KR101080855B1 - Preparation method of Eco-building material using waster polishes sludge - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CRT 브라운관 패널 생산공정으로부터 배출되는 폐연마재슬러지를 이용하여 친환경 건축재료를 제조하는 방법에 관한 것으로,
자세하게는 CRT 브라운관 패널 제조 공정에서 발생되는 폐연마재 슬러지에 연탄재, 메타카올린 및 알칼리성 자극제를 혼합하여 친환경 건축재료를 제조함으로써, 소성 단계가 없이, 친환경적이고 압축강도가 우수한 건축재료를 제조할 수 있으며, 무엇보다 중금속을 포함하는 CRT 브라운관 패널의 폐연마재 슬러지를 재활용함으로써 환경오염문제를 해결하고 자원을 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 공정단계에서 이산화탄소 배출량을 현저하게 감소할 수 있는 친환경 건축재료의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing environmentally friendly building materials using waste abrasive ash sludge discharged from a CRT CRT panel production process.
In detail, eco-friendly building materials can be manufactured by mixing briquette materials, metakaolin and alkaline stimulants with waste abrasive sludge generated in the CRT CRT panel manufacturing process, thereby producing building materials that are environmentally friendly and have excellent compressive strength. First of all, by recycling the waste abrasive sludge of CRT CRT panels containing heavy metals, we can not only solve environmental pollution problems and save resources, but also develop a method of manufacturing eco-friendly building materials that can significantly reduce carbon dioxide emissions at the process stage. to provide.
Description
본 발명은 CRT(cathode ray tube) 브라운관 연마 및 광택 공정에서 발생되는 폐연마재 슬러지를 재활용하여 친환경 건축재료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 자세하게는 디스플레이 장치 중 하나인 CRT 브라운관 연마 및 광택 공정에서 발생되는 폐연마재 슬러지를 연탄재 및 메타카올린과 혼합하여 친환경 건축재료를 제조함으로써, 폐연마재에 포함된 중금속이 자연으로 배출되는 것을 방지할 수 있고, 시멘트에 비해 응결속도가 빠르고, 기계적 강도가 우수한 건축재료를 제조할 수 있으며, 시멘트를 이용한 건축재료 제조 공정에 비해 이산화탄소 발생량이 월등히 감소할 수 있는 친환경 건축재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing environmentally friendly building materials by recycling waste abrasive sludge generated in a cathode ray tube (CRT) cathode tube polishing and polishing process. Specifically, the present invention relates to a CRT cathode ray tube polishing and polishing process, which is one of display devices. By manufacturing waste building material sludge mixed with briquettes and metakaolin to produce eco-friendly building material, it is possible to prevent heavy metals contained in waste polishing material from being discharged to nature. The present invention relates to a method for manufacturing an environmentally friendly building material which can be produced and can significantly reduce carbon dioxide generation compared to a building material manufacturing process using cement.
TV나 컴퓨터 모니터 등의 디스플레이 장치 중에 하나인 CRT(cathode ray tube, 음극선관) 브라운관 패널은, CRT 브라운관 패널 제조 공정에서 필수적으로 표면의 평활도 향상과 광택유지를 위하여 각종 무기 연마재를 사용하여 연마 및 광택을 향상시킨다.CRT (cathode ray tube) CRT panel, which is one of display devices such as TV and computer monitor, is polished and polished by using various inorganic abrasives to improve surface smoothness and maintain gloss during CRT CRT panel manufacturing process. To improve.
연마 공정은 조연마, 미세연마 그리고 광택과정 등 3단계 공정으로 구성된다. 국내에서 주로 사용하는 단계별 연마재는, 조연마재로 부석(pumice) 분말이 사용되고, 미세연마재로는 석류석(garnet) 분말이 사용된다.The polishing process consists of three stages: rough polishing, fine polishing and polishing. As the abrasive used mainly in Korea, pumice powder is used as a coarse abrasive and garnet powder is used as a fine abrasive.
광택 공정에서는 철산화물이나 희토류산화물 등의 혼합물인 루즈(rouge) 분말이 사용되고 있다. CRT 광택 공정에 사용되는 루즈의 입자크기는 10㎛ 이하의 미립자이다. 연마 공정에서 사용되는 연마재는 유리 스크랩과 함께 슬러지로 배출된다. 대부분의 슬러지는 농축 및 탈수과정을 거쳐 케이크 상태로 매립, 폐기 처분 되고 일부 시멘트 부원료로 사용되어 왔다. CRT 유리에는 납, 스트론튬, 안티몬 등의 중금속 또는 독성원소가 함유되어 있고(Mear et al., 2006), 이 원소들은 슬러지에 잔존하게 되어 그대로 자연으로 배출될 경우 심각한 환경오염원으로 작용할 수 있다.In the polishing process, rouge powder, which is a mixture of iron oxide and rare earth oxide, is used. The particle size of rouge used in the CRT polishing process is fine particles of 10 mu m or less. The abrasive used in the polishing process is discharged into the sludge together with the glass scrap. Most sludge has been concentrated and dehydrated, landfilled, disposed of as cakes and used as some cement feedstock. CRT glass contains heavy metals or toxic elements such as lead, strontium and antimony (Mear et al ., 2006), these elements remain in the sludge and can act as a serious environmental pollutant if released to nature.
