KR101368979B1 - 폴리실리콘 슬러지 고화재 조성물을 이용한 성토재 제조방법 - Google Patents

폴리실리콘 슬러지 고화재 조성물을 이용한 성토재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리실리콘 슬러지에 첨가제를 혼합하여 성토재를 제조함으로써, 자원의 효율성을 증가시키고, 환경오염을 감소시킬 수 있도록 한 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재 조성물과 이의 제조 및 이를 이용한 성토재 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지 고화재 조성물을 이용한 성토재 제조방법은 폴리실리콘 슬러지를 세척하는 단계(S Ⅰ); 상기 세척된 폴리실리콘 슬러지를 건조시키는 단계(S Ⅱ); 상기 건조된 폴리실리콘 슬러지에 산화알루미늄(Al2O3)을 소정량 살포하는 단계(S Ⅲ); 상기 산화알루미늄이 살포된 폴리실리콘 슬러지 중량부 100에 대하여 MgO 25.4125중량%, Al2O3 46중량%, TiO2 4.287중량%, MnO 1.5925중량%, Fe2O3 21.509중량%, SrO 0.4255중량%, ZrO2 0.1435중량%, SnO2 0.63중량%로 구성된 첨가제 20∼30 중량부를 혼합하여 고화재 제조단계(S Ⅳ); 상기 폴리실리콘 슬리지를 활용한 고화재 제조방법에 의해서 제조된 고화재 100중량부에 대하여 흙 또는 마사토 400중량부를 제1바인더 수지로서의 우레탄 아크릴레이트 수지 및 제2 바인더 수지로서의 폴리메틸 메타크릴레이트 수지를 포함하는 바인더 수지; 경화제; 모래; 및 충전제로 구성된 액상모르타르로 혼합하여 성토재를 제조하되, 상기 우레탄 아크릴레이트 수지와 폴리메틸 메타크릴레이트 수지의 혼합 비율은 10~60 : 90~40 중량 비율로 구성되고, 제3바인더 수지로서 하이드록시 에틸 메타크릴레이트(Hydroxy ethyl methacrylate, HEMA) 수지를 추가하며, 상기 경화제는 벤조일 퍼록사이드(benzoyl peroxide)로 구성되고, 상기 모래는 상이한 입경을 가진 모래 2 종류 이상의 혼합으로 구성되며, 상기 충전제는 탄산칼슘, 탈크(Talc) 또는 이들 모두로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

폴리실리콘 슬러지 고화재 조성물을 이용한 성토재 제조방법{bank materials manufacturing method using polysilicon sludge hardener composition}
본 발명은 폴리실리콘 슬러지 고화재 조성물을 이용한 성토재 제조방법에 관한 것이다.
폴리실리콘은 다결정실리콘(Poly Crystalline Silicon)이라고도 하며, 초기에는 CPU 기판에 사용하기 위하여 주로 생산되어 왔으며 그 생산량도 많지 않았으나 최근 지구 온난화 등 환경문제로 인하여 CO2가스의 배출제한에 따른 화석연료의 사용을 억제하고 또 화석연료 자원의 한계성에 따른 문제점에 대처하기 위하여 대체연료 산업인 태양에너지 산업이 발달하고 있으며, 이러한 태양에너지 산업의 발달과 더불어 태양에너지 산업의 핵심적 기초소재인 폴리실리콘의 생산기술 및 생산량도 증가하고 있다.
폴리실리콘은 규석을 정련하여 얻어지는 고도로 정제된 규사(석영)로부터 금속실리콘을 제조하고, 염화실란(모노실란이라고도 함) 및 삼염화실란으로 변환하는 일련의 과정을 그쳐 제조하는 것이 일반적으로 알려진 제조공정이며, 폴리실리콘 제조기술로는 지멘스공법, FBR공법 및 금속정련공법 등이 널리 알려져 있다.
