KR100240943B1 - 적니를 이용한 다공성 경량건축자재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수산알루미늄 제조공정에서 부산물로 발생되는 적니(Red mud)를 경량 건축자재로 재활용하기 위하여 적니에 제지슬러지를 혼합하거나 또는 강도보강 및 비중저하제로서 폐유리, 폐진주암, 폐규조토, 패각(탄산칼슘계 폐기물), 정수 및 하수 슬러지, 석탄회분을 단독 또는 복합적으로 적정 비율로 혼합한 혼합체를 900℃∼1200℃의 온도범위와 10분이내의 소성시간 조건에서 금속 소성 발포시키는 방법을 이용하여 비중 0.6에서 2.5사이의 다양한 비중범위를 갖는 적니의 다공체를 제조하는 것이며 이와같이 제조된 적니 다공체를 경량 건축자재로서 경량골재, 방음판넬, 단열 또는 보온판넬 등에 이용되는 것을 특징으로 한다.

Description

적니를 이용한 다공성 경량건축자재의 제조방법

본 발명은 보오크사이트로부터 수산알루미늄을 회수하는 공정에서 폐기물로 발생하는 적니(Red mud)를 이용하여 화학적으로 안정하며 다양한 비중을 갖는 다공성 경량건축자재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

적니는 알루미늄 제련에 있어서, 바이어른(Bayer)법에 의해서 보오크사이트로부터 알루미나를 채취한 잔사로서, 철의 산화물을 다량으로 함유한 찌꺼기를 말한다. 이것은 적색의 미분상 진흙으로 다량의 가성소다를 함유하고있어 주변에 색도오염 및 알카리 오염을 유발시키는 물질로서 국내에서는주식회사한국종합화학공업에서 하루 600톤씩 발생하고 있으며 현재 지정폐기물로 분류되어 관리되고 있다.

따라서 이에 때한 적절한 처분방법 및 재활용 방안에 대한 기술개발은 적니로 인한 환경오염방지는 물론 수산알루미늄 생산공정의 원활한 가동을 위해서 선결되어야할 현안 문제로서 국내는 물론 국제적으로도 초미의 관심사가 되고 있다.

종래의 적니에 대한 재활용 기술은 적벽돌 생산과정에서 그 일부를 소모하는 방법이 현재 거의 유일하게 유용한 기술로서 개발되어있다. 그러나 이 기술은 생산품의 질적 향상을 위한 보조제로서 적니를 이용한다기 보다는 오히려 질적 저하를 감수하면서 단지 적니의 일부를 소모시키기 위해 개발된 방법일뿐만 아니라 적니를 미리 중화하여 이용해야하는 등 생산품의 품질 및 생산단가면에서 다양한 문제점을 안고 있다. 또한 건축문화의 변화로 인해 적별돌의 수요가 급감됨에 따라 문제점 역시 상기 기술의 한계로 작용하고 있어 적니의 재활용 기술의 다변화를 요구하는 또다른 요인으로 작용하고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선행기술의 한계성 및 문제점을 해소하고 적니의 재활용 기술의 다변화를 꾀하여 적니를 부가가치성의 재료로서 재활용하기 위한 방편으로 적니에 적정 비율의 제지 슬러지를 혼합하거나, 또는 상기 혼합체에 강도보강 및 비중저하제로서 폐유리,폐진주암,폐규조토,패각(탄산칼슘계 폐기물),정수 및 하수 슬러지, 석탄회분 등을 단독 또는 복합적으로 적정량 첨가하여 성형한후 소성시켜 화학적으로 안정한 상변화와 동시에 발포를 유발시킴으로써 다양한 비중의 경량골재를 제조하는 적니의 재활용 기술을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 배합조성을 갖는 적니 혼합체를 판상 또는 사면체상으로 성형, 소성시켜 제조된 다공성 발포체를 방음제 및 단열제로서 응용하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 적니에 발포보조 및 촉진제로서 제지 슬러지를 40∼80% : 20∼50%의 다양한 중량비율로 혼합하거나 또는 이 혼합체에 폐유리(분상체), 폐진주암, 폐규조토, 패각(貝殼분상체), 정수 및 하수 슬러지, 석탄회분 등을 포함하는 강도보강 및 비중, 소성온도저하용 보조제를 5∼20 중량%를 첨가하여 적정 크기 및 형태로 성형, 건조한 후 900∼1200℃에서 5∼10분간 소성하여 범위 0.6∼2.5의 다양한 비중을 갖는 적니의 다공질체를 제조하였다.

