WO2012138196A2 - 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물 및 이를 포함하며 마이크로파에 의해 발열되는 유기/무기계 조성물 및 2차 가공물 - Google Patents

마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물 및 이를 포함하며 마이크로파에 의해 발열되는 유기/무기계 조성물 및 2차 가공물 Download PDF

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서덕동
유정훈
이부일
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Jang Tae Hwa
Seo Deok Dong
Yoo Jung Hoon
Lee Bu Yl
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Definitions

  • the present invention relates to a metal oxide-containing composition capable of generating heat using microwaves, and to an organic / inorganic composition and a secondary processed product which are generated by microwaves, and also to a method for producing the organic / inorganic composition and a heating element using the same. It relates to the construction method of the.
  • Mortars or concretes made of cement-based inorganic materials have been used for many years as civil and building materials since they have both strength and durability.
  • cement mortar or concrete is known as an insulator because its electrical resistance is higher than 10 8 k 8 .
  • Japanese Patent Laid-Open No. 61-178451 discloses conductive concrete in which conductive regenerated cellulose fibers are mixed.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 63-215542 discloses a fiber aggregate for reinforcement in addition to conductive fibers.
  • a conductive fiber reinforced concrete in which synthetic resin or rubber is mixed is disclosed.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 64-10583 discloses conductive concrete obtained by using and mixing carbon fiber in combination with conductive fine powder carbon such as graphite or carbon black.
  • 14137 discloses a conductive concrete containing carbon fibers in the form of ⁇
  • Japanese Patent Laid-Open No. 64-72947 discloses a conductive concrete containing carbonate or hydrogen carbonate salt of carbon fiber and alkali metal.
  • the above-mentioned conductive concrete has a problem of being limited to its use as a grounding resistance reducing agent, a radio wave absorber or an antistatic construction material, and difficult to be applied to heating purposes.
  • the Republic of Korea Patent Publication No. 1998-077505 is composed of a mineral bonding material, an electrically conductive material, additives, auxiliary materials, excellent heat generating efficiency, high durability at high temperature and at the same time the heat conductivity can be continuously maintained.
  • the electrically conductive material used here is basically a carbon-based material such as graphite and its price is very high, and it is difficult to apply realistically since it is effective in large quantities, and it is also difficult to apply it to auxiliary materials such as clay, loess, and steel slag.
  • the additives are used without purification, they are merely used as auxiliary or additives (fillers, etc.) and do not contribute to the heat generation by themselves.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 96-7495 suggests that a conductive cement composite can be obtained by adding carbon fiber to a cement binder containing graphite powder suitable for use as a heating finish or panel.
  • the materials basically use the principle of generating resistance by supplying power to a conductive material such as carbon fiber, which uses resistance, power consumption is high, durability is poor when used for a long time, and maintenance is difficult in case of poor use.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 96-37598 suggests that the conductive mortar and the concrete composition can be obtained by using earthy graphite, impression graphite, artificial graphite, or the like as the conductive material.
  • these methods have a disadvantage in that a large amount of graphite powder is used, and therefore the composition itself is expensive and a large amount of a fluidizing agent is used for uniformity of mixing.
  • Korean Patent No. 0328539 discloses a pyrogenic cement mortar or concrete composition for compression or extrusion, comprising adding a certain amount of water to a raw material powder containing hydraulic cement and graphite, and the composition is subjected to pressure compression molding and vibration. It is proposed to produce a cement heating element by compression molding or extrusion molding.
  • the present invention is designed to overcome the problems and limitations of the prior art as described above, the first object of the present invention is to provide a metal oxide-containing composition that can be generated by using microwave.
  • a second object of the present invention is to provide an organic or inorganic composition capable of generating heat by microwaves produced using the composition.
  • a third object of the present invention is to provide a use as a secondary workpiece that can be generated by microwaves using the organic or inorganic composition.
  • a fourth object of the present invention is to provide a method for producing the inorganic composition.
  • the 5th subject of this invention is providing the construction method for the application use (heating body) using the said inorganic type composition.
  • the present invention to achieve the first object,
  • a metal oxide containing composition comprising at least 4% by weight of one or more iron oxide compounds of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 and FeO, the heat generated by 300MHz ⁇ 300GHz microwave.
  • An inorganic composition such as a mortar composition and a concrete composition, which generate
  • the wall material or flooring material for heating inside the building structure the material of a container for a microwave oven, the material for paving the tops of bridges, the material for road pavement, the material for ventilation, the surface coating material, the material for rail tracks, the drain pipe Coating material, road pavement material, sidewalk pavement material, bicycle road pavement material, asphalt pavement material, floor heating material such as vinyl house or greenhouse, heating beam material such as construction beam, hot air heater, surface for steel pipe or steel plate etc.
  • the drain pipe Coating material road pavement material, sidewalk pavement material, bicycle road pavement material, asphalt pavement material, floor heating material such as vinyl house or greenhouse, heating beam material such as construction beam, hot air heater, surface for steel pipe or steel plate etc.
  • secondary workpieces for use in materials and the like.
  • the metal oxide-containing composition according to the invention and the method for producing a mortar composition generated by microwaves, characterized in that it comprises mixing cement and water and the mortar composition according to the present invention and aggregate of 1 ⁇ 40mm particle size It provides a method for producing a concrete composition that is heated by microwaves, characterized in that it comprises.
  • the metal oxide-containing composition which is generated by the microwave generated by the microwave according to the present invention contains at least a certain amount of oxide form Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or a mixture thereof in a stable state, Heating is performed by heating and absorption heating by dipole rotation according to Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeO.
  • the concrete composition comprising a metal oxide-containing composition that is generated by the microwave according to the present invention has a temperature of more than 150 °C in about 1 minute when irradiated at 2.45 GHz corresponding to the frequency of the microwave oven Can rise.
  • Such temperature rise rate and rise range can be changed according to the specific application.
  • This principle allows the use of heat generation in areas where heating is required, for example, wall materials or floors for heating in building structures, materials for containers for microwave ovens, paving materials for bridges, pavement materials for roads, barrier materials, surface covering materials, railways Track material, drain pipe covering material, dirt road pavement material, sidewalk pavement material, bicycle pavement material, asphalt filling material, floor heating material in plastic house or greenhouse, building beams, heaters such as hot air heaters, steel pipe or steel plate
  • the power consumption can be significantly reduced to less than half or as much as about 1/10 or less, compared to the conventional method of using resistances such as coils and carbon fibers, while using expensive materials such as graphite and carbon.
  • construction cost is low. Therefore, in the prior art, it is possible to solve the problem that the application is limited due to excessive power consumption and construction cost, thereby opening the way to apply in reality.
  • snow occurs on the road in winter, currently snow is removed by spraying a snow remover such as calcium chloride on the road, or snow is removed using equipment such as a dump truck, but in this case, the vehicle is corroded by calcium chloride. Secondary problems can occur, and even when using equipment, there are time and human constraints and secondary problems such as road rupture.
  • the metal oxide-containing composition material generated by microwaves according to the present invention is applied to asphalt, concrete, etc., it can melt snow in a short time while consuming only a small amount of power, and thus does not involve secondary problems as in the prior art, especially at night.
  • snow can be removed without the need for additional snow removal or equipment.
  • the present inventors propose the technique through a separate application regarding the equipment and the construction method which can irradiate the microwave to the application according to the present invention, which is not described in detail in the present invention.
  • the agricultural barn is currently heating the winter barn using oil, gas, electricity, etc.
  • the cost of heating is excessive.
  • Dairy farmers are a big burden.
  • the metal oxide-containing composition material generated by microwaves according to the present invention is applied to livestock wall materials and flooring materials, only about one-tenth of the electric power is used as compared with conventional oil and gas as well as electricity which is the cheapest heating method. It can be a breakthrough technology for dairy farmers and related industries because it can keep the barn warm while consuming, and thus farmers can heat the barn at no cost, thereby preventing winter animal flu such as foot-and-mouth disease and bird flu. It can be a breakthrough.
  • FIG. 1 is a view showing a process for producing a quenched steelmaking slag composition that is generated by microwaves according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view illustrating a process of manufacturing a slow cooling steelmaking slag composition or a copper smelting slag composition generated by microwaves according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a process for preparing a purified coal ash composition that is exothermic by microwave according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a process for preparing a tablet ocher composition or a tablet red mud composition that is generated by microwaves according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a process of manufacturing a hematite composition is generated by the microwave according to an embodiment of the present invention.
  • the term "above” means that the value is higher than the corresponding value and generally has an upper limit that can be understood as common sense and reasonably understood in the field to which the present technology belongs. It means that it has a lower limit as much as can be commonly understood and reasonably understood in the field to which the present technology belongs, which should be understood as an expression for simple and clear representation of the invention.
  • the present invention provides a metal oxide containing composition containing at least 4% by weight of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or a mixture thereof in an oxide form in a stable state and generated by microwaves at 300 MHz to 300 GHz.
  • Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or a mixture thereof is included 4% by weight or more, preferably 4 to 95% by weight of the total composition. If the content is less than 4% by weight, the exothermic efficiency is low, practical application is difficult.
  • the metal oxide-containing composition may further include Al 2 O 3 in addition to the iron oxide of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or a mixture thereof, wherein the content of Al 2 O 3 is It is 1 weight% or more, More preferably, it is 1-50 weight%.
  • the metal oxide included in the metal oxide-containing composition of the present invention Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or a mixture thereof is included in the total composition of 4 to 95% by weight, the content of Al 2 O 3 is 1 to 50% by weight of the total composition is included, but the scope of the present invention is not limited thereto. It is to be understood that when the sum of the above content ranges is not 100, other components are additionally included.
  • metal oxides may be further included in addition to the Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or a mixture thereof and Al 2 O 3 , and examples of such additional metal oxides may include CaO, SiO 2 , TiO 2 , MgO and the like may be exemplified, and one or more selected from these may be further included, but is not limited thereto.
  • the polar materials such as one or more of the iron oxide compound, Al 2 O 3 or a mixture of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 and FeO, such as CaO, SiO 2 , TiO 2, MgO and the like is properly mixed If it is, it will have a stable crystal structure.
  • Examples of the metal oxide-containing composition containing a specific metal oxide according to the present invention and generating heat by microwaves include a quenching steel slag composition having a particle size of 10 mm or less and a sphericity of 0.5 or more, a slow cooling steelmaking slag composition having a particle size of 10 mm or less, and particles.
  • Copper smelting slag composition with a size of 10 mm or less Zinc smelting slag composition with a particle size of 10 mm or less, Red mud (by-product generated when smelting aluminum) with a particle size of 1 mm or less, Hematite composition with a particle size of 25 mm or less, Refined coal ash composition and particles having a particle size of 10 mm or less
  • the composition types specifically exemplified above are not used in the form of conventionally existing ones, but are prepared and used in a form purified using specific screening and purification methods.
  • a quenching steel slag having a particle diameter of 10 mm or less is selected through a sieving process, and in the second step, at least one of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeO exists as a stable mineral phase.
  • the magnetic strength strength of 500 gauss or more, preferably 700 to 5,000 gauss is selected using a magnetic sorter, and a quenched steel slag composition is generated by microwaves having a sphericity of 0.5 or more through a spherical sorter.
  • the sieving process, the spherical screening process and the magnetic screening process may be changed in order or proceed simultaneously, all of which fall within the scope of the present invention.
  • an example of a method for producing a slow cooling steelmaking slag composition according to the present invention is as follows. That is, the first stage uses crushing and sieving processes to make the slow cooling steel slag with a particle size of 10 mm or less using a magnetic separator having a magnetic strength of 300 gauss or more, preferably 500 to 2000 gauss. The metal particles kneaded with the steelmaking slag are removed.
  • the slow cooling steelmaking slag obtained in the first stage was identified as a stable mineral phase with Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeO using a magnetic separator having a magnetic strength of 500 gauss or more, preferably 700 to 5,000 gauss.
  • To prepare a slow cooling steelmaking slag composition is generated by the microwaves present in the content. At this time, the granularity screening process and the magnetic screening process may be reversed or proceed simultaneously, all of which are included in the scope of the present invention. ( Figure 2)
  • an example of a method for producing a copper or zinc smelting slag composition according to the present invention is as follows. That is, the magnetic separator of the magnetic strength of 300 gauss or more, preferably 500 to 2000 gauss, for the copper or zinc smelting slag made by the first step through the crushing and sieving process to a particle size of 10 mm or less. To remove metal particles that have been kneaded with copper or zinc smelting slag. As a second step, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 and FeO were prepared using magnetic or magnetic smelters of at least 500 gauss, preferably 700 to 5,000 gauss, for the copper or zinc smelting slag obtained in the first step.
  • a copper or zinc smelting slag composition is produced which is exothermic by microwaves in a certain amount present in a stable mineral phase.
  • the granularity screening process and the magnetic screening process may be reversed or proceed simultaneously, all of which are included in the scope of the present invention.
  • an example of a method for producing a purified coal ash composition according to the present invention is as follows. That is, the first step is to refine the particle size classification or unbriquette coal by the centrifugation method or the electrostatic separation method for the coal ash made of the particle size 10mm or less through the sieving process.
  • the coal ash refined in the first step is a mineral content in which Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeO are stable using a magnetic separator having a magnetic strength of 500 gauss or more, preferably 700 to 5000 gauss.
  • a purified coal ash composition is produced which is exothermic by the microwaves present.
  • the particle size selection process, the purification process, and the magnetic separation process may be reversed or may be performed simultaneously, all of which are included in the scope of the present invention. ( Figure 3)
  • an example of a method for producing a purified ocher composition according to the present invention is as follows. That is, in order to remove organic matters and impurities in the first step, the organic soil and impurities may be sufficiently removed after exposure at a temperature of 50 ° C. or higher, preferably 70 ° C. to 200 ° C. for a second time.
