Natural hydraulic lime (NHL) is produced by burning a form of low-grade limestone containing silica and alumina which, above certain temperatures, combine with calcium oxide. The resulting silicates and aluminates impart hydraulic properties to the product. This study aims to determine the calcined characteristics of NHL using domestic low-grade limestone with maximized hydraulic properties. Six types of low-grade limestone containing $SiO_2$ were selected and experiments were carried out with different burning temperatures and holding times. The burning temperature and holding time as the most suitable burning conditions were $1,200^{\circ}C$ to $1,300^{\circ}C$ and 3 to 7 h, respectively, for the manufacturing of NHL from domestic low-grade limestone. These results demonstrate the feasibility of NHL using domestic low-grade limestone to produce NHL.
This study was to investigate the firing method of limestone in Joseon Dynasty, and analyze the physical chemical properties of lime mortars in Joseon Dynasty. This study was to manufacture and evaluate the firing experiment and mortar of Limestone by each sort in order to reproduce the traditional lime mortars in Joseon Dynasty, and investigate the behavior to improve physical properties according to the firing method of Limestone. This study has found out that there were screening criteria and standard of appropriate firing temperature about the Limestone in Joseon Dynasty. Accordingly, this study was to improve its strength through various additives and mixture. In particular, in case of Limestone, the black and blue Limestone were preferred, and most of domestic Limestones were low grade Limestone including the clay and took ivory white or blue with low whiteness. This study has shown that the low grade Limestone was mined by the surface mining compared with the high grade Limestone as underground mining method, and could be used because it was easy to mine relatively and there was possibility that Natural Hydraulic Lime(NHL) was used with the traditional lime mortars in Joseon Dynasty.
The study was performed with low-grade limestone, which is used to make cement or is disposed of due to its low CaO content. In this study, the optimal condition of limestone with which to manufacture precipitated calcium carbonate (PCC) and limestone in fiber was determined through in-situ reactions. The best firing condition is with slaked lime with rapid cooling after 2 h of firing at $1000^{\circ}C$. In addition, the content of CaO can be increased by sorting the low-grade limestone using a 200 mesh filter, and the optical quality of old newspaper (ONP) was similar when using both low-grade and high-grade limestone. Also, controlling the particle size of PCC is an important factor pertaining to the optical characteristics of paper.
저품질 석회석의 탈황 성능 개선을 알아보기 위해 초산, 젖산, 개미산 등 3종의 유기산 첨가제를 사용하여 기포형 반응기에서 탈황 반응을 수행하였다. 유기산이 첨가되지 않은 석회석 슬러리는 pH 5.2 이하에서 초기 탈황 효율의 저하가 일어났다. 반면, 유기산이 첨가된 석회석 슬러리는 pH 4.2~4.5에서 안정된 초기 탈황 효율을 나타내었다. 슬러리 pH 4 이하에서 유기산이 첨가된 석회석 슬러리의 탈황 성능은 유기산의 해리에 의해 생성된 음이온의 양과 연관될 수 있다. 슬러리 중 유기산의 음이온 양이 많으면 슬러리 pH의 완충 기능 저하가 급격히 일어나지 않았다. 이와 같은 결과들은 유기산의 산성도 및 해리도에 기인하였다. 3종의 유기산 첨가에 따른 저품질 석회석 슬러리의 탈황 성능 증가율은 초산(2.6%) < 젖산 (6.4%) < 개미산 (16.7%) 순으로 나타났다.
본 연구에서는 저품위 석회석 활용 가능성 향상을 위하여 실제 화력 발전소의 습식 배연탈황설비를 공정 모사 하였고, 품위 별 석회석 혼합 비율에 따른 탈황 석고 품질을 예측하는 모델을 개발하였다. 현재 화력 발전소에서는 판매 가능한 순도(93%)의 탈황 석고를 생산하기 위해 $CaCO_3$함량 93% 이상의 고품위 석회석을 활용하고 있으나 자원 고갈에 대한 해결책이 필요하다. 공정 모델링에 있어서 여러 반응이 모델 개발에 고려되었는데 4단계로 나누어 주었다. 첫 번째로 석회석 용해 반응은 RSTOIC 모델을 사용했고 두 번째로 황산화물 흡수 및 결정화 반응은 RCSTR 모델을 사용했다. 마지막으로 최종 생성물을 SEPERATORS 모델을 사용해 분리해 주었다. 각 반응 단계를 나누어 모델링 하여 부반응 및 물리적 방해 요인 조절에 용이하도록 했다. 최적화 조건으로는 석고 순도 93%, 탈황효율 94%, 총 석회석 사용량 3710 kg/hr를 제약조건으로 설정해주었다. 제약조건 상에서 저품위 석회석의 mass flow를 최대화하는 것을 목적함수로 최적화를 진행해 주었다. 최적화 결과 제약조건에 대하여 고품위 석회석 2,100 kg 당 저품위 석회석 1,610 kg 혼합 가능함을 확인했다.
