KR100919794B1 - 염수를 이용한 점토벽돌 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염수를 이용하여 점토벽돌을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래 일반적으로 점토벽돌 제조시 사용하던 물을 대신하여 일정농도의 염분을 포함하는 소금물, 수족관의 물 또는 바닷물을 사용하는 것으로, 점토와 고령토를 일정비율로 배합한 주재혼합물과 염수, 모래, 흑연, 무연탄을 일정비율로 배합한 후에 1차로 건조과정을 거친 후 종래 소성과정의 가열온도인 1,000℃ 보다 낮은 온도로 소성을 함으로써 그에 따른 에너지 자원을 절약할 수 있고, 폐기처분되는 수족관 등의 염분을 포함하는 폐수를 재활용함으로써 수질오염 방지효과를 가질 수 있는 염수를 이용하여 점토벽돌을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

염수를 이용한 점토벽돌 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF CALY BRICKS USING SALT WATER}

본 발명은 소금물, 바닷물 등의 염분을 포함하고 있는 염수를 이용하여 점토벽돌을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 점토(clay)라는 용어는 적당한 양의 물과 섞이면 가소성(plasticity)의 성향을 보이며 천연의 지표상에서 산출되어 미세한 광물질을 의미하는 것으로 점토에 대한 개념은 각 분야에 입자크기, 즉 입도(particle size)개념으로서의 점토, 광물조성 개념으로서의 점토, 토양(soil)개념으로의 점토로 다소 다르게 취급된다. 이러한 점토에 인공적인 열을 가하여 구운 것이 바로 점토바닥벽돌인데, 구운 이유는 건축포장재로서의 강도발현을 위해 인공적인 열을 가하는 것이다.

점토벽돌의 제조와 관련하여 대한민국등록특허 10-0536880(공고일자 2005.12.19) '고상 폐기물을 이용한 저온소결 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌과 그 제조방법', 대한민국등록특허 10-0691644(공고일자 2007.03.09) '석탄폐석을 포함하는 점토벽돌 및 상기 점토벽돌의 제조방법', 대한민국공개특허 10-2008-0010146호(2008.01.30) '이산화티탄 슬러지를 활용한 점토벽돌 및 그 제조방법'등에 다양한 기술을 개시하고 있다.

그러나 상기 특허를 포함한 대부분의 점토벽돌 제조와 관련하여 살펴보면, 소성과정에서 높은 온도를 유지하기 위해 많은 에너지를 소모하고 있음을 알 수 있다.

전 세계적으로 에너지 자원이 부족하고 있는 현 시점에서 에너지 소모를 방지할 수 있는 방안을 모색하는 것은 매우 중요하며, 특히 우리나라의 경우 대부분의 에너지원을 해외에 의존하고 있는 실정이어서 에너지 자원의 절약방안을 모색하는 것이 급선무이다.

따라서 본 출원인은 이와 같은 흐름에 맞춰 점토벽돌 제조과정 중 소성과정에서 많은 열에너지가 사용되고 있고, 그로 인하여 에너지 소모가 많다는 문제를 인식하여 이를 해소할 수 있는 방안을 모색하게 되었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 점토벽돌 제조과정에서 보통 1,000℃ 이상의 온도로 소성과정이 이루어지며 그로 인한 엄청난 양의 에너지가 소모되는 것을 방지하기 위해 소성온도를 낮추기 위해 점토 제작과정에서 일반적으로 사용되던 물을 대신하여 염수(바닷물, 염분을 포함하고 있는 수족관의 물)를 이용하여 소성온도를 낮춤으로써 에너지를 절약할 수 있고, 더욱이 폐기되는 수족관의 물을 재활용함으로써 환경오염을 예방할 수 있는 염수를 이용한 점토벽돌 제조방법의 제공을 발명의 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 점토 45 ~ 65중량%와 고령토 35 ~ 55중량%의 혼합으로 조성되는 주재혼합물 75 ~ 85중량%와,

