알루미나 제조 공정 산출물 레드머드의 재활용 현황과 기술개발 동향 분석

홍현선,김예린,조현정,김대원,김대웅,김형준,김용,김성표,Hong, Hyun-Seon,Kim, Ye-lin,Cho, Hyun-Jung,Kim, Dae-Weon,Kim, Dae-woong,Kim, Hyeong-Jun,Kim, Yong,Kim, Sung-pyo 한국자원리싸이클링학회 2017 資源 리싸이클링 Vol.26 No.5

알루미나 제조공정 부산물인 레드머드는 여러 가지 유용한 자원을 포함하고 있음에도 불구하고 아직까지 재활용되지 않고 있어 환경문제를 야기하고 있다. 현재 우리나라에서 레드머드가 매년 약 20만 톤 이상을 생산하고 있으며 대부분이 야적되고 있는 실정이다. 글로벌하게 보면 최근 중국의 알루미나 생산량이 증가함에 따라 전 세계에서 발생하는 레드머드의 양은 1억 톤 이상으로 꾸준히 증가하고 있다. 레드머드의 재활용 기술은 우리나라를 비롯한 많은 국가에서도 개발되고 있지만, 재활용 및 처리 기술은 여전히 레드머드의 생산증가 속도에 비해 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 레드머드와 관련된 특허, 논문, 기술보고서를 내용별 연도별로 분석하였다. 또한 국내 산출 레드머드의 물성 분석을 통해 기초 소재특성 자료를 제공하였고 국내외 레드머드 재활용의 실용화 추진 사례를 분석하여 실용화 기술 개발 가능성을 제시하였다. 특히 레드머드에서 희토류를 회수하는 기술, 환경오염 방지제 기술 등은 수요가 높고 경제적 가치가 높기 때문에 전 세계적으로 개발되고 있는 것으로 파악되었다. 이처럼 본 연구에서 도출된 레드머드의 기술개발 사례 등의 자료는 향후 고부가가치의 실용적 연구 및 기술 개발에 기여할 것으로 판단된다. Red mud generated in the alumina manufacturing process contains various valuable resources, but it is not comprehensively recycled yet causing severe environmental problems. In Korea, red mud is producing about 200,000 tons annually and most of them are landfilled or disposed. Red mud's recycling technology is also being developed in many countries, but red mud's recycling technologies are still lacking compared to the production rate. In this study, we analyzed the characteristics and the amount of red mud, and the current status and technology development trend. Red mud has shown that recycling studies are being carried out in fields such as construction, recycling, metal recovery, adsorbent, and pollution stabilization. In particular, technologies for recovering rare earths have been developed as worldwide because of their high economic value. The data analyzed in this study will be used as basic data for the further development of technologies in the future.

산업부산물 레드머드 첨가량에 따른 소성온도별레드머드 세라믹의 특성

강석표,강혜주,이민희 한국건축시공학회 2019 한국건축시공학회지 Vol.19 No.5

This paper aims to recycle red mud from a byproduct in the alumina industry as an alternative raw material fordepleted natural resources. In order to apply red mud as a ceramic material, red mud ceramics were prepared accordingto mixing and temperature in a laboratory environment. Compared with KS L 4201 in terms of compression ratios andabsorptions, it is found that two kinds of conditions for one type and three conditions for two types meet the standard. When red mud is used as a clay brick raw material, the substitution ratio of red mud is 10% or less, and the firingtemperature is considered to be appropriate at 1200℃. In order to apply red mud to clay brick raw material in actualfield, various samples and firing temperature should be considered in the future. 본 논문은 고갈되고 있는 천연자원의 대체 원료로서 알루미나 산업에서 부산물로 발생되는 레드머드를 재활용하고자 하였으며, 레드머드를 소성하여 세라믹 소재로 적용하기 위하여 실험실 환경에서 레드머드를 배합 및 온도에따라 레드머드 세라믹을 제조하여 점토벽돌 제조용 원료로서 기초 특성을 검토하고자 한다. 본 논문의 범위에서는레드머드 배합조건별 KS L 4201와 압축강도 및 흡수율을비교하였을 때 1종의 경우 2개의 조건, 2종의 경우가 3개의 조건에서 규격을 만족하는 것으로 나타났으며, 레드머드를 점토벽돌 원료로 활용할 경우 레드머드 첨가량은10%이하 소성온도는 1200℃가 적절할 것으로 판단된다. 향후 레드머드를 점토벽돌 원료로서 실제 현장에 적용하기위해서는 다양한 시료와 소성온도가 검토되어야 할 것으로판단된다.