건축재료 특히 시멘트를 이용한 건축재료를 제조하는 방법으로 특별히 소성단계를 거치지 않고 제조하는 방법으로 지오폴리머 반응을 이용한 제조 방법이 종래에 공지되어 있다. 지오폴리머는 Al/Si 소스 물질과 알칼리의 반응으로 합성되는 무기결합재로, 케미칼 시멘트(chemical cement)로도 불린다. 특히 지오폴리머는 중금속 등 독성원소나 핵폐기물을 고정시키는 용도나 내화물질의 재료로 뛰어난 것으로 알려져 있다.As a method of manufacturing a building material, in particular, a building material using cement, a manufacturing method using a geopolymer reaction is conventionally known as a method of manufacturing a building material without undergoing a firing step. Geopolymers are inorganic binders that are synthesized by the reaction of Al / Si source materials with alkalis, also called chemical cements. In particular, geopolymers are known to be excellent for fixing toxic elements such as heavy metals and nuclear wastes and for refractory materials.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 CRT 브라운관 패널 제조 공정에서 발생되는 폐연마재 슬러지를 이용하여 친환경 건축재료를 제조함으로써, 소성 단계가 없이, 친환경적이고 압축강도가 우수한 건축재료를 제조할 수 있으며, 무엇보다 중금속을 포함하는 CRT 브라운관 패널의 폐연마재 슬러지를 재활용함으로써 환경오염문제를 해결하고 자원을 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 공정단계에서 이산화탄소 배출량을 현저하게 감소할 수 있는 친환경 건축재료의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention manufactures environmentally friendly building materials using waste abrasive sludge generated in the CRT CRT panel manufacturing process, there is no firing step, it is possible to manufacture environmentally friendly and excellent compressive strength building material, what By recycling the waste abrasive sludge of CRT CRT panels containing more heavy metals, it not only solves environmental problems and saves resources, but also provides a method for manufacturing eco-friendly building materials that can significantly reduce carbon dioxide emissions in the process step. The purpose is to.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 CRT 브라운관 패널 제조 공정의 연마 및 광택 단계에서 배출되는 폐연마재 슬러지와, 부유선별하여 미연소탄소가 제거된 연탄재 및 저급 고령토를 열처리한 메타카올린을 혼합하고, 여기에 알칼리자극제를 첨가하여 제조되는 친환경 건축재료의 제조방법에 관한 것으로,In order to achieve the above object, the present invention is to mix the waste abrasive sludge discharged in the polishing and polishing step of the CRT CRT panel manufacturing process, the coal briquettes from which unburned carbon is removed, and the metakaolin heat-treated low-grade kaolin, The present invention relates to a method for manufacturing an environmentally friendly building material prepared by adding an alkali stimulant,
(a) 폐연마재 슬러지를 건조하여 해쇄하는 단계;(a) drying and crushing the waste abrasive sludge;
(b) 상기 (a) 단계의 해쇄한 폐연마재에 연탄재 및 메타카올린을 첨가하고 혼합하는 단계;(b) adding and mixing briquettes and metakaolin to the pulverized waste abrasive of step (a);
(c) 상기 (b) 단계의 혼합물에 알칼리성 자극제를 혼합하여 성형조성물을 제조하는 단계;(c) mixing the alkaline stimulant to the mixture of step (b) to produce a molding composition;
(d) 상기 (c) 단계의 혼합물을 성형틀에 공급하고 가압성형 후, 양생하는 단계;를(d) supplying the mixture of step (c) to the mold and pressing after curing;
포함하는 CRT 브라운관 패널 연마공정 후 배출되는 폐연마재 슬러지를 이용한 친환경 에코벽돌의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing an eco-friendly eco brick using waste abrasive sludge discharged after the CRT CRT panel polishing process comprising.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명은 CRT 브라운관 패널 생산공정에서 필수적으로 표면의 평활도 향상과 광택 유지를 위해 각종 무기 연마재를 사용하여 연마 및 광택을 향상시키게 되는데, 이때 연마 및 광택 공정 후 배출되는 폐연마재 슬러지를 이용하여 친환경 건축재료로서 친환경 에코벽돌을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention is to improve the polishing and gloss by using various inorganic abrasives in order to improve the smoothness of the surface and maintain the gloss of the CRT CRT panel production process, at this time, eco-friendly construction using waste abrasive sludge discharged after the polishing and polishing process It provides a method of manufacturing eco-friendly eco brick as a material.