첫번째는 상기의 혼합체를 구형으로 압출 성형하여 건조시킨후 상기 온도조건에서 소성, 발포시킴으로서 구형의 적니 경량골재를 제조하였으며,

두번째는 상기의 혼합체를 판상으로 성형하고 건조시킨후 적정의 가압조건과 제한된 공간내에서 상기 온도조건으로 소성, 발포시켜 다양한 기공율을 갖는 다공질의 적니 판상체를 제조하였다.

도 1은 본 발명의 적니 다공성 경량건축자재 제조 공정도.

도 2는 본 발명에 있어서, 배합비 및 소성조건에 따른 제품의 비중 변화도.

본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1는 본 발명의 다공성 경량 적니 건축자재 제조 공정도로써, 제조공정의 첫째 요소인 혼합재료는 적니와 제지슬러지를 주재료로 하고 여기에 폐유리, 폐진주암, 폐규조토, 패각, 정수 및 하수 슬러지, 석탄회분 등의 폐기물을 부수적 또는 선택적 보조제로 하며 각 재료의 혼합비는 적니가 건조중량으로 40∼80%, 제지슬러지가 수분함량 80중량%인 상태로 중량비 20∼50%, 기타 보조제가 건조중량으로 5∼20%이다. 이 혼합비 범위내에서 각 재료를 적정하게 취하여 토련기 또는 믹서기로 혼합한 다음, 압출 사출기나 가압 성형기로 구형체 또는 판상체로 성형하여 이를 건조기로 건조하였다. 건조된 혼합체는 900∼1150℃ 범위의 투입구 온도와 분당 10∼20℃로 1080∼1200℃까지 온도가 상승되고 최종온도에서 1∼10분간 유지될 수 있는 온도구간 및 이동속도를 갖는 콘베어밸트 운반형 고정 소성로(또는 이에 상응하는 회전 소성로)에 투입하여 소성 발포시킨 다음 방출시켜 공기중에서 냉각시키는 방식으로 다공질 경량골재 및 방음 또는 단열의 효과를 갖는 다공질 경량 판상체를 제조하였다. 최종 생산품의 비중은 각 재료의 혼합조건 및 소성온도조건에 따라 좌우되었으며 양자의 조합조건에 따라 0.6에서 2.5까지 다양하였다(제 2 도 참조).

제 2 도는 상기 혼합조건중 적니, 제지슬러지, 폐진주암으로 구성되는 3성분계 혼합체들의 투입온도에 따른 최종 생산품의 비중변화를 나타낸 그림으로 모든 제품의 최종 소성온도는 1080℃이며 투입온도에서 최종온도까지의 온도상승률을 10℃/분, 최종온도에서 유지시간을 5분으로 고정하여 실시한 결과를 나타내고 있다. 온도상승률 역시 최종 생산품의 비중을 좌우하는 요소로 상승률을 증가시킴에 따라 최종 생산품의 비중은 점차 낮아지는 경향을 보여 온도상승률의 제어만으로도 최종생산품의 비중을 대략 ±0.5 범위까지 조절할 수 있었다.

상기와 같이 다양한 조건중에서 혼합조건, 소성조건 및 제조방법의 특성을 3가지로 대별하여 이를 본 발명의 대표적인 실시예로 들어 설명하면 다음과 같다.

실시예 1)

적니와 제지슬러지(함수율 80%)를 중량퍼센트로 50∼80% : 20∼50%로 혼합하여 직경 1cm 내외의 구형으로 성형한 후, 100±20℃에서 충분히 건조시킨 다음 초기온도 1100∼1150℃에서 투입하고 10∼20℃/분의 온도상승률로 1150∼1200℃까지 온도를 상승시킨 다음 최종온도에서 1∼5분간 유지시킨 후 배출, 공기중에서 냉각시키는 소성방법을 이용하여 비중 1.0∼2.5의 다공질 경량골재를 제조하였다.

실시예 2)

주재료인 적니에 제지슬러지(함수율 80%)와 기타 보조제(폐유리, 폐진주암, 폐규조토, 패각, 정수 및 하수 슬러지, 석탄회분 등)를 중량페센트로 40∼70% : 20∼50% : 5∼20%로 혼합하여 직경 1cm 내외의 구형으로 성형한 후, 100±20℃에서 충분히 건조시킨 다음 초기온도 900∼1120℃에서 투입하고 10∼20℃/분의 온도상승률로 1080∼1150℃까지 온도를 상승시킨 다음 최종온도에서 1∼5분간 유지시킨 후 배출, 공기중에서 냉각시키는 소성방법을 이용하여 비중 0.6∼2.0의 다공성 경량골재를 제조하였다.