바닷물 또는 수족관 폐수인 염수(salt water) 5 ~ 15중량%와,

모래 2 ~ 5중량%, 흑연 2 ~ 5중량%, 무연탄 3 ~ 5중량%를 혼합하여 성형한 후 50 ~ 100℃로 40 ~ 55시간 동안 건조한 후 750 ~ 850℃의 온도로 20 ~ 25시간 동안 소성시켜 제조된 염수를 이용한 점토벽돌 제조방법을 발명의 주요 기술적 구성으로 한다.

점토는 물리적 성질은 다르지만, 비슷한 화학적 구성 요소에 따라 표면점토(Surface clays), 고압을 받은 점토(Shales), 지하 깊은 곳에서 채취한 것으로 균일한 품질과 저 산화물을 함유하고 있는 점토(Fire clays)의 3가지 형태로 나타난다. 그리고 점토는 주로 장석, 운모류와 같은 모암이 풍화작용을 받아 생산되는 것으로 이때 생성된 점토가 풍화작용을 받은 장소에 남아있는 것을 일차점토라 하고, 반면에 생성된 점토가 물과 바람의 작용으로 멀리 이동되어 퇴적된 점토를 이차점토라 하며 이동하는 동안 유기물질이 함유되어 색상이 유색을 나타낸다.

벽돌용 점토는 적연와(건축용) 제조에 적합한 잡 점토로, 일반적으로 전답의 하층이나 야산의 하층부에 널리 매장되어 있는 혼합점토로 철분함량이 많으며 벽돌 제조시는 수 종류의 점토가 배합되어 사용된다. 잡 점토에는 여러 불순물(유기물질 등)이 함유되므로 수 종류의 점토를 공급기에 넣고 roll crusher, screen filter등에 의한 제토 공정이 필요하다.

점토벽돌의 형태에 대해서는 기본형, 특수형, 부속형 등 크게 세 가지로 분류하게 된다. 기본형 벽돌은 길이 : 너비 = 1:2, 너비 : 높이 = 1:2로 된 장방형 벽돌로서 벽돌 중에서 가장 흔하고 대표적인 규격화 벽돌이다.

규격은 국가에 따라 다르다. 특수형 벽돌은 특수한 구축물에 사용되는 벽돌이기 때문에 일정한 형이 없이 주문생산에 의하여 제조된다. 부속형 벽돌은 기본형에 준하여 규격화된 것도 있지만 규격화되지 않았고 주문생산에 의하여 제조되는 벽돌로서 아치벽돌, 문턱벽돌, 모서리벽돌, 각종 장식용 벽돌들이다.

점토는 겉보기 점성도(apparent viscosity)가 50cp ~ 100cp으로서, 고령토와 45 ~ 65중량%의 비율로 혼합하여 사용한다. 이때 점토의 사용량이 45중량% 미만인 경우에는 점토벽돌의 강도가 떨어지고, 65중량%를 초과하게 되는 경우에는 경량성이 떨어지는 문제가 있으므로, 상기 점토는 고령토에 대해 45 ~ 65중량% 비율로 사용하는 것이 바람직하다.

점토에서 점성도의 의미는 유체상의 점토 현탁액(clay suspension)의 외부 변형력에 대한 저항 정도(물의 겉보기 점성도: 1 cp)로서 정해지는 것으로, 점토의 제반 물성과 연계되는 이 성질은 일반적으로 점토 입자의 크기가 작을수록 그 값이 증가한다. 또한, 점토의 점성도는 점토광물의 광종, 수화 정도, 입도는 물론 온도에 따라서도 민감하게 변한다.

