KR100201237B1

KR100201237B1 - 폐주물사의 재생방법 및 그 재생골재

Info

Publication number: KR100201237B1
Application number: KR1019960046736A
Authority: KR
Inventors: 조성민
Original assignee: 조성민; 한승콘크리트주식회사
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980027828A

Abstract

본 발명은 주물(鑄物)생산 업체에서 파생되는 산업폐기물인 폐주물사와 석분 및 세라믹 폐기물을 가공처리하여 콘크리트용 골재 또는 요업등의 재활용 골재를 얻게됨과 아울러 그 골재를 이용하여 다양한 콘크리트 제품을 생산함에 따라 폐 자원을 효율적으로 재활용 할 수 있게한 폐주물사의 재생방법 및 그 재생골재에 관한 것으로, 수집된 폐주물사를 입도별로 채가름하는 선별공정과 목재조각이나 각종 이물질을 제거하는 분리공정과 폐주물사를 요구되는 입도별로 분쇄하는 다단계의 분쇄공정 및 폐주물사에 포한된 철분을 제거하는 탈철공정을 적어도 6회 이상 순차적으로 행하여 재활용이 가능한 재생골재를 얻게 되며, 이 재생골재는 그 입도에 적합하게 세라믹용 골재, 성토재, 도로기충제 또는 콘크리트 2차 제품용의 골재등으로 폭넓게 사용하게 된 것이다.

Description

폐주물사의 재생방법 및 그 재생골재

본 발명은 폐주물사(廢鑄物砂)의 재생방법 및 그 재생골재, 더욱 상세하게는 주물(鑄物)생산 업체에서 파생되는 폐주물사와 석분(Dust)또는 세라믹 폐기물을 가공하여 콘크리트용 골재를 얻게됨과 아울러 그 골재를 이용하여 다양한 콘크리트 제품 또는 세라믹 제품을 생산함에 따라 폐자원을 효율적으로 재활용 할 수 있게한 폐주물사의 재생방법 및 그 재생골재에 관한 것이다.

일반적으로, 생형주조법이나 CO₂개스를 이용한 주조법 및 자경성 후란수지를 이용한 주조법에 사용되는 주물용 사형 (砂型)을 폐기할 때 필연적으로 폐주물사가 발생되었고, 이때 발생되는 폐주물사는 유해성 폐기물로 분류됨에 따라, 단순매립시에는 환경법에 적시된 규정 에 의한 처리가 필수적이었다.

참고로 전국에 산재된 주물생산업계는 대략 400∼5OO여 개소로서 연간 발생되는 폐주물사의 량은 약 48만여 톤(ton)에 이르고 석산에서 발생되는 석분 및 세라믹 제품 제작시 발생되는 폐기물도 상당량에 이르는 실정이다.

폐주물사의 처리는 대부분이 매립에 의존하였으나, 매립지의 부족과 매립처리 비용의 상승 등으로 인하여 생산원가의 상승요인이 되었고, 환경적인 차원에서 볼때에 유용자원의 폐기라는 부정적인 측면도 있었다.

상기한 문제점을 고려하여 폐주물사를 신사화(新砂化),즉 생형사(Green sand)하는 방법이 시도된 바 있으나, 신사화에 따른 기술부족과 초기 투자비의 과다 및 주물공장에서의 재활용 주물사의 기피 현상을 이유로 인하여 보급이 매우 저조하였다. 또한, 재활용 골재를 이용하여 생산된 제품에 대한 소비자의 관심부족이나, 재활용방안에 대한 육성책의 미흡도 재활용 주물사의 보급에 지장을 주는 요인이 되기도 하였으므로, 이에 따라 경제적으로 폐주물사를 처리함과 아울러 적은 투자로 재활용할 수 있는 방법이 모색되고 있다.

폐주물사를 재활용함에 있어서 활발하고 다양하게 연구되는 분야는 콘크리트 재료와 토목·건축자재로 사용하는 방법이 주종을 이루고 있으며, 이러한 종류의 종래 기술의 일예로서 선출원 발명(공고번호 제94-5537호)이 개시되어 있다.

즉, 수집된 폐주물사를 500-700℃의 온도로 가열한 다음, 물비누류의 액상세재를 폐주물사 100중량부에 대하여 10중량부를 투입한 상태에서 상하 연마석의 간격이 10-20㎜인 연마기를 사용하여 연마시킨 후, 표면에 부착된 미분을 제거하여 폐주물사를 처리하는 방법과 이를 이용한 건축자재를 제공하게 된 것이다.

그러나 상기의 종래방법은 폐주물사의 불순물을 제거하기 위해 약 500∼700℃의 고온으로 가열함으로써 막대한 열에너지가 소요되었고, 연마석의 마찰에 의해 폐주물사의 피막을 제거하는 과정에서 많은 시간과 에너지가 낭비되어 경제적인 측면이나 생산능력 면에서 대단히 불리하였다.

