KR100400633B1 - 폐유리를 활용한 고강도 바닥용 벽돌의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐유리와 폐연마슬러지, 폐석고등 폐자원을 70~90％ 활용하고 점토광물을 10~30% 섞어서 제조하는 고강도 바닥용 점토 벽돌의 제조방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는 폐유리 10~60wt.%, 폐연마슬러지 5~35wt.%, 폐석고 5~35wt.%, 황토 및 고령토 5~30wt.%의 원료배합 법위를 설정하는 단계와;

상기 단계에 의해 설정된 배합범위내에서 원료를 혼합하여 적절한 량의 수분을 첨가후 볼밀(ball mill)에서 충분히 혼련 및 미분쇄 시킨 후 토련기에서 압출성형 후 건조시키는 단계와;

상기 단계에 의한 건조물을 가마에 넣고 일정한 가열속도(5~10℃/mim)로 승온하여 1000~1050℃에서 30분이상 소결시킨 후 로냉시키는 단계로 구성하여 고강도 보도용 벽돌을 제조 한다.

따라서 본 발명에 따르면, 폐자원을 70~90% 활용하기 때문에 제조원가가 매우 저렴하게 들고, 폐유리와 연마슬러지 성분이 고온에서의 유리화와 냉각시 결정화로 완전 자화된 유리 세라믹의 복합체로 제조됨으로써 기계적 강도가 우수하고 내 마모성이 뛰어나 고강도의 바닥용 벽돌을 제공하게 되는 특징이 따르게 된다.

Description

폐유리를 활용한 고강도 바닥용 벽돌의 제조 방법{Preparation of high strength floor brick using the recycling glasses}

본 발명은 폐유리와 폐연마슬러지, 폐석고등 폐자원을 70∼90％활용하고 점토광물을 10∼30％섞어서 제조하는 고강도 바닥용 점토 벽돌의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 폐자원을 70∼90％활용하기 때문에 제조원가가 매우 저렴하게 들고, 폐유리와 연마슬러지 성분이 고온에서의 유리화와 냉각시 결정화로 완전 자화된 유리-세라믹의 복합체로 제조 됨으로써 기계적 강도가 우수하고 내 마모성이 양호한 고강도의 바닥용 벽돌을 제공하기 위한 것이다

종래 천연원료(점토 및 장석질 광물등)를 이용한 바닥용 점토 벽돌 등은 소결밀도 및 강도를 높이기 위하여 고령토 및 내화점토 등의 내화성 원료를 많이 첨가시키므로 소결온도가 1230∼1250℃로 상당히 높고, 이에 따라 냉각 속도를 아주느리도록 특수공법으로 조절하지 않고는 냉파 등에 의한 제품의 불량률이 상당히 높아지기 때문에 실제 일반 현장에서 수율에 상당한 문제가 따른다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고령토 및 내화점토등의 내화성 원료 대신에 내열성이 높고 자화가 잘되며 경질성이 좋은 폐유리와, SiO₂함량이 높은 연마슬러지로 대체시킴으로서 소결온도를 200℃정도 낮출수 있게하고 이에 따라 연료비 절감과 냉파에 의한 불량을 최소화 시켜주며, 더불어 폐유리에 의한 결정입계에서 충분한 유리질 막을 형성시켜주기 때문에 자화가 잘되어 소결밀도와 강도를 크게 높여주고, 또 표면의 자화가 충분하기 때문에 표면 강도가 높아 제품출하 후의 모서리 파손 등의 결함이 발생되지 않는 바닥용 벽돌을 제조 하는 방법을 제공 하려는데 그 목적이 있다. 또한, 폐유리, 연마슬러지, 폐석고 등의 재활용 원료를 70∼90％사용하기 때문에 원료에 대한 원가 부담을 상당히 줄여 줄수 있어 제조원가를 크게 절감하는데도 목적이 있다.

또한, 본 발명에 의해 제조되는 바닥용 벽돌은 폐유리를 활용한 바닥용 벽돌의 경우 1000℃ 부근에서 충분히 자화 소결되기 때문에 흡수율 3％ 이하의 우수한 바닥용 벽돌을 제조할 수 있으며, 색상 및 디자인(design)의 다양성도 쉽게 얻을 수 있게 하는데도 목적이 있다.

도1은 본 발명의 일실시예로서 1000℃에서 소결한 시편의 X-선회절 분석도

도2는 1000℃에서 소결한 시편의 고령토 첨가량에 따른 기계적 강도의 변화도

상기 목적 달성을 위한 본 발명의 고강도 바닥용 벽돌의 제조 방법은 폐유리 10∼60wt.％, 페연마슬러지 5∼35wt.％, 폐석고 5∼35wt.％, 황토 및 고령토5∼30wt.％의 원료배합 범위를 설정하는 단계와;

상기 단계에 의해 설정된 배합 범위내에서 원료를 혼합하여 적절한 량의 수분을 첨가후 볼밀(ball mill)에서 충분히 혼련 및 미분쇄 시킨 후 토련기에서 압출 성형 후 건조시키는 단계와:

상기 단계에 의한 건조물을 가마에 넣고 일정한 가열속도(5∼10℃ /min)로 승온하여 1000∼1050℃에서 30분이상 소결시킨 후 로냉 시키는 단계로 구성하여 고강도 보도용 벽돌을 제조 한다.

