KR100899636B1 - 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법 - Google Patents

무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 벽돌에 있어서, 폐기물의 일종인 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하도록 하여 벽돌의 재료를 다양화할 뿐만 아니라 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 재활용할 수 있어 환경오염의 방지에 기여할 수 있으며, 벽돌이 사용되는 장소에 따라 다양한 색상을 지닐 수 있는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
벽돌, 무연탄 석탄회, 무기성 오니, 고령토, 폐기물

Description

무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법{Brick comprising anthracite coal ash and sludge and preparation method thereof}
본 발명은 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 벽돌에 있어서, 폐기물의 일종인 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하도록 하여 벽돌의 재료를 다양화할 뿐만 아니라 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 재활용할 수 있어 환경오염의 방지에 기여할 수 있으며, 벽돌이 사용되는 장소에 따라 다양한 색상을 지닐 수 있는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
벽돌(brick)은 점토(粘土) 및/또는 고령토(高嶺土, kaolin)를 주원료로 하여 고온으로 구운 건축재료의 하나로서 재료, 소성조건 및 용도에 따라 여러 가지 종류가 있다. 벽돌은 통상적으로 보통벽돌(common brick), 규회(硅灰)벽돌(sand lime brick), 내화(耐火)벽돌(fire brick), 내화단열(耐火斷熱)벽돌(insulating fire brick) 등으로 분류된다.
벽돌은 보통 건물의 외벽에 쌓아서 건물 표면의 미관을 보기 좋게 하기 위해 사용되거나 건물의 경계를 구분하기 위해 벽(wall)을 쌓기 위한 건축재료로서 주로 사용되고 있으나, 최근에는 건물 외벽 뿐만 아니라 미관 향상을 위해 건물 내부에도 사용이 점차적으로 증가하고 있는 추세이다.
근래에는 상기에서 언급한 건축물에 대한 용도로서의 역할 뿐만 아니라 보행자용 도로의 미관 향상을 위해 인도(人道)에 보행자용 바닥벽돌을 사용하고 있으며, 특히 시각장애인들의 보행을 돕거나 안전을 위한 장애인 유도용 바닥벽돌, 장애인 안전용 등의 벽돌의 사용이 증가하고 있다.
이전에는 벽돌이 단순히 건물의 외벽에 부착되거나 단순히 건물의 경계를 구분하기 위해 외벽을 쌓기 위한 재료로 사용되었으나, 이러한 용도 이외에 건물 내부의 인테리어(interior) 재료로서도 그 사용이 점차적으로 증가하고 있다.
그러나 종래 벽돌은 주로 건물의 외벽 쌓기에 주로 사용되는 시멘트 벽돌, 건물의 외벽에 부착되어 사용되는 적벽돌의 2종류만 사용되고 있어 건물 내부의 인테리어 재료로 사용할 수 있는 다양한 색상의 벽돌의 제공이 부족한 실정이다.
이에 본 발명은 벽돌에 있어서, 폐기물의 일종인 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하도록 하여 벽돌의 재료를 다양화할 뿐만 아니라 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 재활용할 수 있어 환경오염의 방지에 기여할 수 있으며, 벽돌이 사용되는 장소에 따라 다양한 색상을 지닐 수 있는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 벽돌에 있어서 주요한 구성성분의 하나인 무연탄 석탄회는 무연탄 을 태워서 얻은 석탄회(coal ash)이다. 상기 무연탄(無煙炭, anthracite)은 탄화가 잘 되어 연기를 내지 않고 연소하는 석탄으로 휘발분이 3∼7%로 적고 고정탄소의 함량이 85∼95%로 높다. 따라서 연소시 불꽃이 짧고 연기가 나지 않는다. 비점결성으로 코크스는 되지 않는다. 점화점이 약 490℃이므로 불이 잘 붙지 않지만 화력이 강하고 일정한 온도를 유지하면서 계속적으로 탄다. 주로 고생대의 오래된 지층에서 산출되며, 한국의 석탄 대부분이 여기에 속한다.
본 발명의 벽돌에 있어서 주요한 구성성분의 하나인 무기성 오니(無機性 汚泥, inorganic sludge)는 하수처리 및/또는 정수(淨水)과정에서 생긴 침전물인 오니 중에서 무기성 성분을 주로 하는 오니를 의미한다. 이러한 무기성 오니는 화학회사에서 배출되는 오니 중에서 실리카가 주성분인 무기성 오니를 사용할 수 있다.