황산 중화 액상레드머드를 사용한 슬래그 시멘트 모르타르의  수화 특성

강석표,박규은,김상진 대한건축학회 2024 대한건축학회논문집 Vol.40 No.1

본 논문에서는 알루미늄 제조공정의 부산물인 레드머드 슬러지를 재활용하기 위해 액상레드머드와 황산 중화 액상레드머드를 제조하고, 이를 슬래그 시멘트 모르타르에 적용하여 건축 재료로서의 활용 가능성을 검토하였다. 액상레드머드와 황산 중화 액상레드머드를 슬래그 시멘트 모르타르로 대체한 결과, 초기 응결 시간이 단축하고 초기 강도를가 향상되는 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히, 레드머드에 황산을 첨가하면 NaOH와 반응하여 Na2(SO4)3 형태의 화합물이 생성되는데, 이는 황산 중화 액상레드머드를 첨가한 슬래그 시멘트 모르타르의 급결 현상을 저하시키는 요인으로 작용하여 28일 강도 결과에서 액상레드머드 첨가 슬래그 시멘트 모르타르 보다 높은 강도를 나타내었다. XRD 분석 결과에서는 새로운 A 피크로 Xonotlite와, B 피크로 Gismondite가 확인되었으며, 이는 초기 압축강도 결과에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 레드머드 슬러지를 활용한 황산 중화 액상 레드머드는 건설산업에서의 활용성이 높은 것으로 판단된다. In this paper, liquid red mud and sulfuric acid neutralized liquid red mud were manufactured to recycle red mud sludge, a by-product of thealuminum manufacturing process, and applied to slag cement mortar to examine the possibility of its use as a building material. Liquid redmud and sulfuric acid neutralization As a result of replacing liquid red mud with slag cement mortar, it was found to have a positive effectby shortening the initial setting time and improving initial strength. In particular, when sulfuric acid is added to red mud, it reacts withNaOH to produce a compound in the form of Na2(SO4)3, which acts as a factor in reducing the rapid setting phenomenon of slag cementmortar added with sulfuric acid-neutralized liquid red mud, reducing the 28-day strength. The results showed higher strength than slag cementmortar added with liquid red mud. In the XRD analysis results, Xonotlite and Gismondite were identified as the new A peak and Gismonditeas the B peak, which appeared to affect the initial compressive strength results. Therefore, it is believed that sulfuric acid neutralizationliquid red mud using red mud sludge has high utility in the construction industry.

시멘트 종류별 질산 중화 레드머드 혼입 모르타르의 특성

강석표 ( Kang Suk-pyo ),홍성욱 ( Hong Seong Uk ),김상진 ( Kim Sang-jin ),홍석우 ( Hong Seok-woo ) 한국건축시공학회 2023 한국건축시공학회지 Vol.23 No.6

