KR0153376B1

KR0153376B1 - 제지슬러지 소각재를 이용한 내화단열벽돌의 제조방법

Info

Publication number: KR0153376B1
Application number: KR1019950051384A
Authority: KR
Inventors: 이순걸
Original assignee: 구형우; 한솔제지주식회사
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1998-11-16
Also published as: KR970042382A

Abstract

본 발명의 제지슬러지 소각재를 이용한 내화단열벽돌 및 그의 제조방법은 기존의 내화단열벽돌의 제조 공정에 적용이 가능하며, 혼합, 성형, 건조, 소성 및 마무리 포장에 이르기까지의 제조시간이 단기간이며, 종래의 단열벽돌의 주원료인 고가의 규조토, 장신구 등을 대체하여 원가를 절감할 수 있으며, 또한 저내화도 및 양호한 소결성 등의 제지슬러지 소각재의 특성을 살려 저온에서도 소성을 가능하게 함으로써 연료를 절감할 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

제지슬러지 소각재를 이용한 내화단열벽돌의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

[산업상 이용분야]

본 발명은 제지슬러지 소각재를 이용한 내화단열벽돌의 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 저내화도의 제지슬러지 소각재를 이용하여 종래 단열벽돌의 주원료인 규조토를 대체하여 톱밥, 펄라이트, 카올린, 점토 등을 사용함으로써 단열벽돌의 제조에 있어서 원가를 절감하고 물리적인 제특성을 향상시킬 수 있는 제지슬러지 소각재를 이용한 내화단열벽돌의 제조방법에 관한 것이다.

[종래기술]

국내 제지산업의 제지 생산 공정중에서 발생되는 제지슬러지는 연간 80만톤 이상에 달하고 있으며, 그 대부분은 탈수하여 소각한 후 그 소각재(paper ash: PA)는 매립하여 처리되고 있다. 그러나 제지슬러지 소각재를 매립하는 방법에 있어서는 매립지 확보 문제, 침출수 등에 의한 이차적인 오염 문제 등으로 인하여 이의 재활용 방안의 연구가 시급한 실정이다.

제지슬러지 소각재는 미연소분이 2.89 내지 3.90 중량% 함유된 무기물로서 그 입도분포가 분쇄 전에는 325 메쉬 이하의 함량이 50 내지 60 중량%이며, 200 메쉬 이하는 94 내지 95 중량%(평균입도 19.61㎛)이다. 분쇄작업(ballmilling)후의 제지슬러지 소각재의 입도분포는 325 메쉬 이하의 것이 99.9 중량%(평균입도 : 5 내지 6 ㎛)로서 미세하여 요업공업의 원료로 우수하게 사용될 수 있다.

표1에서 보는 바와 같이, 제지슬러지 소각재는 A1₂0₃의 함량이 약 30 중량%, SiO₂의 함량이 약 50 중량% 정도로서 일반적인 무기공업에 사용되는 무기원료의 화학조성을 가지고 있으며, 0.54의 낮은 부피비중을 가지며, 융점이 1500℃로서 중저급의 내화단열벽돌을 제조하기에 적합하다.

현재까지 국내에서 제지슬러지 소각재를 이용하여 단열벽돌로서 사용한 예는 없다. 다만, 제지슬러지 소가재를 여러 가지 혼화제 및 바인더(binder)를 사용하여 과립상으로 만들고 이것을 건조 및 소성단계를 거쳐 다공성 입자체를 만든 후 또 다시 벤토나이트(bentonite) 등과 혼합하여 벽돌 형태로 성형.소성하여 건축자재로 사용하는 대한민국 특허 공고번호 제93-9345호, 제지슬러지 소각재 중에 포함되어 있는 산화규소(SiO₂)를 규산석회질로 유도하여 소석회, 석면, 규산소다 등을 첨가하여 증기 양생시켜 경량건축자재로 활용하고자 하는 대한민국 특허 공고번호 제89-2566호 및 제지슬러지 소각재에 강산을 가하여 팽윤처리한 후 시멘트, 석고, 석면, 가성소다 등을 첨가하여 양생시킨 후 건축자재로 사용하는 대한민국 특허 공고번호 제91-2580호 등의 문헌에 개시된 방법들이 있다.

그러나 상기의 방법에 있어서는 그 제조 공정이 복잡하며 연료의 소비가 과다하여 우수한 물리적 성질을 기대하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기와 같은 방법들에 있어서는 양생기간이 2 내지 4주 정도로 너무 길거나 일정 온도와 압력의 조건 하에서만 양생이 가능함으로써 양생 조건이 지나치게 까다로우며, 각종 혼화제의 첨가에 따른 원가의 상승과 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.

