KR100358926B1

KR100358926B1 - 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법

Info

Publication number: KR100358926B1
Application number: KR1019990055191A
Authority: KR
Inventors: 한갑수; 설창진
Original assignee: 한갑수; 설창진
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2002-11-01
Also published as: KR20010054391A

Abstract

본 발명은 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법에 관한 것으로, 탄산나트륨 제조공정에서 발생하는 부산석회를 이용하여 적정의 강도와 흡수율을 가지는 경량골재를 제조함으로써 수경재배용으로 사용할 수 있도록 한 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 부산석회와 점토를 1:1의 비율로 혼합하고 SiO₂를 첨가하여 혼합물 내의 SiO₂대 석회석의 비율이 2:1 내지 3:1의 비율이 되도록 혼합하여 성형하고 건조한 후 소성하는 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법에 있어서, 상기 소성하는 과정에서 소성온도가 800℃ 내지 900℃로 하여 수경재배용 경량골재를 제조하는 것을 특징으로 하는 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법을 제공한다.

Description

부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법{the manufacturing method of light-weight material using by-product lime}

본 발명은 경량골재의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 탄산나트륨 제조공정에서 발생하여 폐기 처분되고 있는 부산석회를 재활용하여 수경재배용 경량골제로 사용할 수 있도록 한 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 부산석회는 염화나트륨(NaCl)과 석회석(CaCO₃)을 반응시켜 탄산나트륨(Na₂CO₃)을 제조하는 과정에서 탄산나트륨을 분리하고 남은 잔유물로 폐기 대상의 물질이며, 탄산나트륨 제조시의 반응과정을 살펴보면 하기의 반응식 1과 같다.

상기 반응식 1에서 보는 바와 같이 탄산나트륨은 염화나트륨과 석회석을 주원료로 하여 제조하고 있으며 탄산나트륨과 함께 칼슘클로라이드(CaCl₂)가 함께 생성되는데, 이때 미반응의 탄산칼슘을 함유하는 부산석회가 얻어지며, 얻어진 부산석회물의 일반적인 화학적 조성은 하기한 표 1에 나타낸 바와 같다.

구분	CaCO₃	CaO	MgO	CaSO₄	기타
함량(%)	41	14	14	9	22

상기 표 1에서 보는 바와 같이 탄산나트륨 제조 과정에서 발생하는 부산물은 석회석(CaCO₃)의 함량이 41%로 가장 높고, 생석회(CaO) 및 산화마그네슘(MgO)이 각각 14%, 석고(CaSO₄)가 9% 및 기타 22%로 나타났다.

상기한 조성을 갖는 부산석회는 비록 석회석의 함량이 높다하나, 그 유효성분만을 취하여 재활용하기 위한 방안이 제시되지 못하고 있는 실정이며, 따라서 탄산나트륨 제조과정에서 발생하는 부산석회는 그대로 방치되거나 폐기처리되고 있다.

그에 따라 상기와 같이 폐기처리되고 있는 부산석회는 야적장 주변의 미관을 저해하고, 건기에는 부산석회의 비산으로 인해 대기오염의 원인으로 작용할 뿐만 아니라, 우기에 하천으로 유입되어 수질오염의 원인으로 작용한다는 문제점이 발생하였다.

상기와 같이 심각한 환경오염의 원인으로 작용할 뿐만 아니라 폐기처리되는 부산석회를 효과적으로 재활용하기 위하여 경량골재로 제조하여 재활용하는 방법이 제시되었다.

대한민국 특허공고 제 84-817호에는 플라이애쉬 등의 탄소 함유 물질과 석회석을 혼합소성한 인공경량골재에 관하여 기술하고 있으며, 대한민국 특허공고 제 92-6804호에는 혈암과 플라이애쉬, 맥운석 및 석회석의 혼합물에 물을 바인더로 하여 성형 건조 소성한 인공경량골재에 관하여 기술하고 있다.

