KR100231738B1

KR100231738B1 - 투르말린과 주물 모래형틀로부터 생성되는 미분사를 이용한 세라믹 정화제 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100231738B1
Application number: KR1019970051529A
Authority: KR
Inventors: 최식영
Original assignee: 이길홍; 최식영
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-12-01
Also published as: KR19990031003A

Abstract

본 발명은 전기를 발생시키는 투르말린과 주물 모래형틀로부터 형성되는 미분사를 혼합하여 제조함으로서 얻어지는 다공질 세라믹에 관한 것으로, 투르말린의 흡착작용, 분해작용 및 미분사의 기공성을 이용하여 정화가 어려운 산업폐수, 녹조 및 적조, 하수를 쉽게 정화할 수 있다.

본 발명에 따른 다공성 소결체의 세라믹 제조방법은 입자 크기가 1.8 내지 50.0㎛인 투르말린과 200mesh 이하의 미분사를 5:95 내지 3:7의 중량 비율로 균일하게 혼합하는 단계와, 혼합물에 20% 중량 비율의 물을 첨가한 후 입경이 0.3 내지 0.7cm가 되도록 혼합물을 성형하는 단계와, 성형물을 300 내지 400℃의 온도에서 1시간 정도 건조시킨 후, 500 내지 1150℃로 소결하는 단계로 이루어지며, 성형물에는 10 내지 30%의 중량 비율로 산화아연(ZnO) 분말, 산화구리(CuO), 산화타이타니움(TiO₂), 산화은(AgO), 제올라이트(백토), 벤토나이트 중 어느 하나가 첨가되는 것도 바람직하다.

Description

투르말린과 주물 모래형틀로부터 생성되는 미분사를 이용한 세라믹 정화제 및 그 제조방법

본 발명은 투르말린과 폐주물사를 이용한 세라믹 정화제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

제철소 등 주물공정에서 발생되는 폐주물사의 집진분진은 그 일부를 소결하여 식물 성장 토양재로 재활용하고 있으나, 그 대부분은 재활용이 불가능한 미세한 입자 상태(이하 “미분사”라 칭함.)이기 때문에 그 대부분을 매립 등의 방법으로 폐기하고 있다. 그러나, 산업 폐주물인 미분사를 매립하는 과정에서 과도한 매립 비용이 발생될 뿐 아니라 매립장소에도 한계가 있으며, 또한 매립으로 인하여 주변환경에 많은 영향을 미치게 된다.

상술한 미분사는 규소(SiO₂)와 알칼리 토금속 산화물로 구성되어 양질의 토양 치료제로 이용될 수 있으나, 이 미분사만을 소결한 만으로는 염색폐수, 녹조 및 적조, 하수를 치유할 수 없는 문제점이 있다.

투르말린(tourmaline)은 19세기 이후 보석으로 인식되어 왔으나, 최근 들어 지속적으로 전기를 발생시키는 투르말린의 물리적 성질을 이용하여 환경 친화제로서 연구, 이용되고 있다.

본 발명은 폐기 처분되는 미분사와 투르말린은 혼합한 다공질 소결체의 세라믹인 환경 정화제 및 그 제조방법을 제공하는 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 산업용수 및 산업폐수 정화제, 녹조 및 적조 치료제, 하수정화제, 중금속 고정 및 흡착제, 자동차 매연 정화제, 토양 개량제, 수질 및 공기 정화제, 식물성장토양, 광촉매에 의한 유해화학물질 및 유기물질 분해제, 탈취제, 폐유정화제, 살균제, 마일드 효과제, 향균효과에 의한 신선도 유지제, 피부치료제 및 신진대사 촉진제로 사용될 수 있는 무균성 다공성 소결체의 세라믹을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 다공성 소결체의 세라믹 제조방법은 입자 크기가 1.8 내지 50.0㎛인 투르말린과 200mesh 이하의 미분사를 5:95 내지 3:7의 중량 비율로 균일하게 혼합하는 단계와, 혼합물에 20% 중량 비율의 물을 첨가한 후 입경이 0.3 내지 0.7cm가 되도록 혼합물을 성형하는 단계와, 성형물을 300 내지 400℃의 온도에서 1시간 정도 건조시킨 후, 500 내지 1150℃로 소결하는 단계로 이루어지며, 성형물은 10% 중량 비율의 산화아연(ZnO) 분말, 산화구리(CuO), 산화타이타니움(TiO₂), 산화은(AgO), 제올라이트(백토), 벤토나이트 중 어느 하나가 첨가되는 것도 바람직하다.