자세하게는 CRT 브라운관 패널 생산공정에서 연마 공정에서 사용된 연마재와 연마 공정 후 브라운관에서 탈리된 유리 스크랩에 혼합된 폐연마재 슬러지를 농축 및 탈수과정을 거쳐 케이크 상태로 배출하고(약 30 중량% 정도의 수분이 포함), 이를 건조하고, 해쇄하여 분말로 제조하고, 상기 해쇄한 분말에 부유선별공정을 거쳐 미연소탄소가 제거된 연탄재 및 저급 고령토를 고온에서 가열하여 제조된 메타카올린을 혼합하고, 알칼리성 자극제를 더 혼합하여 압축성형하여 지오폴리머 성형체를 제조하고 이를 양생함으로써, 폐연마재 슬러지에 포함된 각종 독성물질이나, 납, 스트론튬, 안티몬 등의 중금속을 자연 배출하지 않기 때문에 환경오염을 예방하고, 폐자원을 재활용함에 따라 경제적, 환경적 효과가 있고, 압축강도가 우수한 친환경 에코벽돌을 제조할 수 있다. 도 1은 본 발명의 CRT 브라운관 패널 생산공정에서 배출된 폐연마재 슬러지를 이용한 친환경 에코벽돌의 제조방법의 순서도이다.In detail, in the CRT CRT panel production process, the abrasive used in the polishing process and the waste abrasive sludge mixed in the glass scrap detached from the CRT after the polishing process are concentrated and dewatered and discharged into the cake state (about 30% by weight of moisture). And drying it, pulverizing it into a powder, and mixing the pulverized powder and the metakaolin produced by heating unburned carbon and briquette of low kaolin at a high temperature through a flotation process. By further mixing and compression molding to produce a geopolymer molded body and curing it, it does not naturally discharge various toxic substances contained in the waste abrasive sludge, or heavy metals such as lead, strontium, antimony, to prevent environmental pollution, waste resources Eco-friendly bricks with economic and environmental effects and excellent compressive strength There can be referenced. 1 is a flow chart of a method for producing an eco-friendly eco brick using waste abrasive sludge discharged from the CRT CRT panel production process of the present invention.
본 발명의 폐연마재 슬러지는 조연마재로 부석, 미세연마재로 석류석, 광택재로 철산화철 또는 희토류산화물의 혼합물인 루즈를 포함한다. 부석과 석류석은 폐연마재 슬러지를 건식 입도분리하여 회수, 연마재로 재사용할 수 있으나 미립자인 루즈는 미립으로써 회수가 어렵고 유리스크랩이 함유되어 있어 연마재로써의 재활용은 어렵다. 그러나 실리카성분이 50.5%, 알루미나 성분이 10.1%로써, 알루미늄을 연탄재와 메타카올린으로부터 보충하면 본 발명의 친환경 에코벽돌을 제조하는데 있어서 압축강도를 향상시키는데 효과적이다.The waste abrasive sludges of the present invention include roux as a rough abrasive, pumice as a fine abrasive, garnet as a fine abrasive, and iron oxide or rare earth oxide as a polish. Pumice and garnet can be recovered and reused as abrasives by dry particle size separation of dry abrasive sludge. However, it is difficult to recover fine particles of rouge as fine particles and contain glass scrap. However, the silica component is 50.5% and the alumina component is 10.1%. When aluminum is replenished from briquette materials and metakaolin, it is effective to improve the compressive strength in manufacturing the eco-friendly eco brick of the present invention.
본 발명은 상기 친환경 에코벽돌의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 CRT 브라운관 패널 생산공정으로부터 배출된 폐연마재 슬러지(함수율 약 30 중량% 정도)를 건조하고 해쇄한다. 폐연마재 슬러지를 건조하고 해쇄하는 방법은 대한민국 등록특허 제10-0534151호(출원인 지질자원연구원)에 공지된 방법을 이용할 수 있다. In the present invention, the eco-friendly eco-brick manufacturing method, step (a) is dried and crushed waste abrasive sludge (water content of about 30% by weight) discharged from the CRT CRT panel production process. As a method for drying and crushing the waste abrasive sludge may be used a method known in the Republic of Korea Patent Registration No. 10-0534151 (applicant geological resources research institute).
구체적으로는 케이크 상태의 슬러지를 저장조에 저장하는 저장 과정과; 상기 저장조에 저장된 슬러지의 두께를 조절하여 로터리 킬른에 투입하는 투입 과정과; 슬러지의 건조 효율을 향상시키도록 상기 로터리 킬른에 분쇄 매체를 장입하여 슬러지에 충격을 가하여 슬러지를 1차 해쇄하는 1차 해쇄 과정과; 해쇄된 슬러지 입자를 핀 밀(pin mill)을 통과시켜 2차 해쇄시키는 2차 해쇄 과정;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 해쇄 과정에서 공기분급기를 이용하여 분급함으로써 굵은 입자를 분리되고 미세 입자들만 수득할 수 있다.Specifically, the storage process for storing the sludge in the cake state in a storage tank; An input process of adjusting the thickness of the sludge stored in the storage tank and inputting it to the rotary kiln; A first crushing process of charging crushing medium into the rotary kiln to impart sludge to crush the sludge to improve the drying efficiency of the sludge; It is characterized by consisting of; a second crushing process for passing the crushed sludge particles through a pin mill (secondary crushing). In the disintegration process, coarse particles may be separated by classifying using an air classifier, and only fine particles may be obtained.
본 발명은 상기 (a) 단계를 거쳐 해쇄한 폐연마재 입자 크기는 0.1 ㎛ 내지 15 ㎛인 아주 미세한 입자들로 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the waste abrasive particles crushed through the step (a) are formed of very fine particles having a size of 0.1 μm to 15 μm.
