬래그를 준비하는 과정은, 상기 회수된 슬래그를 36시간 내지 48시간 내에 상온까지 냉각시키는 과정을 포함한다.
상기 제2냉각 슬래그를 준비하는 과정은, 상기 회수된 슬래그를 대기 중에서 공랭시켜 36시간 내지 48시간 내에 상온까지 냉각시키는 과정을 포함한다.
상기 제1냉각 슬래그를 입경에 따라 분급하는 과정을 포함하고, 상기 분급하는 과정은, 입경이 0.15mm 이상 0.7mm 미만인 제1슬래그, 입경이 0.7mm 이상 2.2mm 미만인 제2슬래그 및 입경이 2.2mm 이상 5.0mm 이하인 제3슬래그로 분급하는 과정을 포함하며, 상기 혼합하는 과정은, 상기 제1 내지 제3슬래그를 혼합하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 조성물에 의하면, 유동성을 확보할 수 있어 시공이 용이하다. 또한, 압축강도를 확보할 수 있고, 시간 경과에 따른 수축이 억제되어, 균열이 발생하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
그리고, 페로니켈 제조 공정 중에 발생된 슬래그를 서로 다른 속도로 냉각시켜 마련된 제1냉각 슬래그와, 제2냉각 슬래그를 재활용함에 따라, 조성물을 제조하는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 모래 수급의 어려움에 대처할 수 있다.
또한, 제1냉각 슬래그를 분쇄하지 않고, 분쇄성이 상대적으로 높은 제2냉각 슬래그를 분쇄함에 따라, 분쇄를 위한 힘, 에너지 또는 시간이 절약된다. 따라서, 제1냉각 슬래그를 분쇄하여 사용할 때에 비해 제2냉각 슬래그를 분쇄하여 사용함으로써, 조성물 제조를 위한 비용이 절감된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조성물에 포함된 원료들을 블록화하여 도시한 개념도이다.
도 2는 일반적인 페로니켈 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 3은 제1냉각 슬래그를 나타낸 사진이고, 도 4는 제2냉각 슬래그를 나타낸 사진이다.
도 5는 제1냉각 슬래그의 결정상을 설명하기 위한 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
도 6는 제2냉각 슬래그의 결정상을 설명하기 위한 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조성물의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 8은 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물을 이용하여 제조된 시험편의 압축강도(MPa) 및 슬럼프 플로우(Slump flow)(mm)를 나타낸 그래프이다.
도 9는 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물을 포함하는 모르타르를 이용하여 슬럼프 플로우를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물을 이용하여 제조된 시험편의 길이 변화율을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
본 발명은 페로니켈 제조 공정 중에 발생된 슬래그와 시멘트를 포함하는 조성물 및 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 페로니켈 슬래그의 제조 공정 중에 발생되며 서로 다른 냉각방법 또는 냉각속도로 마련된 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그를 포함하는 조성물 및 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 종래의 조성물을 구성하는 모래 및 필러재 각각을 페로니켈 제조 공정 중에 발생된 슬래그로 대체한 조성물 및 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 그리고, 수축을 억제하고, 압축강도를 확보하면서, 제조 비용을 절감시킬 수 있는 조성물 및 조성물의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조성물에 포함된 원료들을 블록화하여 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조성물은 제1냉각 슬래그, 제2냉각 슬래그, 시멘트 및 팽창재를 포함한다.
이러한 조성물은 사용시에 물과 혼합될 수 있다. 그리고, 통상적으로 시멘트 및 모래를 포함하는 조성물과 물을 혼합한 것을 모르타르(mortar)라한다. 따라서, 이하에서는 실시예에 따른 조성물과 물을 혼합한 것을 모르타르(mortar)로 명명한다. 이러한 모르타르는 건축물 또는 구조물의 벽, 천정, 바닥 등에 발라 시공하는 미장작업에 사용될 수 있다.
이하, 조성물에 포함된 각 원료에 대해 설명한다.
시멘트는 일반적으로 알려진 바와 같이 석회석, 진흙, 석회 등을 혼합한 재료일 수 있다. 보다 구체적으로 시멘트는 SiO2, CaO, MgO, Al2O3, Fe2O3, K2O, SO3, Na2O를 포함할 수 있고, 더 구체적으로 포틀랜드 시멘트일 수 있다. 이러한 시멘트는 물과 수화반응하며, 수화반응 시에 다량의 열이 방출되면서 응결되고, 이때 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 생성된다. 그리고, 시멘트와 물 간의 수화반응에 의해 모르타르를 구성하는 원료들이 상호 결합되면서, 강도(압축강도)가 증가한다. 이에, 예를 들어 모르타르를 발라 미장한 시공 부분에 대한 압축강도를 확보할 수 있다.
팽창재는 수축을 억제하는 재료이다. 즉, 조성물과 물을 혼합한 모르타르의 수축을 방지하거나, 상기 모르타르를 예컨대 벽에 발라 미장하였을 때, 미장된 모르타르의 수축을 억제한다. 이러한 팽창재는 CaO와 CaSO4를 포함하는 재료일 수 있다.
제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그는 페로니켈 제조 공정 중에 발생되는 부산물인 슬래그를 회수하고, 이를 냉각시켜 마련한 것이다. 보다 구체적으로 제1냉각 슬래그는 페로니켈 제조 공정 중에 발생된 슬래그를 고압수로 빠르게 냉각시켜 마련한 것이고, 제2냉각 슬래그는 대기 중에서 서서히 냉각(즉, 서냉)시켜 마련한 것이다. 여기서 제2냉각 슬래그는, 회수된 슬래그를 대기 중에서 공랭시킨 것으로 설명될 수도 있다.
이하, 제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그에 대한 설명을 위해, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 페로니켈의 제조 방법, 제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그 각각의 특성에 대해 먼저 설명한다.
도 2는 일반적인 페로니켈 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 도 3은 제1냉각 슬래그를 나타낸 사진이고, 도 4는 제2냉각 슬래그를 나타낸 사진이다. 도 5는 제1냉각 슬래그의 결정상을 설명하기 위한 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다. 도 6는 제2냉각 슬래그의 결정상을 설명하기 위한 XRD(X-Ray Diffraction) 그래프이다.
도 2를 참조하면, 페로니켈 제조 방법은 니켈광석을 건조시키는 과정(S10), 건조된 니켈광석을 소성 및 예비 환원시키는 과정(S20), 소성 및 예비 환원된 니켈광석을 용융 및 환원시켜 페로니켈 용융물(이하, 용융물)을 제조하는 과정(S30), 니켈광석의 용융 및 환원 과정에서 발생된 슬래그를 용융물로부터 분리하는 과정(S40), 용융물 중 황(S)을 제거하는 탈류 과정(S50)을 포함한다. 또한, 용융 및 환원 과정(S30)에서 발생된 슬래그가 용융물부로터 분리되면, 슬래그를 냉각시키는 과정(S60)을 포함한다.
니켈광석은 페로니켈을 제조하기 위한 또는 니켈(Ni) 및 철(Fe)을 제공하는 소스 원료로서, 산화니켈(NiO), 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeO)을 포함하는 광석이며, 상기 산화니켈(NiO)이 1.5 중량% 내지 2 중량% 포함된 광석일 수 있다. 그리고, 니켈광석은 상술한 성분 외에 산화망간(MnO), 오산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화티타늄(TiO2), 탄소(C), 황(S)을 더 포함할 수 있다.
니켈광석을 건조시키는 과정(S10)에서는 니켈광석에 함유된 수분을 제거한다. 이때, 니켈광석을 건조시키는 건조 장치는 예컨대, 피처리물이 장입되며 회전 가능한 드럼을 포함하는 수단인 로타리 건조기(rotary dryer)일 수 있다.
로타리 건조기를 이용하여 건조시키는 방법에 대해 설명하면, 드럼 내부로 니켈광석을 장입하고, 드럼을 회전시키면서 내부를 예컨대 200℃의 온도로 가열한다. 이에, 드럼 내부에 장입되어 있는 니켈광석으로부터 수분이 제거된다.