그리고 상기한 폴리실리콘을 제조하는 일련의 공정으로부터 페기물이 슬러지 형태로 발생하고 있는데, 태양에너지 산업의 발달과 더불어 태양에너지 산업의 핵심적 기초소재인 폴리실리콘의 생산량의 증가로 인하여 폐기물인 슬러지의 발생량도 급격히 증가하는 실정이지만 적절한 재활용 방안을 찾지 못하고 산업폐기물로 취급되어 그대로 폐기되고 있는 실정이며, 이는 폐기장소의 부족과 폐기비용의 증가로 또 다른 환경문제를 일으키고 있는 실정이다.
각종 산업 폐기물의 재활용기술로 국내 등록특허공보 등록번호 10-0502070호, 국내등록특허공보 등록번호 10-0921334호, 국내 등록특허공보 등록번호 10-0900779호 및 국내 공개특허공보 공개번호 10- 2009-86862호 등에 석탄회, 고로슬래그, 플라이 애쉬 등에 시멘트 등을 배합하여 성토재로 재활용하는 산업폐기물 재활용기술이 개시되어 있으나, 본 발명과 같은 폴리실리콘 제조공정에서 발생한 슬러지를 이용하여 성토재로 재활용하는 기술에 관해서는 특별히 소개하고 있는 문헌을 찾을 수가 없다.
등록특허공보 등록번호 10-0502070호 등록특허공보 등록번호 10-0921334호 등록특허공보 등록번호 10-0900779호 공개특허공보 10- 2009-86862호
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 폴리실리콘 슬러지에 첨가제를 혼합하여 성토재를 제조함으로써, 자원의 효율성을 증가시키고, 환경오염을 감소시킬 수 있도록 한 폴리실리콘 슬러지 고화재 조성물을 이용한 성토재 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지 고화재 조성물을 이용한 성토재 제조방법은 폴리실리콘 슬러지를 세척하는 단계(S Ⅰ); 상기 세척된 폴리실리콘 슬러지를 건조시키는 단계(S Ⅱ); 상기 건조된 폴리실리콘 슬러지에 산화알루미늄(Al2O3)을 소정량 살포하는 단계(S Ⅲ); 상기 산화알루미늄이 살포된 폴리실리콘 슬러지 중량부 100에 대하여 MgO 25.4125중량%, Al2O3 46중량%, TiO2 4.287중량%, MnO 1.5925중량%, Fe2O3 21.509중량%, SrO 0.4255중량%, ZrO2 0.1435중량%, SnO2 0.63중량%로 구성된 첨가제 20∼30 중량부를 혼합하여 고화재 제조단계(S Ⅳ); 상기 폴리실리콘 슬리지를 활용한 고화재 제조방법에 의해서 제조된 고화재 100중량부에 대하여 흙 또는 마사토 400중량부를 제1바인더 수지로서의 우레탄 아크릴레이트 수지 및 제2 바인더 수지로서의 폴리메틸 메타크릴레이트 수지를 포함하는 바인더 수지; 경화제; 모래; 및 충전제로 구성된 액상모르타르로 혼합하여 성토재를 제조하되, 상기 우레탄 아크릴레이트 수지와 폴리메틸 메타크릴레이트 수지의 혼합 비율은 10~60 : 90~40 중량 비율로 구성되고, 제3바인더 수지로서 하이드록시 에틸 메타크릴레이트(Hydroxy ethyl methacrylate, HEMA) 수지를 추가하며, 상기 경화제는 벤조일 퍼록사이드(benzoyl peroxide)로 구성되고, 상기 모래는 상이한 입경을 가진 모래 2 종류 이상의 혼합으로 구성되며, 상기 충전제는 탄산칼슘, 탈크(Talc) 또는 이들 모두로 구성됨을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지 고화재 조성물을 이용한 성토재 제조방법은 폴리실리콘 슬러지에 각종 첨가제를 혼합하여 고강도 고화재를 생산하고, 이러한 고화재에 건설재료를 혼합하여 연약지반 강화제, 도로 포장 성토재 및 각종 블록 등의 원재료로 사용하여 폴리실리콘 슬러지의 재활용이 가능하므로, 생산원가의 절감과 친환경제품을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지 고화재를 제조하는 공정을 도시한 공정도.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재 조성물은 폴리실리콘 슬러지 75∼80중량%와; 첨가제 20∼25중량%로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재 조성물은 폴리실리콘 슬러지와 첨가제가 혼합된 혼합물이다.
