KR100460262B1

KR100460262B1 - 레드머드를 이용한 인조황토 몰탈의 제조방법 및 인조황토몰탈의 시공방법

Info

Publication number: KR100460262B1
Application number: KR10-2001-0064006A
Authority: KR
Inventors: 이인엽; 이민수
Original assignee: 코스모정밀화학 주식회사
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2004-12-14
Also published as: KR20030032300A

Abstract

본 발명은 인조황토 몰탈의 제조방법 및 인조황토 몰탈의 시공방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조방법은 보오크사이트로부터 알루민산소다를 추출할 때 잔류하는 레드머드에 고령토 또는 제올라이트 중 선택된 1종을 30-70중량% 첨가하고 혼합하여 인조황토를 얻은 후, 이 인조황토를 750-900℃의 온도에서 0.5-2시간 동안 소성시켜 활성화시킨 다음, 활성화된 인조황토 100중량부에 대하여 생석회 30-50중량부, 미장용 모래 70-100중량부, 혼화제 3-15중량부를 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 시공방법은 상기 방법에 의하여 얻어진 황토 몰탈 조성물을 pH 7.5-9.0의 알칼리 분위기로 조절하여 시공하는 것을 특징으로 한다.

Description

레드머드를 이용한 인조황토 몰탈의 제조방법 및 인조황토 몰탈의 시공방법{Manufacturing Method Of Artificial Loess Mortar Using Red-Mud And Construction Method Of It}

본 발명은 인조황토 몰탈의 제조방법 및 인조황토 몰탈의 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보오크사이트로부터 알루민산 소다를 추출해낸 후 잔류하게 되는 레드머드 파우더를 원료로 하여 건축 시공소재로 쓰일 수 있는 인조황토 몰탈을 제조하는 방법 및 이 인조황토 몰탈을 시공하는 방법에 관한 것이다.

천연의 보오크사이트로부터 추출해낸 레드머드 파우더는 SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O, CaO, TiO2, MgO 등의 물질을 다량 함유하고 있어 황토와 같은 물리 화학적 특성을 가지고 있다.

최근 들어 황토는 황토가 가지고 있는 놀라운 기능과 환경 친화적인 장점들에 의해 우리 생활 속에 깊숙이 침투되고 있다. 이들 황토는 쉽게 구할 수 있으며, 생물에 대한 거부감이 없어 양어장에서 잉어의 생육과 어병 방지를 위해 사용되고 있으며, 우리 나라 양어장 및 바다의 타격을 주는 적조 및 녹조를 제거하는데도 대량으로 쓰여져 효과를 보고 있다.

황토는 무엇보다 인체에 유익한 원적외선을 방출, 혈액 순환 등의 신진 대사를 원활히 하고 냄새 및 습기를 조절할 수 있는데다 복사에너지를 발생시켜 난방비를 줄이는 효과도 있다. 최근 이러한 황토의 다양한 기능을 여러 분야의 산업에 이용하려는 노력이 진행되고 있다.

우리 나라의 전통적인 주거문화는 종래의 구들장과 같이 석재를 주로 이용하고, 그 위에 황토와 볏짚 등을 혼합하여 바닥 면을 시공하였다. 일상생활을 시멘트로 이루어진 건축물에 갇혀 살므로 인체에 강한 알칼리 성분의 유해한 물질에서 탈피하고 방바닥 전체를 따뜻하게 하여 습기가 차지 않음은 물론 흡착작용으로 인한 냄새제거, 항균성, 항 곰팡이 등으로 주거 환경을 쾌적하게 하여 준다.

현재 황토로만 건축에 이용하는 것은 균열, 강도 및 내수성문제로 제한되어 있으나, 황토가 갖는 우수한 기능들을 살릴 수 있는 방법들이 연구되어 오고 있다. 대한민국 특허공고 제86-3174호와 제93-2271호에서는 종래의 바닥미장 몰탈의 균열을 방지하기 위해 알루미늄 또는 구리와 같은 특정 금속 분말을 혼합하여 제조하였는데 이는 금속성분의 팽창으로 인하여 균열을 저감하려는 의도이지만 과도 팽창과 팽창의 불균질성으로 균열제어에 완벽을 기할 수 없다.