  • the step of sieve (sieving) to screen the ocher with a particle size of 1mm or less Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO by using a magnetic separator of magnetic strength of 500 Gauss or more, preferably 700 ⁇ 5,000
  • a purified loess composition is prepared that is exothermic by microwaves in a certain amount present in a stable mineral phase.
  • the organic and impurity removal process, the particle size selection process, and the magnetic separation process may be reversed or simultaneously performed, all of which are included in the scope of the present invention. ( Figure 4)
  • an example of a method of manufacturing a red mud composition according to the present invention is as follows.
  • a sufficient time is exposed at a temperature of 50 ° C. or higher, preferably 70 to 200 ° C. to confirm that the organic material and impurities have been sufficiently removed, and then subjected to a sieving process.
  • Red mud with a particle size of 1 mm or less is screened.
  • microwaves containing Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeO in a stable mineral phase are present in a stable mineral phase using a magnetic separator having a magnetic strength of 500 gauss or more, preferably 700 to 5,000 gauss, from the previous red mud.
  • a magnetic separator having a magnetic strength of 500 gauss or more, preferably 700 to 5,000 gauss, from the previous red mud.
  • hematite having a particle size of 25 mm or less is selected through a crushing and sieving process as a first step.
  • a magnetic separator of magnetic strength of 500 gauss or more, preferably 700 to 5,000 gauss, from the hematite is generated by microwaves in which a large amount of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeO are present in a stable mineral phase.
  • the particle size selection process and the magnetic force selection process may be reversed or may be performed at the same time, all of which fall within the scope of the present invention. ( Figure 5)
  • Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO is a stable mineral phase is named as MIP (Microwave-irradiated pyrogen) for a composition that is generated by microwaves present in a specific content or more.
  • MIP Microwave-irradiated pyrogen
  • the components (post-purification components) not selected by the MIP of the present invention in FIGS. 1 to 5 may be used for other applications, such as fillers for concrete compositions.
  • unrefined steel slag, loess, clay, and coal ash are not only large in size but also contain a large amount of bulk metal, so that heating is not easy even when irradiated with microwaves. This is because bulk metals reflect most of the microwaves and are therefore difficult to use for heating.
  • the pyrogenic effect is good only when the iron oxide compounds such as Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 and FeO are included in a specific content or more.
  • the range is set to 4 wt% or more in the total metal oxide-containing composition, but more preferably 8 wt% or more.
  • Microwave refers to electromagnetic waves in the range of 300 MHz to 300 GHz (wavelength 1 m to 1 mm), for example microwaves used in everyday life are used in microwave ovens, in which case microwaves are common at frequencies of 2.45 GHz. It has an output of 0.2 to 3 kW.
  • the principle of heating using microwaves is to heat the dielectric by generating heat by molecular motion and ion conduction under the action of electromagnetic waves having a frequency of 300 MHz to 300 GHz.
  • electromagnetic waves having a frequency of 300 MHz to 300 GHz.
  • the change in electric field of water molecules is slower than the change in microwave electric field, thus acting as a resistance of the microwave electric field change, thereby generating vibration heating and heating.
  • bulk metals reflect most of the microwaves, few are used for heating.
  • microwaves when microwaves are irradiated to particles in which ceramic materials such as Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or Al 2 O 3 are present in a stable form, the microwaves are polarized to Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or Al 2. While oscillating O 3 , microwaves penetrate into non-conductive ceramic materials and are absorbed and heated to generate heat.
  • the ceramic material has a microwave penetration depth tens of times higher than that of water, so the energy of the microwave penetrates deeply into the ceramic material.
  • the thickness of the material is thinner than the penetration depth, only some of the energy of the supplied microwave is absorbed by the material and the unabsorbed energy is emitted after leaving the material, but inside the material Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or Al
  • a metallic material such as 2 O 3 is present, the unabsorbed energy is reflected by the metal, such as Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or Al 2 O 3 , to energize the ceramic material again.
  • the composition shape is long, pointed or angled, energy loss occurs at the corners, so that the composition shape is closer to a spherical shape in order to reduce energy loss.
  • the quenched steelmaking slag composition having a spherical shape may exhibit the effects of heating and absorption heating by vibration.
  • the sphericity means the ratio of the smallest side diameter to the longest side diameter of the particle as the shape factor.
  • the quenching steel slag has a spherical ratio of less than 0.5, it may have a crushed shape and the microwave may converge to a pointed portion, and in this case, there may be a problem that sparks may occur, and thus the use may be restricted. Since the quenched steel slag has the characteristics of an intermediate semi-conductor between the conductor and the non-conductor, absorption heating and induction heating are performed, and internal microwaves are transmitted according to the state of charge. That is, when microwave is applied to the continuous spherical quenching steel slag, the microwave is transmitted along the quenching steel slag by the surface effect, and absorption heating and induction heating are performed to the adjacent quenching steel slag as before.
  • the present inventors prepared Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or Al 2 O 3 in a stable mineral phase while preparing a composition containing CaO, SiO 2 , TiO 2 , MgO, etc. It has been found that the metal oxide-containing composition prepared by selecting only the followings can be heated very rapidly and stably by microwaves.
  • Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO, or a mixture thereof is present in a stable mineral phase with a specific content or more, and the composition (MIP) generated by microwaves of 300 MHz to 300 GHz may self-heat without any carbon component such as graphite. It can be characterized.
  • Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO or a mixture thereof is preferably at least 4% by weight or more, and more preferably 8% by weight or more. good.
  • the Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 and FeO, and may be included in the sole may be in the form of two or more mixed.
  • Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 and FeO is at least 4% by weight, while Al 2 O 3 is at least 1% by weight. The effect is good, and Al 2 O 3 is more preferably 5% by weight or more.
  • the quenching and slow cooling steelmaking slag composition, copper or zinc smelting slag composition, refined coal ash which is microwaved at 2.45 GHz by the microwave according to the present invention
  • the composition, purified ocher composition, red mud composition, hematite composition and general dry silica, crude steel slag, crude loess were irradiated for 1 minute, and the initial temperature and the termination temperature were measured, and the results are shown in Table 1.
  • Table 1 Experimental form in Table 1 is to use a method of irradiating a composition (powder or bead form) in a beaker in a microwave oven for 1 minute.
  • the initial temperature and the termination temperature are shown as ranges, and the test results of the respective temperatures are shown as ranges because the various samples generated by the difference in purification / selection conditions were tested.
  • the quenching steel slag composition, the slow cooling steel slag composition, the copper or zinc smelting slag composition, and the refined coal ash composition of the present invention were subjected to experiments after adjusting silica sand and particle size to about the same.
  • the refined ocher and red mud compositions used a particle size of 0.6-1 mm, and the hematite composition used a particle size of 5-25 mm.
  • the composition generated by the microwave according to the present invention can be seen that the temperature is significantly increased when the microwave is injected for 1 minute.
  • the normal silica sand can be seen that the temperature rise is not large.
  • the same experiment was carried out using a steelmaking slag that was not screened to check whether the temperature rises when microwave was irradiated using a general steelmaking slag containing no specific iron oxide according to the present invention.
  • the steelmaking slag that has not undergone the sorting operation does not have uniform heating because it contains a large amount of lumps, and because Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO is below a certain content, it generates heat compared to the screening according to the present invention. It was confirmed that this occurred slightly.
  • the steelmaking slag composition generated by the microwave according to the present invention was confirmed that the heating occurs smoothly because only the particles of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO is above a certain content and a certain size or less.
  • Threshold Quenching steelmaking slag composition of the present invention Slow cooling steelmaking slag composition of the present invention Pb 3.0 or less ND ND Cu 3.0 or less ND ND As 1.5 or less ND ND Hg Less than 0.005 ND ND CD 0.3 or less ND ND Cr 1.5 or less ND ND CN 1.0 or less ND ND
  • the metal oxide content of each composition is represented by a range
  • the results of the respective experiments are represented as ranges because the various samples generated by the difference in purification / selection conditions were tested.
  • the steelmaking slag composition generated by the microwave according to the present invention can confirm that no heavy metal component is detected.
  • Item Quenching steelmaking slag composition of the present invention Slow cooling steelmaking slag composition of the present invention Heavy weight 3.0-4.0 3.0 to 4.5 Apparent specific gravity 1.6-2.6 1.8 ⁇ 3.0 Absorption rate (%) 0.1-3.0 1.0 ⁇ 4.0 Sphericity 0.50-0.95 -
  • the steelmaking slag composition generated by microwaves containing Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeO in stable form was 3.0-4.5 in weight, compared to sand in the case of abundance.
  • the present invention uses a metal oxide-containing composition that generates heat by microwaves as described above to provide an organic or inorganic composition and a secondary processed product which is an end use thereof.
  • the mortar composition which is one of the inorganic compositions is obtained including the metal oxide containing composition, cement (for example, Portland cement), and water which generate
  • the amount of the metal oxide-containing composition, the cement and each component of the water is not particularly limited, and may be appropriately determined and used by those skilled in the art according to the use.
  • the metal oxide-containing composition according to the present invention is used instead of the general aggregate in the mortar composition using the general aggregate, the mortar composition is obtained.
  • aggregates having a particle size of 1 to 40 mm, preferably 5 to 40 mm coarse aggregates may be obtained.
  • the amount of each component is not particularly limited and may be appropriately determined and used by those skilled in the art to which the present invention pertains to suit its purpose.
  • the metal oxide-containing composition that is generated by the microwave in order to ensure heat generation by the microwave may be used in the range of 10 to 90% by weight of the total mortar composition.
  • a range of powders such as blast furnace slag powder, fly ash, silica fume, heavy calcium carbonate and the like can be mixed according to the use, and chemical admixtures such as water reducing agents, fluidizing agents, thickeners, antifoaming agents, Reinforcing agents, lubricating release agents and other admixtures may also be used as appropriate.
  • the composition according to the present invention can generate heat by itself only by irradiation of microwaves, so it is not necessary to use a heating material such as graphite separately.
  • a heating material such as graphite separately.
  • the heating material for example, graphite, impression graphite, artificial graphite, carbon fiber and the like in the mortar composition or concrete composition, but is not excluded.
  • the mortar composition including the metal oxide-containing composition according to the present invention may further include 1 to 200 parts by weight of one or more selected from graphite, impression graphite, artificial graphite, carbon fiber, etc., based on 100 parts by weight. .
  • the concrete composition may further include 1 to 200 parts by weight of one or more selected from graphite, impression graphite, artificial graphite, carbon fiber and the like with respect to 100 parts by weight of the concrete composition generated by the microwave according to the present invention. Since the graphite, the impression graphite, artificial graphite, carbon fiber and the like have a high electrical conductivity to some extent, a eddy current caused by a magnetic field is formed, and there are also dipoles which generate vibrational heating such as water. Therefore, when partially mixed and used in the production of organic / inorganic compositions and secondary processed products, the heat generation effect of the powder and the heat generation of the metal oxide-containing composition according to the present invention can be superimposed to obtain a product with higher heat generation efficiency. .
  • the experiment was performed after the same conditions, such as mixing the composition of the same volume as the general sand.
  • the mortar composition using only natural fine aggregate did not have a large temperature change even after microwave irradiation.
  • the mortar composition according to the present invention has a smaller value than when microwaves are irradiated to the metal oxide-containing composition itself generated by microwaves, it can be seen that the effect of temperature increase is significantly greater than that of a conventional sand use mortar composition.
  • the metal oxide-containing composition which is generated by the microwaves in the mortar, is heated by irradiation of microwaves to generate heat in the mortar.
  • the microwave since the inorganic cement is applied to the outside of the composition, the temperature of the cement part is increased by heat conduction from the composition having elevated temperature. It can be seen that the elevated temperature is less than the elevated temperature of the composition itself since an increase is necessary. Accordingly, the desired temperature can be obtained by adjusting the amount and type of the metal oxide-containing composition according to the present invention, the amount and type of the minerals included together, the irradiation time of microwaves, etc. according to the desired application.
  • an inorganic composition such as a mortar composition prepared using a microwave-generated composition according to the present invention and a concrete composition prepared by using the same may not only be used for construction materials, but also for various other applications, such as constituent materials of a container for a microwave oven and a building structure.
  • the present invention can be applied to pavement or asphalt-filling materials, various building beams (H beams, I beams, etc.), materials attached to surfaces such as steel pipes and steel sheets, and the like.
  • the present invention can prepare a mortar composition generated by microwaves by sufficiently mixing the metal oxide-containing composition and cement and water according to the present invention.
  • the ratio of each component can be appropriately selected by those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs to suit the purpose, and the present invention is not particularly limited in this regard.
  • by mixing and stirring the aggregate of 1 to 40mm in the mortar composition thus prepared it is possible to produce a concrete composition that is generated by microwaves.
  • the mortar composition and the concrete composition, which are generated by microwaves according to the present invention are capable of generating sufficient heat by microwave irradiation alone, so that a separate heating material such as graphite is not required.
  • graphite, impression graphite, Artificial graphite, carbon fibers, etc. may also be mixed and used, but this is not excluded.
  • the mixing ratio is in the range of 1 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the mortar composition or the concrete composition.
  • the organic-based composition may be prepared by including an oily or water-based paint in the metal oxide-containing composition of the present invention, and may be utilized for a material requiring heat generation by microwaves on the surface.
  • the scope of the present invention includes a method for constructing a target heating element using a concrete composition that is generated by microwaves according to the present invention.
  • the heating element includes a heating wall, floor, the top of the bridge, the road, drain pipes, railroad tracks or sidewalks, etc. inside the building, but is not limited to this, everything that requires heat can be the target. have.
  • the metal oxide-containing composition according to the present invention can rapidly increase the temperature to a high temperature in a short time by the microwave. Therefore, when used in a composition such as mortar or concrete, it is possible to raise the mortar or concrete to a desired temperature in a short time, and the temperature fall time is very high because mortar or concrete can maintain the latent heat for a long time due to the characteristics of the material itself. It takes a long time. Therefore, even if the power is turned off in a short time with low power and the power is cut off, it takes a long time for the elevated temperature to fall. Therefore, the amount of power is reduced to less than half compared to conventional electric boilers. It can be.

Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용하여 발열될 수 있는 금속산화물 함유 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 제조된 마이크로파에 의해 발열될 수 있는 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물 등의 무기계 조성물 및 마이크로파에 의해 발열될 수 있는 도료 등의 유기계 조성물을 제공하며, 아울러 상기 유기, 무기계 조성물을 사용한 최종 용도로서의 2차 가공물을 제공한다. 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 조성물은 안정한 형태의 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 그 혼합물을 함유한 결정 구조를 가지고 있으며, 또한 일정 크기 이하의 입경을 가지고 있기 때문에 마이크로파에 의해 균일하고 급속하게 발열될 수 있는 특징이 있다. 따라서 이러한 특징을 사용하여 유기, 무기계 조성물 및 2차 가공물에 사용할 경우 별도의 발열 장치 없이도 마이크로파에 의해 자체적으로 급속하게 발열될 수 있어 도로, 온실, 온돌, 용기, 축사, 철도궤도, 전열기기 등 발열이 필요한 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 특히 적은 전력소모량으로도 기존 난방시설을 대체할 수 있을 뿐만 아니라 도로가 적설된 경우에도 염화칼슘 등의 제설 재료나 제설 장비의 사용 없이 마이크로파의 조사만으로도 적설을 제거할 수 있는 특징이 있다.

