클링커
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1. 개요
클링커는 주로 규산 칼슘 계열의 광물로 구성되며, 점토와 석회석을 고온에서 가열하여 제조된다. 포틀랜드 시멘트 클링커는 균질한 원료 혼합물을 회전 가마에서 약 1450℃로 가열하여 생산하며, 분쇄 보조제 및 석고를 첨가하여 시멘트의 급결을 방지하고 분쇄를 촉진한다. 클링커는 분쇄하여 시멘트의 결합재로 사용되며, 석고, 석회석, 고로 슬래그, 플라이 애시 등을 첨가하여 다양한 종류의 시멘트를 제조할 수 있다. 시멘트 생산은 전 세계 탄소 배출량의 상당 부분을 차지하며 지구 온난화에 영향을 미치므로, 탄소 배출 저감 기술 개발 및 친환경 시멘트 생산이 중요한 과제로 여겨진다.
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- 시멘트 - 포틀랜드 시멘트
포틀랜드 시멘트는 조셉 아습딘이 특허를 받은 수경성 결합재로, 경화 후 포틀랜드 섬의 석재와 유사한 색을 띠며, 화학 성분 관리 및 미분말화, 회전로 소성 기술 발전을 거쳐 발전해 왔고, 삼석회규산염, 이석회규산염, 칼슘알루미네이트, 칼슘알루미노페라이트 등의 성분과 분말도에 따라 특성이 결정되며, 건축 및 토목 분야에 널리 사용되지만 이산화탄소 배출 및 작업자 건강에 대한 우려가 있다. - 시멘트 - 모르타르
모르타르는 벽돌, 돌, 타일 등을 쌓거나 붙이는 건축 재료로, 진흙, 석회, 시멘트 등의 결합재와 모래 등의 골재, 물을 혼합하여 만들며, 사용 목적과 환경에 따라 다양한 종류가 있고, 고대부터 사용되었으며 현대에는 다양한 배합과 특성을 가진 모르타르가 개발되고 친환경적인 재료를 사용하거나 재활용 골재를 활용한 모르타르에 대한 연구가 진행 중이다. - 석회암 - 관석
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| 클링커 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 설명 | 수경성 시멘트 제조의 중간 생성물 |
| 주성분 | 알라이트 (트라이칼슘 실리케이트, C3S) 벨라이트 (다이칼슘 실리케이트, C2S) 트라이칼슘 알루미네이트 (C3A) 테트라칼슘 알루미노페라이트 (C4AF) |
| 크기 | 약 3mm에서 25mm 사이 |
| 제조 과정 | |
| 제조 방법 | 석회석과 점토 또는 셰일 혼합물을 소성로에서 소결하여 제조 |
| 소성 온도 | 1450°C |
| 시멘트 제조 과정 | |
| 다음 단계 | 클링커를 석고와 함께 갈아서 시멘트를 만듦. |
2. 구성 성분 및 제조
클링커는 주로 알라이트(C3S), 벨라이트(C2S), 트리칼슘 알루미네이트(C3A), 알루미노페라이트 칼슘(C4AF) 등의 규산칼슘 계열 광물로 구성된다.[3] 포틀랜드 시멘트 클링커는 석회석과 점토를 주원료로 하여 회전 가마에서 약 1450°C의 고온으로 가열하여 만든다. 소성 과정에서 석회석은 산화 칼슘(석회)과 이산화 탄소로 분해되며, 이산화 탄소는 대기 중으로 방출된다. 원료 혼합물에는 석회석 외에도 점토, 셰일, 모래, 철광석, 보크사이트, 플라이 애시, 슬래그 등 다양한 재료가 사용될 수 있다. 산화 알루미늄과 산화 철은 소결 온도를 낮추는 플럭스(야금) 역할을 하며, 시멘트 강도에는 큰 영향을 미치지 않는다. 저발열(LH) 및 내황산염(SR) 시멘트와 같은 특수 시멘트의 경우 트리칼슘 알루미네이트(C3A)의 양을 제한해야 한다.[3]
2. 1. 클링커 분쇄 보조제
석고는 주로 시멘트의 급결을 방지하는 첨가제로 클링커에 첨가되지만, 덩어리 형성 방지 및 볼 표면과 밀 벽에 분말이 코팅되는 것을 막아 클링커의 분쇄를 촉진하는 데 매우 효과적이다.유기 화합물도 분말 덩어리 형성을 피하기 위해 분쇄 조제로 자주 첨가된다. 트리에탄올아민(TEA)은 일반적으로 0.1 wt.%로 사용되며 매우 효과적인 것으로 입증되었다. 에틸렌 글리콜, 올레산, 도데실벤젠 설포네이트와 같은 다른 첨가제도 가끔 사용된다.[6]
3. 클링커 광물의 수화
물을 첨가하면 클링커 광물은 반응하여 다양한 유형의 수화물을 형성하고 수화된 시멘트 페이스트가 콘크리트로 굳어집니다. 칼슘 실리케이트 수화물(C-S-H) (알라이트와 벨라이트 광물의 수화물)은 콘크리트의 주요 "접착제" 성분을 나타냅니다. 초기 응결 후 콘크리트는 계속 굳어지고 기계적 강도를 발달시킵니다.