소성 및 예비 환원시키는 과정(S20)에서는 니켈광석을 열처리하여 소성시킴으로써 강도를 증가시키고, 상기 니켈광석에 포함된 산화니켈(NiO) 및 산화철(FeO) 등의 금속 산화물을 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 환원시킨다. 니켈광석을 소성 및 예비 환원시키는 장치(이하, 소성장치)는 예컨대 회전 가능한 드럼 및 드럼 내부에 화염을 발생시키는 버너를 포함하는 수단인 로타리 킬른(rotary kiln)일 수 있다.
로타리 킬른을 이용하여 니켈광석을 소성 및 예비 환원시키는 방법에 대해 설명하면, 드럼 내부로 니켈광석, 탄소(C)를 포함하는 환원제 예컨대 석탄을 장입하고, 드럼을 회전시키면서 내부를 가열한다. 이때, 드럼 내부로 화염을 발생시켜, 600℃ 내지 800℃의 온도로 가열한다. 드럼 내부가 가열되면, 니켈광석이 소성되어 그 강도가 증가되고, 니켈광석에 포함된 산화니켈(NiO) 및 산화철(FeO) 등의 금속 산화물이 환원된다.
이 과정(S20)에서 니켈광석이 가열되면, 후속 조업인 니켈광석의 용융 및 환원 과정(S30)에서 목표 온도로 가열하기가 용이해진다. 또한, 이 과정(S20)에서 상술한 바와 같이 금속 산화물이 환원되는데, 환원되는 금속 산화물량이 후속 조업인 용융 및 환원 과정(S30)에 비해 적다. 이는 소성 및 환원 과정(S20)에서 처리 온도가 용융 및 환원 과정(S30)의 온도에 비해 낮기 때문이다.
따라서, 소성 및 예비 환원 과정(S20)에서 일어나는 환원은 용융 및 환원(S30) 과정에서의 환원에 비해 먼저 또는 예비적으로 실시되는 환원으로 설명될 수 있다.
용융 및 환원 과정(S30)은 니켈광석을 용융시키고, 니켈광석에 포함된 된 산화니켈(NiO) 및 산화철(FeO) 등의 금속 산화물을 환원시킨다. 이때, 니켈광석을 용융 및 환원시키는데 있어서 전기로를 이용할 수 있다. 여기서, 전기로는 내부 공간을 가지는 본체 및 본체 내부로 열원인 아크(arc)를 발생시키는 전극봉을 포함하는 구성일 수 있다.
전기로에서 니켈광석을 용융 및 환원시키는 방법에 대해 설명하면, 먼저 전기로의 본체 내부로 니켈광석 및 탄소(C)를 포함하는 환원제를 투입시킨다. 여기서, 환원제는 예컨대 석탄일 수 있다. 본체 내로 니켈광석 및 환원제가 장입되면, 전극봉을 통해 본체 내부로 아크(arc)를 발생시킨다. 이때, 아크 열에 의해 니켈광석 및 환원제가 용융되고, 니켈광석이 환원되면서 용융물 즉, 페로니켈 용융물이 제조된다.
이렇게 니켈광석이 용융 및 환원되어 용융물이 생성될 때, 용융 및 환원 반응에 의한 부산물 즉 슬래그가 생성되며, 이 슬래그는 용융물의 표면 상에 부유하게 된다. 또한, 슬래그는 용융물 측면에서 불순물이기 때문에, 전기로에서 용융 및 환원이 종료되면, 용융물로부터 슬래그를 분리한다(S40). 즉, 전기로 내 용융물로부터 슬래그를 배재시킨다.
그리고, 전기로에서 제조된 페로니켈 용융물에는 황(S)이 4000ppm 수준으로 함유되어 있는데, 황(S)은 제품 예컨대 스테인리스 강의 품질을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 전기로에서 용융물이 제조되면, 상기 용융물로부터 황(S)을 제거하는 탈류를 실시하며(S50), 이때 황(S)을 600ppm 이하로 조절할 필요가 있다.
용융물로부터 황(S)을 제거하는 탈류는 예컨대 KR(Kanvara Reactor) 장치를 이용하여 실시할 수 있고, 탈류제로 산화칼슘(CaO)을 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 여기서, KR 장치는 래들(Ladle) 내로 장입된 용융물로 침지되어 회전 가능한 임펠러를 포함하는 수단일 수 있다.
그리고, 탈류 과정(50)에서 슬래그가 생성되는데, 탈류가 종료되면 래들 내 용융물로부터 슬래그를 배재시킨다. 이에, 페로니켈 제조 방법은 탈류 과정(50)에서 발생된 슬래그를 용융물로부터 분리하는 과정을 더 포함하는 것으로 설명될 수 있다.
한편, 전기로에서 니켈광석을 용융 및 환원시키는 과정(S30)에서 상술한 바와 같이 슬래그가 발생된다. 이에, 전기로에서 니켈광석의 용융 및 환원(S30)이 종료되면, 슬래그를 용융물로부터 분리시킨다(S40). 이때, 분리된 슬래그는 1400℃ 내지 1500℃ 보다 구체적인 예로 1450℃의 고온이다. 이에 분리된 슬래그를 냉각시킨다(S60). 이를 위해, 슬래그를 고압수를 분사시키는 장치(이하, 냉각장치) 내부로 장입시킨다. 냉각장치로 슬래그가 장입되면 고압의 물을 분사하여 슬래그를 냉각시킨다.
이때, 10분 내지 20분 내에 슬래그의 온도가 55℃ 내지 65℃ 보다 구체적인 예로 60℃가 되도록 냉각시킨다. 그리고, 냉각장치 내 슬래그의 온도가 55℃ 내지 65℃가 되면, 슬래그를 냉각장치 외부로 반출하고, 예컨대 야드(yard)에 적재하여 대기 중에 공랭시킨다. 그러면, 55℃ 내지 65℃의 슬래그가 약 5시간 내지 10시간 내에 상온(또는 실온)으로 냉각된다.
이에, 니켈광석의 용융 및 환원(S30) 과정에서 발생되어 냉각장치로 장입되는 고온의 슬래그가 상온까지 냉각되는데 소요되는 시간은 약 5시간 10분 내지 10시간 20분일 수 있다.
이와 같이, 슬래그가 고압수에 의해 냉각되면, 슬래그가 도 3과 같이 복수의 입자 또는 과립(granule) 형태가 된다. 이렇게 고압수에 의해 냉각되어 복수의 입자로 이루어진 슬래그를 통상 수재 슬래그라고 하며, 수재 슬래그의 입자의 크기 즉, 입경은 0.15mm 이상, 5.0mm 이하일 수 있다.
실시예에서는 니켈광석의 용융 및 환원 과정(S30)에서 발생된 슬래그를 고압수로 냉각시켜 마련된 수재 슬래그를 조성물을 제조하는데 사용한다. 이에, 설명의 편의를 위하여 수재 슬래그를 제1냉각 슬래그로 명명한다.
한편, 냉각장치는 슬래그를 수용할 수 있는 용량이 한정적이고, 냉각장치를 복수개로 마련하더라도 복수회에 걸쳐서 전기로에서 분리되는 슬래그 모두를 냉각장치를 이용하여 냉각시키는데 한계가 있다.
이에, 전기로에서 분리되는 슬래그 중 일부 예컨대 80%는 냉각장치를 이용하여 냉각시키고, 나머지는 야드(yard) 등에 적재시켜 대기중에서 공랭 또는 서냉시킨다. 야드(yard) 등에 적재되는 1400℃ 내지 1500℃ 보다 구체적인 예로 1450℃인 슬래그가 상온(또는 실온)으로 냉각되면 이를 조성물을 제조하는데 사용한다. 이때, 1400℃ 내지 1500℃ 의 슬래그가 상온으로 냉각되는데 소요되는 시간은 약 36 시간 내지 48시간일 있다.
이와 같이, 고온의 슬래그로 고압수를 분사시켜 냉각시킬 때에 비해, 고압수를 분사하지 않고 냉각시키는 경우 장시간이 소요되다. 즉, 서냉된다. 또한, 슬래그로 고압수를 분사시켜 55℃ 내지 65℃로 냉각시킨 후 대기에서 상온까지 냉각시키는 냉각속도(제1냉각속도)가 처음부터 슬래그를 대기 중에서 냉각시키는 냉각속도(제2냉각속도)에 비해 빠르다.