여기서, 상기 폴리실리콘 슬러지는 그 성상이 밝은 회색빛을 띄고 있으며, 75∼80중량%를 배합한다.
상기한 폴리실리콘 슬러지는 다음과 같은 물리화학적 성질을 나타낸다.
물리적 성질

함수율(%)
밀도(g/㎤)
분말도(㎤/g)
Cl이온(%)
강열감량(%)

6105
1.95
7122
2.77
19.1
화학적 성질
화학조성
SiO2
Al2O3
CaO
SO3
MgO
Fe2O3
P2O5
K2O
Na2O
Cl

함유량(%)
46.60
0.57
45.16
0.16
0.69
0.16
0.01
0.08
2.16
3.95
상기 [표 1] 및 [표 2]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 폴리실리콘 슬러지는 함수율 62%로 높은 함수율로 배출되며, 밀도가 낮고 가벼우며, 분말도가 7122㎤/g로 미세한 분말 형태로서, 화학조성은 대부분 SiO2와 CaO로 조성되어 있고 알칼리성분인 K2O와 Na2O가 미량 포함되어 있다.
또한, 본 발명의 폴리실리콘 슬러지 분말을 60℃에서 24시간 이상 건조시킨 후, 얻은 결정상은 CaCO3 로 이루어져 있으며, Na2O와 Cl의 화합물인 NaCl이 소량 포함되어 있다.
특히, 본 발명의 폴리실리콘 슬러지의 특징적 사항은 유리질 SiO2를 함유하고 있어 포틀랜드시멘트와 반응시 포졸란 반응성을 나타내는 것으로 예측된다.
한편, 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재 조성물의 조성성분으로 배합되는 첨가제는 MgO 25.4125중량%, Al2O3 46중량%, TiO2 4.287중량%, MnO 1.5925중량%, Fe2O3 21.509중량%, SrO 0.4255중량%, ZrO2 0.1435중량%, SnO2 0.63중량%로 구성된다.
이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재 제조에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재를 제조하는 공정을 도시한 공정도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재 제조방법은 폴리실리콘 슬러지를 세척하는 단계(S Ⅰ); 상기 세척된 폴리실리콘 슬러지를 건조시키는 단계(S Ⅱ); 상기 건조된 폴리실리콘 슬러지에 산화알루미늄(Al2O3)을 소정량 살포하는 단계(S Ⅲ); 상기 산화알루미늄이 살포된 폴리실리콘 슬러지 중량부 100에 대하여 첨가제 20∼30 중량부를 혼합하여 고화재 제조단계(S Ⅳ)로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재 제조방법은 폴리실리콘 슬러지 세척단계(S Ⅰ), 폴리실리콘 슬러지 건조단계(S Ⅱ); 산화알루미늄(Al2O3) 살포단계(S Ⅲ); 고화재 제조단계(S Ⅳ)를 순차적으로 시행하여 고화재를 제조함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 폴리실리콘 슬러지 세척단계(S Ⅰ)는 폴리실리콘 제조공정에서 발생된 폴리실리콘 슬러지를 물로 세척한다.
이어서, 상기 폴리실리콘 슬러지 건조단계(S Ⅱ)는 세척된 폴리실리콘 슬러지를 고속탈수를 이용한 탈수와 전기를 이용한 300℃의 히터로 인한 수분을 감소시킨다.
이때, 폐수는 정화처리하여 Cl을 최대한 제거한다.
이어서, 산화알루미늄(Al2O3) 살포단계(S Ⅲ)는 Belt Oven 또는 Kilin Furace를 이용하여 수분을 완전히 제거하며 잔류된 Cl을 제거하기 위하여 산화알루미늄(Al2O3)를 소정량 살포하여 잔류 Cl을 줄인다.
이어서, 고화재 제조단계(S Ⅳ)는 산화알루미늄이 살포된 폴리실리콘 슬러지 중량부 100에 대하여 MgO 25.4125중량%, Al2O3 46중량%, TiO2 4.287중량%, MnO 1.5925중량%, Fe2O3 21.509중량%, SrO 0.4255중량%, ZrO2 0.1435중량%, SnO2 0.63중량%로 구성된 첨가제 20∼30 중량부를 혼합하여 고화재 제조한다.