또한 일본국 특허공개 소57-92558호, 소58-41746호 및 소60-195046호에서는 시멘트, 석고, 플라이 애쉬 등의 혼합물에 각종 혼화제 등을 미리 혼합시켜 혼합형 시멘트계 자기 평활성 바닥조성물을 제조하는 방법이 제시되어 있으나, 석고 반응의 불충분성으로 균열을 충분히 제어할 수 없고 플라이애쉬의 지연 경화 현상으로인해 후속 공정의 지연을 초래하는 등의 문제가 있다.

종래의 건축용으로 사용되는 시멘트 몰탈의 경우 시멘트의 강알칼리성 및 라돈과 같은 유해물질의 발생으로 인체에 대한 유해성과 습기 조절 능력이 없고, 파이프 매설과 비매설 부분과의 온도 구배차가 발생한다. 이러한 문제로 인해 대체품으로 황토 몰탈이 많이 시판되고 있는데 최근 시판되고 있는 황토 몰탈은 그 가격이 시멘트보다 구입 단가가 매우 높다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 시멘트 몰탈이 갖는 문제점을 해결하기 위해 종래의 건축용으로 사용되고 있는 시멘트 몰탈이 갖는 결점을 보완하고 황토의 우수한 성질을 유지하기 위하여 건축용 시공 인조황토 몰탈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 보오크사이트로부터 알루민산소다 용액을 추출하는 공정중의 부생되는 레드머드를 재활용하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 가격이 저렴한 인조황토 몰탈을 제공하는 것이다.

본 발명의 인조황토 몰탈의 제조방법은 천연의 보오크사이트 원석을 150메쉬 이하로 분쇄한 후 160-240℃의 온도로 숙성시킨 후 원심분리 단계를 거쳐 알루민산소다 수용액을 추출한 후 남게되는 레드머드 파우더에 첨가제를 첨가함으로써 황토와 유사한 성분을 가지도록 조절한 후, 이를 정제, 건조하고 고온 소성시켜 생성되는 미립 황토에 석회, 골재, 혼화재를 혼합하여 몰탈을 제조하는 것으로 구성된다.

본 발명의 인조황토 몰탈의 시공방법은 상기 방법에 의하여 얻어진 인조황토 몰탈을 pH 7.5-9.0 의 알칼리 환경으로 조절한 후 통상의 방법으로 시공하는 것으로 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

보오크사이트 원석은 산화알루미늄을 50%이상 함유하고 있으므로(표1) 수산화알루미늄 또는 알루미늄을 추출하기 위한 원료로 사용되는 광석이다. 우리 나라에서는 양질의 보오크사이트 광산이 없으므로 전량 수입에 의존하고 있다.

성 분	채취한 황토	일반 시멘트	Bauxite
SiO₂	48.5 - 75.3	20 - 30	10 - 15
Al₂O₃	14.0 - 24.5	3.8 - 5.8	50 - 85
Na₂O	0.1 - 1.8	0.1 - 1	0.1 - 5
Fe₂O₃	0.9 - 6.3	0.1 - 1	5 - 20
CaO	0.5 - 5	63 - 65	0.1 - 1
MgO	0.1 - 3	0.1 - 3	0.1 - 1
K₂O	0.1 - 4	0.1 - 1	0.1 - 1
TiO₂	0.1 - 1	0.1 - 1	0.1 - 4

보오크사이트로부터 알루미늄 성분을 추출한 후 남게되는 잔사를 레드머드라고 부르며, 레드머드는 입자가 미세하고 색도가 높다. 레드머드는 통상적인 황토와 비슷한 붉은 색이며, 그 성분도 이산화규소 성분이 황토보다 부족하고 철분이 황토보다 높은 것을 제외하고는 황토와 유사하다(표2).