본 연구에서는 알루미늄 정련 중 발생하는 대량의 산업폐기물인 레드머드를 건설산업에서의 활용 가능성에 대한 기초연구로서 모르타르에 질산 중화 처리 액상 레드머드를 대체하여 물리·화학적 특성을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 액상레드머드를 질산으로 중화하여 pH 7~8 범위로 안정화시킨 결과, 입도 및 비표면적 등의 물성이 변화되었고 점도가 19%로 증가되었으며, 플로우 측정결과 시멘트 종류별 LR과 LN의 경우 Plain과 비교하여 플로우 값이 감소하였다. 이는 레드머드가 포틀랜드 시멘트와 슬래그 시멘트보다 비표면적이 크고 밀도가 작아 레드머드로 대체하였을 경우 플로우가 감소하는 것으로 판단된다. 2) 응결시간 측정결과 시멘트 종류별 Plain과 비교하여 LR과 LN의 초결시간과 종결시간이 단축되었다. 3) 압축강도 측정결과 포틀랜드 시멘트의 경우 질산으로 중화한 액상 레드머드 첨가 모르타르의 효과가 미미한 것으로 판단되며, 슬래그 시멘트의 경우 질산으로 중화한 액상 레드머드를 첨가한 모르타르보다 중화하지 않은 액상 레드머드를 첨가한 모르타르가 초기강도에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 4) 모르타르 샘플별 1, 3일 SEM 이미지를 분석한 결과 시멘트 종류에 따른 LR과 LN보다 O-Plain-1d와 S- Plain-3d 미세구조에서는 공극이 관찰되었다. S-Plain-3d, SN-3d를 SR-3d와 비교한 결과 공극이 관찰되었으며, OR 1일과 SR 3일을 분석한 결과 미세구조 사이에서 C-S-H(Calcium Silicate Hydrate)가 관찰되었다. 5) 시멘트 종류별 모르타르 재령 1, 3일 XRD 분석결과 OR과 ON 비교하여 SN에서는 XRD 패턴이 유사하게 나타나고 있지만, 2θ 값 22°에서 피크가 관찰되었다. SR에서는 새로운 피크가 관찰되었으며, 이는 SR에서 미세한 섬유상 구조의 수화생성물이 관찰되어 S-Plain 및 SN과 상이한 결과를 가져온 것이라고 판단된다. This research explores the potential application of Liquid Red Mud(LRM), a byproduct of industrial processes, in the construction sector. We neutralized LRM(pH 10-12) using nitric acid, aiming to understand its viability in construction applications. The study involved substituting LRM(pH 7-8) in mortar formulations, varying by cement type. We assessed the properties of these mixtures by measuring flow, setting time, and compressive strength. Additionally, X-ray Diffraction(XRD) and Scanning Electron Microscopy(SEM) analyses were conducted to examine the chemical properties. Results indicated a reduction in flow value for LRM and LN(neutralized LRM) compared to the control (Plain ) across different cement types. The setting times(initial and final) for LRM and LN were notably shorter than Plain. In compressive strength tests, LRM replaced with slag cement showed enhanced initial strength, though long-term strength gains were marginal across different cement types. SEM analysis revealed distinct voids in Plain and LN, with LRM exhibiting a fibrous microstructure. XRD patterns in SN(slag neutralized) resembled those in OR(original red mud) and ON(original neutralized), with a notable peak at a 2θ value of 22°. The study concludes that unneutralized LRM, when substituted for slag cement in mortar, yields superior initial strength compared to its neutralized counterpart.

레드머드 대체율에 따른 알칼리활성화 슬래그-레드머드 시멘트 모르타르의 기공 및 백화특성

강석표 ( Kang Suk-pyo ),강혜주 ( Kang Hye-ju ) 한국건축시공학회 2017 한국건축시공학회지 Vol.17 No.3

본 연구에서는 레드머드 대체율에 따른 알칼리활성화 슬래그-레드머드 시멘트 모르타르의 압축강도, 기공특성, 흡수율, 용출특성 및 백화 특성을 검토하여 알칼리활성화 슬래그 시멘트에 나트륨계 자극제인 레드머드를 사용함으로서 발생될 수 있는 백화특성을 확인하였다. 알칼리활성화 슬래그-레드머드 시멘트에서 레드머드 대체율이 높아질수록 10∼100nm 직경의 기공은 증가하였으며 백화면적이 증가하는 것으로 나타났다. 알칼리활성화 슬래그-레드머드 시멘트의 백화물질은 Na₂SO₄가 가장 많이 생성되며 다음으로 Na₂CO₃로 백화의 발생원인은 레드머드에서 공급되는 Na+인 것으로 판단된다. Red mud is an inorganic by-product obtained from the mineral processing of alumina from Bauxite ores. A highly alkali inorganic waste product with a pH level over 11, red mud in its original state negatively impacts the ecosystem, so appropriate treatment is necessary. The development of alkali activated slag-red mud cement can be a representative study aimed at recycling the strong alkali of the red mud as a construction material. However, Alkali-activated binders that use sodium activators have been reported to be more vulnerable to efflorescence. Therefore, in this study, the compressive strength, pore characteristics, water absorption, elution characteristics, and efflorescence properties of alkali-activated slag cement mortar were assessed according to their red mud substitution ratio.