상기 구성에 의하여 폐유리, 폐연마슬러지, 폐석고, 황토 또는 고령토 등의 배합 범위에 대하여 살펴보면 다음과 같다

(1) 폐유리(붕규산유리, 섬유유리 등)는 고온에서 유리질 형성과 자원 재활용 측면에서 효과적이다. 10wt.％이하에서는 유리질 형성에 효과가 적고 자원재활용의 의미도 적다 .

그리고, 60wt.％이상에서는 유리화가 너무 심하여 형태유지에 문제가 되고 오히려 취성이 증대할 우려가 있다.

적정한 범위는 15∼50wt.％이다.

(2) 폐연마슬러지는 텔레비젼용 브라운관 및 반도체 재료의 표면연마 후 발생되는 슬러지로 알카리성분이 10%내외이고 SiO₂성분이 50％이상으로 유리화 및 자화의 효과가 크다. 그러나 5％이하는 자화속도를 증대시키는데 도움을 주지 못하고 자원재활용의 의미도 없다. 그리고 45％이상의 첨가는 너무 자화를 빨리 유도하기 때문에 소결 후 재료자체의 유리화가 심하여 취성이 증대된다 .

따라서, 적정범위는 10∼40wt.％이다.

(3) 폐석고는 강도증대를 위한 알카리 토금속 원료로 사용되는데 폐자원이기 때문에 자원재활용 측면에서 유리하다.

5wt.％이하의 첨가는 강도 보완에 크게 영향이 없고 30wt.％이상은 SO₂가스 과량 발포로 소결 후 작은 구멍을 형성시켜 소결온도를 저하시킨다.

최적 범위는 10∼25wt.％이다.

(4) 황토 및 고령토는 유리질막으로 부터 재료내의 강도를 보강하기 위하여 결정성 복합물질을 만드는데 도움을 주고 유리질의 점성을 상승시키는 역할을 한다. 5％이하는 상기의 역할에 너무 미미하고 40％이상은 너무 유리의 점성이 올라가 소결밀도와 강도를 저하시킨다.

적정범위는 10∼30wt.％로 볼 수 있다.

(5) 황토 및 고령토에 의한 황색계열의 자연적인 색상외에 다양한 색상을 얻고자 하는 경우에는 철분이 함유된 연마슬러지의 배합량을 10wt.％이하로 줄이고 폐석고와 고령토의 량을 증가시킨 상태에서 안료를 소량(0.5∼2％)첨가하여 밝은 색상의 다채로운 색상의 바닥용 벽돌을 제조할 수 있다.

(1)∼(5)까지의 배합범위에서 배합된 원료를 물 30∼60％를 첨가하여 볼밀(ball mill)에서 미분쇄 한 후 진공토련기로 압출 성형하여 10×10×5cm정도 크기의 벽돌 형태로 성형하여 대기 중에서 건조시킨다.

이후, 상기의 건조물을 실린코닛(siliconit) 전기로 속에 넣고 1,000∼1,050℃까지 5∼10℃/min의 속도로 가열시킨 후, 30∼60분 소결시키고, 3∼15℃/min의속도로 노냉시키면서 결정화 및 자화 시킨다.

그리고, 300∼350℃ 부근에서 노출시키면 제품의 표면상태를 점검한 결과 균열이 없고 표면 평활도 및 치밀도가 좋고, 강도가 우수한 다양한 색상의 바닥용 고강도 벽돌을 얻게 된다.

여기서, 상기 폐유리를 활용한 고강도 바닥용 벽돌은 흡수율이 2％이하이고 밀도는 1.8∼2.2g/cc이며, 압축강도는 150∼300kgf/㎠로 기존 천연 고령토를 주원료로 생산되고 있는 바닥용 벽돌보다 흡수율이 낮고 압축강도도 우수하며, 표면 평활도도 보다 좋게 된다.

이하 본 발명은 실시예에 의거 상세히 설명한다.

<제 1 실시 예>

먼저, 폐유리 15wt.％, 폐연마슬러지 20wt.％, 폐석고 13wt.％, 황토 및 고령토 12wt.％를 적절히 배합하여 물 40％를 첨가한 볼밀(ball mill)에서 8시간이상 미분쇄시킨 후, 토련기를 이용하여 적당한 크기(10×10×5cm)로 압출 성형 하였다.

