공주대학교 그린스마트건축공학과 김진만 교수는 제철 부산물 활용 기술에 대한 연구 동향을 발표했다.

김 교수는 "철강산업의 탄소중립 전략이 이행되면서 고로 슬래그와 제강 슬래그의 중간 조성을 갖는 환원슬래그가 발생할 것으로 예상되며, 그 발생량은 1,000~1,500만 톤이 될 것으로 예상된다"며 "기존의 제강 슬래그와 미래의 환원 철슬래그를 포함한 높은 철 함량을 갖는 제철 부산물의 고부가가치화 재활용이 추진돼야한다"고 제언했다.

철강 슬래그는 석회, 규소, 알루미늄 성분을 다량 함유하고 있어 시멘트 원료와 토목용 골재 등으로 활용되고 있다. 연간 재활용률은 100%에 육박한다. 현재 철강 슬래그의 절반 가량을 차지하는 고로슬래그는 대부분 시멘트 원료(88.5%) 활용되고 있지만, 제강 슬래그의 경우 시멘트 원료로서 활용되고 있는 비율은 5%에 불과하다. 수경성과 주 성분 구성이 시멘트와 동일한 고로 슬래그와 달리 제강 슬래그와 환원철 슬래그 등은 실리카(SiO2), 산화칼슘(CaO), 알루미나(Al2O3) 화학 조성이 미치지 못한 탓에 활용도가 뒤떨어지기 때문이다. 

김 교수는 제강 슬래그 등의 조성 변화를 고려한 새로운 활용 기술이 필요하다고 강조했다. 관련 기술로는 산화철(FeO)저감, 페라이트 시멘트 개발, 클링커 생산 경로 등을 소개했다.

산화철(FeO) 함량은 원심분리 장치를 통해 저감할 수 있다. 고체 상태에서는 제강 슬래그에서 철 성분만 분리해내기 어려웠다. 그러나 원심분리기를 활용하면 1390℃로 가열한 액상용융상태에서 일정 중력 하에 최대 15분간 분리했을 때 철 성분을 23.99%에서 13.14%까지 줄일 수 있다는 게 김 교수의 설명이다.

페라이트 시멘트 개발도 새로운 대안이 될 수 있다고 했다. 페라이트 시멘트는 주 조성 광물은 규산3석회(C3S)가 아닌 낮은 온도에서 형성되는 규산 2석회(C2S) 등 이므로 소성 온도를 1250~1350℃ 수준까지 저감할 수 있다. 또 석회석의 비율이 줄고, 철과 알루미늄계 산업 부산물의 가용성을 높일 수 있기 때문에 공정 부분에서 탄소 배출을 저감시킬 수 있다. 특히 하이 펠라이트 시멘트는 기존 OPC 대비 탄소 배출량을 15% 줄일 수 있다고도 연구 보고된 바 있다. 또 빠르게 반응하는 시멘트인 RSC의 조성 성분에 부합해 초속경화용 시멘트로 사용이 가능하다.

김 교수는 클링커 같은 새로운 시멘트 생산 경로도 언급했다.

김교수는 "영국 케임브리지대학 연구팀은 지난 2023년 전기로에서 페시멘트 페이스트(RCP) 및 생석회(CaO) 등의 추가 원료를 투입하고, 발생하는 슬래그를 급랭해 새로운 클링커를 제조하는 기술을 제시한 바 있다"며 "현재는 시험 생산을 거친 후 건설 현장에 적용될 예정이며, 다량의 RCP가 공급 가능한 경우 영국 내 총 시멘트 소요량의 절반 수준까지도 생산하는 것도 가능할 것으로 전망된다"고 말했다.