KR100304059B1 - 소각회혹은슬러지를이용한인공경량골재제조장치및제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

소각회 및/또는 슬러지를 이용한 인공경량골재 제조장치 및 제조방법.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

고온의 소성과정 없이 저온에서 양생시켜 인공골재를 제조함으로써, 제조비 절감 및 인공골재의 성능을 향상시키고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

원료를 저장하는 다수개의 저장수단; 상기 저장수단에 저장된 원료를 정량 투입하는 원료 투입수단; 상기 원료 투입수단에 의해 투입된 원료를 혼련하는 혼합수단; 상기 혼합수단에 의해 혼합된 초기 재료를 소정의 크기로 절단하여 골재의 핵을 생성하는 골재 핵 생성수단; 및 상기 골재 핵 생성수단에 의해 생성된 골재 핵에 분말 형태의 원료를 뿌리면서 회전력을 가하여 구상화하는 골재 성형수단을 구비한다.

4. 발명의 중요한 용도

인공경량골재의 제조에 이용됨.

Description

소각회 혹은 슬러지를 이용한 인공경량골재 제조장치 및 제조방법

본 발명은 소각회 혹은 슬러지를 이용한 인공경량골재의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 원심력을 이용해 소각회 혹은 슬러지가 구상화 되도록 함으로써, 고온에서의 소성 과정없이 상온에서 인공경량골재를 제조하기 위한 장치 및 제조방법에 관한 것이다.

국내에서 플라이 애쉬, 제지 슬러지 소각회, 소각장 소각회 등 소각 잔재물의 배출량은 년간 400만톤 이상으로 추정되고 있으며, 이 양의 일부분(약 30%정도)만이 재활용되고, 나머지는 매립(약 70%정도)되고 있는 실정이다.

또한, 재활용되는 약 30%정도의 소각회도 단순 활용되는 경우가 대부분이며, 부가가치가 높은 상품으로 재활용하는 방법은 아직까지 제시되지 못하고 있다.

아울러, 매립되는 약 70%의 각 종 소각회는 매립지의 부족과 소각회로부터 용출되는 유해물질로 인한 지하수 오염 등 여러가지 문제를 야기시키고 있는 실정이다. 한편, 대도시 주변의 소각로로부터 배출되는 소각회는 중금속 함유량이 매우 높아 매립지의 반입이 거부되는 등 사회적인 문제가 되기도 한다.

소각회를 합리적으로 처리하는데 있어, 많은 양을 동시에 처리해야 하고(효율적인 처리방식), 재활용시 단가가 저렴해야 하며(경제성), 동시에 중금속의 용출문제를 해결해야 하는(환경문제) 3가지의 어려움이 따르고 있다.

이러한 소각회를 활용하는 종래의 방안으로 콘크리트 ·시멘트의 혼합재나, 2차제품(벽돌, 인터록킹 블록 등)의 생산에 소각회를 그대로 사용하는 단순 혼합방법이 주를 이루고 있다. 그러나, 이 방법은 재활용의 효율과 경제성은 어느정도 확보가 가능하지만, 소각회의 중금속 용출문제를 내포하고 있어, 이의 활용성에 반론이 제기되고 있는 실정이다.

한편, 소각회를 이용하여 인공경량골재를 제조하는 다양한 방법이 제시되고 있다.

대한민국 공개특허 95-17859에는 제지슬러지 및 그 소각회를 소재로한 인공경량골재 및 그 제조방법에 관하여 기술되어 있다.

즉, 공개특허 95-17859에 기재된 인공경량골재는 벽돌용 점토를 주원료로 하고, 제지 슬러지 및/또는 제지 슬러지 및 그 소각회를 부원료로 하여 이들을 혼합 및 성형하고, 고온(약 1200 내지 1300℃)에서 소성하여 발포 팽창시킴으로써, 제조 된다. 여기서, 인공경량골재 중의 제지 슬러지 및/또는 제지 슬러지 소각회의 함량이 10 내지 70중량%이고, 소성공정 중 승온속도는 분당 10 내지 20℃이다.

