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시멘트 분석 및 생산 정보
시멘트 생산 공정
시멘트 생산 공정의 첫 단계는 채석장에서 석회석과 점토를 채취하는 것입니다. 그런 다음 재료를 혼합하고 분쇄하여 킬른으로 보냅니다. 킬른에서 구운 후 클린커를 식히고 최종 분쇄 공정을 거치고 나면 선적할 준비가 됩니다. 가장 일반적인 시멘트 유형인 포틀랜드 시멘트는 원래 용도에 따라 다양한 강도와 색상으로 제조됩니다. 시멘트 조성은 고객의 요청에 따르고, 제조법에서 각기 다른 원소의 화학적 성질이 필요합니다.
다음은 시멘트 생산 5단계뿐 아니라, 채석장에서부터 사일로, 고객에 이르기까지 화학적 성질 편차를 최소화하여 일관된 원료 품질을 유지하는 단계입니다.
시멘트 공정의 첫 단계는 땅에서 석회석과 점토를 채취하는 것입니다. 시멘트의 주요 원소 성분은 Ca, Al, Fe, Si입니다. 그렇지만, 때로는 MgO와 같은 원치 않는 원소와 Na, K, 유황과 같은 알칼리가 석회석, 점토, 사암에 존재하여 공정에 부정적인 영향을 주고 채석장의 채광가능성(mineability)을 저하시킵니다. 이 경우에 PGNAA 기술을 사용하는 온라인 원소 분석기를 통해 최종 사용자는 석회석에서 MgO 수치를 모니터링하고 그에 따라 조정할 수 있습니다.
벨트 스케일은 채광 중인 물질의 양을 측정하는 데 사용되며, 금속 조각 검출기는 원료에서 원치 않는 금속을 찾는 데 유용합니다. 이 작업은 컨베이어 벨트의 안전과 보호를 위해 상당히 중요합니다. 또한 휴대용 XRF 분석기는 채석장의 면적과 채취 가능한 모든 시료를 신속하게 측정할 수 있습니다.
| 원료 채취 | 필요한 원소 포함 |
| • 석회석 | • CaO |
| • 점토 | • Al2O3 |
| • Fe2O3 | |
| • SiO2 |
땅속에서 물질을 채취한 후 분쇄하여 입자 크기를 줄입니다. 이 물질을 특수 더미에 채워넣고 혼합하여 시멘트 조성의 변동성을 줄입니다. 이 원료 혼합 비율은 채석장 내에서 사용할 수 있는 원료와 석회석의 원소 조성에 따라 달라집니다. 그런 다음 이 물질을 레이크(rake)에서 회수한 후 컨베이어로 보내면, 컨베이어는 이 물질을 조합 원료 배합 영역이라는 다른 제어 지점으로 이송합니다.
석회석과 점토를 보충하려면 흔히 “첨가물”이라고 하는 추가 원료가 필요합니다. 일반적으로 이 첨가물은 모래와 철광석이지만, 이회토, 셰일, 비산재와 같은 다른 종류의 원료도 사용됩니다. 시멘트 조성은 특정 채석장에서 사용하는 석회석의 품질과 해당 지역에서 사용하는 첨가물에 따라 플랜트마다 달라집니다. 이 첨가물은 석회석과 함께 용기에서 로밀로 전달됩니다. 시멘트 공정에서 매우 중요한 단계는 이 물질을 배합에 따라 로밀로 공급하여 물질을 올바르게 “혼합”하는 것입니다. 이 공정을 다양한 종류의 시멘트를 만드는 “레시피”로 생각할 수 있습니다. 일반적으로 시멘트 고객은 LSF(Lime Faturation Factor), SM(Silica Modulus), IM(Iron Modulus)를 통제하고자 합니다. 이제 킬른 피드라고 하는 원료가 로밀에 들어갑니다. 로밀은 건조 챔버와 분쇄 챔버로 이뤄져 있습니다. 이 공정에 필요한 열은 킬른에서 나오는 열과 클링커 쿨러에서 나오는 열이 재순환하면서 나오는 것입니다.
약 1400°C에 달하는 대형 화학 반응 챔버인 회전식 킬른에 킬른 피드를 공급합니다. 킬른 피드는 클링커 성분 C3A, C4AF, C2S, C3S를 형성합니다. 열원은 석탄, 천연 가스 및 바이오 연료입니다. 또한, 일관된 혼합은 클링커를 개선할 뿐만 아니라, 킬른에서 필요한 에너지를 줄이고 킬른 내부를 채운 내화 벽돌의 수명을 연장해 주면서 킬른에 상당한 영향을 주기 때문에 혼합의 일관성은 매우 중요합니다.