그리고, 슬래그로 물을 분사하지 않고 처음부터 대기중에서 냉각시켜 서냉시키면, 과립화되지 않고 도 4와 같이 큰 덩어리 상태로 냉각된다. 이렇게 대기중에서 서냉된 슬래그를 통상 괴재 슬래그라고 하며, 덩어리의 크기 또는 일 방향의 길이가 예컨대 50cm 이상일 수 있다.
실시예에서는 니켈광석의 용융 및 환원 과정(S30)에서 발생된 슬래그를 대기 중에서 서냉시켜 마련된 괴재 슬래그를 조성물을 제조하는데 사용한다. 이에, 설명의 편의를 위하여 괴재 슬래그를 제2냉각 슬래그로 명명한다.
또한, 제1냉각 슬래그는 제1냉각속도에 의해 냉각되어 마련된 슬래그이고, 제2냉각 슬래그는 제1냉각속도에 비해 느린 제2냉각속도에 의해 냉각되어 마련된 슬래그로 설명될 수 있다.
이와 같이, 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그는 그 냉각방법의 차이에 의해 그 크기가 상이하다.
제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그는 서로 다른 냉각방법에 의해 마련된 것이나, 니켈광석을 용융 및 환원시키는 과정(S30)에서 발생된 동일한 슬래그를 회수하여 냉각시킨 것이기 때문에, 이들의 성분 조성은 동일 또는 유사할 수 있다. 즉, 제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그 각각은 SiO2, MgO, Fe2O3, Al2O3, Cr2O3, CaO, MnO, NiO 및 S를 포함할 수 있다. 이때, 슬래그 전체에 대해, SiO2는 50 중량% 내지 60 중량%, MgO는 28 중량% 내지 38 중량%로 포함될 수 있다. 보다 더 구체적인 예시로, 제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그 각각에 포함된 SiO2, MgO, Fe2O3, Al2O3, Cr2O3, CaO, MnO, NiO 및 S의 성분 함량은 예컨대 아래 표 1과 같을 수 있다.
SiO2 MgO Fe2O3 Al2O3 Cr2O3 CaO MnO NiO S
함량
(중량%)		 52.5 33.4 9.7 1.84 1.15 0.89 0.38 0.1 0.04
상술한 바와 같이 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그는 동일한 공정에서 회수된 슬래그를 냉각시킨 것이기 때문에 그 성분 조성이 동일 또는 유사하다. 그러나, 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그는 서로 다른 냉각방법으로 인한 냉각속도 차이로 인해 주 결정상이 상이하다. 여기서, 주 결정상이란, 슬래그를 이루는 복수의 결정상 전체에 대해 가장 많이 차지하는 결정상을 의미한다.
제1 및 제2냉각 슬래그 각각의 결정상에 대한 정량 분석은, 일반적으로 알려진 바와 같이 XRD를 이용한 리트벨트(Rietveld) 방법으로 획득할 수 있다.
제1냉각 슬래그는 도 5와 같이 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상, 암석(halite) 결정상 및 염화칼륨(potassium chloride) 결정상을 포함할 수 있다. 이때, 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상이 98.4%, 암석(halite) 결정상이 0.6%, 염화칼륨(potassium chloride) 결정상이 1.0%일 수 있다. 이에, 제1냉각 슬래그는 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상이 주 결정상이다.
제2냉각 슬래그는 도 6과 같이 MgO·SiO2(enstatite) 결정상, 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상, 쿼츠(quartz) 결정상을 포함할 수 있다. 이때, MgO·SiO2(enstatite) 결정상이 70.1%, 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상이 28.8%, 쿼츠(quartz) 결정상이 1.1%일 수 있다. 이에, 제2냉각 슬래그는 MgO·SiO2(enstatite) 결정상이 주 결정상이다.
한편, 감람석은 2MgO·SiO2(forsterite)의 결정상이 98% 이상인 광석으로, 그 경도(모스경도)가 약 7 수준이다. 또한, 휘석은 MgO·SiO2(enstatite) 결정상이 약 70%, 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상이 약 28% 포함된 광석으로서, 그 경도(모스경도)가 5 수준이다.
이에, 98.8%가 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상인 제1냉각 슬래그는 그 경도가 감람석과 유사한 7 수준이고, MgO·SiO2(enstatite) 결정상이 70.1%이고, 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상이 28.8%인 제2냉각 슬래그는 그 경도가 휘석과 유사한 5 수준인 것으로 설명될 수 있다. 또한, 이로부터 제1냉각 슬래그에 비해 제2냉각 슬래그가 경도가 낮은 것을 알 수 있다.
이렇게 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그의 경도가 상이함에 따라, 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그는 분쇄하기 쉬운 정도를 나타내는 분쇄성(HGI: Hardgrove Grindability Index)이 다르다. 즉, 제1냉각 슬래그에 비해 제2냉각 슬래그의 경도가 낮아, 제2냉각 슬래그의 분쇄성이 높다. 이에, 분쇄 또는 분말화하는데 있어서, 제1냉각 슬래그에 비해 제2냉각 슬래그로 가해지는 힘 또는 에너지와 시간 중 적어도 하나가 적게 소요된다.
이하, 제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그 각각의 분쇄성(HGI: Hardgrove Grindability Index)을 평가하는 방법에 대해 설명한다. 이때, 별도로 마련된 측정장치를 이용하여 평가하는 방법에 대해 설명한다.
측정장치는 내부공간을 가지는 용기, 용기 내부에 설치되어 내부로 장입된 원료를 볼(ball)을 이용하여 분쇄하는 분쇄기, 75㎛의 복수의 개구를 가지는 스크린을 포함하는 수단일 수 있다. 이때, 용기 내부는 스크린에 의해 상부공간과 하부공간으로 분리될 수 있고, 볼은 스크린의 상측에 위치되어 원료를 분쇄할 수 있다. 또한, 측정장치는 스크린의 상부공간에 남아있는 원료의 무게를 측정하는 무게측정수단을 포함할 수 있다.
먼저, 제1냉각 슬래그를 예를 들어 설명한다.
용융 및 환원 과정(S30)에서 발생되어 고압수로 냉각된 제1냉각 슬래그를 준비한다. 이때, 실험을 위하여 0.6mm 내지 1.18mm 입경의 제1냉각 슬래그를 50g 준비한다. 그리고 준비된 제1냉각 슬래그를 측정장치의 용기 내부로 장입시킨다. 그리고, 볼을 포함하는 분쇄기를 60초 동안 동작시켜 제1냉각 슬래그를 분쇄한다.
다음으로, 스크린을 진동시키면, 분쇄된 제1냉각 슬래그 중, 그 입경이 75㎛ 미만인 입자들이 스크린의 하측으로 낙하된다. 이에, 분쇄된 제1냉각 슬래그가 스크린의 상부공간과 하부공간으로 분리된다. 분리가 종료되면, 측청장치는 스크린의 상부공간에 남아있는 제1냉각 슬래그의 무게(B)를 측정한다. 그리고, 측정된 무게(B)를 아래의 수식 1에 적용하여 분쇄성(HGI) 값이 산출된다.
이때, 무게(B)가 측정되는 대상은 75㎛ 이상의 입경을 가지는 입자들이므로, 측정된 무게(B)가 클 수록 스크린 아래로 떨어진 75㎛ 미만의 입자들이 적다는 것을 의미한다. 또한, 무게(M) 값이 클 수록 수식 1에 의해 산출되는 분쇄성(HGI) 값이 작으므로, 산출되는 분쇄성(HGI) 값이 작을수록 잘 부서지지 않는 것을 의미한다.
[수식 1]
HGI = 17051+(5.06*(50-B))
제1냉각 슬래그를 대상으로 상술한 바와 같은 실험을 복수회 실시한 결과, 제1냉각 슬래그의 분쇄성(HGI)이 26 내지 32, 보다 구체적으로는 26.8 내지 31.4로 산출되었다.
제2냉각 슬래그의 분쇄성(HGI)를 평가하는 방법은 상술한 제1냉각 슬래그의 평가 방법과 동일하다. 다만, 용융 및 환원 과정(S30)에서 발생되어 대기 중에서 서냉된 제2냉각 슬래그를 사용한다. 그리고 제2냉각 슬래그는 큰 덩어리 상태이므로, 측정장치로 장입 전에 파쇄하여 그 입경이 0.6mm 내지 1.18mm가 되도록 하였다. 또한, 입경이 0.6mm 내지 1.18mm인 제2냉각 슬래그를 50g 준비하고, 이를 측정장치로 장입하여 상술한 방법과 동일한 조건으로 분쇄한 후 스크린에 의해 분리시켰다.