이후, 이형제(Alumina powder, Dolomite powder등)를 산포한 뮬라이트(mullite)제 붕판위에 놓고 공기 중에서 건조시킨 후 붕판채로 승온속도 7℃/min로 1,050℃까지 승온시켜 50분 동안 유지시키고, 880℃까지 13℃/min로 급냉시킨 후 400℃ 까지 노냉시켰다.

이를 다시 380℃에서 노출시켰더니 표면 광택이 우수한 고강도의 바닥용 벽돌이 얻어졌다. 그리고 표면의 색상은 연마슬러지내 철분의 영향으로 적갈색, 또는 진한 황토색의 색상을 얻을 수 있다.

<제 2 실시예>

먼저, 각 원료의 배합비를 본 발명 제1 실시예 에서와 동일하게 한 후 폐유리를 볼밀(ball mill)에서 미분쇄시킨 후 건조한 다른 원료들과 충분히 혼련시킨다. 상기 혼합한 원료를 수분을 15％정도 첨가한 상태에서 스프레이 드라이어(spray dryer)를 이용하여 입도의 크기와 형상을 조절한 후 50ton 프레스로 건식 성형을 하고, 이어서 제 1 실시예의 소성방식에 따라 소성하므로써 고강도의 바닥용 벽돌을 얻을 수 있었으며, 크기를 10×10×2cm로 두께를 반 이하로 줄이면 고강도의 바닥용 석재 타일로도 사용이 가능하다.

<제 3 실시예>

먼저, 제1 실시예의 배합비에서 폐연마슬러지 배합량을 8wt.％로 하고 폐석고와 고령토의 량을 각각 6wt.％증가시킨 상태에서 NiO, CoO, Cr₂O₃yellow안료, 핑크(pink)안료 등의 착색제를 첨가시켜 상기 제1 실시예의 소성방식대로 제조하였더니 고강도의 다양한 밝은 색상의 바닥용 벽돌을 제조할 수 있었다.

제조한 벽돌 시편의 X-선 회절 결과는 도1과 같이 내화성의 결정인 쿼츠(quartz)결정이 주결정으로 석출되었다. 도2는 황토 및 고령토의 증가량에 따른 강도 향상을 나타낸 그림으로 고령토 20wt.％첨가시 250kgf/㎠로 기존 시판중인 바닥용 벽돌보다 높은 값을 가졌다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 폐유리, 폐연마슬러지, 폐석고를 활용한 고강도 바닥용 벽돌은 충분한 자화로 인하여 기계적 강도가 우수하고 폐자원을 70∼90％까지 사용할 수 있다는 잇점이 있다.

또한, 폐유리와 연마슬러지의 경우 자화가 잘되고 열팽창계수가 적기 때문에 냉각 및 노출시 균열(crack)로 인한 불량이 거의 없다.

그리고 표면의 평활도가 좋고 자화가 충분하고 표면 흡수율이 2％이하이기 때문에 제품 출하 후 모서리 파손, 동파, 균열발생 등의 결함이 전혀 발생되지 않는다.

따라서, 본 발명의 고강도 바닥용 벽돌은 강도 및 표면 평활도가 기존 바닥용 벽돌보다 우수하고 다양한 색상의 디자인(design)을 연출 할 수 있는 고급 바닥용 벽돌을 제조 보급할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 폐유리 10~60wt.%, 폐연마슬러지 5~35wt.%, 폐석고 5~35wt.%, 황토 및 고령토 5~30wt.%, 등의 원료를 배합 설정하는 단계와;

   상기 단계에 의해 설정된 배합범위 내에서 원료를 혼합하여 30~60%의 수분을 첨가 후 볼밀(ball mill)에서 충분히 혼련 및 미분쇄 시킨 후 토련기에서 압출 성형 후 건조시키는 단계와;

   상기 단계에 의한 건조물을 가마에 넣고 5~10℃/min의 가열속도로 승온하여 1000~1050℃에서 30분 이상 소결시킨 후 노냉시키는 단계; 로 진행함을 특징으로 하는 폐유리를 활용한 고강도 바닥용 벽돌의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 주 원료배합 범위에 NiO, Cr₂O₃, CoO, yellow안료 pink안료 등을 0.5∼2wt.％첨가시켜 제조함을 특징으로한 폐유지를 활용한 고강도 바닥용 벽돌의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   먼저 폐유리를 미분쇄 시킨 후 상기 혼합한 원료를 수분을 10∼20％정도 첨가한 상태에서 다시 혼련 시킨후 스프레이 드라이어(spray dryer)를 이용하여 입도의 크기와 형상을 조정한 후 프레스(press)로 건식압축 성형하여 크기를10×10×2cm 두께로 소결시켜 타일로도 제조할 수 있음을 특징으로 한 폐유리를 활용한 고강도 바닥용 벽돌의 제조 방법.