KR100416649B1 - 비산회를 이용한 저밀도 소성체의 조성물 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화력발전소에서 석탄의 연소시 발생하는 비산회(Fly Ash)를 고도의 정제나 분리단계를 거치지 않고 그대로 사용하여 건축용 소성재료를 제조하는 비산회를 이용한 저밀도 소성체의 조성물 및 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 미연탄소분이 함유된 비산회를 주원료로 사용하여 붕사(붕산소다:Na₂B₄O₇ㆍ10H₂O) 및 인산(H₃PO₄)을 수용액으로 하여 단독 또는 이들을 혼합시켜 첨가하여 성형,소성시켜서 제조함으로 미연탄소분이 함유된 비산회를 대량 활용할 수 있고 제조된 재료의 압축강도가 양호하고 소성시 소성온도가 낮아서 에너지를 절약하고 수축율이 작고 균열결함이 발생하지 않아서 제품의 불량율이 적으며 기존 제품(점토벽돌)에 비해 밀도가 낮은 경량화 된 제품을 제조할 수 있는 조성물과 제조방법을 제공할 수 있는 것으로 미연탄소분이 함유된 비산회 100중량부에 대하여 붕사 3-12중량부, 인산 10-50중량부를 각각 단독 또는 상기 중량비의 붕사와 인산의 혼합물을 첨가시켜 혼련,성형,소성하여 제조한 비산회를 이용한 저밀도 소성체의 조성물.

Description

비산회를 이용한 저밀도 소성체의 조성물 및 제조방법{Compositions and Manufacturing Process for Sintered Material of Low Density Using Fly Ash}

본 발명은 화력발전소에서 석탄의 연소시 발생하는 비산회(Fly Ash)를 고도의 정제나 분리단계를 거치지 않고 그대로 사용하여 건축용 소성재료를 제조하는 비산회를 이용한 저밀도 소성체의 조성물 및 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 미연탄소분이 함유된 비산회를 주원료로 사용하여 붕사(붕산소다:Na₂B₄O_{7 ㆍ}10H₂O) 및 인산(H₃PO₄)을 수용액으로 하여 단독 또는 이들을 혼합시켜 첨가하여 성형, 소성시켜서 제조함으로써 미연탄소분이 함유된 비산회를 대량 활용할 수 있고 제조된 재료의 압축강도가 양호하고 소성시 소성온도가 낮아서 에너지를 절약하고 수축율이 작고 균열결함이 발생하지 않아서 제품의 불량율이 적으며 기존 제품(점토벽돌)에 비해 밀도가 낮은 경량화 된 제품을 제조할 수 있는 조성물과 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 국내 석탄화력발전소에서 발생하는 비산회는 년간 약 400만톤에 달하며 재활용율은 약 30%정도이며 나머지 대부분은 매립 처리하고 있는 실정이다.

종래에 미연탄소분이 함유된 비산회의 활용은 점토벽돌을 제조하면서 일부의 점토를 비산회로 대체하여 제조한 소성벽돌의 조성물로써 이용 또는 개발하고자 하는 노력이 진행되고 있다.

상기와 같은 점토벽돌 및 점토를 결합제로 사용하는 제품은 점토의 특성상 1,100-1,200℃의 고온에서 소성하게 되며 점토질 입자와 비산회 입자가 소결반응을 일으켜 새로운 결정상을 형성시킴으로써 소성 성형체를 제조하게 되는 것이므로 점토를 다량 첨가함에 따른 높은 열에너지가 필요로 하고 소성 후에도 수축율이 높아서 성형체에 많은 변형을 수반하게 되어 일반적인 점토벽돌을 제조하는 공정에 비해 별다른 장점이 없는 문제가 있엇다.

상기와 같은 종래 점토질의 물질을 사용하면서 발생되는 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 매립처리하던 비산회를 다량으로 사용하면서도 소성온도를 하강시키고 변형에 의한 불량율을 저하시킬 수 있도록 첨가제를 선택하고 저밀도 소성 성형체를 제조할 수 있는 조성물 및 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

이하 발명의 요지를 상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 조성물 및 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

비산회를 이용한 저밀도 소성체를 조성함에 있어서,

미연탄소분이 함유된 비산회 100중량부에 붕사 3-12중량부, 인산 10-50중량부를 각각 단독 또는 붕사와 인산을 혼합조성한 혼합물을 첨가시킨 조성물.

상기와 같이 본 발명의 주조성물은 비산회, 붕사, 인산으로 되어 있으며 석탄 화력발전소에서 배출되는 비산회를 사용하며 비산회의 분말도는 3,000 - 4,000㎠/g의 범위에 있으며 비산회는 함유하고 있는 미연탄소분 함량에 민감하게 영향을 받지 않고 Ca0, MgO, K₂O, Na₂O의 성분이 많을수록 좋으나 필수조건은 아니며, 또한 미분화된 것일수록 좋지만 입도에 민감한 것이 아니므로 비산회를 고도처리하지 않고 직접활용 할 수 있는 것이다.

그 밖에도 도시쓰레기 소각시 발생되는 비산회와 하,폐수처리장의 슬러지 소각시 배출되는 잔재도 전처리 없이 활용이 가능하다.