또한, 대한민국 공개특허 95-23625에는 제지공장의 폐슬러지를 주재료로 한 인공경량골재의 제조방법에 대해 기술되어 있다.

여기에서의 인공경량골재 제조방법은 제지공장의 폐슬러지 40∼60중량부, 황토(또는 점토류) 25∼35중량부, 플라이 애쉬(FLY-ASH) 15∼30중량부를 혼합한 후, 물을 15∼20중량부 첨가하여 혼련시킨 다음, 압출성형 및 절단하여 회전건조기를 통과시키면서 건조 및 구상체로 만든 후, 1,100-1,200℃의 연속회전 소성로에서 3내지 5시간 동안 소성한 다음 냉각시킴으로써 이루어진다.

그리고, 대한민국 공개특허 96-22344에는 인공경량골재 및 그의 제조방법에 대해 기술되어 있는데, 규석 광산 부산물 7∼40중량%과 화력발전소 부산물인 플라이 애쉬 40∼70중량%를 주원료로 하며, 부원료로서 백운석 광산 부산물 3∼5중량%, 석회석분 5∼10중량%, 장석분 2∼10중량% 및 물유리 4∼10중량%를 첨가하며, 물과물유리를 결합제로 하여 혼련한 후 조립, 건조하여 1200 내지 1300℃로 소성한 인공 경량골재를 제조하는 방법이 기술되어 있다.

상기와 같은 종래의 인공경량골재 제조방법들은 모두 고온의 소성공정을 필요로 하며, 이 소성공정을 위해 소성로의 온도가 약 1,100℃이상 되어야 한다. 이러한 결과로 인해 인공경량골재를 제조하는데 있어, 고에너지가 투입되어야 하므로, 경제성이 떨어지고, 또 이러한 공정을 통해 제조된 인공골재의 품질면에서도 골재표면의 균열 및 물에 의해 풀어지는 등의 여러가지 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 소각회 및/또는 슬러지와 같은 분말 원료와 물 및 결합재를 혼합한 초기 재료를 소정의 크기로 절단하여 투입하고, 여기에 상기 소각회 혹은 슬러지의 분말 가루를 살포함과 동시에 회전력을 이용해 구형화하고, 이를 상온에서 건조시킴으로써, 고에너지를 필요로 하지 않아 제조비를 절감할 수 있고, 인공골재의 품질을 향상시킬 수 있는 인공경량골재의 제조장치 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 본 발명에 따른 인공경량골재 제조장치의 전체 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 성형기의 구조를 설명하기 위한 도면.

제3도는 본 발명에 따른 성형기의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11-1, 11-2 : 사일로 12 : 정량 투입기

