피부관리에 사용되는 석고 파우더 입자 구조와 성분 분석

이수정 한서대학교 대학원 2025 국내박사

본 연구는 피부관리에 활용되는 석고 파우더 입자와 경화된 석고 팩 물질 의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰하고 구성 원소 성분을 에너지 분산 분광분석기로 비교 분석하였다. 석고는 온 석고 파우더와 냉 석고 파우더를 각각 선정하여 실험에 사용하였고 이것들로 제조된 냉 석고 팩과 온 석고 팩의 미세구조와 구성 원소 성분을 비교 분석하였다. 석고 파우더 입자의 미세구조적 특성은 냉 석고 파우더와 온 석고 파우더 에 차이가 있었다. 냉 석고 파우더 입자는 주로 판상의 결정체와 미세입자상 결정체로 구성되어 있고 일부 원주상 결정체가 존재하였다. 냉 석고 파우더 에서 판상의 결정체는 표면이 편평하고 가장자리 경사면은 층상의 구조로 관찰되었다. 가장 큰 판상의 결정체는 길이가 약 130㎛로 측정되었다. 냉 석고 파우더 입자는 대부분의 뭉툭한 모양과 판상의 결정체로 구성되어 있는데 이들 사이에 원주상 결정체가 드물게 관찰되었다. 원주상 결정체는 길이가 약 50㎛이고 두께 가 약 3㎛의 원통형으로 미세한 원기둥 결정들로 채워져 있었다. 온 석고 파우더는 판상과 원주상 및 미세입자상 결정체로 구성되어 있었다. 판상의 결정 체는 길이가 약 100㎛로 냉 석고 파우더에서 발견되는 판상의 결정체보다 약간 작게 관찰 되었다. 온 석고 파우더의 원주상 결정체는 길이가 208㎛로 냉 석고 파우더의 원주상 결 정체보다 길었다. 그리고 원주상 결정체는 바늘과 같이 가는 결정체도 존재하였다. 냉 석고 파우더와 온 석고 파우더에 존재하는 원주상 결정체는 길이에 차이가 있었지만, 결정체 표면은 모두 매끄럽게 관찰되었다. 그리고 원주상 결정체는 수많은 미세 원기둥 결정들이 결합하여 하나의 원주상 결정체를 형성하였다. 결론적으로 석고 파우더 입자는 주로 판상과 미세입자상 결정체 및 원주상 결정체로 구 성되어 있는데 온 석고 파우더는 냉 석고 파우더보다 원주상 결정체가 더 많이 존재하는 것으로 확인되었다. 석고 파우더의 구성 원소 성분 분석 결과, 냉 석고 파우더와 온 석고 파우더는 모두 Ca 원소와 S 원소로 구성되어 있었다. 냉 석고 파우더에서 판상의 결정체는 Ca 원소와 S 원소 함량이 거의 1 : 1의 비율로 존재하였다. 그러나 원주상 결정체는 S 원 소가 Ca 원소 성분함량보다 약 0.65% 높게 나타났다. 온 석고 파우더에서 전체 입자의 Ca 원소와 S 원소 함량은 1 : 1의 비율로 나타났지만, 원주상 결정체는 S 원소가 Ca 원소 성분함량보다 0.69%에서부터 1.35%까지 높게 나타났다. 결론적으로 냉 석고 파우더와 온 석고 파우더 입자는 모두 Ca 원소와 S 원소로 구 성되어 있었다. 그러나 원주상 결정체는 S 원소 함량이 Ca 원소 함량보다 약간 높게 나타났다. 석고 팩에서 경화된 석고의 미세구조와 팩 표면의 형태적 특성을 확인하였다. 냉 석 고 팩과 온 석고 팩의 굳은 표면은 공통으로 많은 기공과 원주상 결정체가 서로 융합 되어 형성되었다. 냉 석고 팩 표면은 원주상과 판상의 결정체가 응고되어 관찰되었고 이들은 서로 융합되어 석고 팩의 표면을 형성하였다. 경화된 냉 석고 파우더 팩에서 원주상 결정체는 수많은 미세 원기둥으로 형성되어 있었고 각각의 미세 원기둥 표면은 매끄럽게 관찰되었다. 원주상 결정체는 가로지름이 295㎚에서부터 433㎚까지의 두께 를 가지고 있는 미세 원기둥이 모여서 약 5㎛ 두께의 긴 결정체를 형성하였다. 온 석고 팩 표면은 아주 균질하였으며 석고 결정체 사이로 많은 기공이 존재하였다. 기공의 크기는 수 ㎚에서부터 약 57㎛까지 다양하였으며 모양은 불규칙하였다. 온 석 고 팩은 대부분 원주상 결정체들이 서로 엉켜서 표면을 형성하고 있었다. 원주상 결정 체는 불규칙한 방향으로 결합하였고 이들 사이에 공간이 형성되어 있었다. 온 석고 팩 에서 경화된 원주상 결정체는 길이가 약 40㎛ 이하로 석고 파우더에 존재하는 결정체 보다 상대적으로 짧았다. 결론적으로 석고 팩은 응고 과정에서 결정체의 핵 형성으로 많은 기공을 형성하였 다. 핵 형성된 결정체는 냉 석고 팩에서 원주상과 판상의 형태로 존재하였고 온 석고 팩에서는 대부분 원주상 결정체로 존재하였다. 경화된 석고 팩에서 Ca 원소와 S 원소가 검출되었고 다른 무기원소는 검출 되지 않았다. 냉 석고 팩에서 원소 함량은 Ca 원소가 S 원소보다 0.6%에서 부터 1.74%까지 높게 나타났다. 특히, 원주상 결정체가 집중된 표면에서 Ca 원소 함량이 S 원소 함량보다 높게 나타났다. 온 석고 팩의 원소 함량은 Ca 원소가 50.12%, S 원소가 49.80%로 거 의 같은 비율로 나타났다. 그러나 석고 팩의 표면보다 내부의 원소 성분함량 은 Ca 원소가 S 원소보다 0.74% 높은 함량으로 검출되었다. 결론적으로 석고 팩의 성분은 Ca 원소와 S 원소로 구성되어 있었고 다른 무기원소는 검출되지 않았다. 그리고 석고 팩에서 핵 형성된 원주상 결정체 는 석고 파우더에서 관찰되는 원주상 결정체보다 길이는 짧고 굵기는 큰 것 으로 나타났다. 주제어: 석고, 석고 팩, 에너지분산분광분석, 주사전자현미경, 황산칼슘 반수화물, 황산칼슘 이수화물, 플래스터, 피부관리.

