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슬래그
슬래그(slag)는 철을 제련하는 제철 과정에서 발생하는 찌꺼기이다. 철광석 가운데 철분을 포함하지 않는 부분이 녹아 용광로로부터 나오는 것을 고로(高爐) 슬래그, 제강단계에서 전로(轉爐)로부터 나오는 불순물을 전로 슬래그라고 한다. 최근에는 이를 자원화해 도로의 바닥재료와 시멘트원료, 비료 등으로 유효하게 이용하고 있다.
개요
슬래그는 광석으로부터 금속을 빼내고 남은 찌꺼기이며 산성 산화물과 염기성 산화물의 혼합물이지만, 필요에 따라서는 중성 산화물을 첨가하기도 한다.
광재(鑛滓)라고도 한다. 제강(製鋼)에서는 특히 이것을 강재(鋼滓)라고 한다. 광석에서 금속을 빼내는 데는 광석 속에 있는 불필요한 성분을 녹기 쉬운 화합물로 만든 다음 제거하는 방법이 일반적으로 사용된다. 제철의 경우 석회석을 철광석과 같이 투입하는 것은 노(爐) 속에서 앞으로 생기는 산화칼슘이 철광석 속에 있는 필요 없는 물질인 실리카(이산화규소 SiO₂)와 결합하여 녹는점이 낮고 녹은 선철(銑鐵)보다 비중이 낮은 혼합물이 되게 하려는 것이기 때문인데, 용광로에서 유출되면 이 혼합물의 녹은 것이 선철 위에 층을 형성하여 흐르게 된다. 이와 같은 혼합물이 슬래그이다.
무엇보다 중요한 성질은 녹는점이 낮아야 하고, 필요로 하는 금속보다 비중이 가벼워서 위로 떠올라 분리가 잘 되어야 한다는 점이다. 또한 그 금속의 지금(地金) 속에 있어서는 안 되는 불순물까지도 슬래그 속에 같이 녹여서 제거할 수 있도록 슬래그는 충분한 양이 되어야 하고, 더구나 이와 같은 불순물을 잘 녹이는 성질의 것이 필요하다.
어떤 종류의 노를 사용해서 제련하는가에 따라 슬래그의 이름이 다른데, 전기로에서 나온 전기로재(電氣爐滓), 평로에서 나온 평로재(平爐滓), 고로에서 나온 고로재(高爐滓), 전로에서 나온 전로재(轉爐滓) 등의 이름이 있고, 그 성질 또한 각각 다르다. 또 만드는 금속의 이름을 붙여서 구리재·강철재 등으로 부른다. 성분상으로 볼 때는 제철의 경우와 같이 규산이 들어가는 규산재와 비규산재가 있으며, 금속제련에서는 규산재가 중요하다. 규산재에서 규산의 상대가 되는 염기성 산화물에는 산화칼슘 외에도 마그네시아·산화아연·일산화철·알루미나·일산화망가니즈 등이 있다.
종류
고로슬래그
철광석, 코크스, 석회석 등을 고로(용광로)에서 용융하면 약 1500˚C 이상의 쇳물과 함께 광물성분이 용해된 용융슬래그가 발생됩니다. 용융슬래그는 비중의 차이를 이용하여 쇳물과 분리하게 되는데 냉각방법에 따라 괴재슬래그(Air Cooled Slag)와 수재슬래그(Granmlated Slag)로 구별된다.
- 괴재슬래그 : 용융슬래그가 자연공냉과 살수에 의해 서서히 냉각되어 결정화 된 것. 콘크리트용 골재, 도로용 노반재, 항만공사용, 비료용, 암면원료 등에 쓰인다.
- 수재슬래그 : 용융슬래그에 고압의 물을 분사하여 급냉에 의해 모래상태로 유리질화시킨 것. 수재슬래그는 시멘트 원료(OPC, 슬래그시멘트), 시멘트 혼화재, 규산질비료 등으로 사용된다.
제강슬래그
철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아있는 탄소, 규소성분등을 제거하는 공정에서 제강슬래그가 발생된다. 고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성되는 전로슬래그(BOF Slag)와 고철등을 전기로에서 정련할 때 생성되는 전기로슬래그(EAF Slag)로 크게 구별할 수 있다.