본 발명은 폐기물의 일종인 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하도록 하여 벽돌의 재료를 다양화할 뿐만 아니라 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 재활용할 수 있어 환경오염의 방지에 기여할 수 있으며, 벽돌이 사용되는 장소에 따라 다양한 색상을 지닐 수 있는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 혼합하여 배합토를 얻는 단계; 상기 배합토를 15∼25℃에서 90∼100시간 동안 숙성한 다음 200∼250psi 압력으로 진공압출하여 수분율 18±2％인 벽돌모양으로 성형하는 단계; 상기 벽돌모양의 성형물을 200±20℃에서 15∼30시간 동안 건조한 후 1,000∼1,200℃의 온도로 승온시키고 1∼10시간 동안 유지하여 소성하는 단계를 포함하여 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 폐기물의 일종인 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 벽돌의 재료로 포함하도록 하여 벽돌의 재료를 다양화할 뿐만 아니라 무연탄 석탄회와 무기성 오 니를 재활용할 수 있어 환경오염의 방지에 기여할 수 있으며, 벽돌이 사용되는 장소에 따라 다양한 색상을 지닐 수 있는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 벽돌의 재료로써 폐기물의 일종인 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하도록 하여 벽돌 재료의 다양화, 폐기물의 재활용에 따른 환경오염의 방지에 기여할 수 있으며, 벽돌이 사용되는 장소에 따라 다양한 색상을 지닐 수 있는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제공한다.
본 발명은 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 포함하는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 나타낸다.
본 발명은 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 포함하는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 나타낸다.
본 발명은 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 혼합한 배합토를 15∼25℃에서 90∼100시간 동안 숙성한 다음 진공압출시켜 수분율 18±2％가 되도록 성형한 후 200±20℃에서 12∼36시간 동안 건조한 다음 1,000∼1,200℃에서 1∼10시간 동안 소성한 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 나타낸다.
본 발명의 벽돌에서 고령토를 20중량％ 미만 사용하면 가소성이 저하되는 문 제가 있고, 60중량％를 초과하여 사용하면 가소성은 좋아지나 연료의 과다 사용으로 인한 에너지소비량이 증가하는 문제가 있다.
본 발명의 벽돌에서 무연탄 석탄회를 20중량％ 미만 사용하면 소성온도의 증가로 인한 에너지 과다 사용의 문제가 있고, 40중량％를 초과하여 사용하면 에너지 절감은 되지만 가소성이 과다하게 증가하여 벽돌을 성형하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 벽돌에서 무기성 오니를 20중량％ 미만 사용하면 가소성이 증가하여 벽돌을 성형하기 어려운 문제가 있고, 60중량％를 초과하여 사용하면 가소성이 저하되어 벽돌을 성형하기 어려운 문제가 있다.
따라서 본 발명의 벽돌은 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 벽돌은 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 포함하는 배합토에 진주암(pearlstone), 코르크(cork), 활성탄(active carbon), 제올라이트(zeolite), 알루미나(aluminum oxide), 비장탄(備長炭), 이산화티타늄(TiO2)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 기능성(機能性) 성분을 배합토 중량 대비 1∼10중량％이 되도록 추가로 더 첨가하여 기능성이 향상된 벽돌을 제조할 수 있다.
상기에서 진주암(pearlstone), 코르크(cork)는 벽돌의 단열성 기능을 향상시킬 수 있으며, 활성탄(active carbon), 제올라이트(zeolite), 알루미나(aluminum oxide), 비장탄(備長炭), 이산화티타늄(TiO2)은 인체에 유해한 물질을 흡착시킬 수 있어 벽돌의 흡착성 기능을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 기능성 물질을 포함하는 본 발명의 벽돌은 종래의 벽돌과 대비시 단열성, 흡착성 등의 기능을 가져 인체에 유해한 물질의 제거 및 보온 유지에 기여할 수 있어 이러한 벽돌을 건물의 외벽 뿐만 아니라 실내의 인테리어 재료에 사용할 수 있다.
상기에서 언급한 본 발명의 벽돌은 건축용 벽돌, 실내 인테리어용 벽돌, 보도용 바닥벽돌의 군으로부터 선택되는 어느 하나의 용도로 사용할 수 있다.