Description

마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물 및 이를 포함하며 마이크로파에 의해 발열되는 유기/무기계 조성물 및 2차 가공물
본 발명은 마이크로파를 이용하여 발열될 수 있는 금속산화물 함유 조성물 및 이를 포함하며 마이크로파에 의해 발열되는 유기/무기계 조성물 및 2차 가공물에 관한 것이며, 또한, 상기 유기/무기계 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 발열체의 시공방법에 관한 것이다.
시멘트 계통의 무기질 재료를 사용한 모르타르 또는 콘크리트는 강도 및 내구성을 동시에 지녀 오래 전부터 토목 및 건축 재료로 가장 많이 사용되고 있다. 일반적으로 시멘트 모르타르 또는 콘크리트는 전기 저항이 108Ω㎝ 이상으로 높기 때문에 부도체로 알려져 있다.
기존의 전도성 모르타르 또는 콘크리트는 열선을 이용하여 열전달이 높은 결합재 부분에 1차 온도 상승을 일으킨 후, 시멘트 모르타르와 콘크리트 조성물에서 대부분의 용적을 차지하고 있는 골재에 열이 전달되어 열효율 및 온도 상승 속도에 한계가 있었다. 이와 같이 기존의 발열성 시멘트 모르타르 및 콘크리트 조성물은 열효율이 낮을 뿐만 아니라 빠른 온도 상승 효과가 발생하기 곤란하였으며, 결합재의 배합 및 품질관리가 어렵고 결합재 자체의 가격이 높아서 실용화에는 어려움이 많았다.
따라서 다양한 용도 개발을 위해 이와 같이 부도체로 알려진 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 자체에 전도성을 부여하기 위한, 즉 전기 저항을 낮추려는 시도가 계속적으로 이어져 왔다.
대표적으로는 전도성 재료를 혼합시켜 전기 저항을 낮추어 도전성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트를 만들고자 하는 시도가 있었다.
도전성 재료로서 도전성 섬유를 이용한 예를 들면, 일본 특허 공개 소61-178451호에는 도전성 재생 셀룰로오스 섬유를 혼합시킨 도전성 콘크리트가 개시되어 있고, 일본 특허 공개 소63-215542호에는 도전성 섬유 이외에 보강용 섬유 골재 합성수지 또는 고무를 혼합시킨 도전성 섬유보강 콘크리트가 개시되어 있다.
도전성 재료로서 탄소 섬유를 이용한 예로서, 일본 특허 공개 소64-10583호에는 흑연 또는 카본 블랙과 같은 전도성 미분말 탄소에 탄소 섬유를 병용, 혼합하여 얻은 도전성 콘크리트가 개시되어 있고, 일본 특허 공개 소64-14137호에는 휜 형태의 탄소 섬유를 함유시킨 도전성 콘크리트가 개시되어 있으며, 일본 특허 공개 소64-72947호에는 탄소 섬유 및 알칼리 금속의 탄산염 또는 탄산 수소염을 함유시킨 도전성 콘크리트가 개시되어 있다. 그러나 상기한 도전성 콘크리트는 접지 저항 저감제, 전파 흡수체나 대전 방지성 건설 재료로서 용도를 한정하고 있을 뿐 난방용도 등에는 적용되기 어려운 문제가 있다.
또한, 대한민국 공개특허 특1998-077505호는 광물접합 물질, 전기전도성 물질, 첨가물질, 보조물질로 구성되며, 발열효율이 우수하고 고온에서 내구성이 뛰어난 동시에 발열성이 지속적으로 유지될 수 있는 전기전도성 발열 콘크리트를 제안하고 있다. 그러나, 여기에서 사용된 전기전도성 물질은 기본적으로 흑연 등 탄소계 물질로서 그 가격이 매우 높고 다량 사용되어야 효과를 보이므로 현실적으로 적용되기 어렵고, 또한, 사용되는 점토, 황토, 제철슬래그 등의 보조물질 내지 첨가물질은 정제 과정 없이 사용되기 때문에 단순히 보조 또는 첨가물질(충진재 등)로 사용되는 것에 불과하고 그 자체로 발열에 기여하는 것은 아니다.
난방 용도에 관해서 대한민국 공개특허 제96-7495호는 난방용 마무리 또는 판넬로 사용하기에 적합한 흑연 분말을 함유한 시멘트 바인더에 탄소 섬유를 첨가함으로써 도전성 시멘트 복합재를 얻을 수 있음을 제시하고 있다. 그러나, 상기 재료들은 기본적으로 저항을 이용하는 탄소 섬유 등의 도전성 재료에 전원을 공급하여 저항을 발생시키는 원리를 이용한 것이므로 전력 소모량이 많고 장기간 사용시 내구성이 떨어지며 사용 불량 발생시 보수가 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제96-37598호에서는 도전성 재료로서 토상 흑연, 인상 흑연 및 인조 흑연 등을 이용하여 도전성 모르타르 및 콘크리트 조성물을 얻을 수 있음을 제시하고 있다. 그러나 이들 방법은 다량의 흑연 분말을 사용해야 하기 때문에 조성물 자체가 고가이면서 혼합의 균일성을 위해 유동화제가 다량으로 사용된다고 하는 단점이 있었다. 한국 특허 제0328539호에서는 수경성 시멘트와 흑연을 함유하는 원료 분말에 일정량의 물을 첨가하는 것으로 이루어진 압축 또는 압출 성형용의 발열성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 조성물을 제시하고 있으며, 이 조성물을 가압 압축 성형, 진동 압축 성형 또는 압출 성형시켜 시멘트 발열체를 제조하는 것을 제시하고 있다.
그러나 전술한 바와 같이 도전성 콘크리트 혼합물에 관하여 제안된 대부분의 종래 기술은 탄소 섬유 및/또는 흑연을 도전성 재료로서 사용하고 있으나 탄소 섬유 및 흑연이 그 자체로 고가일 뿐만 아니라 콘크리트 제조 시 혼합이 균일하지 못하다는 단점이 있다. 또한 발열성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트를 얻기 위한 조성물은 기공률이 적고 기공이 균일하게 분포되도록 할 필요가 있으므로, 다량의 물을 사용하는 것이 큰 부담으로 작용하기 때문에 물 대신 다량의 감수제를 추가적으로 사용해야만 하는 문제가 있다. 따라서 기존의 발열 모르타르 또는 발열 콘크리트 재료 등은 그 필요성은 절감하면서도 현실적으로 도로, 교량, 축사, 온실, 양식장, 전열기기 등 발열이 필요한 부분에 실질적으로 적용되기 어려운 면이 있어 사용되지 못하고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점 및 한계를 극복하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 제1과제는 마이크로파를 이용하여 발열될 수 있는 금속산화물 함유 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 제2과제는 상기 조성물을 이용하여 제조된 마이크로파에 의해 발열될 수 있는 유기계 또는 무기계 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 제3과제는 상기 유기계 또는 무기계 조성물을 사용한 마이크로파에 의해 발열될 수 있는 2차 가공물로서의 용도을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 제4과제는 상기 무기계 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 제5과제는 상기 무기계 조성물을 사용한 적용 용도(발열체)에의 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 제1과제를 달성하기 위하여,
Fe2O3, Fe3O4 및 FeO 중 하나 이상의 산화철 화합물을 4 중량% 이상 포함하며, 300MHz ~ 300GHz 마이크로파에 의해 발열되는 것을 특징으로 하는 금속산화물 함유 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제2과제를 달성하기 위하여,
상기 금속산화물 함유 조성물을 포함하는 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물 및 콘크리트 조성물 등의 무기계 조성물과, 상기 금속산화물 함유 조성물과 유성 또는 수성 페인트 성분을 포함하는 마이크로파에 의해 발열되는 유기계 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제3과제를 달성하기 위하여,
상기 유기계 또는 무기계 조성물을 이용하여 건축구조물 내부의 난방용 벽체 재료 또는 바닥재, 전자 레인지용 용기의 재료, 교량의 상판 포장용 재료, 도로 포장용 재료, 방통용 재료, 법면 피복용 재료, 철도 궤도용 재료, 배수관 피복용 재료, 흙 도로 포장용 재료, 보도 포장용 재료, 자전거 전용도로 포장용 재료, 아스팔트 채움 재료, 비닐하우스나 온실 등의 바닥 난방용 재료, 건축용 빔, 온풍기 등의 전열기기 소재, 강관 또는 강판 등의 표면 부착용 재료 등에 사용하는 적용 용도로서의 2차 가공물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제4과제를 달성하기 위하여,
본 발명에 따른 상기 금속산화물 함유 조성물과 시멘트 및 물을 혼합하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물의 제조방법 및 상기 본 발명에 따른 모르타르 조성물과 입경 1~40mm의 골재를 혼합하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제5과제를 달성하기 위하여,
1) 전극이 연결된 마이크로파 발생장치를 목적 대상의 시공표면에 고정시키는 단계; 및
2) 상기 마이크로파 발생장치 상부에 본 발명에 따른 상기 콘크리트 조성물을 설치하는 단계를 포함하는 마이크로파에 의해 발열되는 발열체의 시공방법을 제공한다.

본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물은 산화물 형태인 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 이들의 혼합물을 안정한 상태로 일정량 이상 함유하기 때문에 마이크로파를 조사하면 Fe2O3, Fe3O4, FeO에 따른 쌍극자 회전에 의한 가열 및 흡수가열 방식에 의해 가열이 이루어진다.
구체적인 예를 들어 설명하면, 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물을 포함하는 콘크리트 조성물은 전자레인지의 주파수에 해당하는 2.45 GHz로 조사할 경우 약 1분 만에 150℃ 이상으로 온도가 상승할 수 있다. 이러한 온도 상승 속도 및 상승 범위는 구체적인 용도에 따라 변경이 가능하다.
이러한 원리를 사용하면 발열이 필요한 분야, 예를 들어 건축구조물 내부의 난방용 벽체 재료 또는 바닥재, 전자 레인지용 용기의 재료, 교량의 상판 포장용 재료, 도로 포장용 재료, 방통용 재료, 법면 피복용 재료, 철도 궤도용 재료, 배수관 피복용 재료, 흙 도로 포장용 재료, 보도 포장용 재료, 자전거 전용도로 포장용 재료, 아스팔트 채움 재료, 비닐하우스나 온실의 바닥 난방용 재료, 건축용 빔, 온풍기 등의 전열기기 소재, 강관 또는 강판 등의 표면 부착용 재료 등에 사용시 전력 소모량을 종래 코일이나 탄소섬유와 같은 저항을 이용하는 방법에 비하여 절반 이하로 또는 용도에 따라 많게는 약 1/10 이하로 현저히 줄일 수 있으면서도 흑연, 탄소와 같은 고가의 재료를 사용하는 것이 아니므로 시공 비용이 적게 든다. 따라서 종래 기술에서는 과도한 전력 소모 및 시공비용으로 인해 적용이 제한되었던 문제를 해결하여, 현실적으로 적용할 수 있는 길을 열 수 있다.
예컨대, 겨울철에 도로에 적설이 발생하면 현재는 염화칼슘과 같은 제설제를 도로에 살포하여 적설을 녹이거나 덤프트럭 등의 장비를 이용하여 적설을 제거하고 있으나, 이 경우 염화칼슘에 의해 차량이 부식되는 등 2차적 문제가 발생할 수 있고, 장비를 이용하는 경우에도 시간적, 인적 제약이 따르고 도로 파열 등 2차적 문제가 발생한다. 그러나, 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물 소재를 아스팔트, 콘크리트 등에 적용하면 소량의 전력만 소비하면서도 적설을 단시간에 녹일 수 있으므로 종래와 같은 2차적 문제가 수반되지 않으며, 특히 야간에도 일정 시간 간격으로 마이크로파를 조사할 수 있는 장비에 전원을 공급하기만 하면 별도의 제설제나 장비를 투입하지 않아도 제설이 이루어질 수 있다. 본 발명자들은 본 발명에 따른 적용 용도에 마이크로파를 조사할 수 있는 장비 및 그 시공방법에 관해서도 별도의 출원을 통하여 그 기술을 제안하며, 이에 관해서는 본 발명에서는 구체적으로 기술하지 않는다.
또 하나의 예로서, 구제역, 조류 독감 등 겨울철 동물 독감을 방지하기 위하여 현재 농업용 축사에는 기름, 가스, 전기 등을 사용하여 겨울철 축사 등을 난방하고 있으나, 이 경우 난방에 따른 비용이 과대하게 발생하여 낙농인들에게는 큰 부담이 아닐 수 없다. 그런데 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물 소재를 축사용 벽체 재료, 바닥재 등에 적용하면 종래의 기름, 가스 뿐만 아니라 가장 저렴한 난방 방식인 전기를 이용한 경우에 비해서도 약 1/10의 전력만 소비하면서도 축사를 훈훈하게 유지할 수 있기 때문에 낙농 농민 및 관련 업계에서는 획기적인 기술이 될 수 있고, 이에 따라 농민들이 비용 부담 없이 축사 등을 난방할 수 있으므로 구제역, 조류 독감 등 겨울철 동물 독감을 방지할 수 있는 획기적 방안이 될 수 있다.
이는 겨울철 난방을 해야 하는 모든 분야, 예를 들어 원예용 시설, 식물원, 비닐하우스, 전열기기 등의 분야에서는 괄목할 정도로 획기적인 대안이 될 수 있다. 또한, 기름, 가스 등의 원료를 전량 수입에 의존해야 하는 국가 에너지 산업 측면에서도 큰 변화의 전기를 마련할 수 있는 획기적 대안이라고 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로파에 의해 발열되는 급냉 제강 슬래그 조성물을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로파에 의해 발열되는 서냉 제강 슬래그 조성물 또는 동 제련 슬래그 조성물을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로파에 의해 발열되는 정제 석탄회 조성물을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로파에 의해 발열되는 정제 황토 조성물 또는 정제 레드머드 조성물을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로파에 의해 발열되는 적철광 조성물을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하에서 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 “이상”의 의미는 해당 수치 이상으로서 일반적으로 본 기술이 속하는 분야에서 상식적, 합리적으로 이해될 수 있는 만큼의 상한치를 갖는다는 의미이며, “이하”의 의미는 해당 수치 이하로서 일반적으로 본 기술이 속하는 분야에서 상식적, 합리적으로 이해될 수 있는 만큼의 하한치를 갖는다는 의미로서, 이는 발명을 간단하고도 명료하게 나타내기 위한 표현으로 이해되어야 한다.