상기한 바와 같은 단계를 순차적으로 시행하여 본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재를 제조한다.
이어서, 상기 제조된 고화재를 이용한 성토재 제조에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재를 이용한 성토재 제조방법은 고화재를 제조한 후. 상기 제조된 고화재 100중량부에 대하여 플라이애쉬 50~70중량부와 흙 또는 규사 350~400중량부를 혼합하여 성토재를 제조하거나, 흙 또는 모래 350중량부를 혼합하여 성토재를 제조하거나, 흙 또는 마사토 400중량부를 액상모르타르로 혼합하여 성토재를 제조한다.
그리고, 상기 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재를 이용하지 않고 상기 산화알루미늄(Al2O3)를 소정량 살포하여 잔류 Cl을 줄인(S Ⅲ)단계에서 생성되는 중간 생성물인 폴리실리콘 슬러지 분말을 이용하여 성토재를 제조에 대해 함께 설명한다.
상기 중간단계(S Ⅲ)에서 생성된 폴리실리콘 슬러지 100중량부에 대하여 플라이 애쉬 50~70중량부와 흙 또는 모래 350중량부를 혼합하여 성토재를 제조하거나, 플라이 애쉬 50~70중량부와 시멘트 50중량부와 흙 또는 모래 350중량부를 혼합하여 성토재를 제조하거나, 플라이 애쉬 50~70중량부와 속경시멘트 50중량부와 흙 또는 모래 350중량부를 액상모르타르로 혼합하여 성토재를 제조한다.
여기서, 상기 액상수지모르타르는 제1 바인더 수지로서의 우레탄 아크릴레이트 수지 및 제2 바인더 수지로서의 폴리메틸 메타크릴레이트 수지를 포함하는 바인더 수지; 경화제; 모래; 및 충전제로 구성된다.
특히, 상기 우레탄 아크릴레이트 수지와 폴리메틸 메타크릴레이트 수지의 혼합 비율은 10~60 : 90~40 중량 비율로 구성된다.
또한, 제3바인더 수지로서 하이드록시 에틸 메타크릴레이트(Hydroxy ethyl methacrylate, HEMA) 수지를 추가한다.
그리고, 상기 경화제는 벤조일 퍼록사이드(benzoyl peroxide)로 구성된다.
또한, 상기 모래는 상이한 입경을 가진 모래 2 종류 이상의 혼합으로 구성된다.
그리고, 상기 충전제는 탄산칼슘, 탈크(Talc) 또는 이들 모두로 구성된다.
이하, 상기한 바와 같은 액상수지모르타를 좀 더 상세히 설명한다.
본 발명의 액상수지모르타르는 바인더 수지, 경화제, 모래 및 충전제로 구성된다.
여기서, 상기 제1바인더 수지로서의 우레탄 아크릴레이트 수지, 경화제, 모래 및 충전제로 구성된다.
상기 제1 바인더 수지인 우레탄 아크릴레이트 수지는 성토재에 내구력을 부여함과 동시에 모래 입자들을 서로 단단히 결합시킬 수도 있다.
특히, 염분을 함유하고 있는 모래를 사용시 염분의 화학작용으로 인해 강도의 저하가 초래될 수 있는데, 본 발명의 경우 상기 우레탄 아크릴레이트 수지가 모래 내 염분을 흡수함으로써 염분의 화학작용이 일어나지 않게 되어 성토재의 강도의 저하가 초래되지 않는다.
상기 우레탄 아크릴레이트 수지는 우레탄의 특성과 아크릴레이트의 특성을 모두 갖고 있는 하이브리드(hybride) 수지이다.
이러한 우레탄 아크릴레이트 수지는 일반적으로 우레탄 프리폴리머(urethane prepolymer)와 하이드록시 알킬 아크릴레이트와의 중합반응에 의해서 제조된다.