그리고, 스크린의 상부공간에 남아있는 제2냉각 슬래그의 무게(B)를 측정하고, 이를 수식 1에 적용하여 제2냉각 슬래그에 대한 분쇄성(HGI) 값을 산출한다.
제2냉각 슬래그를 대상으로 상술한 바와 같은 실험을 복수회 실시한 결과, 제2냉각 슬래그의 분쇄성(HGI)이 51 내지 95, 보다 구체적으로는 51.7 내지 94.7로 산출되었다.
제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그의 분쇄성(HGI)을 비교하면, 제1냉각 슬래그에 비해 제2냉각 슬래그의 분쇄성(HGI)이 상대적으로 높다. 여기서, 산출된 분쇄성(HGI) 값이 클 수록 분쇄하기가 쉬움을 의미하고, 분쇄성(HGI) 값이 작을수록 분쇄하기가 어려움을 의미한다. 이는 다른 말로 설명하면, 분쇄성(HGI) 값이 클 수록 분쇄시에 가해지는 힘 또는 에너지와 시간 중 적어도 하나가 적게 소요되는 것을 의미한다.
따라서, 제1냉각 슬래그에 비해 제2냉각 슬래그가 분쇄하기 쉽고, 분쇄시에 가해지는 힘 또는 에너지와 시간 중 적어도 하나를 작게할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 일반적인 조성물은 모래, 시멘트, 팽창재, 필러재를 포함한다. 여기서, 필러재는 조성물과 물을 혼합한 모르타르에 있어서, 잔 골재인 모래들 사이의 공극을 충전 또는 매꾸기 위한 재료이다. 이에 필러재로서 그 입경이 20㎛ 내지 50㎛로 작은 분말(powder) 형태의 재료를 사용하였다.
그리고, 실시예에서는 종래 조성물의 원료인 모래 및 필러재를 페로니켈 제조 중에 발생된 슬래그로 대체하여 조성물을 마련한다. 여기서, 필러재는 상술한 바와 같이 원료들 사이의 공극을 충전 또는 매꾸기 위한 재료이므로, 필러재의 대체재는 모래에 비해 입경이 작고, 그 입경이 예컨대 50㎛ 이하, 보다 구체적으로는 20㎛ 내지 50㎛(20㎛ 이상, 50㎛이하)의 입경을 가지도록 분말 상태가 되어야 할 필요가 있다.
그리고, 제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그는 분말 상태가 아니고, 50㎛를 초과하도록 크기 때문에, 필러재를 대체하여 사용되기 위해서는 분쇄가 필요하다.그런데, 상술한 바와 같이, 제1냉각 슬래그에 비해 제2냉각 슬래그의 분쇄성(HGI)이 높다. 즉, 제1냉각 슬래그에 비해 제2냉각 슬래그를 분쇄하기가 용이하고, 상대적으로 적은 힘 또는 에너지로 목적하는 입경으로 분쇄시킬 수 있다.
따라서, 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그를 포함하는 조성물을 마련하는데 있어서, 제2냉각 슬래그를 분쇄하여 사용한다. 이에, 제1냉각 슬래그는 종래 조성물의 모래의 대체재로 사용되고, 제2냉각 슬래그는 필러재의 대체재로 사용된 것으로 설명될 수 있다.
제2냉각 슬래그를 분쇄하는데 있어서, 그 입경이 20㎛ 이상, 50㎛이하가 되도록 분쇄시킬 수 있다. 제1냉각 슬래그와 분쇄된 제2냉각 슬래그의 입경을 비교하면, 제1냉각 슬래그는 그 입경이 0.15mm 내지 5.0mm의 입경이고, 분쇄된 제2냉각 슬래그는 입경이 20㎛(0.02mm) 이상, 50㎛(0.05mm)이하이다. 즉, 제1냉각 슬래그의 직경이 분쇄된 제2냉각 슬래그에 비해 3배 내지 250배로 크다. 다른 말로 설명하면, 분쇄된 제2냉각 슬래그의 입경은 제1냉각 슬래그의 입경에 비해 0.3배 이하, 보다 구체적으로는 0.004배 이상, 0.3배 이하로 작다.
이렇게 제1냉각 슬래그를 분쇄하지 않고, 분쇄성이 상대적으로 높은 제2냉각 슬래그를 분쇄함에 따라, 상술한 바와 같이 분쇄를 위한 힘, 에너지 또는 시간이 절약된다. 따라서, 제1냉각 슬래그를 분쇄하여 사용할 때에 비해 제2냉각 슬래그를 분쇄하여 사용함에 따라, 이에 따른 비용이 절감되는 효과가 있다.
다시, 도 1로 돌아가, 아래 표 2를 참조하여 조성물의 각 원료의 함량에 대해 설명한다. 이때, 이하에서 설명되는 '최소값 내지 최대값'은 최소값 이상, 최대값 이하를 의미한다.
표 2는 본 발명의 실시예에 따른 조성물을 구성하는 각 원료의 함량을 나타낸 표이다.
제1냉각 슬래그 제2냉각 슬래그 시멘트 팽창재
0.15mm 이상, 0.7mm 미만 0.7mm 이상, 2.2mm 미만 2.2mm 이상, 5.0mm이하
제1슬래그 제2슬래그 제3슬래그
함량(중량%) 25-30 20-25 20-25 2-7 15-25 1-5
65-80
표 2를 참조하면, 조성물 전체에 대해, 제1냉각 슬래그는 65 중량% 내지 80 중량%, 제2냉각 슬래그는 2 중량% 내지 7 중량%, 시멘트는 15 중량% 내지 25 중량%, 팽창재는 1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 보다 바람직하게는 조성물 전체에 대해, 제1냉각 슬래그가 71 중량% 내지 76 중량%, 제2냉각 슬래그가 4 중량% 내지 6 중량%, 시멘트가 15 중량% 내지 20 중량%, 팽창재가 2 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.
그리고, 조성물에 포함된 제1냉각 슬래그는 도 1 및 표 2에 나타난 바와 같이 서로 다른 입경을 가지는 제1 내지 제3슬래그를 포함한다. 즉, 제1슬래그는 0.15mm 이상, 0.7mm 미만의 제1입경을 가지는 슬래그(이하, 제1슬래그), 0.7mm 이상, 2.2mm 미만의 제2입경을 가지는 슬래그(이하, 제2슬래그), 2.2mm 이상, 5.0mm 이하의 제3입경을 가지는 슬래그(이하, 제3슬래그)를 포함한다.
이때, 표 2를 참조하면, 조성물 전체에 대해 제1슬래그는 25 중량% 내지 30 중량%, 제2슬래그는 20 중량% 내지 25 중량%, 제3슬래그는 20 중량% 내지 25 중량%로 포함될 수 있다. 보다 바람직하게는, 조성물 전체에 대해 제1슬래그가 27 중량% 내지 29 중량%, 제2슬래그는 22.5 중량% 내지 24 중량%, 제3슬래그는 21.5 중량% 내지 23 중량%로 포함될 수 있다.
한편, 제1냉각 슬래그의 함량이 65 중량% 미만 이거나, 80 중량%를 초과하는 경우, 조성물과 물이 혼합된 모르타르의 유동성이 낮아 시공 예컨대 미장하는데 어려움이 있을 수 있고, 시공 후 표면 결함이 발생되거나, 압축강도가 낮은 문제가 발생될 수 있다. 여기서 표면 결함이란, 표면이 매끄럽지 못하고 거칠기가 높은 상태를 의미한다.
보다 구체적으로, 제1슬래그가 25 중량% 미만인 경우, 잔 골재 역할을 하는 제1슬래그의 함량이 적어, 제1 내지 제3슬래그들 간의 최밀충전(最密充塡, closest packing)이 부족하게 된다. 이에, 조성물과 물이 혼합된 모르타르를 예컨대 벽에 발라 미장하는 시공을 하게되면, 시공된 부분에 표면 결함이 발생될 수 있다. 반대로, 제1슬래그가 30 중량%를 초과하는 경우, 상대적으로 시멘트의 함량이 부족하게 되어, 시공된 부분에 압축강도가 저하되는 문제가 있다.