제강슬래그 중에서도 전로슬래그는 철분이 많이 함유돼 있어 천연 암석보다 밀도가 높고 내마모성이 우수해 노반재, 아스콘 골재, 토고용재로 사용된다.
장점
- 환경 : 100% 재활용물질로 자원 및 에너지 절약과 천연자원 보전에 기여
- 용도 : 천연재료는 가질 수 없는 특성과 안정된 품질로 활용도가 무한한 이상적 재료
- 품질 : 잠재수경성을 가지며 내부마찰각이 크고 내화성 우수, 강도와 내구성의 저하가 없음
- 경제성 : 골재의 경우 일반 쇄석 대비 가격이 저렴하고 시공이 간편하여 공기단축 가능취급과 운송이 용이
- 괴재슬래그 : 도로용 골재 사용시 높은 지지력을 형성 (C.B.R 80 이상)
- 수재슬래그 : 내부 마찰각과 투수성 우수
- 제강슬래그 : 내부마찰력이 크고 내마모성이 우수
슬래그 제조과정
슬래그 규격
용도
- 철강슬래그 활용용도
- 시멘트원료 (혼화제, 증량제의 용도로서 고로슬래그에 한한다.)
- 콘크리트용 혼화재
- 규산질 비료원료
- 벽돌용 · 콘크리트용 골재
- 성토용 골재
- 복토용 골재
- 호안공사용 골재
- 공유수면매립지 뒷채움재
- 도로용 · 아스콘용 골재
- 요업용 골재
- 배수층 골재 (고로슬래그에 한한다.)
- 미끄럼방지용 골재
- 옹벽 및 뒷채움재
- 기초 잡석용
- 시멘트 원료용
수재슬래그는 일반시멘트에 5%, 고로슬래그시멘트에는 30~60%가 원료가 사용되고 있다.
고로슬래그 시멘트는 일반시멘트에 비하여 수밀성, 내열성, 내해수성, 내약품성 등이 우수하여 해양 및 연안시설물, 각종 산업기지 및 도시하수시설등으로 이용도가 넓어지고 있다.
- 도로용
고로슬래그는 도로용골재로 사용하면 장기간에 걸쳐 노반의 지지력이 증가하는 특성이 있어 공공도로에 대량으로 사용하고 있으며 천연골재에 비하여 품질, 시공성, 경제성이 우수하다.
제강슬래그와 고로슬래그를 혼합한 복합노반재는 고로슬래그의 장점인 지지력 안정성과 제강슬래그의 장점인 견고성을 적절히 결합한 것으로 일본의 경우 1970년대부터 도로에 널리 상용되고 있다.
- 토목용
수재슬래그나 고로 괴재슬래그를 20mm 이하로 파쇄한 것은 천연모래처럼 사용할 수 있으며, 특히 입자가 모가 져 전단저항이 큰 특징이 있어 급경사면이나 높은 성토지 조성, 연약지반의 개량 등에 사용할 경우 시공이 용이하고 안전성을 확보할 수 있다.
- 항만공사용
제강슬래그는 내부마찰각이 크고 치밀하며 무거운 특성을 가지고 있어 항만공사용 토목재료로 활용하기 위한 각종 시공공법이 개발, 적용되고 있다.(치환공법, Preloading법, Drain법, Sand Compaction법, 케이슨 속채움재 등)
- 비료 및 토양개량제
고로슬래그는 가용성규산, 석회, 마그네슘 및 각종 미량원소를 함유하고 있어 산성토양의 개량과 작물의 증수효과가 있는 규산질비료의 원료로서 사용되고 있다.
제강슬래그는 인산이나 각종 미네랄이 작물의 생육에 도움을 주며, 산성토양의 개량제로 이용되고 있다.
- 새로운 이용분야
철강슬래그를 해양용 바닥복토재, 적조방지제, 인공어초 및 해조초 등 새로운 분야로의 연구개발과 적용이 활발하게 이루어지고 있다.
참고자료
- 〈슬래그〉, 《매일경제》
- 〈슬래그〉, 《위키백과》
- 〈슬래그〉, 《두산백과》
- 〈슬래그 종류〉, 《(주)효석》
- 조인영 기자, 〈쉽게 배우는 철강용어 슬래그(Slag)〉, 《산업경제》, 2011-11-18
- 서진우 기자, 〈철강 부산물 ‘슬래그’ 재활용 100% 도전〉, 《매일경제》, 2023-03-22
같이 보기