13 : 믹서 14 : 호퍼

15 : 배포기 16 : 성형기

17 : 이송기 18 : 건조 및 양생기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인옹경량골재 제조장치는, 골재 제조를 위한 원료인 소각회 및/또는 슬러지를 저장하기 위한 다수개의 사일로; 혼합수와 결합재를 각각 저장하기 위한 탱크; 상기 사일로 각각에 연결되어 원료를 정량 투입하는 제1정량 투입기; 상기 탱크에 각각 연결되어 정량 투입하는 제2정량 투입기; 상기 제1및 제2정량 투입기에 의해 투입된 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지와 혼합수를 혼련하는 믹서; 상기 믹서의 출구에 설치되어, 상기 믹서에 의해 혼련된 초기 재료를 일정한 크기로 절단하여 골재의 핵을 생성하는 핵 생성기; 및 상기 핵생성기에 의해 생성된 골재 핵에 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 살포하면서 상기 골재 핵을 회전시켜 구상화와 동시에 치밀화 되도록 하는 골재 성형기를 포함하되, 상기 골재 성형기는, 동력을 제공하는 모터와, 상기 모터에 기계적으로 결합되어, 상기 모터에 의해 회전하고, 그 내부에 다수개의 “L”형 철편이 부착되어 있는데, 상기 철편들은 입구에서부터 출구까지 단계적으로 설치되어 있고, 상기 철편은 수직에 대해 일정 기울어져 있고, 상기 입구와 출구를 잇는 일직선 방향에 대해서도 일정 기울어져 설치되어, 입구에 투입된 골재 핵이 상기 철편을 따라 출구 방향으로 이동될 수 있도록 한 원통형 관체, 및 상기 원통형 관체 내부에 길이방향으로 설치되어, 공기압을 이용해 미세한 구멍으로 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 살포하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인공경량골재 제조방법은, 소각회 및/또는 슬러지를 이용한 인공경량골재의 제조방법에 있어서, 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 정량 투입하는 단계; 혼화수(물)을 정량 투입하는 단계; 상기 정량 투입된 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 상기 정량 투입된 혼화수와 혼련하는 단계; 상기 혼련된 혼련물을 일정한 압력으로 이송하면서, 철망 아래로 돌출되는 혼련물을 일정한 간격으로 절단하여 골재의 핵을 생성하는 단계; 상기 생성된 골재의 핵에 상기 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 살포하면서 상기 골재의 핵을 회전시키고, 점차적으로 출구 방향으로 이송하여 구상화된 골재를 생성하는 단계; 및 상기 구상화된 골재를 일정 기간동안 15℃ 내지 40℃ 조건에서 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 원료로 이용되는 소각회로는 제지 슬러지 소각회와, 도시 쓰레기소각회, 사업장 소각회/연소재와, 플라이 애쉬, 그리고 하수 슬러지 소각회 등이 있을 수 있으며, 이러한 소각회들은 모두 본 발명의 원료로 사용할 수 있다.

또한, 슬러지로는 레미콘 슬러지, 정수장 슬러지, 준설 슬러지, 건설 폐기물 미립분, 석산 미립분, 분진, 광재 등이 있을 수 있다.

이러한 원료들 중 본 발명에서는 분말 형태의 원료를 이용한다.

또한, 결합재로는 일반적인 시멘트를 이용할 수도 있고, 멜라민 수지를 사용할 수도 있다.

멜라민 수지는 일반적으로 섬유화장판 등의 합성에 많이 이용되고 있고, 이러한 제지 슬러지 소각회의 목질 성분을 잘 결합시켜주는 특성을 지니고 있어 가장 적합한 결합재이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 인공경량골재 제조장치의 전체 구성도로서, 도면에서 11-1, 11-2는 원료를 저장하기 위한 사일로, 12는 정량 투입기, 13은 믹서, 14는 호퍼, 15는 배포기, 16은 성형기, 17은 이송기, 18은 건조 및 양생기를 각각 나타낸다.

본 발명은 크게 원료를 저장하는 저장부와, 상기 저장된 원료를 정량 투입하는 투입부와, 상기 정량 투입된 원료를 혼련하는 혼합부와, 상기 혼합된 초기 재료를 소정의 크기로 절단하여 골재의 핵을 생성하는 골재 핵 생성부와, 살포되는 분말형태의 원료가 상기 투입된 골재 핵에 결합되면서 구상화 되도록 회전력을 제공하는 골재 성형부와, 상기 성형된 골재를 상온에서 건조 및 양생하기 위한 건조 및 양생부를 구비한다.

이를 도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.

제2도 및 제3도는 본 발명에 따른 성형기의 내부 구조를 보여주기 위한 도면으로, 도면에서 21은 분말 가루 분배용 파이프, 22는 회전 및 이송부재를 각각 나타낸다.