燐酸石膏로 부터 α型 半水石膏의 製造

오용수 漢陽大學校 1982 국내석사

石膏品質向上과 利用에 관한 硏究

이명춘 한양대학교 산업대학원 1967 국내석사

CaO함유 산업부산물을 활용한 레미콘 활성슬러지 개발 및 콘크리트 적용성 평가에 관한 연구

김영엽 한양대학교 2021 국내박사

레미콘 산업은 1965년 도입 이후 현재까지 국가 건설산업의 발전을 담당하며 현재(2019년 기준) 약 1083개 공장의 생산능력은 632 백만 m3의 설비를 갖추고 있으며, 생산 공장 수 증가 및 생산량의 증가뿐만 아니라 콘크리트의 품질 향상 및 성장을 지속적으로 이루어왔다. 또한, 레미콘 생산량이 증가함에 따라 필연적으로 레미콘 회수수 발생량 또한 증가하였다. 레미콘 공장은 콘크리트 생산 후에는 레미콘의 믹서 트럭/드럼 및 배차플랜트 등 생산설비를 세척해야 하며 이때 발생한 세척수에 골재를 제거한 레미콘 회수수가 발생하게 된다. 레미콘 회수수 내에는 시멘트 미세 입자 및 기타 슬러지가 포함되어 있어 강알칼리성을 나타내는 부산물로서 현재 연간 2천만 톤 이상 발생되고 있다. 이를 처리하기 위해 화학약품에 의한 중화 처리 과정을 거처 외부로 배출시키거나 폐기물처리 전문 업체에 위탁 처리하는 방법 등을 활용하고 있으나, 중화 처리 비용과 에너지 절감을 위한 대안이 필요한 실정이다[1-2]. 국내 레미콘 회수수는 대부분 레미콘 생산업체에서 발생되는 상징수만을 재사용 하고 있으며, 회수수에서 상징수와 슬러지를 분리하는 방법 및 설비, 유기화학 혼화제를 사용한 상징수 개선 방법 등에 한정되어 레미콘 회수수 슬러지의 활용이나 회수수(상징수+슬러지)의 개선을 통한 대량 사용 관련 연구가 부족한 상태이다. 또한, 레미콘 회수수는 시멘트 수화물 및 시멘트로부터 용출한 물과 시멘트 및 골재 미립자를 포함한 슬러지로 구성되어 있으며, KS F 4009(레디믹스트 콘크리트)에서는 슬러지수, 상징수로 구분하고 있어, 국내 회수수의 재사용은 KS 표준에 합당한 조건을 만족할 경우에 상징수만을 제한적으로 사용할 수 있으며 슬러지는 대부분 폐기 처리하고 있다. 그러나 상기 방법들은 레미콘에서 발생하는 회수수를 단순 재활용하기 위한 단편적인 방법이며, 콘크리트 제조 시, 최초 분말 원료(시멘트, 고로슬래그, 플라이애시 등) 배합비에 변동을 주지 않기 위해 제한된 방법으로 원가 절감 및 환경 보호 차원에서의 검토가 이루어지지 않은 기술들이다. 그러므로 현재 회수수를 재활용하는 방안에는 단순 혼합 수의 혼합 개념으로, 기존 콘크리트의 배합 설계비를 변동시키지 않는 범위에서 행해지고 있어 기존 방법을 획기적으로 대체할 수 있는 방안 도출이 필요한 시점이다[3-4]. 따라서 본 연구에서는 레미콘 회수수 활성화에 사용할 수 있는 CaO를 함유한 산업부산물을 활용하여 레미콘 회수수의 재활용율을 높이기 위한 방안을 제시하고 지속 가능한 자원화를 위한 기초자료로 제안하고자 한다. 본 연구는 CaO원을 함유하고 있는 산업부산물을 선정하여 레미콘 회수수에 혼입하여 사전수화과정을 통해 활성슬러지로 제조하였고, 이에 따라 레미콘 회수수의 pH를 높여 주어 콘크리트 분말원료의 수화 반응성을 증대시킴에 따라 수화반응 촉진, 고로슬래그미분말의 잠재수경성반응 촉진 및 플라이애시 등 포졸란 재료의 반응을 촉진 시켜 콘크리트의 조직을 치밀하게 하고, 조기강도 및 내구성 등 콘크리트의 성능 향상효과를 확인 하고자 한다. 또한, 본 연구의 최종 목적은 레미콘 회수수를 활성슬러지 형태로 제조하여 레미콘 제조공정에 적용함으로써 레미콘 제조원가 절감, 폐자원 재사용에 따른 비용 및 환경부하 저감, 시멘트 사용량 감소에 따른 대기 온실효과의 주범인 CO2 가스 발생을 저감 하는 효과를 기대 할 수 있을 것으로 사료되며, 지속가능한 환경친화형 콘크리트 제조가 가능할 것이다. The ready-mixed concrete industry has been in charge of the development of the national construction industry since its introduction in 1965, and currently (as of 2019), the production capacity of about 1083 factories is equipped with facilities of 632 million m3. Concrete quality improvement and growth have been continuously achieved. In addition, as the production of ready-mixed concrete increases, the amount of recycling water of ready-mixed concrete inevitably also increased. The ready-mixed concrete plant must clean production facilities such as mixer trucks/drums and batch plants after concrete production, and the collected ready-mixed concrete recovery water is generated from the washing water generated at this time. The ready-mixed concrete recovery water contains cement particulates and other sludge, which is a strong alkaline by-product, currently generating more than 20 million tons per year. To