그러나 상기한 방법들은 석회석을 혼합하여 경량골재를 제조하는데만 그 목적이 있을뿐, 그 사용 용도에 따른 적정의 강도와 흡수율에 대한 연구는 미진한 상태이다.

이에 본 발명자들은 부산석회를 이용하여 사용 용도에 따른 적정의 강도와 흡수율을 가지는 경량골재를 제조할 수 있도록 한 연구를 한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 심각한 환경오염의 원인으로 작용하는 탄산나트륨 제조공정에서 발생하는 부산석회를 이용하여 적정의 강도와 흡수율을 가지는 경량골재를 제조함으로써 수경재배용으로 사용할 수 있도록 한 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 부산석회와 점토를 1:1의 비율로 혼합하고 SiO₂를 첨가하여 혼합물 내의 SiO₂대 석회석의 비율이 2:1 내지 3:1의 비율이 되도록 혼합하여 성형하고 건조한 후 소성하는 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법에 있어서, 상기 소성하는 과정에서 소성온도가 800℃ 내지 900℃로 하여 수경재배용 경량골재를 제조하는 것을 특징으로 하는 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서는 먼저 부산석회에 점토를 1:1의 비율로 혼합하게 되는데, 이때 사용한 부산석회는 표 1에 나타낸 조성을 갖는 부산석회를 사용하였으며, 본 발명에서 사용한 점토는 지역에 따라 다소간의 차이를 나타내기는 하지만 일반적으로 하기한 표 2에 나타낸 조성범위를 가진다.

구분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	기타
함량(%)	42.30∼72.3	12.0∼36.88	0.12∼4.38	0.01∼1.44	0.03∼3.5	0.01∼3.42	0.11∼1.96	0.01∼3.5	8.2∼15.58

상기 표 2에 나타낸 범위의 조성을 갖는 점토와 부산석회를 혼합한 다음, 이 혼합물에 SiO₂를 첨가하여 혼합물 내의 SiO₂대 석회석의 비율이 2:1 내지 3:1의 비율이 되도록하게 된다.

이때 혼합물 내에 함유되어 있는 석회석은 소성과정에서 하기한 반응식 2에 나타낸 반응식에 따라 이산화탄소 기체를 발생시키게 되고, 그에 따라 소성체 내부에 기공이 형성되도록 하는 역할을 한다.

상기 반응식 2에 의해 생성되는 칼슘옥사이드(CaO)는 혼합물 내의 SiO₂와 반응하여 하기 반응식 3에 나타낸 반응식에 의해 칼슘실리케이트(CaSiO₃)를 생성하게 된다.

상기 반응식 3에 의해 형성된 칼슘실리케이트는 일반적으로 흡수성이 매우강한 물질이나 잔여 SiO₂가 소성하는 과정에서 용융되어 소성체를 코팅하게 되어 흡수성을 상쇄하게 되는데, 그에 따라 혼합물 내에 SiO₂의 함량이 높게 되면 상기 반응식 3에 사용되지 않는 미반응 SiO₂의 용융된 유리질 성분의 량이 증가하게 되어 소성체의 코팅성이 증가되고, 따라서 흡수성이 감소하게 된다.

또한 혼합물 내에 SiO₂의 함량이 낮을 수록 상기 반응식 3에 사용되지 않는 미반응 SiO₂의 용융된 유리질 성분의 량이 감소하게 되어 소성체의 코팅성이 감소되고, 따라서 흡수성이 증가하게 된다.

특히 용융된 유리질 성분은 소성시 발생하는 기체에 의해 유리질 피막이 팽창되어 발포됨으로써 경량화 될 수 있는 것으로, SiO₂의 양이 많을 수록 유리질 용융액의 양이 많아져 점성이 증가되고, 그에 따라 소성체 내부에서 발생하는 기체를 안정하게 포집하므로 팽창성이 증가하게 되나, 팽창성의 증가로 강도가 저하되고 유리질성분의 과다로 제조된 소성체의 흡수율이 저하되는 경향이 있다.