또한 본 발명에 다른 세라믹 정화제는 투르말린과 미분사가 5:95 내지 3:7의 중량 비율로 혼합된 혼합물에 20% 중량 비율의 물을 첨가하여 얻어지는 성형물을 건조, 소결시킴으로서 얻어진다. 이때, 형성물의 건조는 300 내지 400℃의 온도에서, 소결은 500 내지 1150℃의 온도에서 각각 진행되며, 성형물에 10 내지 30% 중량 비율의 산화아연(ZnO) 분말, 산화구리(CuO), 산화타이타니움(TiO₂), 산화은(AgO), 제올라이트(백토), 벤토나이트 중 어느 하나가 첨가하는 것도 바람직하다.

본 발명에 따른 다공질 소결체를 제조하기 위하여 이용되는 투르말린의 분자 구조식은 다음과 같으며, 비중은 약 3.1, 모스 경도는 약 7.3이다.

(여기서, X는 Mg, Fe, Li 등).

투르말린은 물을 전기분해하여 H₃O₂ ^-(하이드록실 이온)을 발생시킴으로서 물을 활성화시킨다.

또한, 본 발명에 이용되는 미분사는 주물 모래형틀의 개방시에 다량으로 얻어지는 200mesh 이하의 미세한 분말의 모래로서, 주몰사로서의 기능을 수행할 수 없으며, 그 구성성분 및 구성비율은 하기 표 1과 같다.

이하, 본 발명의 실시예들을 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

본 발명의 제1실시예에 따른 다공질 소결체의 세라믹을 제조하는 공정은 다음과 같다.

입자 크기가 1.8 내지 50.0㎛인 투르말린과 200mesh 이하의 미분사를 5:95 내지 3:7의 중량 비율로 균일하게 혼합한 후, 이 혼합물에 20% 중량 비율의 물을 첨가하고, 이 상태에서 입경이 0.3 내지 0.7cm가 되도록 이 혼합물을 성형한다.

이 성형물을 300 내지 400℃의 온도에서 1시간 정도 건조시킨 후, 전기로에서 500 내지 1150℃로 소결하여 다결정 세라믹으로 제조한다.

소결과정에서, 미분사 구성성분중 SiO₂이외의 광물성분 일부가 용융됨과 아울러 기타 성분은 일부가 연소된다. 이때 얻어지는 소결체는 기공율이 20 내지 45%, 압축강도가 4 내지 8Kg(소결온도가 500℃인 경우) 또는 20Kg 이상(소결운동가 800 내지1150℃인 경우)이상의 다공성이며, 따라서 강도가 높은 기공성이 우수한 다공성 소결체의 세라믹을 얻을 수 있다.

여기서, 소결체의 기공율이 20% 이하인 경우에는 별도의 충진제를 첨가함으로서 20 내지 45%의 기공율을 갖는 소결체를 제조할 수 있다.

본 실시예를 통하여 얻어지는 다공질 소결체의 세라믹을 수조, 목늪, 호수 하천 등지에 투입할 경우 수질을 개선할 수가 있으며, 물을 흐르게 하거나 순환시켜 줌으로서 수질정화에 더욱 효과적이다. 수질정화제로서의 사용량은 정화하고자 하는 물의 수질에 따라 달라지며, 사용량이 많을수록 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소요구량, 부유물량, 색도, 탁도 등을 개선할 수 있으며, pH를 약 알칼리로 조정할 수 있다.

또한, 다공질 소결체의 세라믹으로부터 얻어지는 토양 개량제 또는 식물 성장용 토양은 높은 강도, 우수한 기공성, 흡습성 그리고 광물질 분이 요구되는 잔디의 육성용, 가정의 화원용, 화분용 이외에 일반 농지의 토양에 배합하여 토양대신으로 사용할 수 있다.

[실시예 2]

본 발명의 제2실시예에 따른 다공질 소결체의 세라믹을 제조하는 공정은 다음과 같다.

먼저, 입자 크기가 1.8 내지 50.0㎛인 투르말린과 200mesh 이하의 미분사를 5:95 내지 3:7의 중량 비율로 균일하게 혼합한 후, 이 혼합물에 20%중량 비율의 물을 첨가하고, 이 상태에서 입경이 0.3 내지 0.7cm가 되도록 이 혼합물을 성형한다.

이 성형물을 10 내지 30% 중량 비율의 산화아연(ZnO) 분말, 산화구리(CuO), 산화타이타니움(TiO₂), 산화은(AgO), 제올라이트(백토), 벤토나이트 중 어느 하나를 첨가시킨 후 300 내지 400℃의 온도에서 1시간 정도 건조시키며, 이후 전기로에서 500 내지 1150℃로 소결하여 다공질 소결체 세라믹을 제조한다.