solve this problem, there is a method of discharging to the outside by using a neutralization process by chemical substances or entrusting a waste treatment company to a waste treatment company, but an alternative to reduce the neutralization treatment cost and energy is needed. Most of the domestic ready-mixed concrete regenerated water reuses supernatant water generated by ready-mixed concrete producers. There is a lack of research related to mass use as it is limited to methods and facilities for separating supernatant and sludge from recycled water, and methods for improving supernatant water using organic chemical admixtures. In general, it is suggested that if recycled water from ready-mixed concrete is used in concrete, the properties of concrete are decreased attributed to the solid content present in recycled water compared to tap water. However, it is recommended that instead of recycled water from ready-mixed concrete, the supernatant can be used in concrete. Moreover, KS F4009 and ASTM C94/C94 M-20 recommended the procedure for making of concrete using recycled water from ready-mixed concrete. If the conditions are suitable as recommended in standard, then only limited amount of supernatant can be used and sludge must be discarded. The above method is a method for simply recycling the recycled water generated from ready-mixed concrete. In concrete manufacturing, it is a proposed method in order not to change the mixing ratio of the initial powder raw materials (cement, blast furnace slag, fly ash). Therefore, it is the time to need a method that can radically replace the concept of mixing simple mixed water as a method of recycling recycled ready-mixed concrete water. In this study, industrial by-products, including a source of CaO, were selected and mixed in ready-mixed concrete recycled water to be prepared as activated sludge through a pre-hydration process. The presence of blast furnace slag and fly ash in activated sludge increases the pH of concrete which accelerate the hydration and pozzolanic reactions. By this effect, the structure of concrete is made dense, and the effect of improving the performance of concrete such as early strength and durability is to be confirmed. In addition, in consideration of environmental protection, process costs must be reduced so that recycled water can be used for concrete. Therefore, in this study, industrial by-products containing CaO were extracted to produce activated sludge that can accelerate the hydration reaction of concrete using recycled water at high pH. We recommend that the use of recycled water in the form of activated sludge reduces the cost of concrete production, the environmental load in the cement industry, and the cost of CO2 generation and is considered green concrete.

