KR100875195B1 - 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법 - Google Patents

폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법에 관한 것으로, 폐 망간 전지 혹은 폐 알카리망간전지(이하, 알카라인 전지) 등과 같은 폐건전지를 파쇄, 열분해, 분쇄, 자력 선별 과정을 거쳐 폐건전지의 유가물(예컨대, 폐건전지의 외피용 철재 용기 조각, 아연, 탄소봉 등)을 분리하고 남은 폐건전지 분쇄분말을 세라믹 점토 벽돌을 제조하는 과정 중에 착색제로 활용하기 위하여 적합하도록 가공한 후 점토에 추가하여 그 함량에 따라 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 벽돌을 제조한다.
본 발명에 의하면, 망간과 아연을 주로 포함하는 폐건전지 분쇄분말을 착색제로 가공하여 혼합한 뒤 그 함량에 따라 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 벽돌을 제조할 수 있으므로, 종래의 세라믹 점토 벽돌 중 수요가 가장 많고, 실제로 벽돌 제조업자들이 가장 많이 제조하는 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 세라믹 점토 벽돌을 제조할 때 착색제로 사용되는 이산화망간(MnO2)의 구매비용을 현저하게 절감하면서 양질의 벽돌을 저렴하게 제조할 수 있으며, 특히 폐건전지를 재활용함에 따라 환경오염을 방지하고 폐기물 재활용에 따른 경제적 효과를 기대할 수 있다.
세라믹, 점토, 벽돌, 착색제, 망간, 아연, 폐건전지

Description

폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법{Method for making ceramic-coloring clay bricks using waste batteries powder}
본 발명은 건축용 벽돌이나 바닥재 등으로 사용되는 세라믹 점토 벽돌을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 폐건전지 분쇄분말을 착색제로 가공한 후 점토 혼합물에 혼합하여 성형, 소정 공정을 거쳐 세라믹 점토 벽돌을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 세라믹 점토 벽돌은 점토(예컨대, 황토나 진흙 등)에 모래나 마사토를 혼합한 점토 혼합물을 곱게 분쇄하여 반죽한 후, 반죽된 점토 혼합물을 진공 압출 토련기를 사용하여 직사각형 등의 모양으로 압출하면서 특정 크기로 절단하여 성형한 다음, 특정 크기로 압출 성형된 벽돌을 건조 및 소성 가공하여 제조한다.
상기와 같이 세라믹 점토 벽돌을 제조하는 과정 중에, 상기 점토 혼합물에 착색제를 추가하면 다양한 색상의 벽돌을 제조할 수 있다.
예컨대, 백색 고령토를 추가하면 백색으로 착색된 벽돌이 제조되고, 이산화 티탄(TiO2)을 추가하면 황색으로 착색된 벽돌이 제조되며, 순수이산화망간(MnO2)을 추가하면 그 함량에 따라 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 벽돌(이하, 흑색 벽돌이라 함)이 제조된다.
한편, 상기와 같이 다양한 색상으로 제조되는 세라믹 점토 벽돌 중에서, 특히 상기 순수이산화망간(MnO2)을 착색제로 사용하여 제조되는 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 벽돌은 백색이나 황색 벽돌에 비해 상대적으로 더 많은 수요를 나타내며, 실제로 벽돌 제조업자들이 가장 많이 제조하는 벽돌이다.