레드머드 대체율에 따른 결합재별 흙포장재의 특성

강석표(Suk-Pyo Kang),강혜주(Hye-Ju Kang),김재환(Jae-Hwan Kim),김병기(Byeong-Ki Kim) 한국건설순환자원학회 2017 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.5 No.1

레드머드는 보오크사이트 원광석에서 생산되는 알루미나의 선광과정에서 발생되는 무기질 부산물이다. 레드머드를 활용하고자 하는 연구가 국내에서 이루어지고 있다. 강알칼리성의 레드머드를 건설산업용 촉진제로서 활용하고자 하는 연구로서 알칼리활성화 슬래그-레드머드 시멘트가 국내외적으로 발표되고 있다. 본 논문은 레드머드 대체율에 따른 알칼리활성화 슬래그-레드머드 건식 흙포장재의 최적함수율, 압축강도, 흡수율, 백화발생 특성에 대하여 비교·검토하였다. 그 결과 레드머드 대체율이 증가할수록 알칼리활성화 슬래그-레드머드 흙포장재의 최적 함수비, 흡수율, 백화면적은 증가하고 압축강도는 감소하였다. Red mud is an inorganic by-product produced from the mineral processing of alumina from Bauxite ores. The development of alkali-activated slag-red mud cement can be a representative study aimed at recycling the strong alkali of the red mud as a construction material. This study is to investigate the optimum water content, compressive strength, water absorption and efflorescence of alkali-activated slag-red mud soil pavement according to binder type. The results showed that the optimum water content, moisture absorption coefficient and efflorescence area of alkali-activated slag-red mud soil pavement increased but the compressive strength of that decreased as the redmud content increased.

질산 및 황산에 의해 중화된 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 페이스트의 압축강도 특성

강석표,이희라,강혜주,이병기 한국건설순환자원학회 2019 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.7 No.4

레드머드(Red mud)는 보크사이트(Bauxite)를 원료로 알루미나를 제조하는 공정에서 발생하는 산업부산물이다. 한국의 경우베이어프로세스 공정을 통하여 Al2O3 1톤을 생산할 경우 함수율 50%의 레드머드가 약 2톤이 발생된다. 강알칼리성의 레드머드를 중화시킴으로서 재활용을 증대시킬 수 있고 보관 및 관리 측면에서 환경부하를 저감시킬 수 있다. 더욱이 재활용하기위해 가열 및 분쇄 공정이 필요없는 액상화 레드머드에 대한 관심이 증대되고 있다. 따라서 본 논문에서는 질산 및 황산의첨가량에 따른 액상화 레드머드의 pH 변화를 검토한 후 중화시킨 액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 페이스트의 압축강도 특성을 비교 검토하였다. 그 결과 질산 및 황산으로 중화시킨 액상화 레드머드의 압축강도는 중화하지 않은 액상화 레드머드와 비교하여 상대적으로 높게 나타났다.

황산 중화 레드머드를 사용한 시멘트 모르타르의 압축강도 발현특성

강석표,홍성욱,김성진,박규은 한국건축시공학회 2023 한국건축시공학회지 Vol.23 No.3

In this research, our goal was to explore the potential use of cement mortar augmented with liquid redmud. To facilitate this, we neutralized liquid red mud(LR) - exhibiting a pH of 10-12 - using sulfuric acidto yield sulfuric acid neutralized red mud(SR). We then evaluated the flow, setting time, andcompressive strength of the cement mortar combined with liquid red mud, while also performing athorough examination of its chemical properties through X-ray diffraction(XRD) and scanning electronmicroscopy(SEM). The flow tests indicated a decrease in flow values for both MS-LR and MS-SR incomparison to the Plain. Analogously, the setting time for MS-LR and MS-SR was found to be abbreviatedwhen juxtaposed with the Plain. With regards to compressive strength, MS-LR demonstrated a surge instrength at the 1-day mark, while MS-SR displayed a diminution at the 1-day and 3-day timepointscompared to the Plain. XRD analysis illustrated that after 28 days, the XRD patterns of Plain and MS-SRbore significant resemblance, though a new peak was detected in MS-LR. SEM imagery highlighted thatthe microstructures of Plain and MS-SR were alike, but MS-LR manifested a distinct microstructure,characterized by a finely fibrous formation. Based on these observations, we infer that the replacementof cement mortar with liquid red mud neutralized with sulfuric acid contributes to a noticeableenhancement in strength, thereby verifying its suitability for this application. 본 연구에서는 액상 레드머드를 첨가한 시멘트 모르타르의 활용 가능성을 검토하기 위하여 pH 10~12 인 액상 레드머드(LR)를 황산으로 중화하여 액상 레드머드(SR)를 제조하였으며, 액상 레드머드의 활용가능성을 확인하고자 플로우, 응결시간, 압축강도를 측정하고 XRD, SEM을 통해 화학적 특성을 분석하였다. 플로우 측정결과 MS-LR과 MS-SR의 경우 Plain과비교하여 플로우 값이 감소하였다. 응결시간 측정결과 Plain과 비교하여 MS-LR 및 MS-SR의 응결시간은 단축되었다. 압축강도 측정결과 Plain과 비교하여 MS-LR의 1d와 MS-SR의 1d 및 3d의 압축강도가 Plain보다 증가하였으며 28d 압축강도 측정결과에서는 MS-LR 및 MS-SR의 압축강도가 Plain과 비교하여 감소하였다. XRD 분석결과 28일의 경우 Plain과 MS-SR의 XRD 패턴이 유사하게 나타나고, MS-LR에서는 새로운 피크가 관찰되었다. SEM 이미지를 분석한 결과 Plain과 MS-SR의 미세구조는 유사하게 관찰되고 있지만, MS-LR의 미세구조는 미세한 섬유상 조직으로 미세구조가 다르게 나타났다. 따라서 중화하지 않은 레드머드 보다 황산으로 중화한 액상레드머드를 시멘트 모르타르에 대체하였을 때 강도개선 효과가 있는 것으로 사료되며 이의 활용가능성을 확인하였다.