그와는 반대로 SiO₂의 양이 적을 수록 유리질 용융액의 양이 감소하여 점성이 감소됨으로써 소성체 내부에서 발생하는 기체의 포집이 불안정하게 되고, 그에따라 기공이 파괴되어 개기공(open pore)이 다량 생성되므로 제조된 소성체의 흡수율이 증가 될 뿐만 아니라, 팽창성이 감소하며 그에따라 강도가 증가한다는 문제점이 발생하게 된다.

따라서 혼합물내에 SiO₂대 석회석의 비율이 2:1 미만이 되도록 SiO₂를 소량 첨가할 경우 팽창성 및 강도가 감소하고 소성체의 흡수율이 증가한다는 문제점이 발생하게 되고, SiO₂대 석회석의 비율이 3:1을 초과하도록 SiO₂를 과량으로 첨가할 경우 팽창성 및 강도가 높아지고 제조된 소성체의 흡수율이 떨어지는 문제점이 발생하므로 혼합물 내의 SiO₂대 석회석의 비율이 2:1 내지 3:1의 비율이 되도록하게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 부산석회와 점토 및 SiO₂를 혼합한 다음, 통상의 소성체 제조방법에 따라 물을 첨가고 일정한 형태로 성형하고 건조한 다음 소성을 하게 된다.

일반적으로 비중이 1.2 내지 1.3이고 강도가 45㎏/㎠내지 48㎏/㎠인 소성체는 수경재배용 경량골재로 사용가능하며, 비중이 0.9 내지 1.0이고 강도가 36㎏/㎠ 내지 45㎏/㎠인 소성체는 건축자재용 경량골재로, 비중이 0.6 내지 0.7이고 강도가 30㎏/㎠ 내지 35㎏/㎠인 소성체는 토목건축용의 초경량골재로 사용할 수 있게 된다.본 발명에서는 소성시 온도 조건을 변화시켜 수경재배용 경량골재에 적합한 강도와 흡수율을 갖는 소성체를 얻었다.

본 발명에 따른 수경재배용 경량골재는 소성온도가 800℃ 내지 900℃이며, 이 경우 비중이 1.2 내지 1.3이고 강도가 45㎏/㎠내지 48㎏/㎠인 소성체가 제조되는데 이렇게 제조된 소성체는 수경재배용 경량골재로 사용이 가능하다.

한편, 소성온도를 900℃ 내지 1000℃로 할 경우 비중이 0.9 내지 1.0이고, 강도가 36㎏/㎠ 내지 45㎏/㎠인 소성체를 얻을 수 있으며, 이렇게 제조된 소성체는 일반 건축자재용 경량골재로 사용이 가능하다.

또 1190℃ 내지 1200℃의 온도에서 소성하게 되면 비중이 0.6내지 0.7이고 강도가 30㎏/㎠ 내지 35㎏/㎠인 소성체가 제조되며 제조된 소성체는 토목건축용의 초경량골재로 사용이 가능하게 된다.

이하 본 발명을 하기한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 본 발명은 하기한 설명에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

표 1에 나타낸 조성을 갖는 부산석회와 조성이 SiO2 52.9%, Al2O3 31.0%, Fe2O3 3.15% 및 기타 7.59%인 대명광산에서 채취되는 점토를 1:1로 혼합하고, 이 혼합물에 순수한 SiO₂를 첨가하여 혼합물 내의 SiO₂대 석회석의 비율이 하기한 표 3에 나타낸 비율이 되도록 혼합한 다음, 물을 첨가하여 혼합물 내의 수분함량이 20%가 되도록 한 후 성형 건조하여 850℃에서 소성하여 경량골재를 제조한 다음, KS F 2533의 구조용 경량골재의 비중및 흡수율 규정에 따라 흡수율과 비중을 측정하고, KS F 2405의 압축강도 규정에 따라 압축강도를 측정하여 표 3에 나타내었다.