본 발명은 상기 친환경 에코벽돌의 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계에서 해쇄한 폐연마재에 연탄재 및 메타카올린을 첨가하여 혼합하는 단계이다. 상기 연탄재는 부유선별법을 이용하여 미연소탄소가 제거된 연탄재를 이용하는 것이 바람직하며, 미연소탄소가 최대한 제거된 연탄재를 이용하는 것이 에코벽돌의 압축강도를 향상시키는데 더 효과적이다. 본 발명은 상기 미연소탄소가 제거된 연탄재로서 미연소탄소가 0.00 중량%가 되도록 완전히 제거된 연탄재를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한 상기 부유선별법은 당해 분야의 일반적인 부유선별 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 한국 등록특허 제541464호, 한국 등록특허 제541435호, 한국 등록특허 제749757호 등에서 이용된 부유선별 방법을 이용할 수 있다.In the present invention, the eco-friendly eco-brick manufacturing method, step (b) is a step of mixing by adding the briquettes and metakaolin to the waste abrasive crushed in the step (a). The briquette material is preferably used to remove the unburned carbon by using the flotation screening method, it is more effective to use the briquette material from which the unburned carbon is removed as much as possible to improve the compressive strength of the eco-brick. In the present invention, it is more preferable to use the briquette material completely removed so that the unburned carbon becomes 0.00 wt% as the briquette material from which the unburned carbon is removed. In addition, the floating screening method may use a common floating screening method in the art. For example, the floating screening method used in Korean Patent No. 541464, Korean Patent No. 541435, Korean Patent No. 749757, etc. may be used.
또한 본 발명의 상기 (b) 단계의 메타카올린은 저렴한 저급 고령토를 고온에서 열처리하여 제조할 수 있으며, 약 700℃에서 열처리함으로서 메타카올린을 형성할 수 있는 것으로 알려져 있다.In addition, the metakaolin of step (b) of the present invention can be prepared by heat-treating inexpensive low-grade kaolin at a high temperature, it is known that it can form metakaolin by heat treatment at about 700 ℃.
본 발명의 상기 (b) 단계에서 해쇄한 폐연마재와 여기에 첨가되는 연탄재 및 메타카올린의 혼합비는 상기 (a) 단계에서 해쇄한 폐연마재 100 중량부에 대하여 연탄재 50~150 중량부 및 메타카올린 50~150 중량부, 바람직하게는 연탄재 75-120 중량부 및 메타카올린 75-120 중량부를 혼합하는 것이 에코벽돌의 압축강도를 향상하는데 적합하며, 상기 중량부 범위를 벗어날 경우, 압축강도가 약해져 균열이 발생하거나, 충격에 약할 수 있다.The mixing ratio of the waste abrasive pulverized in the step (b) of the present invention and the briquettes and metakaolin added thereto is 50 to 150 parts by weight of the briquettes and the
본 발명은 상기 친환경 에코벽돌의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계에서 혼합한 해쇄 폐연마재, 연탄재 및 메타카올린의 혼합물에 알칼리 자극제를 첨가함으로써 지오폴리머(geopolymer) 반응에 따라 지오폴리머 성형체를 형성할 수 있다. 상기 알칼리 자극제로는 수산화나트륨 수용액을 이용하는 것이 바람직하다.The present invention provides a method for producing an eco-friendly eco brick, wherein step (c) is performed by adding an alkali stimulant to the mixture of the pulverized waste abrasive, briquette and metakaolin mixed in step (b). Thus, the geopolymer molded body can be formed. It is preferable to use an aqueous sodium hydroxide solution as the alkali stimulant.
본 발명의 상기 수산화나트륨 수용액은 해쇄한 폐연마재 100 중량부에 대하여 40 내지 200 중량부로 첨가하는 것이 바람직하며, 75 내지 150 중량부로 첨가하는 것이 가장 바람직하다. 상기 수산화나트륨 수용액이 바닥재에 대하여 20 중량부 미만으로 첨가할 경우, 입자간의 친화력이 떨어져 가압성형이 어렵고, 지오폴리머를 형성할 수 없다. 또한 상기 수산화나트륨 수용액이 바닥재에 대하여 50 중량부를 초과하여 첨가할 경우, 혼합물의 상태가 슬러리 또는 겔 상태가 되어 가압성형하는데 부적절하다.The aqueous sodium hydroxide solution of the present invention is preferably added in an amount of 40 to 200 parts by weight, and most preferably in an amount of 75 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of the crushed waste abrasive. When the sodium hydroxide aqueous solution is added in an amount less than 20 parts by weight with respect to the flooring material, the affinity between the particles is low, and it is difficult to press-form and form a geopolymer. In addition, when the sodium hydroxide aqueous solution is added in excess of 50 parts by weight with respect to the flooring material, the state of the mixture becomes a slurry or gel state, which is inappropriate for press molding.