상기 고령토는 카올리나이트(Al₂O_3·2SiO₂·2H₂O)와 할로이사이트(Al₂O₃·SiO_{2 ·}4H₂O)을 주성분으로 하는 물질로써, 바위 속에 있는 장석·정장석·소다장석·회장석 같은 장석류가 탄산 또는 물에 의해 화학적으로 분해되는 풍화에 의해 생성되는 것이다. 이와 같은 고령토를 점토에 대해 35중량% 미만으로 사용하게 될 경우에는 벽돌성분의 결합력이 떨어져 강도가 약해지고, 55중량%를 초과하게 되는 경우에는 벽돌의 경량성이 떨어지는 문제가 있으므로, 상기 고령토는 점토에 대해 35 ~ 55중량% 비율로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 점토와 고령토의 혼합으로 조성된 주재혼합물은 염수, 모래, 흑연, 무연탄과 혼합하여 소성과정을 거쳐 점토벽돌로 제조되는 것으로, 주재혼합물은 전체 함량의 75 ~ 85중량%로 사용되며, 75중량% 미만인 경우에는 벽돌의 강도가 떨어지고, 85중량%를 초과하게 되는 경우에는 경량성이 떨어지므로, 점토와 고령토의 혼합으로 조성된 주재혼합물은 전체 벽돌함량에 대해 75 ~ 85중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 염수는 3 ~ 5%의 염분농도를 갖는 소금물, 바닷물 또는 수족관 물을 사용할 수 있는 것으로 염분농도가 3% 미만인 경우에는 소성온도를 낮추기가 어렵고, 5%를 초과하게 되는 경우에는 점토벽돌의 내구성이 떨어질 수 있으므로, 상기 염수의 염분농도는 3 ~ 5%를 유지하는 것이 바람직하다.

점토벽돌 제조과정에서의 염수의 사용은 종래 사용되던 물을 대신하여 바닷물이나 도심지 횟집 식당 중 바닷물을 사용하는 수족관의 폐수를 수거 활용함으로써 종래 물을 사용하여 벽돌을 제조할 때보다 소성시 온도를 많이 낮출 수 있다.

구체적으로는 종래 물을 사용하여 벽돌 제조시 소성온도는 일반적으로 1,000 ~ 1,200℃를 유지하고 있으나, 염수를 사용하는 본 발명의 경우에는 그 소성온도를 750 ~ 850℃로 낮출 수 있어, 그만큼 에너지자원의 절약을 기대할 수 있다.

따라서 염수의 사용은 유류 등 에너지원의 절약차원에서 매우 효율적이며, 수족관 등의 폐수를 재활용할 수 있어 환경오염 예방차원에서 매우 효율적이다. 소성온도를 낮춤으로써 기대되는 절약비율은 20%이다.

상기 염수는 전체 함량에 대해 5 ~ 15중량%를 사용하며, 5중량% 미만으로 사용하게 되는 경우에는 소성온도를 낮추기가 용이하지 않을 수 있고, 15중량%를 초과하게 사용하게 되는 경우에는 벽돌의 강도가 떨어질 우려가 있으므로, 상기 염수는 벽돌 제조시 사용되는 성분 전체함량의 5 ~ 15중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 이외에 점토벽돌 제조를 위해 모래 2 ~ 5중량%, 흑연 2 ~ 5중량%, 무연탄 3 ~ 5중량%를 사용한다.

상기 성분들의 혼합물을 이용하여 벽돌로 성형한 후에는 50 ~ 100℃로 40 ~ 55시간 동안 건조한 후 750 ~ 850℃의 온도로 20 ~ 25시간 동안 소성시켜 점토벽돌 제조한다.

상기 건조시 온도가 50℃ 미만인 경우에는 소성과정에서 많은 에너지 소모가 우려되고, 100℃를 초과하게 되는 경우에는 벽돌의 내구성에 문제가 있을 수 있으므로, 상기 건조온도는 50 ~ 100℃를 유지하는 것이 바람직하다.