본 발명은 산화물 형태인 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 그 혼합물을 안정한 상태로 4 중량% 이상 포함하며 300MHz ~ 300GHz의 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물을 제공한다. 이 때 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 그 혼합물은 전체 조성물 중 4 중량% 이상, 바람직하게는 4~95중량% 포함된다. 상기 함량이 4 중량% 미만이면 발열 효율이 낮아 실제 적용은 어렵다.
또한, 본 발명에서 상기 금속산화물 함유 조성물에는 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 그 혼합물의 산화철 외에 Al2O3를 더 포함할 수 있으며, 이 때 포함되는 Al2O3의 함량은 1 중량% 이상이며, 더욱 바람직하게는 1 ~ 50 중량% 이다.
본 발명의 상기 금속산화물 함유 조성물에 포함되는 금속산화물의 일 예로는 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 그 혼합물이 전체 조성물 중 4~95중량% 포함되고, Al2O3의 함량은 전체 조성물 중 1 ~ 50 중량% 포함되는 형태이나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 함량 범위를 더한 수치가 100이 되지 않는 경우에는 다른 성분이 추가로 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 상기 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 그 혼합물 및 Al2O3 외에도 다른 금속산화물이 더 포함될 수 있으며, 이러한 추가 금속산화물의 예로는 CaO, SiO2, TiO2, MgO 등을 예로 들 수 있고 이 중에서 선택된 1종 이상이 더 포함될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
이 때, 상기 Fe2O3, Fe3O4 및 FeO 중 하나 이상의 산화철 화합물, Al2O3 또는 그 혼합물 등의 극성 재료들은 CaO, SiO2, TiO2, MgO 등의 재료가 적절하게 혼합 분포되어 있으면 안정한 결정 구조 형태를 갖게 된다.
본 발명에 따른 특정 금속산화물을 함유하고 있으며, 마이크로파에 의해 발열하는 상기 금속산화물 함유 조성물의 예로서는 입자크기 10 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그 조성물, 입자크기 10mm 이하인 서냉 제강슬래그 조성물, 입자크기 10mm 이하인 동제련 슬래그 조성물, 입자크기 10mm 이하인 아연 제련 슬래그 조성물, 입자크기 1mm 이하의 레드머드(알루미늄 제련 시 발생되는 부산물) 조성물, 입자크기 25mm 이하인 적철광 조성물, 입자크기 10mm 이하인 정제 석탄회 조성물 및 입자크기 1mm 이하인 정제 황토 조성물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 구체적으로 예시된 조성물 종류는 종래부터 존재하는 형태를 그대로 사용하는 것이 아니라 특정 선별 및 정제 방법을 사용하여 정제한 형태로 제조하여 사용하는 것이다.

이하에서는 이러한 상기 선별/정제 방법에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 급냉 제강슬래그 조성물의 경우 그 제조방법의 일 예는 하기와 같다. 즉, 제1단계로 시빙(sieving) 과정을 거쳐 10mm 이하의 입경을 갖는 급냉 제강 슬래그를 선정하고, 제2단계로 Fe2O3, Fe3O4, FeO 중 하나 이상이 안정한 광물상으로 존재하는 급냉 제강 슬래그를 선별하기 위해 자력 세기 500가우스 이상, 바람직하게는 700~5,000 가우스의 자력 선별기를 사용하여 선별한 후 구형 선별기를 통하여 구형률 0.5 이상인 마이크로파에 의해 발열되는 급냉 제강슬래그 조성물을 제조한다. 이 때 상기 시빙과정과 구형선별 과정 및 자력선별 과정은 순서가 바뀌어도 되고 동시에 진행해도 되며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다. (도 1)
또한, 본 발명에 따른 서냉 제강 슬래그 조성물의 제조방법의 일 예는 하기와 같다. 즉, 제1단계로 크러싱(crushing)과 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 10mm 이하로 만든 서냉 제강 슬래그를 대상으로 자력 세기 300가우스 이상, 바람직하게는 500 ~ 2000가우스의 자력 선별기를 사용하여 제강 슬래그와 혼련되어 있는 금속 입자를 제거한다. 제2단계로 제1단계에서 얻어진 서냉 제강 슬래그를 대상으로 자력 세기 500가우스 이상, 바람직하게는 700 ~ 5,000가우스의 자력 선별기를 이용하여 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 안정한 광물상으로 특정 함량 존재하는 마이크로파에 의해 발열되는 서냉 제강슬래그 조성물을 제조한다. 이 때 상기 입도선별 과정과 자력선별 과정은 순서가 바뀌어도 되고 동시에 진행해도 되며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다. (도 2)
또한, 본 발명에 따른 동 또는 아연 제련 슬래그 조성물의 제조방법의 일 예는 하기와 같다. 즉, 제1단계로 크러싱(crushing)과 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 10mm 이하로 만든 동 또는 아연 제련 슬래그를 대상으로 자력 세기 300가우스 이상, 바람직하게는 500 ~ 2000가우스의 자력 선별기를 사용하여 동 또는 아연 제련 슬래그와 혼련되어 있는 금속 입자를 제거한다. 제2단계로 제1단계에서 얻어진 동 또는 아연 제련 슬래그를 대상으로 자력 세기 자력 세기 500가우스 이상, 바람직하게는 700 ~ 5,000가우스의 자력 선별기를 이용하여 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 안정한 광물상으로 특정 함량 존재하는 마이크로파에 의해 발열되는 동 또는 아연 제련 슬래그 조성물을 제조한다. 이 때 상기 입도선별 과정과 자력선별 과정은 순서가 바뀌어도 되고 동시에 진행해도 되며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다. (도 2)
또한, 본 발명에 따른 정제 석탄회 조성물의 제조방법의 일 예는 하기와 같다. 즉, 제1단계로 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 10mm 이하로 만든 석탄회를 대상으로 원심분리방법 또는 정전기분리법에 의해 입도 분급 또는 미연탄을 정제시킨다. 제2단계로 제1단계에서 정제된 석탄회를 대상으로 자력 세기 500가우스 이상, 바람직하게는 700~5000 가우스의 자력 선별기를 이용하여 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 안정한 광물상으로 특정 함량 존재하는 마이크로파에 의해 발열되는 정제 석탄회 조성물을 제조한다. 이 때 상기 입도선별 과정과 정제공정 및 자력선별 과정은 순서가 바뀌어도 되고 동시에 진행해도 되며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다. (도 3)
또한, 본 발명에 따른 정제 황토 조성물의 제조방법의 일 예는 하기와 같다. 즉, 제1단계로 내부의 유기물 및 불순물을 제거하기 위해 50℃ 이상, 바람직하게는 70~200℃의 온도에서 충분한 시간 노출시킨 후 유기물 및 불순물이 충분하게 제거된 것을 확인한 황토를 대상으로 제2단계로 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 1mm 이하의 황토를 선별하여, 자력 세기 500가우스 이상, 바람직하게는 700~5,000 가우스의 자력 선별기를 이용하여 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 안정한 광물상으로 특정 함량 존재하는 마이크로파에 의해 발열되는 정제 황토 조성물을 제조한다. 이 때 상기 유기 및 불순물 제거 과정과 입도선별 과정 및 자력선별 과정은 순서가 바뀌어도 되고 동시에 진행해도 되며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다. (도 4)
또한, 본 발명에 따른 레드머드(red mud) 조성물의 제조방법의 일 예는 하기와 같다. 즉, 제1단계로 내부의 유기물 및 불순물을 제거하기 위하여 50℃ 이상, 바람직하게는 70~200℃의 온도에서 충분한 시간 노출시켜 유기물 및 불순물이 충분히 제거된 것을 확인한 후 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 1mm 이하의 레드머드를 선별한다. 제2단계로 앞의 레드머드로부터 자력 세기 500가우스 이상, 바람직하게는 700~5,000 가우스의 자력 선별기를 사용하여 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 안정한 광물상으로 특정 함량 이상으로 존재하는 마이크로파에 의해 발열되는 레드머드 조성물을 제조한다. 이 때 상기 유기 및 불순물 제거 과정과 입도선별 과정 및 자력선별 과정은 순서가 바뀌어도 되고 동시에 진행해도 되며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다. (도 4)
마지막으로 본 발명에 따른 적철광 조성물의 제조방법의 일 예는 하기와 같다. 즉, 제1단계로 크러싱(crushing) 및 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 25mm 이하의 적철광을 선별한다. 제2단계로 앞의 적철광으로부터 자력 세기 500가우스 이상, 바람직하게는 700~5,000 가우스의 자력 선별기를 사용하여 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 안정한 광물상으로 다량 존재하는 마이크로파에 의해 발열되는 적철광 조성물을 제조한다. 이 때 상기 입도선별 과정 및 자력선별 과정은 순서가 바뀌어도 되고 동시에 진행해도 되며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함된다. (도 5)

