제강슬래그

고로슬래그는 철강 제조 공정 중 용광로에서 선철을 생산할 때 발생하는 부산물이다. 석회석을 플럭스로 사용하여 광석 속의 불순물을 슬래그 형태로 분리하는 과정에서 생성된다. 이 과정에서 철 속의 규소, 인, 황 같은 불순물이 석회석과 반응하여 규산칼슘을 주성분으로 하는 비금속성 찌꺼기가 만들어지는데, 이것이 고로슬래그이다.

주요 성분으로는 규산칼슘 외에도 철산화물, 알루미늄산화물, 망간산화물, 인산염 등이 포함되어 있다. 물리적 상태는 급격한 냉각 방법에 따라 다르며, 일반적으로 입상 또는 덩어리 형태로 얻어진다.

고로슬래그는 시멘트의 혼화재 또는 원료로 널리 사용되며, 포틀랜드 시멘트의 제조에 중요한 역할을 한다. 또한, 도로의 기초 재료나 아스팔트 콘크리트의 골재, 비료 원료, 그리고 다양한 토목 및 건설 자재로 재활용된다. 이러한 활용은 자원 순환과 폐기물 감소에 기여한다.

전로슬래그는 제강 공정의 핵심 단계인 전로에서 발생하는 부산물이다. 철강 제조 과정에서 용광로에서 생산된 선철은 여전히 탄소 및 규소, 인, 황과 같은 불순물을 다량 함유하고 있다. 전로 공정은 이러한 불순물을 제거하여 선철을 강철로 정련하는 과정으로, 여기에 석회석을 첨가하여 불순물과 반응시킨다. 이 화학적 반응의 결과로 생성된 비금속성 찌꺼기가 바로 전로슬래그이다.

주요 성분은 규산칼슘을 비롯하여 철산화물, 알루미늄산화물, 망간산화물, 인산염 등이 포함된다. 물리적 상태는 공정 조건과 냉각 방법에 따라 입상 또는 덩어리 형태를 띤다. 생성된 슬래그는 고로슬래그에 비해 일반적으로 경도가 높고 화학적 안정성이 다소 낮은 특성을 보인다.

전로슬래그는 중요한 자원으로 재활용된다. 가장 대표적인 활용 분야는 시멘트의 혼합 재료 또는 원료로 사용되는 것이다. 또한, 도로의 기초층이나 보조기층 재료, 토목 건설의 쇄석 대체재, 그리고 인산염 성분을 함유한 비료 원료 등으로 다양하게 사용된다. 이러한 재활용은 산업 폐기물을 줄이고 천연 자원의 소비를 절감하는 데 기여한다.

제강슬래그는 철강 제조 공정, 특히 제강 단계에서 발생하는 주요 부산물이다. 용광로에서 생산된 선철에는 규소, 인, 황 등의 불순물이 다량 포함되어 있어, 이를 제거하여 강철로 정제하는 과정이 필요하다. 이때 석회석(CaO)을 첨가하여 불순물과 화학 반응을 일으키면, 규산칼슘, 철산화물, 알루미늄산화물 등을 주성분으로 하는 비금속성 찌꺼기가 생성되는데, 이것이 제강슬래그이다.

제강슬래그는 생성되는 공정에 따라 크게 고로슬래그와 전로슬래그로 구분된다. 고로슬래그는 선철을 생산하는 고로 공정에서 발생하며, 전로슬래그는 선철을 강철로 정련하는 전로 공정에서 주로 발생한다. 두 슬래그 모두 화학적 성분과 물리적 특성에 차이가 있지만, 일반적으로 입상 또는 덩어리 형태를 띠며, 규산칼슘을 주성분으로 한다.

이 슬래그는 과거에는 폐기물로 간주되었으나, 현재는 유용한 자원으로 재평가되어 다양한 분야에서 활용된다. 주요 용도로는 시멘트의 혼합 재료나 원료, 도로의 기초 및 보조 기층 재료, 비료 원료, 그리고 토목 건설 현장의 채움재 등이 있다. 특히 시멘트 산업에서는 슬래그의 수경성을 이용한 슬래그 시멘트의 생산에 중요한 역할을 한다.

제강슬래그의 재활용은 철강 산업의 자원 순환과 폐기물 감소에 기여하며, 천연 자원 사용을 절감하는 환경적 이점도 제공한다. 따라서 제강슬래그의 효율적인 처리와 고부가가치 활용 기술 개발은 지속 가능한 철강 산업을 위한 핵심 과제 중 하나이다.

제강슬래그의 처리 방법은 주로 냉각 방식에 따라 구분된다. 가장 일반적인 방법은 슬래그를 고온의 액체 상태에서 급속 냉각하는 수급냉법이다. 이 방법은 고압의 물 분사를 이용해 슬래그를 급냉하여 입상의 과립 슬래그를 생성한다. 이 과정에서 발생하는 수증기는 대기 중으로 배출되며, 생성된 과립 슬래그는 수분을 함유한 상태로 배출되거나 추가 건조 과정을 거친다. 수급냉법으로 처리된 슬래그는 입자가 고르고 활성이 높아 시멘트 혼합재로의 활용도가 매우 높다.

다른 주요 처리 방법으로는 공급냉법이 있다. 이는 슬래그를 두꺼운 금속판 위에 얇게 펴서 자연 공기 냉각을 시키거나, 특수 설비에서 서서히 냉각시키는 방식이다. 공급냉법으로 처리된 슬래그는 덩어리 형태로 생성되며, 이후 파쇄 및 선별 공정을 거쳐 다양한 입도로 가공된다. 이렇게 생산된 쇄석 형태의 슬래그는 도로 기초층이나 콘크리트 골재로 주로 사용된다.

처리 과정에서의 냉각 속도는 슬래그의 최종 물성과 결정 구조를 결정하는 핵심 요소이다. 급속 냉각은 슬래그를 비정질 또는 미세 결정 상태로 만들어 수화 반응 능력(시멘트계 특성)을 높이는 반면, 완만한 냉각은 보다 안정된 결정 구조를 형성하여 골재로서의 물리적 강도와 내구성을 부여한다. 따라서 목표하는 활용 분야에 따라 적절한 처리 공정이 선택된다. 처리된 슬래그는 저장 또는 추가 가공을 위해 야적장에 보관되기도 한다.

제강슬래그는 시멘트 산업에서 중요한 보조 원료로 널리 활용된다. 특히 포틀랜드 시멘트의 주성분인 클링커 제조 시 원료로 첨가되거나, 슬래그 자체를 주성분으로 하는 슬래그 시멘트를 생산하는 데 사용된다. 이는 제강슬래그의 주요 성분인 규산칼슘이 수화 반응을 통해 강도를 발현하기 때문이다.

토목 및 건설 분야에서는 도로의 노상 또는 기초 재료, 제방이나 방파제의 쇄석, 콘크리트의 골재 대체재로 사용된다. 입상으로 가공된 제강슬래그는 내구성과 내마모성이 우수하고, 압축 강도가 높아 지반 보강 및 기초 공사에 적합한 자재로 평가받는다.

농업 분야에서는 비료 또는 토양 개량제 원료로 활용된다. 제강슬래그에는 식물 생장에 필요한 규소와 칼슘, 마그네슘 등이 함유되어 있어 논이나 밭의 산도를 조절하고 작물의 뿌리 발달을 촉진하는 효과가 있다. 또한, 수질 정화를 위한 여재나 해양 생물 서식처를 위한 인공어초 재료로도 적용 사례가 확대되고 있다.