킬른 내부의 열에 필요한 에너지를 전달하려는 목적으로 전 세계 시멘트 플랜트의 약 90%에서 지금도 석탄을 사용합니다. PGNAA 기술을 사용하는 온라인 석탄 분석기는 공정에 원료를 추가할 때 석탄의 회분 값 외에도 특정 GCV에 맞게 석탄 혼합을 통제하는 데 사용됩니다. 따라서 시멘트 생산업체는 저렴한 석탄과 고가의 석탄을 “혼합”하여 연료 비용을 추가로 절감하고 킬른에 일관성 있는 피드를 공급할 수 있습니다. 또한 벨트 스케일와 금속 조각 검출기는 생산과 안전에 중요합니다.
킬른 이전의 시멘트 생산 공정은 원소 구성과 원료 배합에 초점이 맞춰져 있지만, 클링거를 생산한 후에는 초점이 해당 원소가 형성하는 분자로 바뀝니다. 일례로, 철(Fe)은 조합 원료에 있고 조합 원료에서 특정 배합비로 필요하지만, 클링커에 있는 동일한 철은 Fe2O3, FeO 또는 Fe3O4로서 존재할 수 있고, 이때 각각의 농도는 색상과 강도와 같은 시멘트의 물리적 특성에 중요한 역할을 합니다.
물질의 원소 조성은 XRF 분석기를 사용하여 확인할 수 있고, 상은 XRD 플랫폼을 사용하여 확인할 수 있습니다. 마지막 단계는 냉각된 클린커를 미세한 입자로 분쇄하고 석고를 첨가하여 시멘트의 경화 시간을 제어하는 것입니다. 이 단계에서도 광물학이 중요하며 XRD 기술을 통해 실험실에서 측정됩니다.
시멘트 공정의 첫 단계는 땅에서 석회석과 점토를 채취하는 것입니다. 시멘트의 주요 원소 성분은 Ca, Al, Fe, Si입니다. 그렇지만, 때로는 MgO와 같은 원치 않는 원소와 Na, K, 유황과 같은 알칼리가 석회석, 점토, 사암에 존재하여 공정에 부정적인 영향을 주고 채석장의 채광가능성(mineability)을 저하시킵니다. 이 경우에 PGNAA 기술을 사용하는 온라인 원소 분석기를 통해 최종 사용자는 석회석에서 MgO 수치를 모니터링하고 그에 따라 조정할 수 있습니다.
벨트 스케일은 채광 중인 물질의 양을 측정하는 데 사용되며, 금속 조각 검출기는 원료에서 원치 않는 금속을 찾는 데 유용합니다. 이 작업은 컨베이어 벨트의 안전과 보호를 위해 상당히 중요합니다. 또한 휴대용 XRF 분석기는 채석장의 면적과 채취 가능한 모든 시료를 신속하게 측정할 수 있습니다.
| 원료 채취 | 필요한 원소 포함 |
| • 석회석 | • CaO |
| • 점토 | • Al2O3 |
| • Fe2O3 | |
| • SiO2 |
땅속에서 물질을 채취한 후 분쇄하여 입자 크기를 줄입니다. 이 물질을 특수 더미에 채워넣고 혼합하여 시멘트 조성의 변동성을 줄입니다. 이 원료 혼합 비율은 채석장 내에서 사용할 수 있는 원료와 석회석의 원소 조성에 따라 달라집니다. 그런 다음 이 물질을 레이크(rake)에서 회수한 후 컨베이어로 보내면, 컨베이어는 이 물질을 조합 원료 배합 영역이라는 다른 제어 지점으로 이송합니다.
석회석과 점토를 보충하려면 흔히 “첨가물”이라고 하는 추가 원료가 필요합니다. 일반적으로 이 첨가물은 모래와 철광석이지만, 이회토, 셰일, 비산재와 같은 다른 종류의 원료도 사용됩니다. 시멘트 조성은 특정 채석장에서 사용하는 석회석의 품질과 해당 지역에서 사용하는 첨가물에 따라 플랜트마다 달라집니다. 이 첨가물은 석회석과 함께 용기에서 로밀로 전달됩니다. 시멘트 공정에서 매우 중요한 단계는 이 물질을 배합에 따라 로밀로 공급하여 물질을 올바르게 “혼합”하는 것입니다. 이 공정을 다양한 종류의 시멘트를 만드는 “레시피”로 생각할 수 있습니다. 일반적으로 시멘트 고객은 LSF(Lime Faturation Factor), SM(Silica Modulus), IM(Iron Modulus)를 통제하고자 합니다. 이제 킬른 피드라고 하는 원료가 로밀에 들어갑니다. 로밀은 건조 챔버와 분쇄 챔버로 이뤄져 있습니다. 이 공정에 필요한 열은 킬른에서 나오는 열과 클링커 쿨러에서 나오는 열이 재순환하면서 나오는 것입니다.
약 1400°C에 달하는 대형 화학 반응 챔버인 회전식 킬른에 킬른 피드를 공급합니다. 킬른 피드는 클링커 성분 C3A, C4AF, C2S, C3S를 형성합니다. 열원은 석탄, 천연 가스 및 바이오 연료입니다. 또한, 일관된 혼합은 클링커를 개선할 뿐만 아니라, 킬른에서 필요한 에너지를 줄이고 킬른 내부를 채운 내화 벽돌의 수명을 연장해 주면서 킬른에 상당한 영향을 주기 때문에 혼합의 일관성은 매우 중요합니다.