본 발명은 벽돌의 재료로써 폐기물의 일종인 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하도록 하여 벽돌 재료의 다양화, 폐기물의 재활용에 따른 환경오염의 방지에 기여할 수 있으며, 벽돌이 사용되는 장소에 따라 다양한 색상을 지닐 수 있는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 포함하는 벽돌의 제조방법을 나타낸다.
본 발명은 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 혼합하여 배합토를 얻는 단계; 상기 배합토를 숙성한 다음 진공압출하여 벽돌모양으로 성형하는 단계; 상기 벽돌모양의 성형물을 건조한 후 소성하는 단계;를 포함하는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌의 제조방법을 나타낸다.
본 발명은 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 혼합하여 배합토를 얻는 단계; 상기 배합토를 15∼25℃에서 90∼100시간 동안 숙성한 다음 200∼250psi 압력으로 진공압출하여 수분율 18±2％인 벽돌모양으로 성형하는 단계; 상기 벽돌모양의 성형물을 200±20℃에서 15∼30시간 동안 건조한 후 1,000∼1,200℃의 온도로 승온시키고 1∼10시간 동안 유지하여 소성하는 단계;를 포함하는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌의 제조방법을 나타낸다.
본 발명의 벽돌 제조시 고령토를 20중량％ 미만 사용하면 가소성이 저하되는 문제가 있고, 60중량％를 초과하여 사용하면 가소성은 좋아지나 연료의 과다 사용으로 인한 에너지소비량이 증가하는 문제가 있으며, 본 발명의 벽돌 제조시 무연탄 석탄회를 20중량％ 미만 사용하면 소성온도의 증가로 인한 에너지 과다 사용의 문제가 있고, 40중량％를 초과하여 사용하면 에너지 절감은 되지만 가소성이 과다하게 증가하여 벽돌을 성형하기 어려운 문제가 있고, 본 발명의 벽돌 제조시 무기성 오니를 20중량％ 미만 사용하면 가소성이 증가하여 벽돌을 성형하기 어려운 문제가 있고, 60중량％를 초과하여 사용하면 가소성이 저하되어 벽돌을 성형하기 어려운 문제가 있다. 따라서 본 발명의 벽돌 제조시 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 벽돌 제조시 벽돌의 재료인 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 소정의 배합비에 따라 달리하여 혼합, 성형, 건조 및 소성에 의해 벽돌을 제조하면 상기 재료의 배합비에 따라 다양한 색상을 지니는 벽돌을 제조할 수 있다. 따라서 벽돌을 사용하는 장소에 따라 적절한 색상을 지닌 벽돌을 사용할 수 있다.
본 발명의 벽돌을 제조함에 있어서, 압출성형이 가능하고 시료의 균질화를 통한 성형성 향상을 위해 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무 기성 오니 20∼60중량％를 혼합하여 얻은 배합토를 15∼25℃에서 90∼100시간 동안 숙성한 다음 200∼250psi 압력으로 진공압출하여 수분율 18±2％인 벽돌모양으로 성형하는 것이 좋다.
본 발명의 벽돌을 제조함에 있어서, 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 혼합하여 얻은 배합토를 벽돌모양으로 성형하기 전에 상기 배합토를 15∼25℃에서 90∼100시간 동안 숙성하여 상기 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니 등 시료의 균질화 및 수분이 균일하도록 함으로써 성형성이 좋은 벽돌모양으로 성형물을 얻을 수 있다.
본 발명의 벽돌을 제조함에 있어서, 벽돌모양의 성형물에 대해 다양한 조건의 건조 및 소성조건으로 벽돌을 제조한바, 벽돌모양의 성형물을 200±20℃에서 15∼30시간 동안 건조한 후 1,000∼1,200℃의 온도로 승온시키고 1∼10시간 동안 유지하여 소성하여 본 발명의 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조할 수 있다.
본 발명의 벽돌 제조시 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 혼합하여 배합토를 얻는 단계에서 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 1차 혼합 → 석별기 → 1차 분쇄 → 2차 혼합 → 석별기 → 2차 분쇄의 공정으로 이루어지는 제토공정을 1∼3회, 바람직하게는 1∼2회를 반복하여 상기의 배합토를 얻을 수 있다.