메타카올린(Metakaolin)을 활용한 도자기 복원제의 적용성 연구

김현숙 한서대학교 국제예술디자인대학원 2017 국내석사

균열 및 파손된 도자기를 재사용하기 위한 목적으로 계자백(鷄子白), 생옻 등 천연재료를 사용하여 수리한 것이 도자기 복원의 시원(始原)이라고 할 수 있다. 시간이 지남에 따라 재사용 목적보다는 전시·교육·보존의 목적이 중요시 되면서 보다 내구성이 있고, 다양하며, 이질감이 덜 느껴지는 합성재료를 선호하게 되었다. 그러나 플라스틱과 유사한 질감, 특유의 약품냄새, 인체에 유해한 성분, 높은 강도, 비가역성, 시간이 경과하면서 두드러지는 황변현상 등의 문제점은 문화재를 재처리해야 하는 상황을 만들기도 한다. 현재는 이러한 문제점을 보완하기 위한 저황변성, 가역성 등에 관한 연구가 다수 발표되었고 문제점 개선을 위한 연구가 진행되고 있다. 한편, 천연복원재료에서 많이 사용하는 석고는 천연성분으로 비교적 인체에 무해하며, 내황변성, 질감표현 등의 장점이 있어 합성수지의 문제점을 보완해 줄 수 있는 재료라고 할 수 있다. 그러나 낮은 내구성, 수분에 의한 취약성, 백화현상을 유발하는 분진 등의 단점으로 인해 보편적으로 사용하는데 한계가 있다. 본 논문은 천연재료인 석고의 단점을 보완하기 위한 방안을 찾기 위해 서로 다른 종류의 석고(일반석고, 경석고, 초경석고)에 메타카올린(Metakaolin; MK)을 첨가하여 실험하고 유물복원에 적용하였다. 메타카올린은 포졸란(Ppzzolan)재료 중 하나로 고령토를 고온에서 급랭(急冷)하여 활성화시킨 고령토이다. 활성화된 메타카올린은 유리상태이며 물과 접촉하여도 수화반응을 일으키지 않고, 특수환경(알칼리조건)에서 서서히 경화하여 초기강도증진, 장기강도발현, 내수성, 내약품성 등의 효과를 나타낸다. 메타카올린을 석고에 첨가함으로써 약한 물성과 수분에 의한 물성약화 등의 문제점을 보완하고자 하였다. 물성실험으로 인장강도, 압축강도, 마모율, 표면강도를 총 6차례에 걸쳐 실험하였고 수축률실험과 자외선실험, 겉보기 비중 및 부피 비중, 흡수율, 겉보기 기공률은 재령 30일이 지난 시편으로 측정하였다. 미세구조관찰은 재령 30일이 지난 시편을 통해 주사전자현미경으로 ×1000, ×2000에서 확인하였다. 실험결과, 메타카올린이 첨가된 석고는 첨가되지 않은 석고보다 물성이 우수하였다. 메타카올린을 첨가한 경석고(경+MK)는 인장강도, 압축강도, 마모율, 표면강도에서 초경석고보다 우수한 물성을 나타내었다. 자외선실험 결과, 모든 시편은 미국규격표준국(NBS) 평가에 따라 ‘색차가 미약’ 범위에 속하여 색상변화에는 안정적인 것으로 확인되었다. 흡수율 및 기공률측정 결과, 일반석고보다 메타카올린을 첨가한 초경석고(초경+MK)가 약 3배 낮고, 비중은 약 40% 높지만 도자기의 비중보다 낮으므로 복원제로 적용하기에 안정적인 것으로 판단되었다. 미세구조관찰 결과, 일반석고·경석고·초경석고의 결정형태는 각각 독립된 결정구조를 가졌지만 메타카올린이 첨가된 석고에서는 서로 결합되어 있는 결정구조를 확인할 수 있었다. 경+MK시편에서 기공이 관찰되지 않는 부분이 확인되어 메타카올린이 첨가됨으로써 보다 치밀해짐을 확인하였다. 본 연구결과를 바탕으로 초경+MK를 토제수반, 분청사기조화문병, 분청사기분장문병, 분청사기국문내인화문대접 복원에 적용하였다. 초경+MK는 경화양상에 따라 전체형태에서 세부형태를 성형하기에 수월하였고, 주입 및 적층 등 여러 방법의 복원이 가능하였다. 또한, 안정적인 형태유지와 채색과정에서도 표면에 안료의 안착이 다른 재료에 비해 높게 나타나는 등 기존 석고 복원재의 문제점이 개선되었음을 확인하였다. 메타카올린의 첨가는 천연재료인 석고의 물성을 보완하였고, 장기강도발현, 조직치밀성 등의 효과가 있음을 확인하였다. 메타카올린은 알칼리환경에서 반응하기 때문에 분위기가 조성되는 재료에서는 실험결과와 동일한 효과를 나타낼 것으로 예상되었다. 본 연구를 통해 합성수지와 더불어 천연재료인 메타카올린의 활용과 연구가 지속적으로 진행될 것으로 판단된다.