또한 연마시 발생되는 고열을 억제하기 위해 액상세재를 투입하고 미분을 제거하기 위해 고압의 송풍기를 사용함으로써, 다단계의 중복된 공정으로 인하여 추가비용이 발생됨과 아울러 제2의 폐기물을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

특히, 연마시 제거되는 피막이 향후 제작될 시멘트 제품에 있어서 백화현상을 방지하는 작용을 하는데 많은 기여를 함에도 불구하고 이를 제거함에 따라 오히려 품질을 저하시키는 역효과를 초래하였다.

한편, 폐주물사의 재활용 방법에 대한 종래 기술의 다른예를 선출원 된 공개특허공보(공개번호 제95-24992호)를 참조하면, 폐주물사 금형을 일정 크기로 하여 이에 수분을 침투되게 적신후 이를 로울러로 분쇄하여 미립자 상태로 만들고, 이 미립자 상태로 분쇄된 주물사로부터 금속성 및 불순물을 제거하여 규산소다가 함유된 인조규사를 얻게되며, 이렇게 하여 얻어진 인조규사를 시멘트 기초재료와 혼합하여 각종의 고강도 시멘트제품을 제조하게된 기술도 공지되어 있다.

그러나 위와 같은 종래의 재생방법은 주물사를 적신 물이 침출되면서 수질 및 환경을 오염 시키게 되었고, 콘크리트 제품에는 가스공법에 의해서 발생된 주강사 보다는 생형법에 의해 생성된 폐주물사와 입자가 바람직한 것임에도 불구하고 색깔이 검다는 이유만으로 유해한 것으로 인식되었으며, 인조규사에 함유된 규산소다는 백화현상을 유발함은 물론 미장시 접착력을 저하시키는 등의 문제점이 발생하였다.

본 발명은 위와 같은 종래의 폐주물사 재활용 방법에 따른 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 그 목적은 폐주물사의 재생공정과 가공시간을 단축할 수 있는 폐주물사의 재생방법 및 그 재생골재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 폐주물사의 재생가공에 소요되는 비용을 절감하여 저렴한 가격으로 재생골재를 공급하고 재생골재의 활용범위를 확대할 수 있는 폐주물사의 재생방법 및 그 재생골재를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수집된 폐주물사와 석분 또는 세라믹을 요구하는 입도별로 채가름하는 선별공정과, 목재조각과 같은 이물질을 제거하는 분리공정과, 폐주물사를 요구되는 입도별로 분쇄하는 분쇄공정 및 폐주물사에 포함된 철분을 제거하는 탈철공정을 적어도 2회 이상 순차적으로 행하여 재생골재를 얻게 되었고, 이 재생골재에 적정량의 골재를 선택적으로 배합하여 세라믹 제품용 골재 및 콘크리트 2차 제품용 골재 및 기타 재활용 골재로 사용하게 됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 폐주물사의 재생방법 및 그 재생골재를 공정별로 설명하면 다음과 같다.

[제1공정]

야적장에 저장되어 있는 폐주물사를 호퍼에 투입하는 과정에서 그 입도가 대략 30㎜ 이상인 폐주물사 덩어리와, 고철 , 비철 및 각종 쓰레기를 구분되게 하여 30㎜ 이하의 폐주물사는 제1호퍼로 투입하고, 그 나머지는 제2호퍼로 투입한다.

[제2공정]

석산이나 석재 가공과정에서 발생하는 석분(dust)은 야적장에서 자연탈수 및 건조기를 통하여 함수율을 10%이하로 건조시킨 다음 석분 파쇄기를 통하여 분쇄한 후 제3호퍼에 투입하며, 이어서 벨트 컨베이어로 이송시키면서 탈철된 쇠붙이 성분은 고철야적장으로 모은다.

[제3공정]

상기 제1공정에 의해 제1호퍼에 투입된 30㎜ 이하의 폐주물사는 적어도 2단으로 설치된 2㎜ 이하를 선별할 수 있는 선별기를 통과시켜 2㎜ 이하의 골재를 영구자석으로된 탈철기를 통하여 탈철을 한다. 탈철된 2㎜ 이하의 골재는 별도의 공정을 통하여 1,050℃ ∼ 1,200℃ 범 위에서 소성되어 플로어 타일(floor tile)제품을 생산하게 된다.