산화아연 분말을 흡착시켜 얻어지는 다공질 소결체 세라믹은 유해 유기물질과 중금속 이온 흡착 및 분해제, 공기 정화제, 탈취제, 촉매제이 기능을 수행하여 정화능력을 향상시킬 수 있다.

제올라이트를 흡착시켜 얻어지는 다공질 소결체 세라믹을 초경량 다공질 소결체로서, 물에 뜰 정도로 비중이 낮아진다. 따라서 이 세라믹을 원유로 오염된 바다에 살포하여 원유를 분해한 후 해저에 퇴적시킴으로서 페유 정화제로서 이용할 수 있다.

이상이 실시예들에 의하여 제조된 다공질 세라믹들과 미분사만을 소결시켜 제조한 다공질 세라믹의 구성성분 및 물리적 성질을 비교하면 하기 표 2 및 표 3과 같다.

하기 표 2 및 3에서, “D 세라믹”은 미분사만을 소결시켜 제조한 다공질 세라믹을, “DT 세라믹”은 제1실시예의 방법으로 제조한 다공질 세라믹을, “DTZ 세라믹”은 제2실시예의 방법으로 제조한 다공질 세라믹을 각각 칭한다.

이상과 같은 각 다공질 세라믹을 이용하여 하수와 녹조가 함유된 하천물을 각각 정화한 결과는 다음과 같다.

상기 표 4는 하수구에서 채취한 하수 45 리터에 각 세라믹 2Kg을 각각 넣어 10일 동안 정화시킨 결과를 나타낸 표로서, 상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 다공질 세라믹을 이용하여 하수를 10일 동안 정화시켰을 경우 미분사만으로 제조된 세라믹을 이용하였을 때 보다 그 정화결과가 우수하게 나타났으며, 특히 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소요구량이 현저하게 개선되어 거의 상수원 기준의 정화결과를 얻을 수 있다.

상기 표 5는 경상북도 영천댐에서 녹조로 완전히 변한 녹조물 45리터에 각 다공질 세라믹 20Kg을 넣고 상온(常溫)에서 11일 동안 정화시킨 결과를 나타낸다. 표 5에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 다공질 세라믹을 이용하여 녹조물을 정화시킬 경우 미분사만으로 제조된 세라믹을 이용하였을 때 보다 그 정화결과가 우수하게 나타났으며, 특히 생물학적 산소 요구량 및 화학적 산소요구량이 현저하게 개선되었음을 알 수 있다.

전기를 발생시키는 투르말린과 유기물질이 함유된 미분사를 혼합하여 제조함으로서 얻어지는 다공질 세라믹은 투르말린의 흡착작용, 분해작용 및 미분사의 기공성이 우수하기 때문에 정화가 어려운 산업폐수, 녹조 및 적조, 하수를 쉽게 정화할 수 있다. 또한, 융점이 낮은 광물 성분과 가연성의 유기물, 기타 성분을 함유하는 미분원료로 인하여 토양 개량제, 수질 정화제, 식물 성장용 토양, 유해 유기 화합물의 분해, 공기 정화제 및 폐유 정화제로서 이용할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 다공질 세라믹은 환경 친하제로 사용한 후 폐기물화 되지 않고 재활용함으로서 환경보전 및 개선에 효과적일 뿐만 아니라 경제적으로도 큰 이점을 얻을 수 있다.

Claims

입자 크기가 1.8 내지 50.0㎛인 투르말린과 200mesh 이하의 미분사를 5:95 내지 3:7의 중량 비율로 균일하게 혼합하는 단계와, 상기 혼합물에 20% 중량 비율의 물을 첨가한 후 입경이 0.3 내지 0.7cm가 되도록 혼합물을 성형하는 단계와, 상기 성형물을 300 내지 400℃의 온도에서 1시간 정도 건조시킨 후, 750 내지 1150℃로 소결하는 단계로 이루어진 세라믹 정화제 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 성형물은 10 내지 30% 중량 비율의 산화아연(ZnO) 분말, 산화구리(CuO), 산화타이타니움(TiO₂), 산화은(AgO), 제올라이트(백토), 벤토나이트 중 어느 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 세라믹 정화제 제조방법.
투르말린과 미분사가 5:95 내지 3:7의 중량 비율로 혼합된 혼합물에 20%중량 비율의 물을 첨가하여 얻어지는 성형물을 300 내지 450℃의 온도에서 건조한 후, 750 내지 1,150℃의 온도에서 소결시킴으로서 얻어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 정화제.
제3항에 있어서, 상기 성형물은 10 내지 30%중량 비율의 산화아연(ZnO) 분말, 산화구리(CuO), 산화타이타니움(TiO₂), 산화은(AgO), 제올라이트(백토), 벤토나이트 중 어느 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 세라믹 정화제.