그리고 소성온도가 750℃ 미만인 경우에는 벽돌의 강도가 떨어지고, 850℃를 초고하게 되는 경우에는 불필요한 에너지를 사용하게 되어 비효율적이므로 상기 소성온도는 750 ~ 850℃를 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 점토벽돌은 용도에 따라 바닥용 점토벽돌 또는 조적용 점토벽돌로 사용이 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 염수를 이용한 점토벽돌은 종래 벽돌제조시 일반적으로 사용하던 물을 대신하여 바닷물이나 소금물과 같은 염수를 이용하여 종래 물을 배합하여 제조시 1,000 ~ 1,200℃로 소성 할 때보다 염분으로 인하여 750 ~ 850℃의 낮은 온도에서 소성 할 수 있어 유류 20% 이상 절약 가능하여 획기적인 원가 절감을 기할 수 있다. 도심지 횟집 식당 중 바닷물을 사용하는 수족관의 폐수를 수거 활용함으로써 수질오염을 방지할 수 있다. 소성된 제품 표면이 자연스럽게 반짝이게 되어 유약을 칠한 것 같은 효과를 나타냄으로써 미적감각을 표현할 수 있다. 염분이 방충, 살균역할을 함으로써 실내·외 건축자재로서 유익하다.

이하, 상기한 기술적 구성의 구체적인 내용을 실시 예를 통해 살펴보도록 한다.

주재혼합물 배합

실시 예 1

0.5mm 크기로 미분쇄된 점토 600㎏을 고령토 400㎏과 배합한다.

실시 예 2

0.5mm 크기로 미분쇄된 점토 550㎏을 고령토 450㎏과 배합한다.

점토벽돌 제조

실시 예 3

실시 예 1의 주재혼합물 1000㎏ 중 850㎏을,

바닷물 50㎏, 모래 50㎏, 흑연 20㎏, 무연탄 30㎏과 함께 혼합하여 벽돌모양으로 성형한 후 100℃에서 40시간 동안 건조한 후 800℃에서 20시간 동안 소성하여 제조한다.

실시 예 4

실시 예 2의 주재혼합물 1000㎏ 중 850㎏을,

염분 3%를 유지하는 소금물 50㎏, 모래 50㎏, 흑연 20㎏, 무연탄 30㎏과 함께 혼합하여 벽돌모양으로 성형한 후 90℃에서 43시간 동안 건조한 후 820℃에서 22시간 동안 소성하여 제조한다.

이와 같이 제조된 점토벽돌은 종래 벽돌에 비해 물리적인 측면에서 큰 차이를 보이고 있지 않으면서(표1), 소성온도를 종래 일반적으로 사용되던 1,000℃ 이상의 온도를 850℃미만으로 떨어뜨릴 수 있었다.

상기 실시 예 4에서 제조된 점토벽돌의 흡수율, 압축강도, 휨강도는 다음과 같다.

표1) 기존 점토벽돌과 본 발명의 점토벽돌의 물리적 특성

구분	본 발명의 점토벽돌(실시 예4)	일반적 점토벽돌(KS기준)
흡수율(%)	7%이내	10%
압축강도(n/㎟)	25.9	20.6
휨강도(Mpa)	5.5	5.0

Claims (4)

1. 점토 45 ~ 65중량%와 고령토 35 ~ 55중량%의 혼합으로 조성되는 주재혼합물 75 ~ 85중량%와,

   바닷물 또는 수족관 폐수의 염분을 3 ~ 5중량% 포함하는 염수 5 ~ 15중량%와,

   모래 2 ~ 5중량%, 흑연 2 ~ 5중량%, 무연탄 3 ~ 5중량%를 혼합하여 성형한 후 50 ~ 100℃로 40 ~ 55시간 동안 건조한 후 소성 하여 제조된 것에 있어서,

   상기 소성은 750 ~ 850℃의 온도에서 20 ~ 25시간 동안 이루어지는 것임을 특징으로 하는 염수를 이용한 점토벽돌 제조방법.
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