따라서, 대다수의 벽돌 제조업자들은 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 세라믹 점토 벽돌의 소비량이 증가함에 따라 비례적으로 사용량이 증가하는 착색제, 즉 상기 순수이산화망간(MnO2)의 구매비용을 절감하면서 벽돌 제조 단가를 줄일 수 있는 방안을 절실하게 요구하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐건전지를 파쇄, 열분해, 분쇄, 자력 선별 과정을 거쳐 폐건전지의 유가물(예컨대, 폐건전지의 외피용 철재 용기 조각, 아연, 탄소봉 등)을 분리하고 남은 폐건전지 분쇄분말을 세라믹 점토 벽돌의 착색제로 가공한 후 벽돌을 제조하는 과정 중에 점토 혼합물에 혼합하여 그 함량에 따라 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 벽돌을 제조하는 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐건 전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법은, 우선 폐건전지 분말에 포함된 염소(Cl)성분을 제거하여 벽돌 착색제로 가공하는 제1과정과; 점토 70중량%와 모래나 마사토 20∼28중량% 및 상기 폐건전지 분쇄분말로부터 염소(Cl)성분을 제거하여 획득한 2∼10중량%의 벽돌 착색제를 혼합한 점토 혼합물을 롤러 분쇄기를 이용하여 0.5∼2mm의 크기로 분쇄하는 제2과정; 상기 분쇄 처리된 점토 혼합물을 수분이 18∼22%가 되도록 혼수 혼련한 후 진공 압출 토련기를 사용하여 벽돌 모양으로 압출하면서 특정 크기로 절단하여 성형하는 제3과정; 상기 압출 성형된 벽돌을 건조실에 투입하여 30∼40 시간 동안 수분이 0∼5%가 되도록 건조하는 제4과정; 및 상기 건조된 벽돌을 연속 가마에서 상온∼1000℃로 예열, 1000∼1200℃로 소성, 1200℃∼상온으로 냉각의 순서로 소성 건조하는 제5과정;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법은, 상기 제1과정에서의 벽돌 착색제는 폐건전지를 파쇄, 열분해, 분쇄, 자력 선별 과정을 거쳐 폐건전지의 유가물(예컨대, 폐건전지의 외피용 철재 용기 조각, 아연, 탄소봉 등)을 분리하고 남은 분말 형태로부터 염소(Cl)성분을 제거한 후, 기준 총량 성분이 탄소 6∼10중량%와 망간/아연계 혼합화합물 90∼94중량%로 이루어진다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 망간과 아연을 주로 포함하는 폐건전지 분쇄 분말을 벽돌 착색제로 가공 후 벽돌의 성형과정에서 혼합하는 함량에 따라 흑 색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 벽돌을 제조할 수 있으므로, 종래의 세라믹 점토 벽돌 중 수요가 가장 많고, 실제로 벽돌 제조업자들이 가장 많이 제조하는 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 세라믹 점토 벽돌을 제조할 때 착색제로 사용되는 순수이산화망간(MnO2)의 구매비용을 현저하게 절감하면서 양질의 벽돌을 저렴하게 제조할 수 있으며, 특히 폐건전지를 재활용함에 따라 환경오염을 방지하고 폐기물 재활용에 따른 경제적 효과를 기대할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 세라믹 점토 벽돌 제조 방법에 의하면 폐 망간 전지 혹은 폐 알카라인 전지 등과 같은 폐건전지 분쇄분말을 벽돌 착색제로 가공한 뒤 점토와 혼합 사용하여 그 함량에 따라 흑색 혹은 암적색이나 암갈색 등으로 착색된 벽돌을 제조할 수 있다.
먼저, 착색제로써 부적합한 문제를 해결하기 위해 폐건전지분말의 성분을 검토해야하는데, 통상의 망간 전지는 양극 및 음극 작용 물질로 이산화망간(MnO2)과 아연(Zn)을 포함하고 전해액으로 염화암모늄(NH4Cl) 또는 염화 아연(ZnCl2) 등의 중성염 수용액을 포함하고, 알카라인 전지는 양극 및 음극 작용물질로 이산화망간과 아연을 포함하고 전해액으로 수산화칼륨(KOH) 수용액을 포함한다.
또한, 망간 전지와 알카라인 전지 중에서 외피가 철제관으로 이루어진 것이 80%를 차지하는 일명 "철재 피복전지"인데 이런 형상의 전지는 파쇄공정이 그 해체 방법으로 적절하며 외피가 종이 또는 수지계 P.P재질로 이루어진 랜턴용 망간전지 (크기규격 4R25,이하 랜턴전지)등은 내부에 아연관으로 쌓여있는 각각의 1.5V용 1조 4개 조합의 망간전지가 서로 연결되어 6V를 이루는데 이런 형상의 랜턴전지는 탄소봉도 회수하고 아연도 용융후 냉각시켜 분리 회수하기 위한 해체방법으로 열분해방식을 적용한다.
이러한 폐건전지는 상기 방전 및 파쇄로 인한 전해액과의 혼합으로 인하여 여러 가지 화학반응이 복합적으로 일어나게 되므로 철, 아연, 탄소봉, 포장재, 아연-산화물, 이산화망간, 수산화망간, 칼륨-산화물 등이 복합적으로 어우러져 있다.