한편, 우리 나라에 많이 매장되어 있는 고령토는 이산화규소 성분이 40-80중량%이고, 철분을 거의 함유하지 아니한다. 그리고 알루미나의 함량은 황토와 유사하다. 천연 제올라이트도 고령토와 유사한 성분비를 가진다. 따라서 이들을 레드머드에 적량 첨가하게 되면 혼합물은 천연의 황토와 거의 동일한 조성을 가지게 된다(표2). 그 적절한 첨가량은 고령토의 경우는 30-70중량%이고, 제올라이트의 경우는 20-50중량%이다.

성 분	채취한 황토	Red Mud	고령토	인조황토
SiO₂	48.5 - 75.3	10 - 25	40 - 80	40 - 65
Al₂O₃	14.0 - 24.5	20 - 50	10 - 30	20 - 30
Na₂O	0.1 - 1.8	1 - 15	0.1 - 2	0.1 - 5
Fe₂O₃	0.9 - 6.3	10 - 20	0.1 - 2	1 - 10
CaO	0.5 - 5	2 - 8	0.1 - 4	1 - 2
MgO	0.1 - 3	1 - 3	0.1 - 3	0.1 - 3
K₂O	0.1 - 4	1 - 3	0.1 - 2	0.1 - 3
TiO₂	0.1 - 1	1 - 7	0.1 - 2	0.1 - 4

그러나 이러한 레드머드-고령토(또는 제올라이트) 혼합물 자체로는 황토 대용의 몰탈로 사용될 수 없다. 그 이유는 레드머드는 그 분말이 물과 접촉하여도 거의 경화반응을 하지 않기 때문이다.

본 발명자는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 실험을 수행하였으며, 그 결과 레드머드를 700-900℃의 온도에서 0.5-2시간동안 소성시켜 활성화시킨 다음, 알칼리 분위기에서 물과 접촉시키면 현저한 수경성을 보임을 밝혀 내게 되었다.

활성화 즉, 고온 소성시키는 것은 어떠한 물질에 에너지를 가한 후 냉각시키면 그 물질은 내부에 높은 결정화 에너지를 갖게 되는데, 이는 외부의 자극으로 인하여 화학 결합을 할 가능성을 가진 유리상태를 뜻한다. 이러한 처리에 의해 레드머드 파우더는 높은 에너지 상태로 되어 반응성이 커지게 되지만, 그 분말을 그대로 물과 접촉시켜도 수화반응은 거의 진행되지 않으나 특정 조건(알칼리 조건)하에 놓이게 되면 아주 현저한 수경성을 보이는 잠재 수경성을 가지게 되는 것이다. 본 발명에서는 이러한 잠재 수경성을 레드머드 파우더가 갖게 하여, 수화반응 및 알려져 있는 포졸란 반응을 일으켜 균열을 제어할 수 있게 된다. 알칼리조건을 부여하는 방법의 예는 0.1N NaOH 용액을 적가하여 pH가 7.5-9.0 정도가 되도록 하는 것을 들 수 있다.

활성화된 레드머드를 물에 반죽하면 각 입자간의 응집 현상으로 체적 감소가 일어나게 되는데 이것이 기존 황토를 사용할 때 균열의 원인이 되는 것이다. 여기에 생석회(수산화 칼슘)를 첨가하면 활성화 레드머드가 수산화 칼슘과 반응하여 포졸란 반응에 의하여 경화반응이 일어나는데 이는 체적 팽창을 야기하게 되며, 이 수축 팽창을 조절하면 균열을 제어할 수 있게 된다. 이 반응은 레드머드 파우더의 실리카 성분이 수산화 칼슘과 결합하여 안정화된 포졸란 생성물인 아플라이트(aplite)가 생성되는 것이며 이는 화학적 프리스트레스(chemical prestress)를 이용하는 것이다.