This study aims to produce dolomitic hydraulic lime (D-NHL) using domestic low grade dolomitic limestone and to determine the effect of adding blast furnace slag (BFS) and gypsum as part of an investigation of the hydration properties of D-NHL to increase the mechanical properties. The main mineral phases of D-NHL as a hydraulic lime binder were $Ca(OH)_2$, $Mg(OH)_2$, $C_2S$, $C_3S$, and MgO residues. $Ca(OH)_2$ transformed into $CaCO_3$ in D-NHL paste over the period of 28 days, but the carbonation of $Mg(OH)_2$ and the hydration of $C_2S$ did not occur until hydration, after 28 days. Through an investigation of the hydration properties of D-NHL pastes mixed with BFS and gypsum, Al-based compounds such as calcium aluminate hydrates ($C_4AH_{13}$) and ettringite were observed at early hydration time. The compressive strength was improved due to the increased quantities of these hydration products. These results show that good performance results from the application of dolomitic hydraulic lime and that a high value product can be made from domestic waste materials.
시멘트의 주 원료인 시멘트 클링커는 주원료로서 석회석을 사용하여 제조되며, 석회석의 품위에 따라 부원료의 사용이 변화되고, 시멘트 클링커의 생산에도 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 시멘트 클링커 원료인 석회석의 CaO 함량의 변화가 Raw Mill 분쇄성과 시멘트 클링커의 소성성에 미치는 영향성을 파악하기 위하여, 석회석 CaO 함량을 변화시킨 조합원료의 분쇄시간 측정으로 분쇄성을 비교 검토하였고, 분쇄된 조합원료를 1350~1500℃의 범위에서 소성하여 소성성 지수 계산에 의한 시멘트 클링커의 소성성을 파악하였다. 석회석의 품위가 낮을수록 조합원료의 분쇄성은 저하하였고, 석회석의 CaO 함량이 낮을수록 소성온도에 따른 F-CaO의 변화가 크게 나타났다. 그에 따라 높은 B.I. 값이 계산되어, 낮은 시멘트 클링커 소성성을 나타내었다. 또한, 시멘트 클링커의 광물분석 결과에서는 소성온도의 증가로 F-CaO 값이 저하하는 경우, Belite 함량의 감소와 그에 따른 Alite 함량의 증가가 관찰되었다. Alite의 경우 석회석 CaO 함량이 증가함에 따라 R형의 비율은 감소하고 M형의 비율이 증가하였다.
The main mineral phases of natural hydraulic lime (NHL) as a hydraulic lime binderare $Ca(OH)_2$, $C_2S$, $C_3S$, $C_3A$, and $SiO_2$ residues. Also, NHL has the characteristic of setting and hardening by a hydration reaction with water and by carbonation reactions with carbon dioxide from the air. In this study, in an effort to investigate changes of the mineral phases by NHL hydration and carbonation reactions, transitions of mineral phases and the microstructures of hardened pastes were analyzed by XRD, DSC, SEM, and by pore size distributions using domestic and foreign-sourced NHL pastes after curing at 1, 3, 7, and 28 days. On the basis of the analysis results, it was confirmed that domestic low-grade limestone can be used for the manufacturing of NHL. The main hydration mineral phases were $Ca(OH)_2$, $CaCO_3$, $C_2S$, and $SiO_2$ residues, while in the case of foreign-sourced NHL, a small amount of an aluminium hydration phase formed. Also, the $CaCO_3$ content after the carbonation reaction increased with an increase in the curing time. After hydration for 28 days, NHL containing considerable amounts of $C_2S$ and $C_3S$ showed higher carbonation ratios than others types.
Experimental investigation has been carried out to study the characteristics of the various grade limestones in Samtaesan formation with the fundamental test (mineral compostion, thermal decomposition and etc.) and intrinsic reactivity test. It was shown that belite formation in low grade limestones is faster than high grade limestone, but alite formation has a contrary.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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