입경이 0.7mm 이상, 2.2mm 미만인 제2슬래그는 조성물 또는 모르타르 내에서 구조적인 기둥 또는 뼈대 역할을 한다. 그런데 제2슬래그가 20 중량% 미만인 경우, 모르타르를 이용하여 시공된 부분의 압축강도가 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 제2슬래그가 25 중량%를 초과하는 경우 조성물과 물이 혼합된 모르타르의 유동성이 낮아 시공 예컨대 미장하는데 어려움이 있을 수 있다.
또한, 입경이 2.2mm 이상, 5.0mm 이하인 제3슬래그는가 20 중량% 미만인 경우, 모르타르를 이용하여 시공된 부분의 압축강도가 저하되는 문제가 발생될 수 있고, 25 중량%를 초과하는 경우 조성물과 물이 혼합된 모르타르의 유동성이 낮아 시공 예컨대 미장하는데 어려움이 있을 수 있다.
따라서, 조성물 전체에 대해 제1슬래그가 25 중량% 내지 30 중량%, 제2슬래그가 20 중량% 내지 25 중량%, 제3슬래그가 20 중량% 내지 25 중량%로 포함되도록 마련한다.
제2냉각 슬래그는 모르타르에 점성력을 부여하여, 골재 역할을 하는 제1냉각 슬래그와 시멘트 간의 결합력을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 제2냉각 슬래그는 조성물 전체에 대해 2 중량% 내지 7 중량%으로 포함된다.
그리고, 조성물에 포함된 제2냉각 슬래그는 그 분말도(cm2/g)가 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만으로 마련된다. 이는 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만의 범위 내에서 소정의 범위 또는 소정 값의 분말도로 마련되는 것을 의미한다. 구체적인 예를 들어 설명하면, 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만의 범위 내에 있는 3051cm2/g의 분말도를 가지도록 마련된다는 것이다.
여기서 분말도란, 입자의 미세한 정도를 나타내는 말이다. 예를 들어, 원료의 분말도는 건축 분야에서 비표면적일 수 있다. 또한, 원료의 분말도는 건축 분야에서 널리 알려진 기술인 블레인(Blaine) 공기 투과법(Blaine's air permeability method)에 의해 획득될 수 있다.
그리고, 단위 질량(g) 당 표면적이 클수록 비표면적이 크며, 입자들의 직경이 작을수록 단위 질량(g) 당 표면적 즉, 비표면적이 증가한다. 또한, 비표면적이 클수록 분말도가 높은 것으로 판단한다.
비표면적은 알려진 바와 같이, 단위 질량(1g) 당 표면적(cm2)을 의미한다. 즉, 비표면적(cm2/g)은 1g 당 복수의 입자들의 표면적의 합을 의미할 수 있다. 이에, 블레인(Blaine) 공기 투과법(Blaine's air permeability method)에 의해 획득된 비표면적의 단위 cm2/g를 통상 분말도의 단위로 사용한다.
블레인(Blaine) 공기 투과법(Blaine's air permeability method)은 건축 분야에서 널리 알려진 방법으로, 간략하게 설명하면 아래와 같다.
소정의 내부공간을 가지는 용기에 측정하고자 하는 원료를 충진하고, 상기 용기 내부로 공기를 주입하여 공기를 투과시킨다. 그리고, 용기로 주입된 공기가 상기 용기 밖으로 나오는데 걸리는 시간 즉, 공기의 투과 속도를 측정한다. 그리고 측정된 공기의 투과 속도를 이용하여 용기 내부에 충진된 원료의 비표면적을 계산한다. 이때, 공기의 투과 속도가 느릴수록 비표면적이 크게 산출되고, 공기의 투과 속도가 빠를수록 비표면적이 작게 산출된다.
실시예에서는 상술한 바와 같은 블레인(Blaine) 공기 투과법(Blaine's air permeability method)에 의해 측정 또는 산출된 비표면적(cm2/g)이 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만이 되도록 마련된 제2슬래그를 조성물의 원료로 사용한다. 그리고, 상술한 바와 같이 비표면적(cm2/g)이 분말도를 의미하므로, 이를 다른 말로 설명하면, 실시예에서는 분말도가 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만이 되도록 마련된 제2냉각 슬래그를 조성물의 원료로 사용하는 것으로 설명될 수 있다.
이와 같이 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용하는데 있어서, 보다 구체적으로는, 2000cm2/g 이상, 3000cm2/g 미만 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용하거나, 3000cm2/g 이상, 4000cm2/g 미만 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용하거나, 4000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용한다.
보다 바람직하게는 2000cm2/g 이상, 2200cm2/g 이하 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용하거나, 3000cm2/g 이상, 3200cm2/g 이하 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용하거나, 4000cm2/g 이상, 4200cm2/g 이하 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용한다.
더 바람직하게는 2090cm2/g 이상, 2110cm2/g 이하 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용하거나, 3000cm2/g 이상, 3100cm2/g 이하 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용하거나, 4100cm2/g 이상, 4200cm2/g 이하 범위의 분말도를 가지는 제2냉각 슬래그를 사용한다.
한편, 조성물 전체에 대해 제2냉각 슬래그가 2 중량% 미만인 경우, 시멘트와 제1냉각 슬래그 간의 결합력이 약하여 시멘트와 제1냉각 슬래그가 결합되지 못하고 분리되는 현상이 발생할 수 있다. 그리고 이는 모르타르를 시공한 부분의 압축강도를 저하시키는 요인이 된다. 다른 예로, 제2냉각 슬래그가 7 중량%를 초과하는 경우, 점성력이 과도하게 증가하고, 이로 인해 모르타르의 유동성이 저하되어 시공에 어려움이 발생된다.
또한, 분말도가 2000cm2/g 미만인 제2냉각 슬래그를 사용하는 경우, 모르타르를 시공한 부분의 압축강도가 낮은 문제가 있다. 그리고, 분말도가 5000cm2/g 이상인 제2냉각 슬래그를 사용하는 경우, 모르타르의 유동성이 낮고, 시공 후에 시간 경과에 따른 수축율 또는 길이변화가 큰 문제가 있다.
따라서, 분말도가 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만인 제2냉각 슬래그를 사용하고, 조성물 전체에 대해 제2냉각 슬래그의 함량이 2 중량% 내지 7 중량%가 되도록 한다.
시멘트는 조성물 전체에 대해 15 중량% 내지 25 중량%로 포함된다. 그런데 시멘트가 15 중량% 미만인 경우, 조성물과 물을 혼합하여 모르타르를 제조할 때, 시멘트와 물 간의 수화반응이 부족하게 된다. 또한, 시멘트가 골재인 제1냉각 슬래그 입자들을 감싸도록 코팅되는 것이 압축강도 면에서 유리한데, 시멘트가 15 중량% 미만인 경우, 시멘트에 의해 코팅되는 제1냉각 슬래그 입자가 부족할 수 있다. 따라서, 시멘트가 15 중량% 미만으로 함유되는 경우 모르타르를 시공한 부분의 압축강도가 저하되는 문제가 있다. 반대로, 시멘트가 25 중량%를 초과하는 경우, 다량의 시멘트로 인한 과도한 수축이 발생되고, 이로 인해 모르타르를 시공한 부분에 균열이 발생될 수 있다.
팽창재는 조성물 전체에 대해 1 중량% 내지 5 중량%로 포함된다. 그런데 팽창재가 1 중량% 미만인 경우, 팽창이 부족하게 되고, 이로 인해 시멘트가 과도하게 수축됨에 따라 균열이 발생될 수 있다. 그리고, 팽창재가 5 주량%를 초과하는 경우 과도한 팽창에 의한 균열이 발생될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조성물의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조성물의 제조 방법은 제1냉각 슬래그를 준비하는 과정(S100), 제2냉각 슬래그를 준비하는 과정(S200), 시멘트를 준비하는 과정(S300), 팽창재를 준비하는 과정(S400), 제1냉각 슬래그를 입경에 따라 분급하는 과정(S500), 제2냉각 슬래그를 분쇄하는 과정(S600) 및 제1냉각 슬래그, 제2냉각 슬래그, 시멘트 및 팽창재를 혼합하는 과정(S700)을 포함한다.