본 발명의 벽돌을 제조함에 있어서, 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 혼합시 초음파 처리, 저주파 처리, 전기장 처리, 자기장 처리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 처리공정 하에서 혼합하여 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니 의 혼화성을 향상시켜 상기 재료들의 고른 분산되도록 할 수 있으며, 또한 고령토에 함유되어 있는 고령토 특유의 기능성을 보다 활성화시킬 수 있다.
상기에서 초음파 처리는 20kHz 이상에서 10분 이상 실시할 수 있다.
상기에서 초음파 처리는 20∼50kHz에서 10분∼2시간 동안 실시할 수 있다.
상기에서 저주파 처리는 10kHz 이하에서 30분 이상 실시할 수 있다.
상기에서 저주파 처리는 5∼10kHz에서 30분∼2시간 동안 실시할 수 있다.
상기에서 전기장 처리는 5kv 이상의 전기장에서 30분 이상 실시할 수 있다.
상기에서 전기장 처리는 5∼20kv에서 30분∼2시간 동안 실시할 수 있다.
상기에서 자기장 처리는 5가우스(Gauss) 이상의 자기장에서 30분 이상 실시할 수 있다.
상기에서 자기장 처리는 5∼30가우스에서 30분∼2시간 동안 실시할 수 있다.
본 발명의 벽돌을 제조함에 있어서, 배합토에 진주암(pearlstone), 코르크(cork), 활성탄(active carbon), 제올라이트(zeolite), 알루미나(aluminum oxide), 비장탄(備長炭), 이산화티타늄(TiO2)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 기능성(機能性) 성분을 배합토 중량 대비 1∼10중량％으로 성형전에 첨가하여 기능성이 향상된 벽돌을 제조할 수 있다.
상기에서 진주암(pearlstone), 코르크(cork)는 벽돌의 단열성 기능을 향상시킬 수 있으며, 활성탄(active carbon), 제올라이트(zeolite), 알루미나(aluminum oxide), 비장탄(備長炭), 이산화티타늄(TiO2)은 인체에 유해한 물질을 흡착시킬 수 있어 벽돌의 흡착성 기능을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 기능성 물질을 포함하는 본 발명의 벽돌은 종래의 벽돌과 대비시 단열성, 흡착성 등의 기능을 가져 인체에 유해한 물질의 제거 및 보온 유지에 기여할 수 있어 이러한 벽돌을 건물의 외벽 뿐만 아니라 실내의 인테리어 재료에 사용할 수 있다.
상기에서 제조한 본 발명의 벽돌은 건축용 벽돌, 실내 인테리어용 벽돌, 보도용 바닥벽돌의 군으로부터 선택되는 어느 하나의 용도로 사용할 수 있다.
본 발명의 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법에 대해 다양한 조건에 의해 조사 및 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예> 벽돌 재료 특성 조사
본 발명의 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌에 대해 주재료인 고령토, 무연탄 석탄회, 무기성 오니에 대한 특성을 측정하였다.
(1)고령토
고령토는 경상남도 산청에서 산출되는 것을 사용하였으며, 이의 SEM 사진을 조사한바 고령토는 할로이사이트(halloysite) 결정구조를 가지고 있으며(도 1 참조), 화학조성 분석 결과 무연탄 석탄회와 화학적 조성비율이 유사하며, 특히 SiO2, Al2O3가 치지하는 비율이 높았다(하기 표 1 참조).
(2)무연탄 석탄회
무연탄 석탄회는 서천화력발전소로부터 발생되며 평균입경이 20∼㎛인 것을 사용하였으며, 이의 SEM 사진을 조사한바 구형의 석탄회 입자를 확인할 수 있었는데 이는 발전소의 보일러 온도가 약 1400∼1500℃까지 올라가기 때문에 무연탄 석탄회가 용융되어 구상화된 것으로 사료되며, 이외에도 무정형 상태의 물질이 관찰되었다(도 2 참조).
무연탄 석탄회의 화학조성 분석 결과 고령토와 화학적 조성비율이 유사하며, 특히 SiO2, Al2O3가 치지하는 비율이 높았다(하기 표 1 참조).
(3)무기성 오니
무기성 오니는 전라북도 군산시의 동양제철화학(주)에서 발생하는 실리카가 주성분인 것을 사용하였다.