폐인산석고의 증기양생용 고강도 콘크리트 혼화재로서의 적용성 평가

안양진 全北大學校 大學院 2004 국내석사

As Gypsum reacts with C_(3)A(tri-calcium aluminate) and C_(4)AF(tetra calcium alumino ferrite) at initial hydration of cement, assists the hydrolysis of C_(3)S(tri-calcium silicate), the producing rate of ettringite (3C_(3)Aㆍ3CaSO_(4)ㆍ32H_(2)O) and C-S-H gel is accelerated. Therefore it was certain that compressive strength of cement and concrete was improved due to the effect of Gypsum. The purpose of this study is to utilize waste phosphogypsum into Admixture for high strength concrete at steam curing. For the study, waste phosphogypsum is made use of 5 types by specific gravity distribute which is simple and physical dry process and 4 foams (Dihydrate, Hemihydrate, TypeⅢ-Anhydrite and TypeⅡ-Anhydrite) which is changed to in low temperature. Also, various admixtures were made of waste phosphogypsum(PG) and Pozollanic fine poweders(Fly-ash, Blat Furnace Slag), and the basic porperties of the cement mortars incorporating with these admixtures were examined and analyzed under a verity of experimental conditions. Also, based on the study of cement mortars, properties of compressive strength of OPC and alternative admixture(specimen name PG2-2MF) for High-Strength Concrete at steam curing air-dry, were compared with each other. The conclusion obtained from this study can be summarized as follows: (1) As additives for high strength, waste phosphogypsum content was found properly out 7.5% and being harmful to later age strength for added more large content. This reason is that formation of needle-like ettringite crystals. (2) By specific gravity distribute all the types of compressive strenth is higher than OPC. In hemihydirat and typeⅢ-anhydrite cases, these is similar to typeⅡ-anhydrite from compressive strength and are greate in the effect of strength improvement. (3) Compressive strength value in steam cured mortars at water binder ratio 45%, mortars with PG2-1(M), PG2-2(MB), PG2-3(MF) manufactured in present study developed 668, 688, 712.8 kgf/㎠ at 28 days, respectively. Therefore, it is possible to manufacture of high strength mortar in order to get compressive strength of 650kgf/㎠. (4) Alternative admixture PG2-2(MB), which was determined form the results of cement mortar test, is able to manufacture of high strength concrete up to 495.1 kgf/㎠ by only steam curing at 7days. (5) As a result of this study, it was proved that specimens made on type Ⅲ-anhydrite of waste phosphogypsum and flyash increased on the compressive strength of mortar and concrete was as good as concrete with type Ⅱ-anhydrite. Consequently, it was proved that a high strength concrete was able to be made with such alternative admixture.