킬른 내부의 열에 필요한 에너지를 전달하려는 목적으로 전 세계 시멘트 플랜트의 약 90%에서 지금도 석탄을 사용합니다. PGNAA 기술을 사용하는 온라인 석탄 분석기는 공정에 원료를 추가할 때 석탄의 회분 값 외에도 특정 GCV에 맞게 석탄 혼합을 통제하는 데 사용됩니다. 따라서 시멘트 생산업체는 저렴한 석탄과 고가의 석탄을 “혼합”하여 연료 비용을 추가로 절감하고 킬른에 일관성 있는 피드를 공급할 수 있습니다. 또한 벨트 스케일와 금속 조각 검출기는 생산과 안전에 중요합니다.
킬른 이전의 시멘트 생산 공정은 원소 구성과 원료 배합에 초점이 맞춰져 있지만, 클링거를 생산한 후에는 초점이 해당 원소가 형성하는 분자로 바뀝니다. 일례로, 철(Fe)은 조합 원료에 있고 조합 원료에서 특정 배합비로 필요하지만, 클링커에 있는 동일한 철은 Fe2O3, FeO 또는 Fe3O4로서 존재할 수 있고, 이때 각각의 농도는 색상과 강도와 같은 시멘트의 물리적 특성에 중요한 역할을 합니다.
물질의 원소 조성은 XRF 분석기를 사용하여 확인할 수 있고, 상은 XRD 플랫폼을 사용하여 확인할 수 있습니다. 마지막 단계는 냉각된 클린커를 미세한 입자로 분쇄하고 석고를 첨가하여 시멘트의 경화 시간을 제어하는 것입니다. 이 단계에서도 광물학이 중요하며 XRD 기술을 통해 실험실에서 측정됩니다.
PGNAA 또는 PFTNA 기술 기반의 온라인 원소 분석기를 사용하면 시멘트, 석탄 및 강철 생산업체는 일관된 원료 품질 유지, 효율성 제고, 생산 비용 절감 등 다양한 이점을 누릴 수 있습니다.
PGNAA 및 PFTNA 기술의 작동 원리를 자세히 알아보려면 무료 eBook, 비과학자를 위한 PGNAA 및 PFTNA 기술 가이드를 다운로드하십시오.
온라인 분석기, X-선 분석기, 벨트 스케일, 중량 측정 벨트 피더, 레벨 센서 및 표시기, 유량 검출기, 충격식 유량 측정기, 스택 배기 가스 검출기, 재료 저장 추적 소프트웨어 및 기타 장비가 시멘트 공정에서 사용되는 위치를 확인할 수 있습니다.
완벽한 규제 준수 보장
시멘트 제조 산업의 CO2 배출량은 전 세계 CO2 배출량의 5%를 차지합니다. 배기 가스 중 60%는 고온에서 원료를 변형할 때 발생하고, 40%는 시멘트 킬른을 1500°C로 가열할 때 필요한 연소에서 비롯됩니다. 따라서 배기 가스 모니터링은 시멘트 플랜트에서 규제 요구 사항을 준수하는 데 상당히 중요합니다. 심지어 중국에서는 원치 않는 일부 배기 가스를 억제하기 위해 시멘트 플랜트가 연중 9개월만 가동되도록 허용하는 지방도 있습니다. 연속 배기 가스 모니터링 시스템은 시멘트 플랜트에서 CO2, NOx, SOx, Hg와 같은 유해 배기 가스와 기타 입자상물질을 모니터링하는 데 필수적입니다.
포틀랜드 시멘트 유형
- I 형 - 다른 유형에 지정된 특별한 특성이 요구되지 않는 경우에 사용합니다.
- IA 형 - I형과 동일한 용도로 사용되는 AE(Air-entraining) 시멘트로서, AE가 필요합니다.
- II 형 - 일반 용도로 사용되고, 특히 보통의 황산염 저항성이 필요합니다.
- IIA 형 - II형과 동일한 용도로 사용되는 AE(Air-entraining) 시멘트로서, AE가 필요합니다.
- II(MH) 형 - 일반 용도로 사용되고, 특히 보통의 수화열과 황산염 저항성이 필요합니다.
- II(MH)A 형 - II(MH)형과 동일한 용도로 사용되는 AE(Air-entraining) 시멘트로서, AE가 필요합니다.
- III 형 - 높은 초기 강도가 필요한 경우에 사용합니다.
- IIIA 형 - III형과 동일한 용도로 사용되는 AE(Air-entraining) 시멘트로서, AE가 필요합니다.
- IV 형 - 낮은 수화열이 필요할 때 사용합니다.
- V 형 - 높은 황산염 저항성이 필요한 경우에 사용합니다.
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