본 발명의 상기 수산화나트륨 수용액은 초순수에 5 내지 30 mole/L의 농도, 바람직하게는 6 내지 12 mole/L의 농도로 용해한 수산화나트륨 수용액이 지오폴리머 반응에 의한 에코벽돌 제조 시 우수한 압축 강도를 부여하는데 적절하다. 수산화나트륨 수용액의 농도가 5 mole/L 미만일 경우, 에코벽돌의 압축 강도가 감소하고, 양생시간을 늘려도 목표하는 압축강도까지 증가하지 않는 문제점이 있다. 수산화나트륨 수용액의 농도가 30 mole/L 초과 할 경우, 양생 시 초기에 다소 높은 압축강도를 나타내지만, 양생시간이 증가할수록 오히려 압축강도가 감소하는 경향을 나타내며, 초기 압축강도가 높다고 하여 수산화나트륨 농도를 증가할 경우, 원료 비용이 증가하고, 에코벽돌 내에 다량의 수산화나트륨이 잔류하게 되어 시공 후, 철근 등의 금속성 건축재료의 부식을 일으킬 수 있는 문제점이 있다.The aqueous sodium hydroxide solution of the present invention provides an excellent compressive strength in the production of eco-brick by the geopolymer reaction of sodium hydroxide solution dissolved in ultrapure water at a concentration of 5 to 30 mole / L, preferably 6 to 12 mole / L It is appropriate to. When the concentration of the aqueous solution of sodium hydroxide is less than 5 mole / L, there is a problem that the compressive strength of the eco-brick decreases, and does not increase to the target compressive strength even if the curing time is increased. When the concentration of aqueous solution of sodium hydroxide exceeds 30 mole / L, it shows a relatively high compressive strength during curing. However, as the curing time increases, the compressive strength tends to decrease. Increasing the cost of the raw material increases, and a large amount of sodium hydroxide remains in the eco-brick, there is a problem that can cause corrosion of metallic building materials such as rebar after construction.
본 발명은 상기 해쇄한 폐연마재, 연탄재, 메타카올린 및 알칼리성 자극제를 혼합하는 과정은 특별히 제한하지 않으며, 혼합기에 넣어 30 내지 100 rpm, 바람직하게는 60 rpm의 회전속도로 3분 내지 5분 간 혼합하는 것이 바람직하다. The present invention is not particularly limited to the process of mixing the pulverized waste abrasive, briquettes, metakaolin and alkaline stimulant, mixed in a mixer for 3 to 5 minutes at a rotation speed of 30 to 100 rpm, preferably 60 rpm It is desirable to.
본 발명은 상기 (d) 단계로서, 상기 (c) 단계의 성형조성물을 성형틀 내에 공급하고 가압성형한 후, 양생함으로써 에코벽돌을 제조할 수 있다. 상기 성형틀은 제조하고자 하는 에코벽돌의 모양, 형태, 두께 또는 크기에 따라 다양한 성형틀을 이용할 수 있다. 상기 가압성형의 가압 조건은 5 내지 15 ㎏f/㎠으로 약 1분 내지 5분 동안 가압하는 것이 바람직하다. In the present invention (d) step, by supplying the molding composition of the step (c) in the molding die and press molding, it is possible to manufacture the eco-brick by curing. The molding die may use various molding dies according to the shape, shape, thickness or size of the eco brick to be manufactured. The pressurization conditions of the press molding are preferably pressurized for about 1 to 5 minutes at 5 to 15 kgf / cm 2.
본 발명은 상기 (d) 단계에서 가압성형을 마친 성형체를 양생함으로써 최종 에코벽돌을 제조할 수 있다. 양생(curing) 과정은 콘크리트나 에코벽돌을 제조 시에 최종적으로 경화하는 단계로서 최종 압축강도에 도달하기 위한 가장 중요한 단계이다.The present invention can manufacture the final eco-brick by curing the molded body after the press molding in the step (d). Curing process is the final hardening process of concrete or eco-brick, which is the most important step to reach final compressive strength.
본 발명의 양생 조건은 상온 내지 80℃, 바람직하게는 상온 내지 60℃의 온도에서, 적어도 1일 내지 28일 동안 양생하는 것이 바람직하다. 상기 양생 온도가 상온 미만일 경우, 압축강도가 낮고, 경화가 더딘 문제가 발생하고, 양생 온도가 80℃를 초과할 경우, 지오폴리머는 입자 재배열이 일어나 제올라이트(zeolite)가 형성되어 오히려 압축강도가 감소하는 경향을 나타낸다.Curing conditions of the present invention is preferably cured for at least 1 day to 28 days at a temperature of room temperature to 80 ℃, preferably room temperature to 60 ℃. If the curing temperature is less than room temperature, the compressive strength is low, the problem of slow curing occurs, if the curing temperature exceeds 80 ℃, the geopolymer is rearranged particles are formed to form a zeolite (zeolite) rather compressive strength It tends to decrease.
본 발명의 양생 과정을 마친 에코벽돌은 최종 압축강도가 10 내지 42 Mpa 인 에코벽돌을 제조할 수 있다. After finishing the curing process of the present invention, the eco-brick can produce an eco-brick having a final compressive strength of 10 to 42 Mpa.
본 발명은 하기 표 2 및 표 3에서 확인할 수 있듯이, 수산화나트륨 수용액의 첨가량이 증가한다거나, 수산화나트륨 수용액의 농도가 증가한다거나, 양생시간이 증가함에 따라 반드시 에코벽돌의 최종 압축강도가 증가하는 것은 아니며, 본 발명의 바닥재의 지오폴리머 반응을 이용한 친환경 에코벽돌의 제조방법 조건에 따라 수산화나트륨 수용액의 농도, 첨가량, 양생온도 및 양생시간을 적절하게 조절함으로써 에코벽돌의 최종 압축강도를 조절할 수 있으며, 별도의 소성 단계가 없이 양생만으로 압축강도가 우수한 친환경 에코벽돌을 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 친황경 에코벽돌은 포틀랜드 시멘트에 비해 빠른 응결효과와 고강도 특성에 의해 건축용으로 활용시 높은 기대효과를 예상된다.