여기서, 제1냉각 슬래그 및 제2냉각 슬래그 각각은 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 회수하고, 이를 냉각시킨 것을 사용한다. 보다 구체적으로 설명하면, 페로니켈 제조 공정 중 니켈광석을 용융 및 환원(도 2의 S30)에서 발생된 슬래그를 고압수로 빠르게 냉각시킨 제1냉각 슬래그와 대기에서 서냉시킨 제2냉각 슬래그를 조성물을 제조하는 원료로 사용한다.
제1냉각 슬래그를 분급하는 과정(S500)은, 0.15mm 이상, 0.7mm 미만의 제1입경을 가지는 제1슬래그, 0.7mm 이상, 2.2mm 미만의 제2입경을 가지는 제2슬래그, 2.2mm 이상, 5.0mm 이하의 제3입경을 가지는 제3슬래그로 분급하는 과정을 포함한다.
그리고 제2냉각 슬래그가 준비되면, 준비된 제2냉각 슬래그가 목표로 하는 분말도(이하, 목표 분말도)가 되도록 분쇄시킨다(S600). 이때, 목표 분말도는 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만의 범위에서 결정될 수 있다.
보다 구체적으로, 목표 분말도는 2000cm2/g 이상, 3000cm2/g 미만의 범위에서 결정되거나, 3000cm2/g 이상, 4000cm2/g 미만의 범위에서 결정되거나, 4000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만의 범위에서 결정될 수 있다.
보다 바람직하게 목표 분말도는 2000cm2/g 이상, 2200cm2/g 이하의 범위에서 결정되거나, 3000cm2/g 이상, 3200cm2/g 이하의 범위에서 결정되거나, 4000cm2/g 이상, 4200cm2/g 이하의 범위에서 결정될 수 있다.
더 바람직하게 목표 분말도는 2090cm2/g 이상, 2110cm2/g 이하의 범위에서 결정되거나, 3000cm2/g 이상, 3100cm2/g 이하의 범위에서 결정되거나, 4100cm2/g 이상, 4200cm2/g 이하의 범위에서 결정될 수 있다.
목표 분말도가 결정되면 분쇄기를 동작시켜 제2냉각 슬래그를 분쇄한다(S600). 이때, 작업자의 경험 또는 노하우에 따라 제2냉각 슬래그가 목표 분말도가 될 수 있도록 분쇄기를 동작시킨다. 이때, 분쇄기로 인가되는 에너지 또는 전력, 동작 시간 등을 조절하여 제2냉각 슬래그가 목표 분말도가 되도록 조절한다.
목표 분말도를 가지도록 분쇄된 제2냉각 슬래그가 마련되면, 분급된 제1냉각 슬래그, 제2냉각 슬래그, 시멘트 및 팽창재를 혼합하여(S700) 조성물을 제조한다. 이때, 조성물 전체에 대해, 제1냉각 슬래그가 65 중량% 내지 80 중량%, 제2냉각 슬래그는 2 중량% 내지 7 중량%, 시멘트는 15 중량% 내지 25 중량%, 팽창재는 1 중량% 내지 5 중량%로 포함되도록 혼합한다.
또한, 제1냉각 슬래그를 혼합하는데 있어서, 조성물 전체에 대해, 0.15mm 이상, 0.7mm 미만의 제1입경을 가지는 제1슬래그가 25 중량% 내지 30 중량%, 0.7mm 이상, 2.2mm 미만의 제2입경을 가지는 제2슬래그가 20 중량% 내지 25 중량%, 2.2mm 이상, 5.0mm 이하의 제3입경을 가지는 제3슬래그가 20 중량% 내지 25 중량%로 포함되도록 혼합한다.
이와 같이 마련된 조성물은 물과 혼합되어 모르타르를 제조하는데 사용될 수 있다. 그리고 이 모르타르는 건축물 또는 구조물의 벽, 천정, 바닥 등에 발라 시공하는 미장에 사용될 수 있다.
이때, 모르타르는 실시예에 조성물을 포함함에 따라, 시공이 용이한 유동성을 가질 수 있다. 그리고 모르타르를 시공한 부분의 압축강도를 확보할 수 있다. 또한, 시공 후에 시간 경과에 따른 수축량 작아, 수축에 의한 결함이 발생되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
그리고, 페로니켈 제조 공정 중에 발생되는 부산물인 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그를 재활용함에 다라, 조성물을 제조하는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 천연 모래 수급의 어려움에 대처할 수 있다.
이하, 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물 각각을 이용하여 제조된 시험체의 압축강도, 슬럼프 플로우 및 길이 변화율에 대해 설명한다.
표 3은 제1실험예에 따른 조성물을 구성하는 원료들의 함량을 정리하여 나타낸 표이다. 표 4는 제2 내지 제6실험예에 따른 조성물을 구성하는 원료들의 함량을 정리하여 나타낸 표이다.
표 3을 참조하면, 제1실험예에 따른 조성물은 제1입경의 제1모래, 제2입경의 제2모래, 제3입경의 제3모래, 필러재, 시멘트 및 팽창재를 포함한다. 여기서, 제1모래는 0.15mm 이상, 0.7mm 미만의 제1입경을 가지는 모래이고, 제2모래는 0.7mm 이상, 2.2mm 미만의 제2입경을 가지는 모래이며, 제3모래는 2.2mm 이상, 5.0mm 이하의 제3입경을 가지는 모래이다.
그리고, 조성물 전체에 대해, 제1모래가 27 중량%, 제2모래가 22 중량%, 제3모래가 21 중량%, 필러재가 5 중량%, 시멘트가 22 중량%, 팽창재가 3 중량% 포함되도록 제조하였다.
필러재로는 3051cm2/g의 분말도를 가지는 석회석 분말을 사용하였고, 팽창재는 CaO와 CaSO4를 포함하는 재료를 사용하였다.
함량(중량%)
모래 필러재
분말도: 3051cm2/g		 시멘트 팽창재
제1모래 제2모래 제3모래
입경: 0.15mm 이상, 0.7mm 미만 입경:
0.7mm 이상, 2.2mm 미만		 입경:
2.2mm 이상, 5.0mm 이하
제1실험예 27 22 21 5 22 3
표 4를 참조하면, 제2 내지 제6실험예의 조성물은 제1냉각 슬래그, 제2냉각 슬래그, 시멘트 및 팽창재를 포함한다. 여기서, 제1냉각 슬래그는 0.15mm 이상, 0.7mm 미만의 제1입경을 가지는 제1슬래그, 0.7mm 이상, 2.2mm 미만의 제2입경을 가지는 제2슬래그, 2.2mm 이상, 5.0mm 이하의 제3입경을 가지는 제3슬래그를 포함한다. 즉, 제2 내지 제6실험예의 조성물은 제1냉각 슬래그이며 서로 다른 입경을 가지는 제1 내지 제3슬래그와, 제2냉각 슬래그, 시멘트 및 팽창재를 포함한다.
이때, 제2 내지 제6실험예는 제2냉각 슬래그의 분말도(cm2/g)가 상이하고, 제1 내지 제3슬래그, 제2냉각 슬래그, 시멘트 및 팽창재의 함량은 동일하다. 즉, 제2실험예는 분말도가 1087cm2/g인 제2냉각 슬래그를 포함하고, 제3실험예는 분말도가 2104cm2/g인 제2냉각 슬래그를 포함하며, 제4실험예는 분말도가 3051 cm2/g인 제2냉각 슬래그를 포함하고, 제5실험예는 분말도가 4114 cm2/g인 제2냉각 슬래그를 포함하며, 제6실험예는 분말도가 5087 cm2/g인 제2냉각 슬래그를 포함한다. 그리고, 제2 내지 제6실험예는 제1슬래그가 28.1 중량%, 제2슬래그가 22.9 중량%, 제3슬래그가 22 중량%, 제2냉각 슬래그가 4.5 중량%, 시멘트가 19.8 중량%, 팽창재가 2.7 중량%로 포함되도록 마련되었다.
그리고, 시멘트 및 팽창재는 제1실험예와 동일한 재료를 사용하였다.