이 가운데 착색제로써 부적합한 원인을 제공하는 것은 염소(Cl)성분인데 폐건전지 분쇄분말에 포함되어 있는 염소계 화합물(예컨대, ZnCl2, NH4Cl 등)이 벽돌의 소성시 승온되는 과정에서 약한 결합력으로 인해 염소(Cl)성분이 분리되고 산화되어 그 결과물로 염소(Cl2) 가스와 염화수소(HCl) 가스가 대기중으로 방출될 수 있는데 이러한 가스는 대기오염물질로 분류되어 그 배출을 규제하고 있다.
그러므로 상기 폐건전지 분쇄분말에 포함되어 있는 염소(Cl)성분을 미리 제거해야 한다.
상기한 바대로 염소계 화합물(ZnCl2, NH4Cl 등)은 그 결합력이 약해 300℃ 정도의 저온으로도 염소(Cl)성분이 분리, 산화되므로, 일 실시예로 전열선이 감겨 있어 300℃ 이상 승온된 스크루 컨베이어 내부로 상기의 폐건전지 분쇄분말을 이송시키며 열처리하면 염소(Cl2) 가스와 염화수소(HCl) 가스를 증발시킬 수 있다.
이때, 염소(Cl2) 가스와 염화수소(HCl) 가스가 증발된 최종 폐건전지 분쇄분말은 목적하는 벽돌 착색제로 가공 완료된 것이며, 증발되는 가스는 배출 가스 정제방식의 하나인 "반건식 흡수법"으로 수산화칼슘(Ca(OH)2) 수용액에 통과시키며 염화칼슘(CaCl2)으로 침전시켜 재활용한다. 그 반응식은 다음과 같다.
염소(Cl2) 가스의 총괄 반응은 다음의 반응식1과 같다.
Ca(OH)2 + Cl2 → Ca(Cl)2 + H2O + 1/2O2
염화수소(HCl) 가스의 총괄 반응은 다음의 반응식2와 같다.
Ca(OH)2 + 2HCl → Ca(Cl)2 + 2H2O
본 발명에 따른 점토 벽돌 제조 방법을 구체적으로 설명하기에 앞서 상기한 폐건전지 분쇄 분말을 획득하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 상기한 폐건전지 분쇄 분말을 획득하기 위해 먼저, 수집된 폐 건전지중에서 그 형상에 따라 철재 피복전지와 랜턴전지로 선별하여 철재 피복전지는 파쇄기로 파쇄한 뒤 분쇄기로 분쇄하여 미분화한 다음 입도 선별용 철망을 구비한 진동선별기를 이용하여 철망 하부에 떨어지는 1차분말을 획득하게 되는 것이다.
한편, 상기 철망 상부에 걸러지는 굵은 분말 및 가연성 폐기물과 전지 외피 용 철재조각은 자력선별기를 이용하여 철재조각은 걸러내고 가연성 최종잔여물은 랜턴전지와 함께 열분해로(熱分解爐)에 투입하여 열분해를 통해 완전 탄화시킨 다음 탄소봉 및 아연 등 괴상의 물질들을 적정한 방법으로 회수,재활용하고 나머지 잔여물을 분쇄하여 2차분말을 획득하게 된다.
상기의 공정으로 폐건전지로부터 획득한 1차,2차분말을 "반건식 흡수법"으로 열처리 가공한 벽돌 착색제는 탄소 및 망간과 아연을 주로 포함하는 망간/아연계 혼합화합물로 이루어지며, 바람직하게는 기준 총량 성분이 탄소 6∼10중량%와 망간/아연계 혼합화합물 90∼94중량%로 이루어진다.
상기와 같이 벽돌 착색제가 가공되어 준비되면, 먼저 황토나 진흙 등의 점토 70중량%와 모래나 마사토 24∼28중량% 및 2∼10중량%의 벽돌 착색제를 혼합한 점토 혼합물을 롤러 분쇄기를 이용하여 0.5∼2mm의 크기로 분쇄한다.
이어서, 상기와 같이 분쇄 처리된 점토 혼합물을 수분이 18∼22%가 되도록 혼수 혼련한 후 진공 압출 토련기를 사용하여 벽돌 모양으로 압출하면서 특정 크기로 절단하여 성형한다.
이어서, 상기와 같이 압출 성형된 벽돌을 건조실에 투입하여 30∼40 시간 동안 수분이 0∼5% 가 되도록 건조한다.