폐탈황석고의 재활용에 관한 연구

오세훈 한서대학교 일반대학원 2017 국내석사

본 연구는 사업장 일반폐기물로 매립, 방치되는 폐탈황석고와 bag filter ash를 이용하여 다양한 산업 분야에서 사용되는 황산칼슘과 고부가가치인 aragonite로 회수하는 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 황산칼슘을 회수 시 폐수처리에 드는 비용 절감을 위해 폐황산의 활용가능성을 검토하였다. 또한 황산칼슘과 탄산칼슘 제조 시 반응온도와 탄산화 반응 시 pH, 첨가제 등의 영향에 대하여 살펴보았다. 황산칼슘은 일반적으로 석고를 말하지만 이수석고, 반수석고, 무수석고로 구분한다. 이를 세부적으로 나누면 반수석고는 α형, β형으로 구별되며, 무수석고는 Ⅰ~Ⅲ형으로 구별된다. 탄산칼슘은 결정구조에 따라 calcite, aragonite, vaterite로 구분된다. Calcite는 열역학적으로 매우 안정한 상태이고 vatertie는 불안정하여 calcite나 aragonite로 쉽게 전이가 일어나며, aragonite가 가장 경제성이 있는 탄산칼슘으로 알려져 있다. 황화반응을 통해 황산칼슘을 합성하였으며 실험조건에 따른 황산칼슘의 회수율을 비교하였다. 회수된 황산칼슘의 결정상 분석을 위해 XRD 분석을 하였다. 또한 황화반응 후 여액에 CO2 가스를 주입하여 탄산화반응을 이용하여 탄산칼슘을 회수하였다. 회수된 탄산칼슘은 반응온도, pH, MgCl2 첨가제 영향에 따른 회수율을 비교하였으며 XRD, SEM을 통해 분석하였다. 폐탈황석고 및 bag filter ash와 황화반응을 하여 황산칼슘을 회수 시 시약등급의 황산과 폐황산으로 실험한 결과, 폐탈황석고의 경우 각각 87.5%, 88.9% 회수율을 보였고 bag filter ash의 경우 각각 84.8%, 71.0% 회수율을 보였다. 따라서 폐황산을 사용하여 황산칼슘을 회수할 수 있는 것으로 판단된다. 폐탈황석고 및 bag filter ash의 탄산화 반응 시 반응온도가 증가할수록 폐탈황석고의 경우 침상형의 탄산칼슘이 생성되었으며, bag filter ash의 경우 구형의 vaterite가 생성되는 것으로 나타났다. 탄산화 반응 종결 pH는 8일 때 회수율이 높은 것으로 나타났다. 또한 MgCl2를 첨가할 경우 폐탈황석고로부터 침상형의 CaCO3이 생성할 수 있었으며, bag filter ash로부터는 육방형의 vaterite가 생성되었으나 결정상이 변이 단계에 있음을 알 수 있었다. This study was carried out to recover calcium sulfate and high value added aragonite which are used in various industrial fields by using waste desulfurization gypsum and bag filter ash which are buried as industrial general wastes. In this study, the possibility of using waste sulfuric acid was studied to reduce the cost of wastewater treatment in recovering calcium sulfate. In addition, the effect of reaction temperature, pH, and additives on the preparation of calcium sulfate and calcium carbonate were investigated. Calcium sulphate is generally called gypsum(CaSO4․2H2O), but it is classified into three types, ie, calcium sulphate dihydrate, calcium sulphate hemihydrate, and calcium sulphate anhydrite. Calcium sulphate hemihydrate is classified into α type and β type, and calcium sulphate anhydrite is classified into type Ⅰ to Ⅲ. Calcium carbonate is classified into calcite, aragonite and vaterite depending on crystal structure. Calcite is thermodynamically very stable, but vatertie is unstable and easily transformed into calcite or aragonite, and aragonite is known to be the most economical calcium carbonate. Calcium sulfate was synthesized through sulphidation reaction and the recovery rate of calcium sulfate was compared according to experimental conditions. XRD analysis was performed for the crystal phase analysis of recovered calcium sulfate. After the sulfidation reaction, CO2 gas was injected into the filtrate, and calcium carbonate was recovered using carbonation reaction. The recovered calcium carbonate was analyzed by XRD and SEM. The recovery efficiency of calcium sulfate by sulphidation reaction with waste desulfurization gypsum and bag filter ash was 87.5% and 88.9%, respectively. The recovery efficiency of bag filter ash was 84.8% % and 71.0%, respectively. Therefore, calcium sulfate can be recovered using waste sulfuric acid. In the carbonation reaction of waste desulfurization gypsum and bag filter ash, acicular calcium carbonate was formed in the case of desulfurization gypsum and spherical vaterite was formed in bag filter ash as the reaction temperature increased. The higher the pH, the greater the recovery rate of .The recovery rate of calcium carbonate. Addition of MgCl2 resulted in the formation of acicular form of CaCO3 from waste desulfurization gypsum. From the bag filter ash, a hexagonal vaterite was formed but the crystalline phase was in the transition stage.