함량(중량%)
제1냉각 슬래그 제2냉각 슬래그 시멘트 팽창재
제1슬래그 제2슬래그 제2슬래그 분말
도:
1087
cm2/g		 분말
도:
2104
cm2/g		 분말
도:
3051
cm2/g		 분말
도:
411
4cm2
/g		 분말
도:
508
7cm2
/g
입경:
0.15mm 이상, 0.7mm 미만		 입경:
0.7mm 이상, 2.2mm 미만		 입경:
2.2mm 이상, 5.0mm 이하
제2
실험예		 28.1 22.9 22 4.5 0 0 0 0 19.8 2.7
제3
실험예		 28.1 22.9 22 0 4.5 0 0 0 19.8 2.7
제4실험예 28.1 22.9 22 0 0 4.5 0 0 19.8 2.7
제5
실험예		 28.1 22.9 22 0 0 0 4.5 0 19.8 2.7
제6
실험예		 28.1 22.9 22 0 0 0 0 4.5 19.8 2.7
도 8은 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물을 이용하여 제조된 시험편의 압축강도(MPa) 및 슬럼프 플로우(Slump flow)(mm)를 나타낸 그래프이다. 도 9는 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물을 포함하는 모르타르를 이용하여 슬럼프 플로우를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
압축강도를 측정하기 위해, 제1 내지 제6실험예 실험예에 따른 조성물과 물을 혼합하여 모르타르를 제조하였다. 그리고, 제조된 모르타르를 소정의 형상으로 굳혀 시험편을 제조하였다. 이때, 모르타르는 그 전체에 대해 조성물이 80 중량%, 물이 20 중량%가 되도록 혼합하였다. 그리고 이렇게 마련된 모르타르를 굳혀, 길이, 폭 및 두께 각각이 5cm인 6 면체 형상의 시험편을 제조하였다.
이후, 제1 내지 제6실험예 각각의 조성물을 포함하는 시험편의 압축강도를 측정하였다. 즉, 롤 프레스 장치 상에 놓여진 시험편의 상부로 일정한 속도의 압력을 가하여, 시험편이 파괴될 때까지의 최고 하중(MPa)을 측정하였고, 측정된 최고 하중(MPa)을 각 시험편의 압축강도(MPa)로 한다.
그리고 시험편을 제조한 날로부터의 경과일 즉, 재령에 따른 압축강도를 측정하기 위해, 각 실험예마다 압축강도 측정용 시험편을 복수개로 마련하고, 시험편 제조일로부터 서로 다른 경과일에 압축강도를 측정하였다. 즉, 일 시험편은 제조일로부터 3일 경과시(재령 3일)에 압축강도를 측정하였고, 다른 일 시험편은 제조일로부터 7일 경과시(재령 7일)에 압축강도를 측정하였으며, 또 다른 일 시험편은 제조일로부터 28일 경과시(재령 28일)에 압축강도를 측정하였다.
또한, 슬럼프 플로우는 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물과 물을 혼합하여 제조된 모르타르를 소정의 내경을 가지는 용기 내부로 장입시킨 후, 용기 외부로 모르타르를 분리시켰을 때, 모르타르의 길이 변화를 측정하여 얻는다.
도 9를 참조하여 슬럼프 플로우를 획득하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다. 먼저 내부공간을 가지는 용기(10)를 마련한다. 이때, 용기(10)는 슬럼프 플로우 측정을 위해 일반적으로 사용되는 용기를 사용하였다. 이러한 용기(10)는 도 9의 (a)와 같이 상부 및 하부에 개구(11, 12)가 마련되고 하부로 갈수록 내경이 넓어지는 형상이며, 하부개구(12)의 직경(WS)이 150mm이다.
그리고 용기(10)를 소정의 면적을 가지는 바닥(20) 위에 놓은 상태에서, 도 9의 (a) 및 (b)와 같이 상부개구(11)를 통해 용기(10) 내부로 모르타르(M)를 장입한다.
다음으로, 용기(10)를 들어올려, 도 9의 (c)와 같이 용기(10)와 모르타르(M)를 분리시킨다. 이에, 용기(10)로부터 분리된 모르타르(M)는 바닥(20) 위에 퍼지게 되고, 이에 도 9의 (c)와 같이 바닥(20) 위에 모르타르(M)로 이루어진 덩어리가 만들어 진다. 이렇게 용기(10)로부터 분리된 모르타르(M)가 바닥 위에 퍼지는 것은, 용기(10)가 모르타르와 분리됨에 따라, 모르타르(M)에 가해지는 저항력이 없어지기 때문이다.
따라서, 용기(10)와 모르타르(M)가 분리되면, 바닥(20) 위에 놓여 있는 모르타르(M)로 된 덩어리의 길이(WM)를 측정하며, 측정된 길이(WM) 값을 슬럼프 플로우로 한다. 그리고, 용기의 하부개구의 직경이 150mm 일 때, 바닥(20) 위에 퍼져있는 모르타르(M)로 된 덩어리의 길이(WM)가 200mm 이상인 경우 일반적으로 슬럼프 플로우가 준수한 것으로 평가한다. 또한 슬럼프 플로우는 유동성을 나타내는 지표이며, 슬럼프 플로우가 높을수록 유동성이 높은 것으로 평가한다.
이하, 도 8을 참조하여 제1 내지 제6실험예에 따른 압축강도 및 슬럼프 플로우를 비교한다.
압축강도에 대해 먼저 비교하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2실험예에 따른 시험편의 압축강도는 제1실험예에 다른 시험편의 압축강도에 비해 낮다. 그러나, 제3 내지 제6실험예에 따른 시험편의 압축강도는 모래를 사용한 제1실험예에 따른 시험편에 비해 큰 압축강도를 가진다. 또한, 제3 내지 제6실험예에 따른 시험편의 압축강도는 제2실험예에 다른 시험편의 압축강도에 비해 크다.
그리고, 슬럼프 플로우를 비교하면, 도 8에 나타난 바와 같이 제6실험예는 슬럼프 플로우가 200 미만으로 낮으나, 제2 내지 제5실험예는 슬럼프가 200 이상이다. 그리고, 제2 내지 제4실험예는 슬럼프 플로우가 제1실험예에 비해 높다.
이에, 제2 내지 제5실험예에 따른 조성물을 포함하는 모르타르는 그 유동성이 제1실험예와 동등하거나 그 이상인 것을 알 수 있다.
도 10은 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물을 이용하여 제조된 시험편의 길이 변화율을 나타낸 그래프이다.
길이 변화율을 측정하기 위해 제1 내지 제6실험예에 따른 조성물을 이용하여 시험편을 제조하였다. 이때, 앞에서 설명한 압축강도 측정용 시험편의 제조 방법과 동일하게 제조하였다. 즉, 각 실험예에 따른 조성물과 물을 혼합하여 모르타르를 제조하고, 제조된 모르타르를 소정의 형상으로 굳혀 시험편을 제조하였다. 이때, 모르타르 전체에 대해 조성물이 80 중량%, 물이 20 중량%가 되도록 혼합하였다. 그리고 이렇게 마련된 모르타르를 굳혀 길이 1m, 폭 10cm, 두께 5cm인 6 면체 형상의 시험편을 제조하였다.
이후, 제1 내지 제6실험예 각각의 조성물을 포함하는 시험편의 길이(Ld)를 측정하였다. 즉, 시험편을 제조한 날로부터의 경과일(재령일)에 각각에서 길이(Ld)를 측정하였다.
그리고, 시험편을 제조한 직후의 길이 즉, 최초길이(LS)와 측정된 길이(Ld)의 차이를 통해, 길이 변화율 산출한다. 예를 들어, 아래 수식 2의 LS에 최초길이 즉 1m를 적용하고, Ld에 경과일마다 측정된 길이를 적용하면, 길이 변화율이 산출된다.
[수식 2]
Figure 112020137845576-pat00001
이때, 길이 변화율이 음수(-) 값이 나오면, 최초길이(LS)로부터 그 길이가 감소했다는 것이고, 양(+)의 값이 나오면 최초길이(LS)로부터 그 길이가 증가했다는 의미이다.
이하, 도 10을 참조하여 제1 내지 제6실험예에 따른 길이 변화율을 비교한다.
도 10을 참조하면, 제6실험예에 따른 시험편의 길이 변화율은 제1실험예에 비해 큰 길이 변화율을 보인다. 그러나, 제2 내지 제5실험예에 따른 시험편의 길이 변화율은 제1실험예와 유사 수준의 길이 변화율을 보였다.