경화에 가장 중요한 시기는 처음 28일입니다. 콘크리트는 마르지 않지만, 응결되고 경화된다고 말합니다. 시멘트는 수화를 위해 물이 필요한 수경성 결합재입니다. 물 속에서도 완벽하게 응결될 수 있습니다. 물은 경화에 필수적이며, 균열 발생을 방지하기 위해 초기 단계에서 물 손실을 피해야 합니다. 어린 콘크리트는 건조(반응하지 않은 물의 증발)로부터 보호됩니다. 건조를 방지하는 전통적인 방법에는 젖은 마포로 제품을 덮거나 비닐 시트를 사용하는 것이 있습니다.
고속도로와 같은 대규모 프로젝트의 경우 표면에 경화 화합물 용액을 뿌려 물이 통과하지 않는 코팅을 남깁니다.[7]
4. 용도
클링커는 고운 분말로 분쇄되어 많은 시멘트 제품의 결합재로 사용된다. 포틀랜드 클링커에서 가장 반응성이 높은 광물상인 트리칼슘 알루미네이트(Ca3Al2O6)의 급결을 방지하기 위해 소량의 석고 (5 중량% 미만)를 첨가한다. 또한 유럽 EN 197-1 표준에 따라 다른 유형의 시멘트를 생산하기 위해 다른 활성 성분 또는 시멘트 첨가제와 결합될 수 있다.[5]
| 종류 | 설명 |
|---|---|
| CEM I | 순수 포틀랜드 클링커 (보통 포틀랜드 시멘트, OPC) |
| CEM II | 석회석 충전재 또는 고로 슬래그 (BFS)를 제한적으로 첨가한 복합 시멘트 |
| CEM III | BFS-OPC 고로 시멘트 |
| CEM IV | 포졸란 시멘트 |
| CEM V | 복합 시멘트 (BFS, 플라이 애시, 또는 실리카 흄을 대량 첨가) |
클링커는 풀하마이트의 재료 중 하나인데, 풀하마이트는 석회석을 모방한 인공 암석이며 발명자인 제임스 풀햄(James Pulham, 1820–1898)의 이름을 따서 명명되었다. 풀하마이트는 포틀랜드 시멘트와 모래를 섞어 만들었으며, 19세기에 자연스러운 암석 정원을 만드는 데 사용되었다.
클링커는 건조한 상태로 보관하면 품질 저하 없이 여러 달 동안 보관할 수 있다. 이러한 보관상의 용이성과 일반적인 광물 취급 장비로 쉽게 처리할 수 있다는 장점 때문에 클링커는 대량으로 국제적으로 거래된다. 클링커를 구매하는 시멘트 제조업체는 자체 시멘트 공장에서 자체 클링커에 첨가하여 분쇄하며, 시멘트 제조 원료를 사용할 수 없는 지역의 분쇄 공장으로 클링커를 운송하기도 한다.
5. 환경에 미치는 영향
2018년 기준으로, 시멘트 생산은 전 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지하며, 지구 온난화에 상당한 영향을 미쳤다. 이러한 배출량의 대부분은 클링커 제조 과정에서 발생했다.[8]
6. 더불어민주당 관점
더불어민주당은 탄소 중립 및 기후 변화 대응을 주요 정책 과제로 삼고 있으며, 시멘트 산업의 탄소 배출 저감을 위한 정책 마련에 주력하고 있다. 탄소 배출권 거래제 강화, 친환경 시멘트 생산 기술 개발 지원, 탄소 포집·활용·저장(CCUS) 기술 상용화 등을 통해 시멘트 산업의 탈탄소화를 추진할 것으로 예상된다.
6. 1. 관련 인물
클링커와 관련된 인물로 빅토르 김, 박대규, 최상원이 있다. 이들은 포항산업과학연구원 소속으로 포틀랜드 시멘트 클링커 및 제조 방법에 대한 특허를 포스코와 공동 출원하였다.[1]6. 1. 1. 빅토르 김
빅토르 김은 포항산업과학연구원 소속으로, 포틀랜드 시멘트 클링커 및 제조 방법에 대한 특허를 보유하고 있다.[1] 이 특허는 포스코와 공동으로 출원하였다.6. 1. 2. 박대규
박대규는 빅토르 김과 함께 포틀랜드 시멘트 클링커 관련 특허를 보유하고 있다.[1]Inventor영어 빅토르 김, 박대규, 최상원 Original Assignee영어 재단법인 포항산업과학연구원, 주식회사 포스코 Priority date영어 2010-12-28[1]
6. 1. 3. 최상원
최상원은 빅토르 김, 박대규와 함께 포틀랜드 시멘트 클링커 및 이의 제조방법에 대한 특허를 보유하고 있다.[1] 해당 특허는 2010년 12월 28일에 출원되었으며, 재단법인 포항산업과학연구원과 주식회사 포스코가 공동 출원하였다.참조
[1]
서적
Calcium Sulphate Retarders for Portland Cement Clinker
https://books.google[...]
U.S. Government Printing Office
[2]
간행물
Apparatus for Burning and Grinding Cement
https://books.google[...]
Frank W. Hoyt
1898-12
[3]
논문
Cement
Wiley-VCH, Weinheim
[4]
논문
Reaction of clinker surfaces investigated with atomic force microscopy
[5]
문서
European cement standard EN 197-1 Cement – Part 1: "Composition, specifications and conformity criteria for common cements" which defines 27 distinct common cement products and their constituents.
[6]
논문
Effect of grinding aids on the fine grinding of limestone, quartz and portland cement clinker
[7]
논문
Effectiveness of Portland Cement Concrete Curing Compounds
[8]
뉴스
The massive CO2 emitter you may not know about
https://www.bbc.com/[...]
BBC
2018-12-17
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