[제4공정]

상기 제1공정에서 30㎜ 이상의 폐주물사와 야적되어 있는 슬러그, 슬러지와 같은 골재는 제 2호퍼를 통하여 투입이 되며, 폐타일, 광재류, 양변기, 폐 애자 및 폐도자기 등의 세라믹 폐기물은 야적장에서 제4호퍼를 통하여 벨트 컨베이어에 의해 자동 배합 조정되면서 약 0.8톤의 중량이 가해지는 마그네틱 탈철기에 의해서 탈철 과정을 거친후, 고철은 선별하여 고철 야적장으로 보내고, 덩어리와 파편은 죠크러셔(Jaw crusher)에 의해서 분쇄된다.

폐주물사는 12㎜ 이하의 선별기에 의해서 채가름 되고 선별기를 통과한 12㎜ 이하의 폐주물사는 세미 크러셔에 의해서 파쇄된 후 영구자석에 의해서 2차 탈절이 된다.

한편, 12㎜ 이하의 선별기를 통과하지 못한 폐주물사와 30㎜의 선별기를 통과하지 못한 제2호퍼에 투입된 폐주물사는 함마 크러셔에서 분쇄된 다음 12㎜ 이하 선별기를 재차 통과하여 선별작업을 반복하여 실시한 후 비철분리대를 통과하고, 30㎜ 이상의 폐주물사나 폐도자기 는 제2호퍼로 다시 들어가 반복 공정을 거치면서 처리가 된다.

[제5공정]

상기 제4공정에서 12㎜ 이하의 선별기를 통과한 폐주물사는 6㎜와 12㎜로 선별되고 선별된 두 종류의 재생골재는 벨트 컨베이어를 이용, 배합 조정되어 6㎜ 및 12㎜ 골재 호퍼에 저장되어 있다가 차량을 이용하여 반출되거나 생산라인을 통하여 콘크리트 제품 공정을 거쳐 제품을 생산하게 된다. 12㎜ 이상의 골재는 야적장에 보관하였다가 도로 기층재나 성토재로 사용하게 된다.

상기 제1공정 내지 제5공정에서 폐주물사의 입자를 순차적으로 선별하게 되는 과정을 설명하였으나 선별에 따른 순위를 한정하지 않음은 물론 자유로이 할 수 있으며, 파쇄와 선별 횟수를 거듭할 수록 다양하고 미세한 크기의 폐주물사로 가공할 수 있게 된다.

특히, 상기 공정을 통하여 얻어진 재생골재 중 그 입자가 2㎜ 이하인 폐주물사에 점토를 적정 비율로 배합할 경우 세라믹 제품용 골재로서 사용이 가능해지고, 이 세라믹 골재를 이용하여 1050℃∼1200℃ 온도로 세라믹 계통의 플로어 타일(FLOOR TILE)을 생산한다.

한편, 다수의 파쇄공정시 발생되는 먼지를 제거하기 위해 통상적인 집진 방법을 통하여 포집된 분진 중 폐사물사 분진 및 석산의 케이크, 유리공장에서 발생하는 유리가루(폐주물사 분진과 유사)성분으로부터 실리카 흄을 얻을 수 있게 된다. 상기와 같은 공정을 통하여 얻어진 골재를 이용한 본 발명의 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

인천의 경인주물공단이나 인천제철 등 주물공장에서 발생하는 폐주물사와 여주, 이천지역에서 발생하는 폐도자기류 및 경기 화성의 남양석산에서 발생하는 폐석분을 위에서 설명한 공정을 거쳐 재생 처리된 골재를 얻게 되고 이를 이용하여 2㎜ 이상 12㎜ 이하의 입도별로 분리하였다.

이 재생골재(폐주물사, 폐타일, 폐석분, 슬러그 등) 1,112g과 석분 738g, 후라이 애쉬(Fly Ash) 27g, 시멘트 180g. W/C 0.35비율에 의해 물을 붓고 혼합-성형-증기양생 과정을 거쳐 시멘트 재생벽돌을 생산한 결과, KSF 4004의 기준에서 요구되는 압축강도인 80kgf/㎠에 비해 압축강도가 145kgf/㎠로 되어 약 81.2%가 향상되었으며, 흡수율도 기준이 20이하 이어야 하는데, 12로서 현저하게 낮아지게 되어 일반 시멘트벽돌 제품의 흡수율이 14∼16 정도인 것에 비하여 보다 우수한 시험 결과를 확인할 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1에서와 동일하게 재생골재 933g, 석분 933g, 시멘트220g, W/C 0.4∼0.45 비율의 물 시멘트 비에 후라이 애쉬(fly-ash)를 넣지 않은 상태에서 혼합-성형-증기 양생과 자연양생 의 과정을 거쳐 시멘트 재생블럭을 생산한 결과, KS규격에 의한 품질 기준을 보면 KS F 4002의 기준은 C종 블럭인 경우 압축강도 80kgf/㎠이상 흡수율 20이하 인데 비하여, 본 발명품은 압축강도 127㎏f/㎠로서 약 58.7%정도 압축강도가 향상되었고, 흡수율이 18로서 기준치에 만족하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서와 동일하게 재생된 골재 900g, 석분 900g, 시멘트 350g, W/C 0.35 비율의 물시멘트 비로 혼합-성형-증기양생과 자연양생의 과정을 거쳐 시멘트 재생 보도·차도용 블럭을 생산한 결과 휨강도가 65kg/㎠(압축강도는 400kg/㎠)이고 흡수율이 7.0으로서, KS F 4019의 품질기준에서 보도용의 휨강도가 50㎏/㎠ 이상이고 차도용의 휨강도가 60kg 이상인 것에 비하여 모두 만족하였으며 개개의 흡수율은 10%이내 이되 시료수의 평균 흡수율은 7%이내이어야 하는등 기준치에 모두 만족하였다.