마지막으로, 상기와 같이 건조된 벽돌을 연속 가마에서 상온∼1000℃로 예열, 1000∼1200℃로 소성, 1200℃∼상온으로 냉각함으로써 세라믹 점토 벽돌이 제조 완료된다.
상기의 폐건전지의 분쇄분말로부터 염소(Cl)를 제거하여 벽돌착색제로 가공하는 방법으로 "반건식 흡수법"을 적용하는 "열처리법"의 실시예를 들었으나 물에 세척하여 건조하는 "수처리법"등 다양한 방법들이 적용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법의 바람직한 일 실시예를 나타내었다.
[실시예]
적점토 70중량%와 마사토 25중량% 및 망간과 아연을 주로 포함하는 철재 피복 폐건전지 분쇄 분말을 벽돌 착색제로 열처리 가공하여 5중량% 혼합한 점토 혼합물을 롤러 분쇄기를 이용하여 2mm의 크기로 분쇄한 다음, 분쇄 처리된 점토 혼합물을 수분이 20%가 되도록 혼수 혼련한 후 진공 압출 토련기를 사용하여 직사각형의 벽돌 모양으로 압출하면서 특정 크기로 절단하여 성형하고, 연이어서 압출 성형된 벽돌을 건조실에 투입하여 30∼40 시간 동안 수분이 5%가 되도록 건조한 후, 건조된 벽돌을 연속 가마에서 상온∼1000℃로 예열, 1000∼1200℃로 소성, 1200℃∼상온으로 냉각하여 암갈색 세라믹 점토 벽돌을 제조하였다.
이때, 상기 벽돌 착색제 분말 5중량%의 성분은 탄소 8.87중량%와 망간/아연계 혼합화합물 91.13%로 이루어지고, 상기 망간/아연계 혼합화합물은 망간 42.18중량%, 아연 49.14중량%, 칼륨 8.68중량%로 이루어진다.
이 실시예에 따라 제조된 세라믹 점토 벽돌에 대하여 KS규격(KSL 4201)에 따른 압축 강도(20.59N/㎟ 이상)와 흡수율(10% 이하)을 측정한 결과는 다음의 표 1에 나타낸 바와 같이 압축 강도와 흡수율 모두 KS 규격에 따른 기준을 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
압축강도(N/㎟) 흡수율(%) 색상
29∼41 7∼9 암갈색
이상에서 설명한 본 발명에 따른 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.

Claims (3)

  1. 점토 70중량%와 모래나 마사토 20∼28중량% 및 폐건전지로부터 획득한 분쇄분말을 벽돌 착색제 용도로 2∼10중량% 혼합한 점토 혼합물을 롤러 분쇄기를 이용하여 0.5∼2mm의 크기로 분쇄하는 제1과정과;
    상기 분쇄 처리된 점토 혼합물을 수분이 18∼22%가 되도록 혼수 혼련한 후 진공 압출 토련기를 사용하여 벽돌 모양으로 압출하면서 특정 크기로 절단하여 성형하는 제2과정;
    상기 압출 성형된 벽돌을 건조실에 투입하여 30∼40 시간 동안 수분이 0∼5% 가 되도록 건조하는 제3과정; 및
    상기 건조된 벽돌을 연속 가마에서 상온∼1000℃로 예열, 1000∼1200℃로 소성, 1200℃∼상온으로 냉각하는 제4과정;
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐건전지 분쇄 분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1과정에서는
    폐건전지를 파쇄, 열분해, 분쇄, 자력 선별 과정을 거쳐 폐건전지의 유가물을 분리하고 남은 분쇄분말로부터 염소(Cl)성분을 제거하여 벽돌 착색제로 가공한 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐건전지 분쇄 분말을 이용한 세라믹 점토 벽 돌 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1과정에서는
    폐건전지로부터 파쇄, 분쇄공정을 통해 획득되며, 탄소 및 망간과 아연을 주로 포함하는 망간/아연계 혼합화합물로 이루어지며, 바람직하게는 기준 총량 성분이 탄소 6∼10중량%와 망간/아연계 혼합화합물 90∼94중량%로 이루어지는 폐건전지 분쇄분말을 300℃ 이상으로 열처리하거나 물에 세척하는 방법으로 염소(Cl)성분을 제거하여 벽돌용 착색제로 가공한 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 폐건전지 분쇄 분말을 이용한 세라믹 점토 벽돌 제조 방법.
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