As can be seen in Table 2 and Table 3, the present invention does not necessarily increase the final compressive strength of the eco brick as the amount of the sodium hydroxide solution is added, the concentration of the sodium hydroxide solution is increased, or the curing time is increased. According to the method of manufacturing eco-friendly eco brick using the geopolymer reaction of the flooring of the present invention, the final compressive strength of the eco brick can be adjusted by appropriately adjusting the concentration, amount of addition, curing temperature and curing time of the aqueous sodium hydroxide solution. Eco-friendly eco-brick with excellent compressive strength can be produced by curing only without the firing step. Therefore, the green sulfur eco-brick manufactured by the manufacturing method of the present invention is expected to have a high expected effect when used for construction due to the fast coagulation effect and high strength characteristics compared to Portland cement.
본 발명은 CRT 브라운관 패널 생산공정에서 발생하는 폐연마재를 연탄재 및 메타카올린과 알칼리성 자극제를 혼합하여 지오폴리머 반응을 이용한 친환경 에코벽돌의 제조방법으로써, 폐연마내와 연탄재 및 메타카올린과 알칼리성 자극제인 수산화나트륨 수용액을 이용하여 친환경 에코벽돌을 제조함으로써 폐기물로 버려지는 화력발전소의 바닥재를 재활용하는 장점이 있고, 이산화탄소 발생을 줄여 환경오염을 줄일 수 있으며, 별도의 소성 과정이 없이 양생만으로 압축강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
The present invention is a method for producing an eco-friendly eco-brick using geopolymer reaction by mixing the waste abrasive generated in the CRT CRT panel production process with a briquette, metakaolin and alkaline stimulant, the hydroxide and the briquette and the metakaolin and alkaline stimulant By producing eco-friendly eco-brick using sodium aqueous solution, it has the advantage of recycling the floor materials of thermal power plants that are discarded as waste, and can reduce the environmental pollution by reducing the generation of carbon dioxide, and improve the compressive strength only by curing without separate firing process. It can be effective.
도 1은 본 발명의 CRT 브라운관 패널 공정 폐연마내를 이용한 친환경 에코벽돌의 제조방법을 나타낸 선수도이고,
도 2는 실시예 1에 따른 알칼리성 자극제 농도별 양생시간과 압축강도의 상관관계를 그래프로 나타낸 것이며,
도 3은 실시예 2에 따른 알칼리성 자극제 농도별 양생시간과 압축강도의 상관관계를 그래프로 나타낸 것이다.1 is a schematic view showing a method for manufacturing an eco-friendly eco brick using the CRT CRT panel process waste polishing of the present invention,
2 is a graph showing the correlation between curing time and compressive strength for each alkaline stimulant concentration according to Example 1,
3 is a graph showing a correlation between curing time and compressive strength for each alkaline stimulant concentration according to Example 2.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의거하여 좀 더 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are not intended to limit the invention only.
[실시예][Example]
CRT 브라운관의 표면 연마공정 후 세정액과 함께 폐수처리장에서 수집된 케이크 상태의 슬러지(약 30wt% 정도의 수분 포함)를 105℃의 oven에서 24시간 이상 충분히 건조하였다. After the surface polishing process of the CRT CRT, the cake-like sludge (containing about 30 wt% of water) collected in the wastewater treatment plant was thoroughly dried in an oven at 105 ° C. for at least 24 hours.
상기 건조한 시료는 수분의 증발과 함께 미립자의 응집현상이 일어나 단단해졌으므로 연마재끼리의 단체분리를 위해 핀 밀(pin mill)로 해쇄하였다. 지오폴리머 반응에 필요한 Al source를 보충하기 위해, 부유선별공정을 거처 미연소탄소를 제거한 연탄재 첨가량와 국내산 저급 고령토를 700℃에서 가열한 메타카올린을 혼합하였다.The dried sample was hardened by the coagulation of fine particles with evaporation of water, and was then pulverized with a pin mill for single separation of abrasives. In order to supplement the Al source required for the geopolymer reaction, the amount of briquettes from which unburned carbon was removed by flotation was mixed with metakaolin heated at 700 ° C. in domestic low-grade kaolin.
증류수에 수산화나트륨을 녹여 6M, 8M, 10M, 12M의 NaOH용액을 제조하였다. 부유선별하여 미연소탄소를 제거한 연탄재와 메타카올린, 그리고 폐유리 연마재를 표 1에서 나타내어진 비율로 혼합하고, 제조된 NaOH 용액을 중량비 기준으로 Liquid/Solid(여기서, liquid는 수산화나트륨수용액, solid는 폐연마재, 연탄재, 메타카올린 혼합물이다.)의 비가 0.375 : 1.0이 되도록 섞어 mixing장치에 넣고 5분간 혼합하였다. 혼합된 시료는 시편 한 개당 15g씩 채취하고 Φ15㎜의 몰드 에 넣어 약 100㎏f/㎠ 힘으로 pressing 하여 압축강도 측정용 지오폴리머(geopolymer) 성형체를 제조하였다. 만들어진 성형체는 60℃의 oven에서 양생하여 압축강도를 측정하였다. 또한 각 1, 3, 7, 14, 28일간 양생시간을 달리하여 압축강도의 변화를 비교하였다. Table 1은 연탄재, 메타카올린과 연마슬러지의 혼합비와 양생온도 및 시간에 따른 조건을 나타내었다.