실시예 3)

상기 실시예들과 같이 제조된 혼합체를 두께 1cm 내외의 판상으로 성형한 후 건조하여 동 크기의 형틀에 넣고 상부에서 적정 압력을 가하면서 상기 실시예들과 같은 소성조건에서 한정 발포시킴으로서 판상의 적니 다공체를 제조하였다. 이 과정에서는 재료의 혼합조건과 소성온도조건뿐만 아니라 상부에서의 가압조건에 의해서도 최종 생산품의 비중을 조절할 수 있었으며 적니의 판상체 상하면에 1% CMC용액과 석탄회를 이용하여 제조된 두께 1∼2mm의 필름상을 부착하거나 적니의 판상체와 석탄회의 필름상을 층상구조로 성형시키는 방식으로 적니의 다공층과 석탄회의 치밀층을 동시에 갖는 판상체를 제조할 수 있어 생산품의 강도 및 기공율을 제어할 수 있었다.

이와 같이 제조되어진 본 발명의 적니 다공체는 경량 건축자재로서 폭넓게 이용될 수 있어 지정 폐기물인 적니의 재활용을 다변화, 다량화, 부가가치화하는데 유용할 뿐만 아니라 제지슬러지 또는 제지슬러지에 폐유리, 폐진주암, 폐규조토, 패각, 정수 및 하수 슬러지, 석탄회분 등을 보조제로 첨가한 제지슬러지-폐기물 복합체를 이용한 본 발명의 발포기술은 적니와 유사한 물성의 타 폐기물은 물론 석탄회분, 제지회분, 하수 또는 정수 슬러지 등의 고형 폐기물의 경량 골재화 또는 안정화 기술로서도 응용되어질 수 있을 것으로 기대되는 등 그 응용범위가 광범위한 것이다.

본 발명의 특징은 적니의 다공질 경량 건축자재의 제조과정에서 모든 보조제를 폐기물로 한정하고 있어 제조원가중 재료비를 극소화했으며 제조공정에서 요구되는 소성시간을 10분 이내로 단축시킴으로서 소요 에너지를 획기적으로 절감했다는 점이다. 특히 본 발명의 제조과정에서 주된 종속재료로 이용하고있는 제지 슬러지는 그 자체가 65%이상의 유기물로 이루어져 있는 가연성 물질이기 때문에 소성후 비중감소 유발과 더불어 소성시 열전달의 차이로 유발되는 내외부간의 온도차이를 상쇄시키는 효과를 가져올뿐만 아니라 오히려 내부의 온도를 상승시켜 동일 온도조건에서 내부를 먼저 용융시킴과 동시에 다량의 가스를 발생시켜 용융에 따른 수축현상을 방지하고 팽창을 촉진시켜 발포를 조장하는 역할을 한다. 이로인해 전체 발포유발온도를 낮추어주는 효과를 가져와 연료비를 절감시키는데 기여할뿐만 아니라 제지 슬러지의 처리에 필요한 비용이 본 발명의 제조비를 상쇄시킴에 따라 제조원가를 획기적으로 절감시키는 효과를 가져오게 한다.

Claims (5)

1. 건조 중량으로 40∼80％의 적니에 제지슬러지를 수분함유 80중량％인 상태로 중량비 20∼50％로 혼합된 혼합물을 성형하여 건조시킨후 건조된 혼합체를 900∼1150℃의 투입온도에서 최종온도인 1080∼1200℃까지 분당10∼20℃로 승온시키고 최종온도에서 1∼5분간 유지시켜 소성 발포 시켜서 된 것을 특징으로 하는 적니를 이용한 다공성 경량건축자재의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물에 보조재로 폐유리, 폐진주암, 폐규조토, 패각, 정수 및 하수 슬러지, 석탄회분을 건조중량으로 5∼20％범위내에서 선택적으로 혼합하여서 된 것을 특징으로 하는 적니를 이용한 다공성 경량건축자재의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 혼합물을 구형체로 성형하는 것을 특징으로 하는 적니를 이용한 다공성 경량건축자재의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 혼합물을 판상으로 성형하여서 된 것을 특징으로 하는 적니를 이용한 다공성 경량건축자재의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 판상의 혼합체에 필림상의 석탄회 치밀체를 층상구조로 성형 시키는 것을 특징으로 하는 다공성 경량건축자재의 제조방법.