이와 같이 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 안정한 광물상으로 특정 함량 이상 존재하는 마이크로파에 의해 발열되는 조성물에 대해 MIP(Microwave-irradiated pyrogen)로 명명하였다. (도 1~5 참조) 도 1~5에서 본 발명의 MIP로 선별되지 않은 성분(정제 후 성분)은 타 용도, 예컨대 콘크리트 조성물의 충진재 등으로 사용될 수 있다.
일반적으로 정제되지 않은 제강슬래그, 황토, 점토, 석탄회 등은 크기도 클 뿐만 아니라 다량의 벌크 금속을 포함하고 있기 때문에 마이크로파를 조사해도 가열이 쉽게 되지 않는다. 이는 벌크 금속은 마이크로파의 대부분을 반사하기 때문에 가열에 이용되기 어렵기 때문이다. 또한, Fe2O3, Fe3O4 및 FeO와 같은 산화철 화합물을 특정 함량 이상으로 포함해야 발열 효과가 좋다. 본 발명에서는 그 범위를 전제 금속산화물 함유 조성물 중 4 중량% 이상으로 정하였으나, 더욱 바람직한 범위는 8 중량% 이상이다.
이하에서는 본 발명에 따른 금속산화물 함유 조성물이 마이크로파에 의해 발열되는 원리를 구체적으로 설명한다.
마이크로파는 주파수 300MHz ~ 300GHz(파장 1m ~ 1mm)의 범위에 있는 전자파를 가리키는 것으로서, 일상 생활에서 사용되고 있는 마이크로파는 전자 레인지에서 사용되는 것을 예로 들 수 있으며, 이 경우의 마이크로파는 2.45 GHz의 주파수에 일반적으로 0.2 ~ 3 kW의 출력을 가지고 있다.
마이크로파를 이용한 가열의 원리는 300MHz ~ 300GHz의 주파수를 갖는 전자파의 작용으로 유전체를 분자 운동과 이온 전도에 의해 열을 발생시켜 가열시키는 것이다. 물의 경우 마이크로파 전계 변화보다 물분자(전기쌍극자)의 전계 변화가 늦기 때문에 마이크로파 전계 변화의 저항으로 작용하여 진동 발열이 생겨 가열되게 된다. 그러나, 벌크 금속은 마이크로파의 대부분을 반사하기 때문에 가열에 이용된 예는 거의 없다.
그러나 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 Al2O3 등 세라믹 재료들이 안정한 형태로 존재하는 입자에 마이크로파를 조사하면 마이크로파가 극성의 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 Al2O3를 진동시키면서 비전도성인 세라믹 재료에 마이크로파가 침투하여 흡수 가열되면서 발열된다.
일반적으로 세라믹 재료는 마이크로파의 침투 깊이가 물보다 수십배 정도 되기 때문에 마이크로파의 에너지가 세라믹 재료 내부로 깊이 침투한다. 그러나 재료의 두께가 침투 깊이보다 얇으면 공급된 마이크로파의 에너지 중 일부만이 재료에 흡수되고 흡수되지 않은 에너지는 재료를 떠난 후 방사되지만, 재료 내부에 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 Al2O3와 같은 금속 재료가 존재한다면 흡수되지 않은 에너지가 재료 내부의 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 Al2O3와 같은 금속에 의해 반사되어 다시 세라믹 재료에 에너지를 공급하게 된다. 그러나 이 경우 조성물 형상이 길죽하고 뾰족하거나 각이 난 형태라면 모서리 부분에서 에너지 손실이 발생하기 때문에 에너지 손실을 경감하기 위해서는 조성물 형상은 구형에 가까울수록 좋다.
따라서 안정한 상태의 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 Al2O3와 같은 재료와 CaO, SiO2, MgO, TiO2 등과 같은 재료가 적절하게 혼합 분포되어 있으면 Fe2O3, FeO 또는 Al2O3가 CaO, SiO2, MgO, TiO2 등에 의해 안정한 결정 구조 형태를 가진다. 특히 구형의 형상(바람직하게는 구형율 0.5 이상)을 가지는 급냉 제강 슬래그 조성물은 진동에 의한 가열과 흡수가열의 효과를 보일 수 있다. 여기서, 구형률이란 다른 말로 형상계수로서 입자의 가장 긴 쪽 지름에 대한 가장 작은 쪽 지름의 비율을 의미한다. 만약 구형률이 0.5가 안되는 급냉 제강 슬래그의 경우 찌그러진 모양을 갖게 되어 마이크로파가 뾰족한 부분으로 수렴할 수 있으며 이 경우에는 스파크가 발생할 수 있는 문제가 있어 사용이 제한될 수 있다. 이와 같은 급냉 제강 슬래그는 도체와 부도체의 중간적인 반 부도체의 성격을 가지기 때문에 흡수 가열과 유도 가열이 이뤄지며, 충전 상태에 따라 내부 마이크로파의 전달이 이루어진다. 즉, 연속되어 있는 구형의 급냉 제강 슬래그에 마이크로파가 가해질 경우 표면 효과에 의해 급냉 제강 슬래그를 따라 마이크로파가 전달되면서 인접한 급냉 제강 슬래그에 이전과 마찬가지로 흡수 가열과 유도 가열이 이루어지는 것이다.
이것에 더하여 구형이 아니더라도 Fe2O3, Fe3O4, FeO와 같은 다량의 극성 재료와 Al2O3, CaO, SiO2, MgO, TiO2 등과 같은 재료가 적절하게 혼합 분포되어 있는 특정 입자의 서냉 제강슬래그 조성물, 동 제련 슬래그 조성물, 아연 제련 슬래그 조성물, 레드머드 조성물(알루미늄 제련시 발생하는 부산물) 및 적철광 조성물, 정제 석탄회 조성물 및 정제 황토 조성물도 진동에 의한 가열과 흡수가열의 효과를 보일 수 있다.
이를 위하여 본 발명자들은 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 Al2O3가 안정한 광물상으로 존재하면서 CaO, SiO2, TiO2, MgO 등을 성분으로 하는 조성물을 제조한 후 입경이 일정 크기 이하인 것만 선별하여 제조되는 금속산화물 함유 조성물을 이용할 경우 마이크로파에 의해 매우 급속하고 안정적으로 가열될 수 있음을 발견하였다.

이와 같이 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 그 혼합물이 안정한 광물상으로 특정 함량 이상 존재하며 300MHz ~ 300GHz의 마이크로파에 의해 발열되는 조성물(MIP)는 흑연류 등의 탄소 성분이 없이도 자체 발열될 수 있는 특징을 갖는다.
본 발명에서 상기 조성물들은 마이크로파에 의해 발열이 가능하기 위해서는 Fe2O3, Fe3O4, FeO 또는 그 혼합물이 최소 4 중량% 이상은 되는 것이 효과가 좋으며, 더욱 바람직하기로는 8 중량% 이상이 좋다. 이때 Fe2O3, Fe3O4 및 FeO 중에서 그 단독으로 포함되어도 되고 2종 이상이 혼합된 형태이어도 된다. 또한 상기 조성물 중 정제 석탄회 조성물 및 정제 황토 조성물이 마이크로파에 의해 발열이 가능하기 위해서는 Fe2O3, Fe3O4 및 FeO가 최소 4 중량% 이상이면서, Al2O3가 1 중량% 이상은 되는 것이 효과가 좋으며, 더욱 바람직하기로는 Al2O3가 5 중량% 이상이 좋다.

실제로 본 발명에 따른 제강슬래그 조성물이 마이크로파에 의해 얼마 정도로 발열되는가를 확인하기 위하여 2.45 GHz의 마이크로파를 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 급냉 및 서냉 제강 슬래그 조성물, 동 또는 아연 제련 슬래그 조성물, 정제 석탄회 조성물, 정제 황토 조성물, 레드머드 조성물, 적철광 조성물 및 일반 건조 규사, 미정제 제강슬래그, 미정제 황토에 1분간 조사한 후 초기 온도 및 종결 온도를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
종류 초기온도(℃) 종결온도(℃) 조사시간(분) 사용용기
본 발명의 급냉 제강슬래그 조성물 20~24 100~300 1 비이커
본 발명의 서냉 제강슬래그 조성물 20~24 70~200 1 비이커
본 발명의 동 제련 슬래그 조성물 20~24 80~250 1 비이커
본 발명의 아연 제련 슬래그 조성물 20~24 70~230 1 비이커
본 발명의 정제 석탄회 조성물 20~24 65~150 1 비이커
본 발명의 정제 황토 조성물 20~24 75~160 1 비이커
본 발명의 레드머드 조성물 20~24 80~250 1 비이커
본 발명의 적철광 조성물 20~24 80~300 1 비이커
일반규사 20~24 25~45 1 비이커
미정제 급냉 제강슬래그 20~24 40~100 1 비이커
미정제 서냉 제강슬래그 20~24 30~60 1 비이커
미정제 황토 20~24 30~80 1 비이커

상기 표 1에서의 실험 형태는 조성물(파우더 또는 비드 형태)를 비이커에 일정량 담아서 전자레인지에서 1분간 조사하는 방법을 사용한 것이다. 상기 표에서 초기온도와 종결온도가 범위(range)로 표시된 것은 정제/선별 조건의 차이에 의해 발생한 여러 샘플을 테스트했기 때문에 각각의 온도의 실험결과를 범위로서 나타낸 값이다. 상기 표 1에서 본 발명의 급냉 제강 슬래그 조성물, 서냉 제강 슬래그 조성물, 동 또는 아연 제련 슬래그 조성물 및 정제 석탄회 조성물은 규사와 입자 크기를 거의 동일하게 조정한 후 실험을 실시하였다. 정제 황토 및 레드머드 조성물은 0.6~1mm의 입자 크기를 사용하였고, 적철광 조성물은 5~25mm의 입자 크기를 사용하였다. 상기 표 1의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 조성물들은 1분간 마이크로파를 주사했을 때 온도가 현저히 상승하는 것을 볼 수 있다. 이에 비하여 일반 규사는 온도 상승이 크지 않은 것을 볼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 특정 산화철을 함유하지 않은 일반 제강슬래그를 이용하여 마이크로파를 조사했을 경우의 온도 상승 여부를 확인하기 위하여 선별 작업을 하지 않은 제강슬래그를 사용하여 동일한 실험을 진행하였다. 그러나, 선별 작업을 거치지 않은 제강슬래그는 덩어리가 큰 성분도 포함하여 균일한 가열이 되지 않을 뿐만 아니라 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 일정 함유량 이하이기 때문에 본 발명에 따라 선별된 것에 비해 발열이 미미하게 일어나는 것을 확인하였다. 또한, 미정제 급냉 제강 슬래그의 경우에는 온도 상승은 비교적 크나, 구형률이 낮은 찌그러진 모양을 갖게 되어 마이크로파가 뾰족한 부분으로 수렴할 수 있으며 이 경우에는 스파크가 발생할 수 있는 문제가 있어 사용이 제한된다.
그러나, 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 제강슬래그 조성물은 Fe2O3, Fe3O4, FeO가 일정 함유량 이상이고 일정 크기 이하의 입자들만 선별되었기 때문에 가열이 원활히 일어남을 확인하였다.