본 발명에서는 각각의 원료를 저장하기 위한 사일로들(11-1, 11-2)이 구비되는데, 본 발명에서 사용되는 원료로는 결합재, 소각회 혹은 슬러지의 분말 가루, 그리고 물이 있다. 그리고, 혼합수인 물을 저장하기 위해서는 탱크가 필요하다. 따라서, 본 발명에서는 투입되는 원료의 종류만큼의 저장용기가 필요하다. 한편, 본 발명이 소각로와 같은 원료 생산지에 설치될 경우에는 상기 사일로(11-1, 11-2)로 분말 가루를 직접 이송하기 위한 이송장치가 설치될 수 있다.

정량 투입기(12)는 사일로에 저장된 원료들을 일정한 양씩 투입하기 위한 기구로, 자동 계량기를 통해 이러한 기능이 수행되도록 한다. 또한, 혼합수와 같은 액체 상태를 정량 투입하기 위해 정압기나 정압기능을 갖는 펌프가 필요하다.

믹서(13)는 투입되는 원료의 특성에 따라 모든 재료가 균질하게 배합될 수 있도록 고효율의 믹서를 사용한다. 그리고, 상기 믹서의 하단에는 호퍼(14)가 구비되는데, 상기 호퍼(14)는 믹서(13)에 의해 배합된 혼합물을 일정한 압력으로 이송하는 기능을 수행한다.

한편, 호퍼(14)의 하단에는 철망이 설치되어 있는데, 배포기(15)에는 상기 호퍼(14)의 하단에 설치된 철망 사이로 배출된 혼합물을 절단하기 위한 절단용 칼날이 설치되어 있어, 믹서에 의해 혼합된 초기 재료를 일정한 크기로 절단하여 골재의 핵을 생성하게 된다. 즉, 배포기(15)에 설치된 칼날은 일정한 속도로 회전하도록 설치된다.

이렇게 생성된 골재의 핵은 이송로를 따라 골재 성형기(16)로 투입된다. 성형기(16)에는 분말 형태의 원료(결합재 및 소각회/슬러지)를 살포하기 위한 파이프(21)와, 원통형의 성형기 내부에 부착되어 골재 형성을 위한 구상체의 회전력을 제공하는 회전 및 이송부재(22)가 설치되어 있다. 또한, 상기 원통형의 성형기에 회전력을 전달하기 위한 모터가 설치되어 있다. 즉, 원통형의 성형기 외부에는 기어가 설치되어 있어, 모터에 설치된 기어와 맞물러 원통형 몸체가 회전되도록 하였다.

제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 분말 가루 살포용 파이프(21)는 원통형 성형기의 내부에 길이방향으로 설치되며, 공기압 등을 이용해 분말 가루 형태의 원료를 이송하면서 적정한 위치에 형성된 구멍을 통해 분말 원료를 살포한다. 그리고, 회전 및 이송부재(22)는 “L”형 철편을 이용해 원통형 성형기의 내부에 다수개의 단을 갖도록 설치되는데, 상기 철편은 수직 방향에 대해서는 약 80도의 경사각을 가지고 있고, 수평방향에 대해서도 일직선이 아니라 일직선에 대해 일정 각을 갖도록 비뚤어서 설치하여, 골재 핵이 상기 철편을 따라 흘러 내릴 수 있도록 한다. 이렇게 함으로써, 상기 성형기내에 투입된 초기 골재 핵은 회전을 하면서 출구 방향으로 이송되게 되고, 이러한 과정을 통해 인공경량골재는 치밀화 및 구상화된다.

이렇게 구상화된 골재는 건조 및 양생과정을 거치게 되는데, 이를 위해 상기 성형기(16)에서 배출된 초기 골재는 이송로(17)를 따라 건조 및 양생기(18)로 유입된다. 본 발명의 실시예에서는 이송로로 컨베이어 벨트(17)를 이용하였으며, 상기 이송로는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