도 3a 및 도 3b는 무기성 오니의 SEM 사진을 나타낸 것으로서 도 3a는 무기 성 오니의 5,000배 SEM 사진이고, 도 3b는 50,000배 SEM 사진이다.
도 3a에서는 무기성 오니의 입자형태를 알 수가 없지만, 도 3b에서는 무기성 오니의 입자 모양은 구형이며, 입경은 50nm 이하인 것을 알 수가 있다.
도 4는 무기성 오니의 열분석 결과를 나타내었다. 이 TGA 그래프에서 알 수 있는 것처럼 상온에서 100℃까지 전체 중량의 76% 정도가 감소하는 것을 알 수가 있다. 이는 무기 오니에 포함되어 있는 수분이 증발하는 것으로 DTA 그래프에서 커다란 흡열피크를 확인할 수가 있다. 그러나 100℃에서 1200℃까지의 범위에서 중량 감소는 거의 없으며, 800℃에서 1200℃범위에서 용융 등에 기인한 흡열피크가 관찰되었다.
무기성 오니를 105℃에서 12시간 건조한 후의 화학성분 분석결과를 표 1에 나타내었으며, X선 회절분석(XRD) 결과를 도 5에 나타내었다. 표 1의 화학성분 분석결과 SiO2 와 Al2O3의 함량이 각각 83.00%과 6.12%이고, 나머지는 TiO2, CaO, Fe2O3로 이루어져 있는 것을 알 수가 있다. 또한 X선 회절분석 결과에서는 무기성 오니가 비정질로 구성되어 있다는 것을 알 수 있었다.
표 1. 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니 화학성분 분석 결과
Figure 112008073064057-pat00001
<실시예 1-6>
표 2의 조성과 같이 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 혼합하여 배합토를 얻은 후 25℃에서 96시간 동안 숙성시킨 다음 상기 배합토를 230psi(pounds per square inch) 압력으로 진공압출하여 수분율 18±2％인 벽돌모양으로 성형하였다.
상기 벽돌모양의 성형물을 200±20℃에서 24시간 동안 건조한 후 터널식 소성로에서 1,130±30℃의 온도로 승온시키고 5시간 동안 유지하는 소성(firing)을 실시하여 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
상기에서 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니는 상기 실험예에서 언급한 것을 사용하였다.
표 2. 실시에 1 내지 실시예 6의 재료 배합
항목 고령토 무연탄 석탄회 무기성오니 합계
실시예 1 60중량％ 20중량％ 20중량％ 100중량％
실시예 2 40중량％ 30중량％ 30중량％ 100중량％
실시예 3 20중량％ 40중량％ 40중량％ 100중량％
실시예 4 20중량％ 30중량％ 50중량％ 100중량％
실시예 5 20중량％ 20중량％ 60중량％ 100중량％
실시예 6 10중량％ 10중량％ 80중량％ 100중량％
<실시예 7>
고령토 50중량％, 무연탄 석탄회 25중량％ 및 무기성 오니 25중량％를 혼합하여 배합토를 얻었다.
상기 배합토에 배합토 중량 대비 5중량％의 진주암(pearlstone)을 첨가한 후 25℃에서 96시간 동안 숙성시킨 다음 상기 배합토를 230psi 압력으로 진공압출하여 수분율 18±2％인 벽돌모양으로 성형하였다.
상기 벽돌모양의 성형물을 200±20℃에서 24시간 동안 건조한 후 터널식 소성로에서 1,130±30℃의 온도로 승온시키고 5시간 동안 유지하는 소성을 실시하여 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 8>
진주암(pearlstone) 대신 코르크(cork)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 9>
진주암(pearlstone) 대신 활성탄(active carbon)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 10>
진주암(pearlstone) 대신 제올라이트(zeolite)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 11>
진주암(pearlstone) 대신 알루미나(aluminum oxide)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 12>
진주암(pearlstone) 대신 비장탄(備長炭)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 13>
진주암(pearlstone) 대신 이산화티타늄(TiO2)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 14>
고령토 50중량％, 무연탄 석탄회 25중량％ 및 무기성 오니 25중량％를 35±15kHz에서 1시간 동안의 초음파 처리 공정하에서 혼합하여 배합토를 얻었다.