또한 유사 폐기물인 비산회(fly ash), 연탄재, 고로슬래그 등을 이용한 재활용의 예는 많이 있으나 대부분 저부가가치의 벽돌이나 시멘트용 첨가제등으로 사용된다. 대한민국 특허 공고번호 제89-2082에는 고로슬래그를 이용한 고강도 타일의 제조방법이 개시되어 있으나 여러가지 플럭스(flux)와 핵물질인 Cr₂O₃을 첨가하며 1400℃의 고온에서 용융하여 다시 800℃에서 재열처리하는등 제조 공정의 복잡성 및 비경제성으로 현실성이 부족한 문제점이 있다.

[본 발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은 상기와 같은 기술적 배경하에 제지슬러지 소각재로부터 내화단열벽돌을 제조하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 단열벽돌의 주원료인 고가의 규조토, 공신구 등을 대체하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 단열벽돌 제조 공정에 적용하되, 혼합, 성형, 건조, 소성 및 마무리 포장에 이르기까지의 제조시간을 2일 정도의 단기간내에 행할 수 있는 제지슬러지 소가재를 이용한 내화단열벽돌의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단]

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제지슬러지 소각재 65 내지 85 중량%, 점토, 카올린 및 A1₂O₃-시멘트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 성분 3.5 내지 20 중량% 및 톱밥 및 펄라이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 성분 9 내지 15 중량%를 혼합하여 원료물질을 제조하고, 이를 물과 혼합하여 성형하고 소성함으로써 행하여지는 내화단열벽돌의 제조방법을 제공한다.

그리고, 상기한 물은 상기 원료물질의 전체 중량에 대하여 46 내지 52 중량%인 것이 바람직하다. 또한 상기한 성형은 일축가압식 유압프레스에 의하여 60㎏/㎠의 압력 하에서 행하여지거나, 수타방식 또는 진공토련기에 의한 압출방식으로 행하여지는 것이 바람직하며, 상기한 소성은 920 내지 1150℃의 온도에서 행하여지는 것이 바람직하다.

[실시예]

본 발명의 대표적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.

주원료인 제지슬러지 소각재에 점토, 카올린, 알루미나 시멘트, 톱밥 및 펄라이트를 일차적으로 혼합하여 원료물질을 제조한다. 본 발명에 사용된 각 성분의 조성은 다음의 표2와 같다.

제지슬러지 소각재의 진비중은 1.91 내지 2.46으로서 기타의 무기염료(장석류 : 2.57 ∼ 2.75, 도석류 : 2.53 ∼ 2.66, 카올린 : 2.61, 점토류 : 2.4 ∼ 2.6)보다 낮으며, 평균입도가 5 내지 6 ㎛로 미세하여 그 자체를 소성하면 큰 비표면적(3360 ㎠/g)으로 인한 높은 표면 에너지를 가진다.

이로 인하여 소결시 표면 에너지를 낮추어 열역학적으로 안정화하려는 구동력이 커서 소성수축을 크게하여 흡수율을 가소시키는 양호한 소결성을 가지며, MgO, CaO 등과 같은 알카리토류금속이 다량 포함되어 있어서, SiO₂, A1₂O₃등과의 삼성분계 공융점이 약 1500℃로 낮아져서 저내화도를 가진다.

제지슬러지 소각재에는 가소성이 전혀 없으므로 성형 후 소지의 강도를 보완하기 위하여 소각재 65 내지 85 중량%에 카올린 및 점토를 1.5내지 20중량% 혼합한다. 또한 펄라이트 및 톱밥은 9 내지 15중량% 첨가되는데 이는 가열시 팽창하거나 유기물로 증발하면 단열벽돌에 다공성을 부여하여 비중을 낮추어지는 역할을 한다.

2 내지 3.5 중량% 포함되는 알루미나 시멘트는 수화반응에 의하여 건조강도를 향상시킨다.

이와같이 원료물질이 일차적으로 혼합된 후 원료 물질의 46 내지 52 중량%에 해당하는 물을 첨가하여 물리적인 교반에 의하여 충분히 혼합한다. 건조상태의 원료물질과 물을 첨가한 상태에서 각각 두 번 혼합하는 이유는 입도와 비중, 입형, 비표면적이 각각 상이한 원료를 균일하게 혼합하여 동일한 물성을 얻기 위해서이다.