건조 및 양생기(18)는 일정한 조건에서 골재를 양생하기 위한 기능부로, 이는 설치되는 조건에 따라 부가하거나, 부가하지 않을 수도 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 인공경량골재 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 분말 형태의 원료를 혼화수(물)와 혼합한 다음, 일정한 크기로 절단하여 골재의 핵을 생성한다 그리고, 상기 생성된 골재의 핵을 회전시키면서 여기에 분말 형태의 결합재 및 소각회(또는 슬러지)를 살포하여 구상화한다. 이렇게 구상화된 골재는 일정 기간동안 상온(15℃ 내지 40℃) 조건에서 건조 및 양생과정을 거치게 된다. 여기서, 상온이란 어떠한 열도 가하지 않은 자연 상태에서의 온도를 의미한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 소각회 혹은 슬러지와 같은 분말 원료와 물 및 결합재를 혼합한 초기 재료를 소정의 크기로 절단하여 투입하고, 여기에 상기 소각회 혹은 슬러지의 분말 가루를 살포함과 동시에 회전력을 이용해 구상화하고, 이를 상온에서 건조시킴으로써, 고에너지를 필요로 하지 않아 제조비를 절감할 수 있고, 소각회 혹은 슬러지를 고부가 가치로 재활용하여 환경 보호 및 경제적으로 골재를 생산할 수 있으며, 인공골재의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 골재 제조를 위한 원료인 소각회 및/또는 슬러지를 저장하기 위한 다수개의 사일로; 혼합수와 결합재를 각각 저장하기 위한 탱크; 상기 사일로 각각에 연결되어 원료를 정량 투입하는 제1정량 투입기; 상기 탱크에 각각 연결되어 정량 투입하는 제2정량 투입기; 상기 제1및 제2정량 투입기에 의해 투입된 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지와 혼합수를 혼련하는 믹서; 상기 믹서의 출구에 설치되어, 상기 믹서에 의해 혼련된 초기 재료를 일정한 크기로 절단하여 골재의 핵을 생성하는 핵 생성기; 및 상기 핵 생성기에 의해 생성된 골재 핵에 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 살포하면서 상기 골재 핵을 회전시켜 구상화와 동시에 치밀화 되도록 하는 골재 성형기를 포함하되, 상기 골재 성형기는, 동력을 제공하는 모터와, 상기 모터에 기계적으로 결합되어, 상기 모터에 의해 회전하고, 그 내부에 다수개의 “L”형 철편이 부착되어 있는데, 상기 철편들은 입구에서부터 출구까지 단계적으로 설치되어 있고, 상기 철편은 수직에 대해 일정 기울어져 있고, 상기 입구와 출구를 잇는 일직선 방향에 대해서도 일정 기울어져 설치되어, 입구에 투입된 골재핵이 상기 철편을 따라 출구 방향으로 이동될 수 있도록 한 원통형 관체, 및 상기 원통형 관체 내부에 길이방향으로 설치되어, 공기압을 이용해 미세한 구멍으로 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 살포하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 골재 핵 생성기는, 상기 믹서에 의해 혼련된 혼련물을 일정한 압력으로 이송하는 호퍼와, 상기 호퍼의 하단에 설치된 철망, 및 상기 철망 사이로 돌출되는 혼련물을 일정한 간격을 두고 절단하기 위한 회전형 칼날이 설치된 배포기를 포함한 것을 특징으로 하는 인공경량골재 제조장치.
3. 소각회 및/또는 슬러지를 이용한 인공경량골재의 제조방법에 있어서, 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 정량 투입하는 단계; 혼화수(물)을 정량 투입하는 단계; 상기 정량 투입된 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 상기 정량 투입된 혼화수와 혼련하는 단계; 상기 혼련된 혼련물을 일정한 압력으로 이송하면서, 철망 아래로 돌출되는 혼련물을 일정한 간격으로 절단하여 골재의 핵을 생성하는 단계; 상기 생성된 골재의 핵에 상기 분말 형태의 소각회 및/또는 슬러지를 살포하면서 상기 골재의 핵을 회전시키고, 점차적으로 출구 방향으로 이송하여 구상화된 골재를 생성하는 단계; 및 상기 구상화된 골재를 일정 기간동안 15℃ 내지 40℃ 조건에서 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.