또한, 본 발명에 따른 조성물이 중금속을 용출하는지 확인하기 위하여 마이크로파에 의해 발열되는 급냉 및 서냉 제강슬래그 조성물에 대한 중금속 용출실험을 실시한 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한 이들의 화학성분을 분석한 결과를 표 3에 나타내었다.
규제물질 허용기준치 본 발명의 급냉 제강슬래그 조성물 본 발명의 서냉 제강슬래그 조성물
Pb 3.0이하 ND ND
Cu 3.0이하 ND ND
As 1.5이하 ND ND
Hg 0.005이하 ND ND
Cd 0.3이하 ND ND
Cr 1.5이하 ND ND
CN 1.0이하 ND ND
ND: Not Detected (불검출)

종류 본 발명의 급냉 제강슬래그 조성물
(중량 %)		 본 발명의 서냉 제강슬래그 조성물
(중량 %)		 본 발명의 동제련 슬래그 조성물
(중량 %)		 본 발명의 정제 석탄회 조성물
(중량 %)		 본 발명의 정제 황토 조성물
(중량 %)		 본 발명의 레드머드 조성물
(중량 %)		 본 발명의 적철광 조성물
(중량 %)
CaO 9~63% 9~63% 1~10% 1~10% 0~3% 5~12% 0~1%
Fe2O3 8~62% 1~30% 5~10% 3~10% 4~9% 35~60% 80~95%
FeO 2~40% 8~40% 30~55% 1~5% 0~2% 0~2% 0~2%
Fe3O4 1~25% 0~5% 0~5% 0~1% 0~1% 2~5% 0~2%
SiO2 10~58% 10~58% 20~40% 50~70% 50~65% 5~18% 0~5%
MgO 6~15% 6~15% 0~2% 0~5% 0~3% 0~1% 0~1%
Al2O3 2~28% 2~28% 4~8% 15~40% 15~25% 10~20% 1~3%

상기 표 2에서 각 조성물의 금속산화물 함량이 범위(range)로 표시된 것은 정제/선별 조건의 차이에 의해 발생한 여러 샘플을 테스트했기 때문에 각각의 실험결과를 범위로서 나타낸 값이다. 상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 제강슬래그 조성물은 중금속 성분이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 제강슬래그 조성물의 물리적 특성의 일 예는 다음 표 4와 같이 측정되었다.

항목 본 발명의 급냉 제강슬래그 조성물 본 발명의 서냉 제강슬래그 조성물
진비중 3.0~4.0 3.0~4.5
겉보기 비중 1.6~2.6 1.8~3.0
흡수율(%) 0.1~3.0 1.0~4.0
구형률 0.50~0.95 -

진비중의 경우 모래의 진비중인 2.55~2.65에 비해 안정한 형태의 Fe2O3, Fe3O4, FeO를 함유하는 마이크로파에 의해 발열되는 제강슬래그 조성물은 3.0~4.5로 모래에 비해 무겁게 나타났다.

본 발명은 상기와 같이 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물을 사용하여 유기계 또는 무기계 조성물과 이것의 최종 용도인 2차 가공물을 제공한다.
이 중 무기계 조성물의 하나인 모르타르 조성물은, 상기 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물, 시멘트(예, 포틀랜드 시멘트) 및 물을 포함하여 얻어진다. 이 때 금속산화물 함유 조성물, 시멘트 및 물 각 성분의 양은 구체적으로 한정하지 않고 용도에 따라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적절히 정하여 사용할 수 있다. 일 예로 일반 골재를 사용한 모르타르 조성물에서 일반 골재 대신 상기 본 발명에 따른 금속산화물 함유 조성물을 사용하면 모르타르 조성물이 얻어진다. 또한, 무기계 조성물의 하나인 콘크리트 조성물의 경우 상기 모르타르 조성물에 더하여 입도 1 ~ 40mm의 골재, 바람직하게는 5~40mm의 굵은 골재를 포함하여 얻어질 수 있다. 이 때 역시 각 성분의 양은 특별히 한정하지 않고 용도에 맞도록 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적절히 정하여 사용할 수 있다.
다만, 마이크로파에 의한 발열성 확보를 위하여 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물은 전체 모르타르 조성물의 10~90 중량%의 범위로 사용될 수 있다. 또한 일정 범위의 분체류, 예를 들어, 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬, 실리카 퓸, 중질 탄산칼슘 등을 용도에 따라 혼합할 수 있으며, 화학 혼화제, 예를 들어, 감수제, 유동화제, 증점제, 소포제, 보강제, 윤활 이형제 및 기타 혼화제 등도 적절하게 혼합 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 그 자체로 마이크로파의 조사만으로도 충분히 발열될 수 있어서 별도로 흑연과 같은 발열재료를 사용하지 않아도 되는 것이 핵심적 특징이다. 그러나, 발열에 따른 상승효과를 높이기 위하여 상기 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물에 발열재료, 예를 들어 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유 등을 혼합하여 사용할 수도 있으며, 이를 제외하는 것은 아니다. 모르타르 조성물의 경우에는 본 발명에 따른 금속산화물 함유 조성물을 포함하는 모르타르 조성물에 100 중량부에 대하여 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유 등에서 선택된 1종 이상을 1~200 중량부로 더 포함할 수 있다. 또한, 콘크리트 조성물의 경우에도 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열하는 콘크리트 조성물 100 중량부에 대하여 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유 등에서 선택된 1종 이상을 1~200 중량부로 더 포함할 수 있다. 상기 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소 섬유 등은 전기 전도도가 어느 정도 높기 때문에 자기장에 의한 와류 전류가 형성되고 물과 같이 진동 발열을 일으키는 쌍극자도 존재한다. 따라서 유/무기계 조성물 및 2차 가공물을 제조할 때 일부 혼합하여 사용하게 되면, 본 발명에 의한 금속산화물 함유 조성물의 발열과 더불어 상기 분말의 발열 효과가 중첩되어 발열 효율이 더욱 높은 제품을 얻을 수 있다.

상기 본 발명에 따른 모르타르 조성물의 발열성을 확인하기 위하여 포틀랜드시멘트 및 물을 사용하여 모르타르를 제조할 때 잔골재로서 1) 본 발명에 따른 급냉 제강슬래그 조성물만을 사용한 경우, 2) 본 발명에 따른 급냉 제강슬래그 조성물과 정제 황토 조성물을 50:50으로 사용한 경우 및 3) 본 발명에 따른 정제 황토 조성물만을 사용한 경우의 모르타르 조성물을 제조한 후 발열 실험을 실시하였다.
이때 급냉 제강 슬래그 조성물 및 정제 황토 조성물의 밀도가 일반 골재와 차이가 있는 점을 감안하여 일반 모래와 동일한 용적의 조성물을 혼합하는 등 조건을 동일하게 한 후 실험을 실시하였다.
먼저, 20℃ 표준양생을 7일간 실시한 후 일반 모르타르 조성물 및 마이크로파에 의해 발열되는 조성물 사용 모르타르 조성물을 100℃에서 24시간 건조시켜 내부의 수분을 제거한 후 이들 각각의 모르타르 조성물에 1분간 마이크로파를 조사한 결과를 표 5에 나타내었다.

초기온도 평균온도
일반 모래 사용 모르타르 조성물 20℃ 41℃
본 발명에 따른 급냉 제강슬래그 조성물을 단독 사용한 모르타르 조성물 20℃ 165℃
본 발명에 따른 급냉 제강슬래그 조성물 및 정제 황토 조성물 혼합 사용한 모르타르 조성물(50:50 중량비) 20℃ 120℃
본 발명에 따른 정제 황토 조성물을 단독 사용한 모르타르 조성물 20℃ 92℃

상기 결과로부터 알 수 있듯이 천연 잔골재만을 사용한 모르타르 조성물은 마이크로파를 조사한 후에도 온도 변화가 크지 않았다. 그러나 본 발명에 따른 모르타르 조성물은 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물 자체에 마이크로파를 조사한 경우보다는 작은 값이지만, 종래의 일반 모래 사용 모르타르 조성물보다 온도 상승 효과가 현저하게 큰 것을 알 수 있다.
이러한 결과는 모르타르 내부에 있는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물이 마이크로파의 조사에 의해 가열되어 모르타르 내부에서 열이 발생되기 때문이다. 그러나 앞서 언급한 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물 자체에 마이크로파를 조사한 경우와는 달리 조성물 외부에 무기질인 시멘트가 도포되어 있기 때문에 온도가 상승된 조성물로부터 열전도에 의해 시멘트 부분의 온도 상승이 필요하므로 상승된 온도는 조성물 자체의 상승 온도보다 작다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 원하는 적용 용도에 따라 본 발명에 따른 금속산화물 함유 조성물의 양과 종류, 함께 포함되는 무기질의 양과 종류, 마이크로파의 조사 시간 등을 조절하여 원하는 온도를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 의한 마이크로파에 의해 발열되는 조성물을 사용하여 제조한 모르타르 조성물 및 이를 이용하여 제조된 콘크리트 조성물 등 무기계 조성물은 건설용 재료 뿐만 아니라 기타 다양한 용도, 예컨대 전자 레인지용 용기의 구성 재료, 건축구조물 내부의 난방용 벽체 재료 또는 바닥재 등, 교량의 상판 포장용 재료, 도로 포장용 재료, 방통용 재료, 법면 피복용 재료, 철도 침목용 재료, 배수관 피복용 재료, 흙 도로 포장용 재료, 보도 포장용 재료, 자전거 전용도로 포장용 재료 또는 아스팔트 채움 재료, 각종 건축용 빔(H빔, I빔 등), 강관 및 강판 등의 표면에 부착되는 재료 등에서 적용이 가능하다.

본 발명은 상기 본 발명에 따른 금속산화물 함유 조성물과 시멘트 및 물을 혼합하여 충분히 교반시킴으로써 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물을 제조할 수 있다. 이 때 각 성분의 비율은 용도에 맞도록 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적절히 선택할 수 있으므로 본 발명에서는 이에 관하여 특별히 한정하지 않는다. 또한, 이렇게 제조된 모르타르 조성물에 1~40mm의 골재를 포함하여 혼합하고 교반함으로써 마이크로파에 의해 발열되는 콘크리트 조성물을 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물 및 콘크리트 조성물은 그 자체로 마이크로파의 조사만으로도 충분히 발열될 수 있어서 별도로 흑연과 같은 발열재료를 사용하지 않아도 되는 것이 특징이나, 필요에 따라 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유 등을 혼합하여 사용할 수도 있으며, 이를 제외하는 것은 아니다. 이 때 그 혼합 비율은 모르타르 조성물 또는 콘크리트 조성물 100 중량부에 대하여 1~200 중량부 범위이다.
또한 본 발명의 금속산화물 함유 조성물에 유성 또는 수성 페인트를 포함시킴으로써 유기계 조성물을 제조할 수 있으며, 이를 표면에서 마이크로파에 의해 발열이 필요한 소재에 활용할 수도 있다.