Sodium hydroxide was dissolved in distilled water to prepare a NaOH solution of 6M, 8M, 10M, 12M. The coal briquette, metakaolin, and waste glass abrasives, which are unburned by removing the unburned carbon, are mixed in the ratio shown in Table 1, and the prepared NaOH solution is added to Liquid / Solid based on the weight ratio (where liquid is an aqueous sodium hydroxide solution and solid is Waste abrasive, briquette, and metakaolin mixture.) Was mixed so that the ratio was 0.375: 1.0, and mixed in a mixing apparatus for 5 minutes. The mixed samples were collected 15g per specimen and put into a mold of Φ15mm to press a force of about 100kgf / ㎠ to prepare a geopolymer molded article for compressive strength measurement. The molded product was cured in an oven at 60 ° C. to measure the compressive strength. In addition, changes in compressive strength were compared by varying curing time for 1, 3, 7, 14, and 28 days. Table 1 shows the mixing ratio, curing temperature and time conditions of briquette, metakaolin and abrasive sludge.
[표 1] 비소성 에코벽돌 제조를 위한 조건(양생온도 60℃)[Table 1] Conditions for the production of non-fired eco bricks (cure temperature 60 ℃)
※ 폐연마재: 해쇄한 폐연마재, 연탄재: 미연소탄소가 제거된 연탄재, 메타카올린: 저급 고령토를 700℃로 가열처리하여 제조한 메타카올린, Liquid: 수산화나트륨 수용액, Solid: 폐연마재, 연탄재 및 메타카올린의 혼합물.
※ Abrasive Abrasives: Disintegrated Abrasive Abrasives, Briquettes: Briquettes with unburned carbon removed, Metakaolin: Metakaolin prepared by heating low-grade kaolin at 700 ° C, Liquid: Sodium hydroxide aqueous solution, Solid: Abrasive abrasives, Briquettes and meta Mixture of kaolin.
폐연마슬러지 중 연마재로 재활용이 불가능한 미립분은 공기분급기로 분급한 15㎛ 이하로 연마된 유리입자를 포함하는 비정질 물질, 희토류광물인 배스네사이트, Ce 산화물의 혼합물이다. 화학조성으로는 SiO2 함량이 50.49%, Al2O3가 10.10%, Fe2O3가 9.55% 가 대부분을 차지하고 이외에 Ca, K, Na, Ti, Mn, P 등과 미량의 중금속, 즉 Sr, Pb, Zn, Ni, 등이 함유되어 있다.Particles that cannot be recycled as abrasives in the waste abrasive sludge are a mixture of amorphous materials including glass particles polished to 15 µm or less classified by an air classifier, rare earth minerals, vasnesite, and Ce oxide. In chemical composition, 50.49% of SiO 2 , 10.10% of Al 2 O 3 , 9.55% of Fe 2 O 3 , and Ca, K, Na, Ti, Mn, P and other heavy metals such as Sr, Pb, Zn, Ni, and the like are contained.
폐연마슬러지, 연탄재 및 메타카올린을 혼합한 분말에 대하여 NaOH용액의 양을 무게대비 37.5%의 양을 첨가하는 것이 가장 성형성이 좋게 나타났다.For the powder mixed with the waste abrasive sludge, briquettes and metakaolin, it was found that the most moldability was added by adding 37.5% by weight of NaOH solution.
폐연마슬러지 30%, 회분 35%, 메타카올린 35%를 혼합한 분말을 'ABM-300' 이라 나타내고, 폐연마슬러지 40%, 회분 30%, 메타카올린 30% 혼합한 분말을 'ABM-400' 이라고 나타내었다. ABM 분말과 알칼리 활성 반응을 위한 적정 알칼리 농도를 찾기 위해 NaOH용액의 농도를 6M부터 12M까지 점차 높여가며 실험하였다. 그리고 60℃에서 양생하고 1, 3, 7, 14, 28일 간격으로 양상하고, 형성된 에코벽돌의 압축강도를 측정하여 그 결과를 표 2(ABM-300) 및 표 3(ABM-400), 도 2(ABM-300) 및 도 3(ABM-400)에 나타내었다.The powder mixed with waste
도 2 및 표 2는 ABM-300분말과 NaOH를 혼합하여 제조한 성형체들을 60℃에서 양생하여 압축강도를 측정한 결과이다. 6M에서 1일 양생한 압축강도가 13.8Mpa이고 28일양생하였을 때 14.7Mpa로 약간의 증가를 보이고 있으며 이는 지오폴리머의 특성인 초기강도 발현을 잘 설명한다. NaOH용액의 농도에 따라 비교하였을 때 농도가 6M에서 12M로 높아질수록 강도도 증가하고 있었으며, 12M농도에서 1일 양생하였을 때 29.9Mpa에서 28일 양생하였을 땐 41.5Mpa로 증가되었다.