CaO + H2O Ca(OH)2 : 체적 팽창

3Ca(OH)2 + 2SiO2 3CaO 2SiO2 3H2O : 안정

인조황토 100중량부에 대하여, 생석회의 적절한 첨가량은 30-50중량부이며, 미장용 모래의 적절한 첨가제는 70-100중량부이고, 기타 응집제, 감수제, 소포제, 계면활성제 등이 15중량부 이내 첨가될 수 있다.

본 발명의 실시예는 아래와 같다.

[실시예 1]

보오크사이트를 분쇄한 후 알루민산소다 용액을 얻는 과정 중에 잔류하는 레드머드 파우더에 고령토를 50중량% 첨가하여 잘 혼합한 다음, 이를 정제 및 건조 후 800℃의 온도에서 1시간동안 소성하여 활성화시켜서 미립 인조황토를 얻었다.

얻어진 인조황토 100중량부에 대하여 생석회 40중량부, 미장용 모래 80중량부, 응집제로 폴리아크릴아마이드를 5중량부, 감수제로 나프탈렌계 고축합물를 5중량부를 혼합하여 몰탈조성물을 제조하였다.

얻어진 몰탈 조성물에 물을 가하고 0.1N NaOH 용액을 가하여 pH를 8.5로 조절하여 바닥에 시공하였으며, 그 결과는 건조 후에도 균열이 없었으며, 바닥 면이 천연황토 몰탈을 사용한 것에 비하여 깨끗하고 균일하였다. 강도는 천연황토 몰탈을 사용한 것과 유사하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하게 시행하되 고령토 대신에 제올라이트를 30중량% 첨가하였다. 이를 원료로 한 몰탈을 바닥에 시공한 결과는 실시예 1과 거의 같았다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일하게 시행하되 pH를 조절하는 공정을 생략하였다. 그 결과 이를 원료로 한 몰탈을 바닥에 시공한 결과 수경성이 부족하여 바닥용으로 적용할 수 없었다.

[비교예 2]

실시예 1과 동일하게 시행하되, 소성에 의하여 활성화시키는 공정을 생략하였다. 그 결과, 비교예 1과 같이 시공된 황토몰탈은 수경화 반응이 일어나지 아니하여 바닥용으로 적용할 수 없었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 황토는 천연에서 얻어 지는 황토와는 다르게 알루미늄 추출 과정에서 생기는 미세 세공으로 인하여 천연 황토에 비해 400-600배 이상의 비표면적을 갖으며, 이로 인하여 몰탈의 강도가 우수할 뿐 아니라, 황토가 갖는 여러 가지 기능들 즉, 원적외선을 방출, 혈액순환 등의 신진대사를 원활히 하고 특히, 비표면적이 커서 탈취기능이 월등히 우수하여 냄새 제거 효과가 높고 습기 조절이 가능하며, 복사에너지를 발생시켜 난방비를 줄이는 효과가 배가 된다. 또한, 천연 황토는 입자가 불균일한데 비하여 본 발명으로 제조된 황토는 입도가 균일 미세함으로 온돌방에 바닥 시공시 시공성이 향상되어 공사기간이 단축되고, 작업 효율이 증진되며 온수관 주위에서의 온도 구배가 완화되므로 균일한 온도와 높은 복사효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims

보오크사이트로부터 알루민산소다를 추출할 때 잔류하는 레드머드에 고령토 또는 제올라이트 중 선택된 1종을 30-70중량% 첨가하고 혼합하여 인조황토를 얻은 후, 이 인조황토를 750-900℃의 온도에서 0.5-2시간 동안 소성시켜 활성화시킨 다음, 활성화된 인조황토 100중량부에 대하여 통상의 몰탈 첨가제인 생석회 30-50중량부, 미장용 모래 70-100중량부, 혼화제 3-15중량부를 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 인조황토 몰탈의 제조방법.
제1항 기재의 방법에 의하여 얻어진 황토 몰탈 조성물을 pH 7.5-9.0의 알칼리 분위기로 조절하여 시공하는 것을 특징으로 하는 황토 몰탈의 시공방법.