액상화 레드머드의 첨가량에 따른 시멘트 모르타르의 강도특성 및 색차 분석

강석표,강혜주 한국건설순환자원학회 2018 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.6 No.2

건설분야에서는 구조적 안정성과 더불어 생활수준과 의식수준의 향상으로 미관에 대한 새로운 요구가 증대되고 있다. 한편보크사이트로(Bauxite)부터 수산화알루미늄 추출공정에서 발생되는 레드머드 슬러지는 Fe2O3를 약 20% 함유하고 있어 자연스런 천연 황토색을 나타내며 건설산업분야에 활용 가능성이 높다. 본 논문에서는 산업부산물인 함수율 50%의 레드머드슬러지를 액상으로 제조하여, 제조된 액상화 레드머드를 시멘트 모르타르에 첨가하여 액상화 레드머드의 첨가량에 따른시멘트 모르타르의 강도 및 색차를 검토하였다. 그 결과 액상화 레드머드 첨가량이 증가할수록 압축강도는 증가하였으며액상화 레드머드를 첨가한 시멘트 모르타르는의 색채는 모든 시험체에서 YR계열의 범위에 분포하는 것으로 나타나며 액상화레드머드 첨가량이 증가할수록 색채는 뚜렷해지는 경향을 나타내었다.

레드머드 내 철 자원 회수 가능성 고찰

김봉주,권장순,고용권,박천영 대한자원환경지질학회 2020 자원환경지질 Vol.53 No.3

보오크사이트로부터 알루미나를 생산하는 Bayer 공정 부산물인 레드머드는 높은 pH와 나트륨(Na)의 함량으로 폐기물로 분류되어, 발생량을 줄이거나 재활용하는 공정의 개발은 환경적으로 중요한 이슈이다. 본 연구에서는 레드머드 내 다량 함유된 철(Fe)을 자원가치를 갖는 품위(56wt.%) 이상으로 향상시키고자 레드머드에 활성탄과 황을 혼합하여 마이크로웨이브 가열 시험을 수행하였다. 가열 소성과정에서 레드머드 혼합물 분말시료는 유리화된 다공성 구조의 결합체로 변화되었으며, X-선 회절분석을 통하여 산출물은 침철석, 영가철(Fe0 , iron), 자류철석(Fe1-xS) 및 황철석(FeS2) 등으로 구성됨을 확인하였다. 가열 소성 결과물은 왕수분해를 통하여 Fe을 용해시키고, NaCl을 첨가하여 Fe을침전 회수하였다. 레드머드 내 Fe의 회수는 시험 조건별로 상이하게 나타났으며, 단순히 레드머드를 마이크로웨이브가열한 시료 내 Fe은 그 함량이 49.0wt.% 였다. 그러나, 활성탄을 첨가한 시료 및 활성탄과 황을 첨가한 레드머드 시료의 가열 소성 결과물 내 Fe의 함량은 각각 58.0wt.%, 59.5wt.% 로서 철 자원가치 품위인 56wt.%를 초과하였다.