2 and Table 2 show the results of curing the molded products prepared by mixing ABM-300 powder and NaOH at 60 ℃ curing strength. The compressive strength at 1 day cured at 6M was 13.8Mpa and slightly increased to 14.7Mpa at 28 days, which explains the initial strength expression, which is a characteristic of geopolymer. In comparison with the concentration of NaOH solution, the strength was increased as the concentration increased from 6M to 12M, and increased to 41.5Mpa when cured for 28 days at 29.9Mpa for 1 day curing at 12M concentration.
[표 2] 60℃에서 양생(ABM-300)[Table 2] Curing at 60 ℃ (ABM-300)
도 3 및 표 3은 ABM-400 분말과 NaOH용액을 혼합하여 제조한 성형체의 압축강도 결과를 나타낸 것이다. 이 결과는 도 2 에서와 같이 1일에서 28일로 양생일이 증가할수록 압축강도도 미세하게 증가하고 있었다. 또한 NaOH의 농도가 높을수록 강도도 커지며 12M 1일 양생 시 30.1Mpa에서 28일 양생 후에 36.5Mpa 이 되는 것을 알 수 있었다. 그러나 ABM-400은 ABM-300에 비교해서 약간 낮은 강도를 나타내고 있었다. 그러나 두가지 분말 모두 KS L 5201 포틀랜드 시멘트의 규격과 비교하여 6M을 제외한 모든 조건에서 20Mpa 이상을 나타내고 있었다. 포틀랜드 시멘트 보통 (1종)의 규격은 7일강도가 20Mpa이상, 28일 강도 29Mpa 이상이다.
3 and Table 3 show the compressive strength results of the molded product prepared by mixing ABM-400 powder and NaOH solution. As a result, as shown in FIG. 2, as the curing days increased from 1 day to 28 days, the compressive strength was increased finely. In addition, the higher the concentration of NaOH, the greater the strength and
[표 3]60℃에서 양생(ABM-400)[Table 3] Curing at 60 ℃ (ABM-400)
Claims (8)
(a) 폐연마재 슬러지를 건조하여 해쇄하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 해쇄한 폐연마재에 연탄재 및 메타카올린을 첨가하고 혼합하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계의 혼합물에 알칼리성 자극제를 혼합하여 성형조성물을 제조하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계의 혼합물을 성형틀에 공급하고 가압성형 후, 양생하는 단계;를
포함하는 CRT 브라운관 패널 연마공정 후 배출되는 폐연마재 슬러지를 이용한 친환경 에코벽돌의 제조방법.
In the manufacturing method of eco-friendly eco brick using waste abrasive sludge discharged after CRT CRT panel polishing process,
(a) drying and crushing the waste abrasive sludge;
(b) adding and mixing briquettes and metakaolin to the pulverized waste abrasive of step (a);
(c) mixing the alkaline stimulant to the mixture of step (b) to produce a molding composition;
(d) supplying the mixture of step (c) to the mold and pressing after curing;
Eco-friendly eco brick manufacturing method using the waste abrasive sludge discharged after the CRT CRT panel polishing process comprising.
상기 (c) 단계의 성형조성물은 해쇄한 폐연마제 100 중량부에 대하여 연탄재 50~150 중량부, 메타카올린 50~150 중량부 및 알칼리성 자극제 40~200 중량부로 혼합하는 친환경 에코벽돌의 제조방법.
The method of claim 1,
The molding composition of step (c) is an eco-friendly eco-brick manufacturing method of mixing 50 ~ 150 parts by weight of briquette material, 50 ~ 150 parts by weight of metakaolin and 40 ~ 200 parts by weight of alkaline stimulant based on 100 parts by weight of the pulverized waste abrasive.
상기 (c) 단계의 알칼리성 자극제는 수산화나트륨 수용액인 친환경 에코벽돌의 제조방법.
The method of claim 2,
The alkaline stimulant of step (c) is a method for producing an eco-friendly eco-brick is an aqueous sodium hydroxide solution.
상기 수산화나트륨 수용액은 6 내지 12 mole/L인 친환경 에코벽돌의 제조방법.
The method of claim 3,
The aqueous sodium hydroxide solution is 6 to 12 mole / L environmentally friendly eco-brick manufacturing method.
상기 (d) 단계의 양생은 상온 내지 80℃에서 양생하는 친환경 에코벽돌의 제조방법.
The method of claim 1,
Curing the step (d) is a method for producing an eco-friendly eco-brick curing at room temperature to 80 ℃.
상기 양생은 1일 내지 28일에서 양생하는 친환경 에코벽돌의 제조방법.
The method of claim 5,
The curing is a method for producing an eco-friendly eco-brick curing in 1 to 28 days.
상기 (b) 단계의 연탄재는 부유선별하여 미연소탄소가 제거된 연탄재인 친환경 에코벽돌의 제조방법.
The method of claim 1,
The briquette material of step (b) is a method of producing eco-friendly eco-brick is a briquette material is unburned carbon is removed by flotation.
상기 (a) 단계의 해쇄한 폐연마재는 입자 크기가 0.1 내지 15 ㎛인 친환경 에코벽돌의 제조방법.
The method of claim 1,
Disintegrated waste abrasive of step (a) is a method for producing an eco-friendly eco brick having a particle size of 0.1 to 15 ㎛.
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