이와 같이 제조된 혼합원료는 두 가지 방법에 의하여 성형할 수 있다. 그 하나는 일축가압식 유압프레스에 의하여 60 kg/㎠의 압력 하에서 성형하는 방법으로서, 소결 후 소지의 비중이 높아져 다공성 원료의 배합비율을 높여야 하지만 소정의 강도를 얻는데 적합한 방법이다.

다른 하나의 방법은 일정한 힘을 가하는 수타성형이나 약한 압력에 의하여 압출성형방식으로 방출하는 것으로서 이는 비중을 낮추어 단열성을 향상시킬수 있다.

이와 같이 성형된 시편은 150℃의 건조로에서 충분히 건조한 후 고온에서 열처리하는데 배합비 조건에 따라 920 내지 1150℃의 실험실용 로(kiln)나 터널식로(tunnel kiln)에서 0.5 내지 1℃/min 의 속도로 완소성을 실시하며 서서히 냉각시킨 후 단열벽돌의 규격인 230x114x65mm의 규격으로 재단하여 내화단열벽돌을 제조한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 구성 및 효과를 나타내는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

65 중량%의 제지슬러지 소각재, 5 중량%의 점토, 15 중량%의 카올린, 10 중량%의 톱밥 및 5 중량%의 펄라이트를 혼합하여 원료물질을 제조하였다. 상기의 원료물질에 원료물질의 50 중량%에 해당하는 물을 첨가하여 퍼그밀(pugmill)에 의하여 혼합한 다음 240x120x75mm의 틀(mold)에서 수타성형을 실시하였다.

상기의 성형이 완료된 원료벽돌을 150 ℃의 건조로에서 수분함량이 전체의 5%에 도달할 때까지 건조한 후, 0.5 ℃/min의 승온속도로 1000 내지 1150 ℃까지 승온하여 2시간 동안 유지한 후 자연냉각하였다.

상기의 원료벽돌을 230x114x65mm의 크기로 재단하여 본 발명의 내화단열벽돌을 제조하였다.

[실시예 2]

70 중량%의 제지슬러지 소각재, 7.5 중량%의 점토, 7.5 중량%의 카올린, 7.5 중량%의 톱밥 및 7.5 중량%의 펄라이트를 혼합하여 원료물질을 제조하였다.

상기의 원료물질에 원료물질의 50 중량%에 해당하는 물을 첨가하여 퍼그밀(pugmill)에 의하여 혼합한 다음 240x120x75mm 의 틀(mold)에서 수타성형을 실시하였다. 상기의 성형이 완료된 원료벽돌을 150℃의 건조로에서 수분함량이 전체의 5%에 도달할 때까지 건조한 후, 0.5℃min의 승온속도로 1000 내지 1150℃까지 승온하여 2시간 동안 유지한 후 자연냉각하였다.

[실시예 3]

75 중량%의 제지슬러지 소각재, 12.5 중량%의 점토, 2.5 중량%의 톱밥 및 10 중량%의 펄라이트를 혼합하여 원료물질을 제조하였다. 상기의 원료물질에 원료물질의 50 중량%에 해당하는 물을 첨가하여 퍼그밀(pugmill)에 의하여 혼합한 다음 240x120x75mm의 틀(mold)에서 수타성형을 실시하였다.

[실시예 4]

80 중량%의 제지슬러지 소각재, 9 중량%의 카올린, 9 중량%의 펄라이트 및 2 중량%의 알루미나 시멘트를 혼합하여 원료물질을 제조하였다. 상기의 원료물질에 원료물질의 46 내지 52 중량%에 해당하는 물을 첨가하여 퍼그밀(pugmill)에 의하여 혼합한 다음 230x114x65mm의 틀(mold)에서 일축가압 유압프레스에 의하여 60 kg/㎠의 압력하에서 성형을 실시하였다.

상기의 성형이 완료된 원료벽돌을 150 ℃의 건조로에서 수분함량이 전체의 5%에 도달할 때까지 건조한 후, 1 ℃/min의 승온속도로 920 내지 1000 ℃까지 승온하여 2시간 동안 유지하고 냉각시킴으로서 본 발명의 내화단열벽돌을 제조하였다.