상기 배합토에 배합토 중량 대비 5중량％의 진주암(pearlstone)을 첨가한 후 25℃에서 96시간 동안 숙성시킨 다음 상기 배합토를 230psi 압력으로 진공압출하여 수분율 18±2％인 벽돌모양으로 성형하였다.
상기 벽돌모양의 성형물을 200±20℃에서 24시간 동안 건조한 후 터널식 소성로에서 1,130±30℃의 온도로 승온시키고 5시간 동안 유지하여 소성을 실시하여 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 15>
초음파 처리 대신 7.5±2.5kHz에서 1시간 동안의 저주파 처리를 실시하는 것을 제외하고는 상기 실시예 14와 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 16>
초음파 처리 대신 15±5kv에서 1시간 동안의 전기장 처리를 실시하는 것을 제외하고는 상기 실시예 14와 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<실시예 17>
초음파 처리 대신 15±5가우스(Gauss)에서 1시간 동안의 자기장 처리를 실시하는 것을 제외하고는 상기 실시예 14와 동일한 방법으로 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌을 제조하였다.
<비교예>
고령토 50중량％, 점토 30중량％ 및 장석 20중량％를 혼합하여 배합토를 얻은 후 상기 배합토를 200psi 압력으로 진공압출하여 수분율 18±1％인 벽돌모양으로 성형하였다.
상기 벽돌모양의 성형물을 200±20℃에서 48시간 동안 건조한 후 터널식 소성로에서 1,130±30℃의 온도로 승온시키고 5시간 동안 유지하여 소성을 실시하여 벽돌을 제조하였다.
<시험예 1>
상기 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예에서 소성하기 전 건조한 벽돌 모양의 성형물인 성형블릭의 수분함량 및 압축강도를 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
표 3. 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예의 성형블릭 수분함량 및 압축강도
Figure 112008073064057-pat00002
한편 실시예 1 내지 실시예 6에서 소성하기 전 건조한 벽돌 모양의 성형물인 성형블릭의 사진을 도 6a 내지 도 6f에 나타내었다.
도 6a 내지 도 6f에서 보면 도 6a 내지 도 6e로 나타내는 실시예 1 내지 실시예 5의 성형블릭이 도 6f의 실시예 6의 성형블릭 보다 성형성이 보다 우수하였으나, 전체적으로 벽돌 모양의 성형블릭을 형성하고 있음을 알 수 있었다.
<시험예 2>
상기 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예에서 제조한 벽돌에 대해 각각의 압축강도를 측정하고 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.
표 4. 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예의 벽돌의 압축강도
항목 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예
압축강도 (N/mm2) 26.4 28.0 34.8 30.7 24.2 22.6 25.8
상기 표 3의 결과에서처럼 실시예에서 제조한 본 발명의 벽돌은 비교예의 벽돌과 대비시 실시예 6의 벽돌을 제외하고는 압축강도가 동등 수준 이상의 우수한 압축강도를 가지고 있음을 알 수 있었다.
<시험예 3>
상기 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예에서 제조한 벽돌에 대해 각각의 벽돌을 12시간 동안 물에 담가 놓았다가 꺼내어 무게를 달아보는 방법에 의해 수분 흡수율을 측정하고 그 결과를 아래의 표 5에 나타내었다.
표 5. 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예의 벽돌의 압축강도
항목 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예
흡수율 (％) 8.3 8.6 7.6 9.4 9.8 10.4 9.7
상기 표 4의 결과에서처럼 실시예 1 내지 실시예 6에서 제조한 본 발명의 벽돌은 비교예의 벽돌과 수분 흡수율 대비시 실시예 6의 벽돌을 제외하고는 수분 흡수율이 동등 수준 이상의 우수한 특성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
<시험예 4>
하기 표 6과 같은 벽돌을 제조하기 위한 재료를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 벽돌을 제조하였으며, 각각의 재료 배합비에 따른 벽돌 시편의 사진을 도 7에 나타내었다.