인산석고와 폐 EPS Beads를 혼합한 경량토의 공학적 특성

서동은 全南大學校 대학원 2009 국내석사

비료생산과정에서 산업부산물로 발생되는 인산석고는 현재 여수에 있는 단일회사의 경우만 하더라도 연간 약 157만톤 이상이 발생하고, 현재 누적량은 약 2000만톤에 달하고 있다. 인산석고는 면적이 53만㎡이고 30m의 높이로 마치 하나의 산처럼 석고적치장에 야적되고 있으며, 인산석고의 매립을 위하여는 매립지 선정, 환경문제 등 많은 제약이 따르고 있어 처분이 어려운 실정이다. 또한 석고장 주변 침출수 누출로 인한 인근해역이 오염 가능성이 있어 하루빨리 인산석고에 대한 대책이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 비료생산과정에서 발생하는 산업부산물인 인산석고와 폐 EPS 조각을 기존의 성토용 토사에 혼합하여 지반응력을 감소시킴으로써 공유수면 매립지내에서 지반의 침하, 활동파괴, 측방유동 등의 문제를 해결할 수 있는 경량혼합토를 개발하였다. 개발된 경량혼합토는 공유수면 매립지역에서 대량이용이 가능하다고 예상되는 도로 및 교대의 경량성토재료, 각종 뒤채움재로의 적용성을 평가하기 위하여 기본물성시험, 다짐시험, CBR시험, 전단강도시험 등 일련의 실내시험을 수행하였고 공학적 특성을 검토하였다. 실험결과 경량혼합토의 최대건조단위중량은 1.46~1.61g/㎤, 최적함수비는 21.91~24.23%로 일반 화강풍화토와 비교할 때 11~19.3%의 하중감소효과가 있으며 수정 CBR값은 10.4~18.4%로 국내 도로노상 및 뒤채움재에 대한 규정을 만족하는 것으로 나타났다. 또한 전단강도정수는 점착력 0.11~0.19㎏/㎠, 내부마찰각 35.4~37.2°로 각각 나타나 국내에서 일반적으로 사용되는 성토재료 및 뒤채움재 범위를 충족시키는 것으로 평가되어 실제 성토재료 및 뒤채움재로 연약지반에서 효과적으로 활용이 가능할 것으로 판단되었다. 본 연구를 통하여 개발된 인산석고 경량혼합토는 하중감소 효과가 있으면서도 전단강도와 지지력면에서 큰 문제가 없어서 도로 노상토 및 뒤채움재로 인산석고의 대량 재활용방안이 될 것으로 판단되며, 이러한 재활용방법은 부존자원의 보존 및 폐기물 처리비용절감, 지역사회의 환경보호에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 생각된다. Phosphogypsum, a by-product from fertilizer manufacturing process, is produced more than about 1,570,000 tons a year from a chemical factory in Yeosu, reaching about 20 million tons of accumulation amount. The area of phosphogypsum is 530,000㎡ and it is piled up out in the open in 30m high like a mountain. It is difficult to dispose it because there are a lot of limitations for reclamation of phosphogypsum such as selection of reclaimed lands and environmental problems. It is high time to prepare countermeasures for phosphogypsum because the neighboring sea is exposed to serious contamination due to leakage of leachat around gypsum fields recently. The current study developed light-weighted mixed soil that can solve problems related softsoil like subsidence, sliding and lateral displacement of ground. By reducing weihgt of reclaimed soil through mixing phosphogypsum and recycled EPS beads with the weathered granite soil. A series of geotechnical laboratory tests including physical index test, compaction test, CBR test, and direct shear test were performed and engineering properties were reviewed in order to assess applicability of the light-weighted mixed soil to light-weighted soil for roads and abutment and various back-filling materials at the reclaimation area. Based on the laboratory test results, it was found that the maximum dry unit weight of the light-weighted soil ranges 1.46~1.61g/㎤ and the optimum water content ranges 21.91~24.23%, which means there was 11~19.3% weight decrease effect when comparing with general weathered granite soil. Also it was found that the corrected CBR value ranges 10.4~18.4% satisfying the domestic regulations on road subgrade and back-filling material. In addition, as for shear strength parameter, cohesion ranges 0.11~0.19㎏/㎠ and internal frictional angle ranges 35.4~37.2°, which are similar with those of general construction soil and back-filling material used in Korea. So it can be concluded that light-weighted mixed soil with phosphogypsum can be used effectively for soft reclaimation ground as actual filling material and back-filling material. From the current study, it was found that light-weighted mixed soil with phosphogypsum has not only weight reduction effect, but also has no special problems in shear strength and bearing capacity. Therefore, it is expected that phosphogypsum can be recycled in bulk as road subgrade and back-filling material. It is deemed that this recycling method will greatly contribute to preservation of natural resources, cost reduction of waste material disposal and environmental protection of local community.