<실시예 2>

SiO₂대 석회석의 비율을 2.5:1이 되도록 하여 950℃에서 소성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 경량골재를 제조한 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 흡수율과 비중 및 압축강도를 측정하여 표 3에 나타내었다.

<실시예 3>

SiO₂대 석회석의 비율을 2.5:1이 되도록 하여 1200℃에서 소성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 경량골재를 제조한 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 흡수율과 비중 및 압축강도를 측정하여 표 3에 나타내었다.

구분	SiO₂대 석회석 비율	흡수율(%)	비중	압축강도(㎏/㎠)
실시예 1	1.5:1	24	1.5	53
	2.0:1	17	1.3	48
	2.5:1	14	1.3	47
	3.0:1	12	1.2	45
	3.5:1	10	0.8	42
실시예 2	2.5:1	11	0.9	42
실시예 3	2.5:1	10	0.7	35

상기 표 3에서 보는 바와 같이 850℃에서 SiO₂대 석회석의 비율을 변화시켜 가면서 실시한 실시예 1에서 그 비율이 2:1 이하인 1.5:1로 한 경우 SiO₂의 양이 적어 유리질 용융액의 양이 감소하여 점성이 감소됨으로써 제조된 소성체의 흡수율이 24%로 매우 높게 나타났으며, 팽창성이 감소하여 비중이 1.5로 높게 나타났으며, 그에따라 강도가 53㎏/㎠로 높게 나타난 것을 확인할 수 있다.

마찬가지로 SiO₂대 석회석의 비율이 3:1을 초과하는 3.5:1인 경우 흡수율이 10%, 비중이 0.8 및 강도가 42㎏/㎠로 나타나 수경재배용 경량골재로는 부적합하는 것을 확인 할 수 있다.

특히 SiO₂대 석회석의 비율이 증가할 수록 즉, SiO₂의 양이 많아질수록 흡수율과 비중 및 강도가 저하되는 결과를 볼 수 있는데 이것은 소성시 유리질 용융액의 양이 많아져 점성이 증가되고, 그에 따라 소성체 내부에서 발생하는 기체를 안정하게 포집하므로 팽창성이 증가됨으로써 강도가 저하되고 유리질성분의 과다로 제조된 소성체의 흡수율이 저하된다는 것을 알 수 있다.

이때 본 발명의 범위내에서 SiO₂대 석회석의 비율을 조절한 경우 수경재배용으로 가능하다는 것을 확인할 수 있으며, 또한 소성온도가 950℃인 실시예 2의 경우 비중이 0.9, 강도가 42㎏/㎠로 나타나 일반 건축자재용 경량골재로 사용 가능하다는 것을 확인 할 수 있으며, 특히 소성온도가 1200℃인 실시예 3의 경우 비중이 0.7, 강도가 35㎏/㎠인 소성체가 제조되어 토목건축용의 초경량골재로 사용이 가능하다는 것을 상기 표 1을 통해 확인 할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 탄산나트륨 제조공정에서 발생하는 부산석회를 이용하여 적정의 강도와 흡수율을 가지는 경량골재를 제조함으로써 수경재배용으로 사용할 수 있도록 한 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법을 제공하는 유용한 발명이다.

Claims

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부산석회와 점토를 1:1의 비율로 혼합하고 SiO₂를 첨가하여 혼합물 내의 SiO₂대 석회석의 비율이 2:1 내지 3:1의 비율이 되도록 혼합하여 성형하고 건조한 후 소성하는 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법에 있어서, 상기 소성하는 과정에서 소성온도가 800℃ 내지 900℃로 하여 수경재배용 경량골재를 제조하는 것을 특징으로 하는 부산석회를 이용한 경량골재의 제조방법.
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