표 6. 벽돌 제조를 위한 재료 배합비(단위:중량％)
시료번호 시료명 무연탄 매립회 무연탄 석탄회 고령토 무기성 오니
1 D2C2K6S0 20 20 60 -
2 D3C3K4S0 30 30 40 -
3 D4C4K2S0 40 40 20 -
4 D5C3K2S0 50 30 20 -
5 D6C2K2S0 60 20 20 -
6 D8C1K1S0 80 10 10 -
7 D0C1K8S1 - 10 80 10
8 D0C2K7S1 - 20 70 10
9 D0C3K6S1 - 30 60 10
10 D0C4K5S1 - 40 50 10
11 D0C5K4S1 - 50 40 10
12 D0C6K3S1 - 60 30 10
13 D0C7K2S1 - 70 20 10
14 D0C8K1S1 - 80 10 10
15 D0C9K1S0 - 90 10 -
* "-"은 사용하지 않음을 의미함
도 7에서처럼 벽돌의 재료 배합비에 따라 다양한 색상을 지닌 벽돌을 제조할 수 있음을 알 수 있었다. 특히 본 발명의 벽돌과 동일한 구성성분을 나타내는 시료번호 7 내지 14의 벽돌은 재료 배합비에 따라 다양한 색상을 나타내고 있으며, 이때 무연탄 석탄회의 사용이 증가함에 따라 벽돌의 색상이 점차적으로 어두운 색을 나타내고 있음알 알 수 있었다.
도 7의 결과로부터 본 발명의 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 제조시 주요한 재료인 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 적절한 함량으로 사용시 다양한 색상의 벽돌을 제조할 수 있어 벽돌의 사용 용도에 따라 알맞은 색상을 지닌 벽돌을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 폐기물의 일종인 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 벽돌의 재료로 포함하도록 하여 벽돌의 재료를 다양화할 뿐만 아니라 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 재활용할 수 있어 환경오염의 방지에 기여할 수 있다. 또한 벽돌의 주재료인 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 적절한 함량으로 사용시 다양한 색상의 벽돌을 제조할 수 있어 벽돌의 사용 용도에 따라 알맞은 색상을 지닌 벽돌을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 벽돌에 제조시 재료의 하나인 고령토의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 벽돌에 제조시 재료의 하나인 무연탄 석탄회의 SEM 사진이다.
도 3a 및 도 3b은 본 발명의 벽돌에 제조시 재료의 하나인 무기성 오니의 SEM 사진으로서, 도 3a는 5,000배 확대 사진이고, 도 3b는 50,000배 확대 사진이다.
도 4는 무기성오니의 열중량 및 시차열 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 무기성오니의 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 도 6f 는 실시예 1 내지 실시예 6에서 소성하기 전 건조한 벽돌 모양의 성형물인 성형블릭의 사진이다(도 6a : 실시예 1, 도 6b : 실시예 2, 도 6c : 실시예 3, 도 6d : 실시예 4, 도 6e : 실시예 5, 도 6f : 실시예 6).
도 7은 시험예 4에서 원료배합비에 따른 벽돌 시편의 사진이다(도 7에서 벽돌 시편에 기재된 번호는 시료번호를 의미한다).

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 혼합하여 배합토를 얻는 단계;
    상기 배합토와 진주암(pearlstone), 코르크(cork), 활성탄(active carbon), 제올라이트(zeolite), 알루미나(aluminum oxide), 비장탄(備長炭), 이산화티타늄(TiO2)의 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 기능성(機能性) 성분을 혼합한 후 숙성한 다음 진공압출하여 벽돌모양으로 성형하는 단계;
    상기 벽돌모양의 성형물을 건조한 후 소성하는 단계;를 포함하는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 고령토 20∼60중량％, 무연탄 석탄회 20∼40중량％ 및 무기성 오니 20∼60중량％를 혼합하여 배합토를 얻는 단계;
    상기 배합토와 배합토 중량 대비 1∼10중량％의 기능성 성분을 혼합한 후 15∼25℃에서 90∼100시간 동안 숙성한 다음 200∼250psi 압력으로 진공압출하여 수분율 18±2％인 벽돌모양으로 성형하는 단계;
    상기 벽돌모양의 성형물을 200±20℃에서 15∼30시간 동안 건조한 후 1,000∼1,200℃의 온도로 승온시키고 1∼10시간 동안 유지하여 소성하는 단계;를 포함하는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 고령토, 무연탄 석탄회 및 무기성 오니를 혼합시 초음파 처리, 저주파 처리, 전기장 처리, 자기장 처리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 처리공정 하에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌의 제조방법.
  6. 삭제
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