化學 石膏가 Cement 品質 및 Grindability에 미치는 影響

김진원 漢陽大學校 大學院 1969 국내박사

有機酸을 이용한 排煙脫黃石膏의 白色度 향상 및 α-형 半水石膏 製造에 관한 연구

김기형 忠南大學校 大學院 2004 국내박사

FGD gypsum is being Produced in form of calcium sulfate dihydrate(CaSO_(4) 2H_(2)O in many domestic power plants and sold at very low price in spite of its high purity. But its use is restricted to cement and wallboard manufacturing industry by its low whiteness. Small amounts of impurities such as fly ash, iron oxides, and iron hydroxides present in the FGD gypsum may affect the color of gypsum and degrade the value added of it. In this study two methods are applied for improving whiteness of FGD gypsum. The one is physical method using classifiers such as zig-zag classifier and ATP air classifier and the other is chemical method of using acid leaching. Another purpose of this study is to develope the methods for producing value added calcium sulfate α-hemihydrate from FGD gypsum. The results are as follows. 1. Separation of impurities from FGD gypsum with Physical techniques. It is confirmed that the impurities Present in the FGD gypsum are mainly quartz, clay, iron oxides and hydroxides from fly ash and limestone used as SO_(2) absorbing reagent, unreacted limestone, and unburned carbon. The purity of gypsum from three power plants fired different fuels such as domestic anthracite coal, bunker-C oil, and bituminous coal is above 95%. Analysis results revealed that impurities are distributed in fine and coarse size and easily separated from FGD gypsum by using classifiers, resulting in 97% or more of gypsum purity. Dry classifier is more effective to remove impurities than wet one. 2. Improving whiteness of FGD gypsum by chemical methods. The effect of various organic and inorganic acids such as oxalic, citric, gluconic, succinic, tartaric, EDTA acids on the iron removal has been investigated to improve whiteness of FGD gypsum. Oxalic acid was found to give the best results under the same test conditions because of its high acid strength, good complexing capability with iron ion, and low steric hinderance. The optimum conditions required achieving whiteness greater than 93% were as follows : temperature - 100℃, oxalic acid concentration - 0.5M, reaction time - 90min. The leaching tests at temperature of 100℃ for 90min improved the whiteness from 50% to 93%. The corrsponding iron removal from FGD gypsum was of 85%. The whiteness was improved to 96% after lowering the fly ash concentration from FGD gypsum at optimum conditions. 3. Synthesis of calcium sulfate α-hemihydrate from FGD gypsum Among various electrolytes CaCl_(2) solution showed the most effectiveness to transform FGD gypsum into calcium sulfate α-hemihydrate by hydrothermal reaction at atmospheric pressure because high concentration of CaCl_(2) lowered the transition temperature followed by lowering the water activity in solution and thus increased the ratio of solubility of FGD gypsum and calcium sulfate hemihydrate. It was found to be impossible to synthesize calcium sulfate α-hemihydrate from FGD gypsum by only microwave irradiation at atmospheric pressure. Autoclaved hydrothermal process with microwave irradiation was designed to produce calcium sulfate α-hemihydrate and turned out to be very effective. The optimum conditions are as follows: average particle size of FGD gypsum - under 20㎛, reaction time - 1hr, saturated steam Pressure - 3.2kgf/㎠, additive concentration - 1M Na-succinic acid, concentration of seed crystal - 5%, moulding Pressure of FGD gypsum - 30kgf/㎠