소식

May 22, 2023

수세 전처리된 인산석고를 시멘트 되메움용 골재로 재사용

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16091(2022) 이 기사 인용 937 액세스 3 인용 측정 항목 세부 정보 인산석고(PG)는 시멘트로 만든 되메우기에서 골재로 재사용됩니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16091(2022) 이 기사 인용

937 액세스

3 인용

측정항목 세부정보

인산석고(PG)는 시멘트 뒤채움재에서 골재로 재사용되어 PG 재사용 효율성을 효과적으로 향상시킵니다. 그러나 골재 PG에 함유된 다량의 불순물은 결합재의 수화에 부정적인 영향을 미쳐 뒤채움재의 강도발현을 저하시킨다. 본 연구는 수세법을 이용한 PG 전처리에 대한 타당성 조사로부터 시작된다. 가장 경제적인 물 수요 원리를 바탕으로 PG 세척을 위한 최적 조건은 교반 시간 5분, 고액비 1:0.5로 결정되었습니다. 그런 다음 원래의 PG와 전처리된 PG를 백필로 만들었습니다. 원래 PG를 사용한 것과 비교하여 전처리된 PG를 사용한 백필 슬러리는 슬러리 점도가 낮고 블리딩 속도가 높은 등 유동성 성능이 더 우수했습니다. 또한, 전처리된 골재 PG를 사용하여 되메우기 강도가 8배 이상 크게 향상되었습니다. 마지막으로, 접합된 되메움재의 환경적 거동을 조사했습니다. 전처리된 PG를 골재로 사용하면 방류수와 되메우기 침출수의 PO43− 및 F− 농도가 통합 폐수 배출에 대한 중국 표준을 충족할 수 있습니다. 그 결과 PG를 보다 환경 친화적인 방식으로 골재로 재사용하여 지속 가능한 광산에 대한 요구 사항을 충족합니다.

시멘트 되메움은 광석 회수율을 높이고 안전 조건을 개선하며 고형 폐기물의 표면 처리를 줄이는 효과적인 수단입니다. 전형적인 고형 폐기물인 인산석고(PG)는 인산염 자원을 개발하는 동안 생성되는 부산물입니다1,2,3. PG의 전 세계 생산량은 연간 약 1억~2억 8천만 톤으로 추산되며, 그 중 중국이 25%를 차지합니다4,5. 현재 PG는 건축 자재, 토양 개량제, 시멘트 생산의 첨가제로 재활용되지만 활용률은 15%로 제한되어 있습니다6,7,8. 2008년 Li et al.9은 PG를 골재로 사용하는 시멘트 되메우기 기술을 혁신적으로 제안하여 PG 활용률을 최대 60%까지 효과적으로 향상시켰습니다. 접합 PG 되메우기 공정에서는 골재 PG(건조 중량의 80% 이상)를 바인더 및 물과 혼합하여 이질적인 되메우기 슬러리를 만든 후 지하 채굴 지역으로 펌핑합니다. 슬러리는 점차적으로 탈수되고 고화되어 지하 광산의 암벽을 지탱할 수 있는 강도를 형성합니다.

1차 되메움재인 골재 PG는 주로 CaSO4·2H2O로 구성되어 있으며, 잔류산, 인산염, 불화물, 중금속 등 불순물도 다량 함유되어 있다10,11. 이전 연구에서는 불순물이 되메움재의 수화 과정을 심각하게 악화시키고 환경 오염을 일으킬 수 있음을 보여주었습니다. Li와 Fall12는 슬래그 시멘트 페이스트 되메우기에 황산염을 첨가했으며 높은 황산염 함량이 되메우기의 조기 강도와 자체 건조에 부정적인 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. Chen 등13은 맥석 시멘트 페이스트 되메우기의 기계적 특성에 대한 염화물 효과를 조사했습니다. 결과는 초기 염소 함량이 40‰ 이상이면 되메움재의 초기 강도가 명백히 감소한다는 것을 보여주었습니다. Zhou et al.14은 다양한 인산염 함량을 갖는 PG를 사용하여 접합된 되메움재를 준비했으며 PG에 용해된 인산염이 29에서 377mmol/kg으로 증가함에 따라 120d 강도가 2.04에서 0.30MPa로 감소함을 입증했습니다. PG의 인산염 함량이 87mmol/kg을 초과하면 환경에 인산염 오염을 일으키는 경향이 있습니다. 또한, PG는 다른 중성 충전 집합체1,15와 비교하여 일반적으로 pH 값이 3 이내인 과산성 고형 폐기물이라는 점에 주목할 가치가 있습니다. 그러나 수화 반응은 일반적으로 강알칼리성 조건(pH > 11.5)에서 발생합니다16. 따라서 PG의 잔류 산은 결합재의 수산기 이온을 중화시키고 되메움재의 수화 반응을 방해하여 되메움재의 강도 발현을 방해합니다. 따라서 PG의 2차 활용에 따른 부작용을 완화하기 위해 PG의 전처리가 필요합니다.