또한 본 발명의 범위는 본 발명에 따른 마이크로파에 의해 발열되는 콘크리트 조성물을 사용하여 목적으로 하는 발열체를 시공하는 방법까지 포함한다.
이는 1) 전극이 연결된 마이크로파 발생장치를 목적 대상의 시공표면에 고정시키는 단계; 및
2) 상기 마이크로파 발생장치 상부에 청구항 20 내지 21 중 하나의 콘크리트 조성물을 설치하는 단계
를 포함하여 구성되며, 상기 발열체는 건축물 내부의 난방용 벽체, 바닥, 교량의 상판, 도로, 배수관, 철도궤도 또는 보도 등을 포함하나, 이에 한정하는 것은 아니며, 발열이 필요한 모든 것이 그 대상이 될 수 있다.

다시 한번 본 발명의 특징에 관하여 요약하면, 본 발명에 따른 금속산화물 함유 조성물은 마이크로파에 의해 단시간에 고온까지 급속히 온도가 상승할 수 있다. 따라서 이를 모르타르나 콘크리트와 같은 조성물에 포함시켜 사용할 경우 모르타르나 콘크리트를 단시간에 원하는 온도까지 올릴 수 있으며, 모르타르나 콘크리트는 소재 자체의 특성으로 인해 잠열을 오랜 시간 동안 유지할 수 있기 때문에 온도 하강 시간은 매우 오래 걸리게 된다. 따라서, 적은 전력으로 단시간에 고온으로 올린 후 전원을 차단할 경우에도 상승한 온도가 하강하는데 까지는 오랜 시간이 걸리기 때문에 전력량을 기존의 일반 전기 보일러 등에 비교하여 절반이하, 용도에 따라 많게는 1/10 이하까지도 줄일 수 있는 것이다. 기존 전기 보일러 등은 열원을 차단하면 바로 온도가 하강하므로 지속적으로 전기를 공급해 줘야 하므로 전력소모량이 많은 반면, 본 발명에 따른 조성물을 사용할 경우에는 간헐적으로 단시간 동안만 전원을 공급해 주어도 같은 효과가 발생하므로 전력 소모량이 훨씬 적고 따라서 전력 효율을 획기적으로 높일 수 있는 것이다. 이러한 원리를 도로, 교량, 축사, 온실, 비닐하우스, 전열기기 등 발열이 필요한 분야에 사용하면 동일하거나 유사한 효과를 얻을 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예를 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (27)

  1. Fe2O3, Fe3O4 및 FeO 중 하나 이상의 산화철 화합물을 4 중량% 이상 포함하며, 300MHz ~ 300GHz의 마이크로파에 의해 발열되는 것을 특징으로 하는 금속산화물 함유 조성물.

  2. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물이 Al2O3를 1 중량% 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물 함유 조성물.

  3. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물이 Fe2O3, Fe3O4 및 FeO 중 하나 이상의 산화철 화합물을 4 ~95중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물 함유 조성물.

  4. 청구항 2에 있어서, 상기 조성물이 Fe2O3, Fe3O4 및 FeO 중 하나 이상의 산화철 화합물 4 ~95중량% 및 Al2O3 1~50 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물 함유 조성물.

  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 조성물이 CaO, SiO2, TiO2 및 MgO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물 함유 조성물.

  6. 청구항 5에 있어서, 상기 Fe2O3, Fe3O4 및 FeO 중 하나 이상의 산화철 화합물, Al2O3 또는 그 혼합물이 CaO, SiO2, TiO2 및 MgO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물에 의해 안정한 결정 구조 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 금속산화물 함유 조성물.

  7. 청구항 1 내지 6 중 하나에 있어서, 상기 금속산화물 함유 조성물은 입자크기 10 mm 이하이고 구형률이 0.5 이상인 급냉 제강슬래그 조성물, 입자크기 10mm 이하인 서냉 제강슬래그 조성물, 입자크기 10mm 이하인 동 제련 슬래그 조성물, 입자크기 10mm 이하인 아연 제련 슬래그 조성물, 입자크기 1mm 이하의 레드머드 조성물, 입자크기 25mm 이하인 적철광 조성물, 입자크기 10mm 이하인 정제 석탄회 조성물 및 입자크기 1mm 이하인 정제 황토 조성물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물.

  8. 청구항 7에 있어서, 상기 급냉 제강슬래그 조성물은 제1단계로 시빙(sieving) 과정을 거쳐 10mm 이하의 입경을 갖는 급냉 제강 슬래그를 선정하고, 제2단계로 자력 세기 500가우스 이상의 자력 선별기를 사용하여 선별한 후 구형 선별기를 통하여 구형률 0.5 이상인 것만 선별하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물.

  9. 청구항 7에 있어서, 상기 서냉 제강 슬래그 조성물은 제1단계로 크러싱(crushing)과 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 10mm 이하로 만든 후 자력 세기 300가우스 이상의 자력 선별기를 사용하여 제강 슬래그와 혼련되어 있는 금속 입자를 제거하고, 제2단계로 제1단계에서 얻어진 서냉 제강 슬래그를 대상으로 자력 세기 500가우스 이상의 자력 선별기를 이용하여 선별하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물.

  10. 청구항 7에 있어서, 상기 동 또는 아연 제련 슬래그 조성물은 제1단계로 크러싱(crushing)과 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 10mm 이하로 만든 동 또는 아연 제련 슬래그를 대상으로 자력 세기 300가우스 이상의 자력 선별기를 사용하여 선별하고, 제2단계로 제1단계에서 얻어진 동 또는 아연 제련 슬래그를 대상으로 자력 세기 자력 세기 500가우스 이상의 자력 선별기를 이용하여 재선별하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물.

  11. 청구항 7에 있어서, 상기 레드머드 조성물은 제1단계로 50℃ 이상의 온도에 레드머드 원재료를 노출시켜 내부의 유기물 및 불순물을 제거하고, 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 1mm 이하의 레드머드를 선별한 후, 제2단계로 자력 세기 500가우스 이상의 자력 선별기를 이용하여 선별하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물.

  12. 청구항 7에 있어서, 상기 적철광 조성물은 제1단계로 크러싱(crushing) 및 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 25mm 이하의 적철광을 선별하고, 제2단계로 앞의 적철광으로부터 자력 세기 500가우스 이상의 자력 선별기를 사용하여 선별하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물.

  13. 청구항 7에 있어서, 상기 정제 석탄회 조성물은 제1단계로 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 10mm 이하로 만든 석탄회를 대상으로 원심분리방법 또는 정전기분리법에 의해 입도 분급 또는 미연탄을 정제시킨 후, 제2단계로 제1단계에서 정제된 석탄회를 대상으로 자력 세기 500가우스 이상의 자력 선별기를 이용하여선별하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물.

  14. 청구항 7에 있어서, 상기 정제 황토 조성물은 제1단계로 50℃ 이상의 온도에 황토 원재료를 노출시켜 내부의 유기물 및 불순물을 제거하고, 제2단계로 시빙(sieving) 과정을 거쳐 입자크기 1mm 이하의 황토를 선별하여, 자력 세기 500가우스 이상의 자력 선별기를 이용하여 선별하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 금속산화물 함유 조성물.

  15. 청구항 1 내지 7 중 하나의 금속산화물 함유 조성물과 시멘트 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물.

  16. 청구항 15에 있어서, 상기 모르타르 조성물 100 중량부에 대하여 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 1~200 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물.

  17. 청구항 15 또는 16에 있어서, 상기 모르타르 조성물이 건축구조물 내부의 난방용 벽체 재료 또는 바닥재, 전자 레인지용 용기의 재료, 교량의 상판 포장용 재료, 도로 포장용 재료, 방통용 재료, 법면 피복용 재료, 철도 궤도용 재료, 배수관 피복용 재료, 흙 도로 포장용 재료, 보도 포장용 재료, 자전거 전용도로 포장용 재료, 아스팔트 채움 재료, 비닐하우스나 온실의 바닥 난방용 재료, 건축용 빔, 전열기기 소재, 강관 또는 강판 등의 표면 부착용 재료로 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물.

  18. 청구항 1 내지 7 중 하나의 금속산화물 함유 조성물과 시멘트 및 물을 혼합하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물의 제조방법.

  19. 청구항 18에 있어서, 상기 제조된 모르타르 조성물 100 중량부에 대하여 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 1~200 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 모르타르 조성물의 제조방법.

  20. 청구항 15 또는 16의 모르타르 조성물 및 입경 1~40 mm의 골재를 포함하는 마이크로파에 의해 발열되는 콘크리트 조성물.

  21. 청구항 20에 있어서, 상기 콘크리트 조성물 100 중량부에 대하여 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 1~200 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 콘크리트 조성물.

  22. 청구항 20 또는 21에 있어서, 상기 콘크리트 조성물이 건축구조물 내부의 난방용 벽체 재료 또는 바닥재, 전자 레인지용 용기의 재료, 교량의 상판 포장용 재료, 도로 포장용 재료, 방통용 재료, 법면 피복용 재료, 철도 궤도용 재료, 배수관 피복용 재료, 흙 도로 포장용 재료, 보도 포장용 재료, 자전거 전용도로 포장용 재료, 아스팔트 채움 재료, 건축용 빔, 강관 또는 강판의 표면 부착용 재료로 이용되는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 콘크리트 조성물.

  23. 청구항 15 또는 16의 모르타르 조성물 및 입경 1~40 mm의 골재를 혼합하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 콘크리트 조성물의 제조방법.

  24. 청구항 23에 있어서, 상기 제조된 콘크리트 조성물 100 중량부에 대하여 흑연, 인상 흑연, 인조 흑연, 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 1~200 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 콘크리트 조성물의 제조방법.

  25. 청구항 1 내지 7 중 하나의 금속산화물 함유 조성물과 유성 또는 수성 페인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 유기 조성물.

  26. 1) 전극이 연결된 마이크로파 발생장치를 목적 대상의 시공표면에 고정시키는 단계; 및
    2) 상기 마이크로파 발생장치 상부에 청구항 20 내지 21 중 하나의 콘크리트 조성물을 설치하는 단계
    를 포함하는 마이크로파에 의해 발열되는 발열체의 시공방법.

  27. 청구항 26에 있어서, 상기 발열체는 건축물 내부의 난방용 벽체, 바닥, 교량의 상판, 도로, 배수관, 철도궤도 또는 보도인 것을 특징으로 하는 마이크로파에 의해 발열되는 발열체의 시공방법.

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