[실시예 5]

82.5 중량%의 제지슬러지 소각재, 5 중량%의 카올린, 10 중량%의 펄라이트 및 2.5 중량%의 알루미나 시멘트를 혼합하여 원료물질을 제조하였다. 상기의 원료물질에 원료물질의 46 내지 52 중량%에 해당하는 물을 첨가하여 퍼그밀(pugmill)에 의하여 혼합한 다음 230x114x65mm의 틀(mold)에서 일축가압 유압프레스에 의하여 60 kg㎠의 압력하에서 성형을 실시하였다.

상기의 성형이 완료된 원료벽돌을 150 ℃의 건조로에서 수분함량이 전체의 5%에 도달할 때까지 건조한 후, 1 ℃/min의 승온속도로 920 내지 1000℃ 까지 승온하여 2시간 동안 유지하고 냉각시킴으로서 본 발명의 내화단열벽돌을 제조하였다.

[실시예 6]

85 중량%의 제지슬러지 소각재, 11.5 중량%의 펄라이트 및 3.5 중량%의 알루미나 시멘트를 혼합하여 원료물질을 제조하였다.

상기의 원료물질에 원료물질의 46 내지 52 중량%에 해당하는 물을 첨가하여 퍼그밀(pugmill)에 의하여 혼합한 다음 230x114x65mm의 틀(mold)에서 일축가압 유압프레스에 의하여 60 kg/㎠의 압력 하에서 성형을 실시하였다. 상기의 성형이 완료된 원료벽돌을 150℃의 건조로에서 수분함량이 전체의 5%에 도달할 때까지 건조한 후, 1 ℃/min의 승온속도로 920 내지 1000 ℃까지 승온하여 2시간 동안 유지하고 냉각시킴으로서 본 발명의 내화단열벽돌을 제조하였다.

[효과]

본 발명의 중저급 내화단열벽돌(B1 등급의 단열벽돌) 의 물리적 성질은 다음 표3의 한국공업규격(KS규격)을 만족시킨다.

또한, 본 발명에 의한 중저급 내화단열벽돌의 물성을 비교시험해보기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 중저급 내화단열벽돌 및 기존에 시판되는 중저급 내화단열벽돌에 대하여 비중, 재가열 수축을, 압축강도, 열전도율을 시험한 결과는 다음의 표4와 같다.

표4에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 내화단열벽돌의 물성은 제품 B에 비하여 월등히 우수하며, 제품 A와 비교할 경우에는 비슷하거나 대체로 우수함을 알 수 있다.

그리고 제지슬러지 소각재의 배합비율이 증가할수록 비중, 재가열수축율 및 압축강도가 증가하는데 이는, 소각재의 우수한 소결성에 의하여 조직이 치밀해져 밀도가 증가하는데 기인한 현상이며, 그 결과 열전도율이 높아짐을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 내화단열벽돌은 제지슬러지의 소각재를 이용함으로써 일반폐기물의 재활용을 가능하게 하여 환경오염을 방지할 수 있으며, 매립지 부족문제를 해결할 수 있고 매립에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 단열벽돌의 기존원료인 고가의 규조토 및 공신구를 대체함으로써 원료비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 방법에 의하면 KS규격에 적합한 물리적인 제특성, 나아가서는 기존의 단열벽돌보다 우수하거나 비슷한 물성의 내화단열벽돌의 제조가 가능하다.

Claims

제지슬러지 소각재 65 내지 85중량%, 점토, 카올린 및 A1₂0₃-시멘트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 성분 3.5-20중량%,

톱밥 및 펄라이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 성분 9 내지 15 중량%, 를 혼합하여 원료물질을 제조하는 단계와; 상기 원료물질을 물과 혼합하여 성형하는 단계와; 상기 성형물을 소성하는 단계를; 포함하는 내화단열벽돌의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 원료물질의 구성비는 65 내지 75중량%의 소각재, 5 내지 12.5중량%의 점토, 1 내지 15중량%의 카올린, 2.5 내지 10중량%의 톱밥 및 5 내지 10중량%의 펄라이트로 이루어지는 내화단열벽돌의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기한 원료물질의 구성비는 80 내지 85중량%의 소각재, 1.5 내지 9중량%의 카올린, 9 내지 11.5중량%의 펄라이트 및 2 내지 3.5중량%의 A1₂O₃-시멘트로 이루어지는 내화단열벽돌의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 성형은 일축가압식 유압프레스에 의하여 60kg/㎠의 압력하에서 행하여지거나, 수타방식 또는 진공토련기에 의한 압출방식으로 행하여지는 내화단열벽돌의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기한 소성은 920 내지 1150℃의 온도에서 행하여지는 내화단열벽돌의 제조방법.