이와 같이, 상술한 압축강도 및 슬럼프 플로우의 결과로부터, 실시예에 따른 조건으로 마련된 조성물을 이용하는 경우, 종래의 조건으로 마련된 조성물을 이용하는 경우에 비해 압축강도가 우수하고, 종래와 동등하거나 그 이상의 슬럼프 플로우 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 길이 변화율의 결과로부터, 실시예에 따른 조건으로 마련된 조성물을 이용하는 경우, 종래의 조건으로 마련된 조성물을 이용하는 경우와 유사 수준의 길이 변화율을 가지는 것을 알 수 있다.
이에, 실시예에서는 페로니켈 제조 공정 중에 발생된 슬래그를 서로 다른 냉각속도로 냉각시켜 마련한 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그를 재활용하여 비용을 절감하면서도, 압축강도 및 유동성을 확보할 수 있고, 길이 변화율을 종래의 조성물과 유사한 수준으로 확보할 수 있다.
10: 용기 12: 하부개구
20: 바닥

Claims (17)

  1. 시멘트;
    페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그로 물을 분사하여 제1냉각속도로 냉각시킨 제1냉각 슬래그;
    페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 대기 중에서 공랭시켜 상기 제1냉각속도에 비해 느린 제2냉각속도 냉각시켜 마련되며, 상기 제1냉각 슬래그에 비해 경도가 작고, 상기 제1냉각 슬래그에 비해 입경이 작은 제2냉각 슬래그; 및
    팽창재;
    를 포함하고,
    상기 제1냉각 슬래그의 결정상은 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상, 암석(halite) 결정상 및 염화칼륨(potassium chloride) 결정상을 포함하고,
    상기 제2냉각 슬래그는 MgO·SiO2(enstatite) 결정상, 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상, 쿼츠(quartz) 결정상을 포함하는 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2냉각 슬래그의 입경은 상기 제1냉각 슬래그 입경의 0.3배 이하로 작은 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2냉각 슬래그의 분말도가 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만인 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물 전체에 대해, 상기 제1냉각 슬래그가 65 중량% 내지 80 중량%, 상기 제2냉각 슬래그가 2 중량% 내지 7 중량%, 상기 시멘트가 15 중량% 내지 25 중량%, 상기 팽창재가 1 중량% 내지 5 중량%로 포함하는 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1냉각 슬래그는,
    입경이 0.15mm 이상, 0.7mm 미만인 제1슬래그;
    입경이 0.7mm 이상, 2.2mm 미만인 제2슬래그; 및
    입경이 2.2mm 이상, 5.0mm 이하인 제3슬래그; 를 포함하고,
    상기 조성물 전체에 대해, 상기 제1슬래그가 25 중량% 내지 30 중량%, 제2슬래그가 20 중량% 내지 25 중량%, 제3슬래그가 20 중량% 내지 25 중량%로 포함된 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1냉각 슬래그와 제2냉각 슬래그는, 각각에서 전체 결정상 중 가장 많이 포함된 결정상인 주 결정상이 서로 다른 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1냉각 슬래그는 주 결정상이 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상이고,
    상기 제2냉각 슬래그는 주 결정상이 MgO·SiO2(enstatite) 결정상인 조성물.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1냉각 슬래그에 비해 상기 제2냉각 슬래그의 분쇄성(HGI)이 높은 조성물.
  9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팽창재는 CaO와 CaSO4를 포함하는 조성물.
  10. 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 회수하고, 회수된 슬래그로 물을 분사하여 제1냉각속도로 냉각시킨 제1냉각 슬래그를 준비하는 과정;
    페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 회수하고, 회수된 슬래그를 대기 중에서 공랭시켜 상기 제1냉각속도에 비해 느린 제2냉각속도로 냉각시킨 제2냉각 슬래그를 준비하는 과정;
    분말도를 조절하도록, 상기 제2냉각 슬래그를 분쇄하는 과정; 및
    상기 제1냉각 슬래그, 분쇄된 제2냉각 슬래그, 시멘트, 팽창재를 혼합하는 과정;을 포함하고,
    상기 제1냉각 슬래그를 준비하는데 있어서, 상기 제1냉각 슬래그의 결정상이 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상, 암석(halite) 결정상 및 염화칼륨(potassium chloride) 결정상을 포함하도록 준비하고,
    상기 제2냉각 슬래그를 준비하는데 있어서, 상기 제2냉각 슬래그의 결정상이 MgO·SiO2(enstatite) 결정상, 2MgO·SiO2(forsterite) 결정상, 쿼츠(quartz) 결정상을 포함하도록 준비하는 조성물의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2냉각 슬래그를 분쇄하는 과정은, 분말도가 2000cm2/g 이상, 5000cm2/g 미만이 되도록 상기 제2냉각 슬래그를 분쇄하는 조성물의 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 회수하는 과정은,
    상기 페로니켈 제조 공정 중, 니켈광석을 용융 및 환원시켜 페로니켈을 포함하는 용융물을 제조하는 과정에서 발생된 슬래그를 회수하는 과정을 포함하는 조성물의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 회수된 슬래그로 물을 분사하여 제1냉각 슬래그를 준비하는데 있어서,
    상기 회수된 슬래그로 물을 분사하여 10분 내지 20분 내에 55℃ 내지 65℃의 온도로 냉각시키고,
    상기 제1냉각 슬래그를 준비하는 과정은, 55℃ 내지 65℃로 냉각된 슬래그를 대기 중에서 공랭시켜 5 시간 내지 10 시간 내에 상온까지 냉각시키는 과정을 포함하는 조성물의 제조 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2냉각 슬래그를 준비하는 과정은,
    상기 회수된 슬래그를 36시간 내지 48시간 내에 상온까지 냉각시키는 과정을 포함하는 조성물의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 청구항 10 내지 청구항 12, 청구항 14 및 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1냉각 슬래그를 입경에 따라 분급하는 과정을 포함하고,
    상기 분급하는 과정은,
    입경이 0.15mm 이상 0.7mm 미만인 제1슬래그, 입경이 0.7mm 이상 2.2mm 미만인 제2슬래그 및 입경이 2.2mm 이상 5.0mm 이하인 제3슬래그로 분급하는 과정을 포함하며,
    상기 혼합하는 과정은, 상기 제1 내지 제3슬래그를 혼합하는 과정을 포함하는 조성물의 제조 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101084040B1 (ko) 2011-03-23 2011-11-22 이동우 콘크리트 구조물의 단면 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR101944249B1 (ko) 2017-12-29 2019-01-31 한국세라믹기술원 페로니켈 슬래그 혼합 시멘트계 결합재, 이를 이용한 시멘트 모르타르 조성물, 시멘트 콘크리트 조성물 및 경량 콘크리트 조성물

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120066765A (ko) * 2010-12-15 2012-06-25 김연숙 페로니켈슬래그를 이용한 시멘트 모르타르용 및 콘크리트용 잔골재 재활용 방법
KR20160005147A (ko) * 2014-06-27 2016-01-14 주식회사 포스코 메탄을 이용한 저품위 니켈 광석의 환원방법 및 이를 이용하여 니켈을 농축 회수하는 방법
KR101736595B1 (ko) 2015-09-25 2017-05-17 주식회사 포스코 고강도 및 저수축용 슬래그 시멘트 조성물
KR101881077B1 (ko) * 2016-12-16 2018-07-24 주식회사 포스코 페로니켈 슬레그를 포함하는 시멘트 조성물, 및 이를 포함하는 콘크리트 조성물
ES2921048T3 (es) * 2017-06-29 2022-08-17 Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd Composición de hormigón y su método de producción
KR102249170B1 (ko) * 2019-01-30 2021-05-10 순천대학교 산학협력단 페로니켈슬래그를 이용한 친환경 블록의 제조방법 및 이에 따라 제조된 페로니켈슬래그를 포함하는 친환경 블록

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101084040B1 (ko) 2011-03-23 2011-11-22 이동우 콘크리트 구조물의 단면 보수 보강용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR101944249B1 (ko) 2017-12-29 2019-01-31 한국세라믹기술원 페로니켈 슬래그 혼합 시멘트계 결합재, 이를 이용한 시멘트 모르타르 조성물, 시멘트 콘크리트 조성물 및 경량 콘크리트 조성물

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