상기의 붕사는 붕산소다(Na₂B₄O_{7 ㆍ}10H₂O)를 지칭하지만 결정수가 10이 아닌 것(Na₂B₄O_{7 ㆍ}5H₂O, Na₂B₄O₇등)도 사용이 가능하며 붕사(용융점:743℃)는 대표적인 첨가제로 비산재 분말을 상호 결합시킴으로 강도를 제고시키고 미분 또는 수용액을 만들어 첨가한다.

인산(H₃PO₄)은 통상 85%의 공업용을 사용하며 더 낮은 농도의 인산을 사용해도 무방하지만 전체적인 인산첨가량을 중량비에 맞게 혼합하여 사용하며 인산은 비교적 낮은 온도에서 비산회 중의 일부 금속산화물과 반응하여 인산염(예: 인산알루미늄, 인산칼슘, 인산마그네슘 등)을 만들어 비산회 입자들을 서로 강하게 결합시켜 높은 강도를 발휘하게 한다.

비산회를 이용한 저밀도 소성체의 제조방법은 다음과 같다.

미연탄소분이 함유된 비산회의 결합을 위하여 인산 10-50중량부와 붕사 3-12중량부로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상을 물 10~45중량부와 상온에서 혼합하여 90℃로 가열하여 용해시킨 다음, 그 수용액을 60-105℃로 가열된 기준성분 비산회 100중량부에 균질 혼련, 건조시켜 수분함량이 5-10wt%가 되면 상기 혼합물을 150㎏/㎠의 성형압력으로 압축시켜 성형물을 건조 후 가열한 다음, 최종적으로 800-950℃에서 소성 후 냉각시켜서 제조하는 것이다.

상기와 같은 방법으로 제조된 저온소성 성형체는 압축강도가 크고,비중이 1.2-1.7으로 종래의 점토벽돌보다 20%정도 경량이어서 자중이 작고 소성시 수축율이 3%이하로써 통상 10%인 적벽돌보다 작아서 결함 발생율이 적고 칫수의 안정성이 높은 것이다.

상기한 본 발명을 실시예에 의하여 설명하면 다음과 같다.

(실시예 1)

인산(85% 함량)700g과 물 600g을 상온에서 혼합한 후 여기에 붕사 190g을 첨가하여 90℃로 가열하여 붕사를 충분히 용해시킨 후 100℃로 가열된 비산회 2000g에 균질 혼련한다.

건조시켜 수분함량이 10wt%가 되면 이 혼합물을 190×90×70cm의 금형에 투입하여 성형압력 150kg/cm²로 압축시킨 후 탈형시켜 건조된 성형물을 100℃/h의 속도로 가열하면서 50℃, 105℃ 및 550℃에서 각각 2시간 유지하고 최종적으로 850℃에서 4시간 가열 후 냉각시켜서 제조된 소성체는 압축강도 450㎏/㎠_,수축율 2.3%,비중 1.6,3시간 흡수율 14%이며 색상은 베이지색을 띄었다.

(실시예 2)

인산 700g과 물 300g 그리고 붕사 100g을 혼합시켜 성형시 수분함량이 5wt%인 것외에는 상기한 실시예 1.과 동일한 조건으로 제조하여 제조된 소성성형체는 압축강도 340kg/cm²,수축율 0.35%,비중 1.5,3시간 흡수율 17%이며 색상은 연흙색을 띄었다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

그러므로 본 발명은 매립 폐기하던 비산회를 대량으로 활용하여 종래의 점토를 주원료하는 벽돌보다 20%이상의 낮은 소성온도에서 제조할 수 있게하여 에너지를 절약할 수 있고, 소성시 수축율이 3%이하여서 균열결함이 발생하지 않고 제품의 불량율을 저하시킬 뿐만 아니라 미려한 외관을 갖는 건축용 경량재를 제공할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 비산회를 이용한 소성체 조성물에 있어서,

   비산회 100중량부에 미연탄소분이 함유된 비산회의 결합을 위하여 붕사 3-12중량부를 첨가하여 혼합 조성한 것을 특징으로 하는 비산회를 이용한 저밀도 소성체의 조성물.
2. 비산회를 이용한 소성체 조성물에 있어서,

   비산회 100중량부에 미연탄소분이 함유된 비산회의 결합을 위하여 인산 10-50중량부를 첨가하여 혼합 조성한 것을 특징으로 하는 비산회를 이용한 저밀도 소성체의 조성물.
3. 비산회를 이용한 소성체 조성물에 있어서,

   비산회 100중량부에 미연탄소분이 함유된 비산회의 결합을 위하여 붕사 3-12중량부와 인산 10-50중량부를 첨가하여 혼합 조성한 것을 특징으로 하는 비산회를 이용한 저밀도 소성체의 조성물.
4. 미연탄소분이 함유된 비산회의 결합을 위하여 인산 10-50중량부와 붕사 3-12중량부로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상을 물 10~45중량부와 혼합하여 90℃로 가열하여 용해시킨 다음, 그 수용액을 60-105℃로 가열된 기준성분 비산회 100중량부에 균질 혼련, 건조시켜 수분함량이 5-10wt%가 되면 상기 혼합물을 150㎏/㎠의 성형압력으로 압축시켜 성형물을 건조 후 가열한 다음, 최종적으로 800-950℃에서 소성 후 냉각시켜 제조하는 방법을 특징으로 하는 비산회를 이용한 저밀도 소성체의 제조방법.