[실시예 4]

상기 공정에서 폐주물사와 폐석분을 재처리 하는 과정에서 2mm이하의 폐주물사 1,500g(50%), 폐석분(dust) 900g(30%), 점토 600g(20%)을 혼합-성형-건조시킨 후 이를 1,150℃에서 소성하여 폐주물사를 이용한 인조 세라믹 후로어 타일을 생산한 결과, 흡수율이 1.0±1%, 기공율이 2.2%, 부대비중이 2.29±2g/cc, 곡 강도가 330± 10㎏/㎠로서 일반점토 10%를 함유한 소재들의 곡강도 보다 약 30%정도 강도가 증가한 매우 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

이와 같은 본 발명은 폐주물사의 가공 시간과 공정을 단축하고 간편하게 하여 재생처리량을 향상시킴에 따라 재생비용을 절감할 수 있는 경제적인 효과가 있다.

또한 폐주물사의 재활용으로 인하여 산업폐기물의 발생을 감소시키게 되어 환경오염을 방지함은 물론 자원의 재생산이라는 차원에서 볼때, 신사의 사용을 줄이게 됨으로써, 자원의 고갈을 방지할 수 있는 장점이 있다. 아울러 가공된 재생골재의 활용범위를 확장하여 다양한 용도의 골재로 사용 함에 따라 폐자원의 재생효율을 제고시킬 수 있는 것이다.

Claims

폐주물사를 주원료로 석분과 세라믹 폐기물을 수집·보관한 후 각각의 호퍼에 투입하여 계량한후 배합설계량에 따라 벨트 컨베어에 의해 이송 가능하게 준비하는 전처리 단계와; 마그네틱 전자석 또는 영구자석을 이용하여 적어도 2회 내지 6회의 탈철을 실시하여 재생골재에 불필요한 산화철 성분을 제거하는 탈철 단계와; 폐주물사 덩어리와 소형 입자 및 세라믹 폐기물을 죠크러셔와 함마크러셔, 기어크러셔 및 세미크러셔를 이용하여 분쇄한 후 입도를 조정하는 분쇄 단계와; 회전 선별기를 이용하여 2㎜ 이하 골재와 2∼12㎜ 이하 골재 및 12㎜ 이상 골재로 구분하여 골재의 크기에 따라 콘크리트 골재와 세라믹 골재로 사용할 수 있는 다양한 크기의 골재로 선별하는 선별단계를 포함한 것을 특징으로 하는 폐주물사의 재생방법.
제1항에 있어서, 상기 공정에 의해 얻어진 2㎜ 이하의 세라믹 골재에 석분과 점토를 적정 비율로 혼합하여 약 1050℃∼1200℃에서 소성하여 세라믹 플로어 타일을 제작하게 됨을 특징으로 하는 폐주물사의 재생방법.
폐주물사를 수집·보관한후 호퍼에 투입하여 벨트 컨베어에 의해 이송 가능하게 전처리준비를 하고, 마그네틱 전자석 또는 영구자석을 이용하여 적어도 2회 내지 4회의 탈철공정을 실시하여 재생골재에 불필요한 산화철 성분을 제거함과 아울러 비철금속 및 쓰레기를 분리하며, 폐주물사 덩어리와 석분 및 세라믹 폐기물을 죠크러셔와 함마크러셔, 기어크러셔 및 세 미크러셔를 선택적으로 통과시켜 재활용하고자 하는 크기로 분쇄하였고, 선별기를 이용하여 2㎜ 이하의 골재와 2∼12㎜ 골재 및 12㎜ 이상의 골재로 구분하게 다양한 크기로 골재를 선별하여 배합됨을 특징으로 한 재생골재.
제3항에 있어서, 상기 처리된 골재중 6㎜ 내지 12㎜의 재생골재를 석분이나 석재 슬러그와 혼합하여 벽돌과 블럭형태의 콘크리트 제품을 생산하게 됨을 특징으로 하는 재생골재.