상기 우레탄 프리폴리머는 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)의 중합 반응에 의해서 형성되며, 그 종류는 다양하다. 또, 상기 하이드록시 알킬 아크릴레이트의 예로는 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트(2-hydroxyethylmethacrylate), n-부틸 아크릴레이트(n-butyl acrylate) 등이 있다.
이러한 우레탄 아크릴레이트 수지와 폴리메틸 메타크릴레이트 수지를 포함하는 바인더 수지의 함량은 액상수지모르타르 조성물 100 중량부에 대하여 약 20 내지 60 중량부 범위인 것이 적절하다.
만약, 바인더 수지의 함량이 20 중량부 미만이면 모래와 제대로 혼합되지 않아 모래 입자들을 제대로 결합시킬 수 없고, 바인더 수지의 함량이 60 중량부 초과이면 경화 후 블리딩 현상이 일어날 수 있다.
본 발명의 수지모르타르 조성물에서는 전술한 제1 바인더 수지인 우레탄 아크릴레이트 수지 이외에, 제2 바인더 수지로서 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 수지를 더 포함할 수 있다.
이때, 제1 바인더 수지인 우레탄 아크릴레이트 수지와 제2 바인더 수지인 폴리메틸 메타크릴레이트 수지의 혼합비율은 약 10~60 : 90~40 중량 비율로 사용되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이렇게 폴리메틸 메타크릴레이트를 우레탄 아크릴레이트와 혼합 사용함으로써, 수지모르타르 조성물로 된 성토재의 강도를 더 높이면서 포장 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 수지모르타르 조성물에서는 우레탄 아크릴레이트 수지와 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 이외에, 성토재의 강도 보강을 위해 제3 바인더 수지로서 하이드록시 에틸 메타크릴레이트(hydroxyl ethyl methacrylate,HEMA) 수지 등을 추가로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 액상수지모르타르 조성물에서는 우레탄 아크릴레이트 수지가 3차원 망상구조를 갖도록 하기 위하여 경화제를 포함한다.
상기 경화제는 우레탄 아크릴레이트 수지의 경화 시간을 조절할 수 있다.
상기 경화제의 예로는 벤조일 퍼록사이드(benzoyl peroxide, BPO) 등과 같은 유기 과산화물(Organic Peroxide)이 있는데, 이에 제한되지 않는다.
특히, 상기 벤조일 퍼록사이드는 우레탄 아크릴레이트 수지의 경화가 잘 일어나도록 할 뿐만 아니라, 용제 내에서 열분해되어 페닐 라디칼과 벤조에이트 라디칼을 생성하여 우레탄 아크릴레이트 수지의 중합을 개시하기도 한다.
상기 경화제는 대기온도 및 지표온도에 따라 그 사용 함량을 조절하는데, 예컨대 겨울에는 많은 양을 혼합하고, 여름에는 적은 양을 혼합하는 것이 바람직하다.
이러한 점을 고려하여, 상기 경화제의 함량은 액상수지모르타르 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부 정도인 것이 적절하다.
만약, 경화제의 함량이 2 중량부 미만인 경우에는 경화가 제대로 일어나지 않을 수 있으며, 경화제의 함량이 10 중량부 초과인 경우에는 형성되는 성토재의 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 액상수지모르타르 조성물에서는 골격을 이루는 물질로서 모래를 포함한다.
상기 모래는 그 입경이나 모래 입자의 거칠기에 따라 수지모르타르 조성물의 현장 작업시 작업성에도 영향을 미칠 수 있기 때문에, 수지모르타르 조성물이 이용되는 성토재의 조건에 따라 적절한 입경이나 거칠기를 갖는 모래를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 모래 사이의 공극을 최대한 감소시키고, 모래간의 맞물림 현상을 증대시켜 내구성을 증가시키기 위해, 입경이 상이한 모래 2 종 이상을 혼합할 수 있다.
예컨대, 입경이 0.2 내지 0.4 ㎜ 범위인 모래와 입경이 0.4 내지 0.8 ㎜ 범위인 모래를, 1 : 1의 중량비율로 혼합할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 종래 건축재료에 잘 사용되지 않던 염분을 함유하는 모래도 사용할 수 있다.
왜냐하면, 모래 내 염분을 전술한 우레탄 아크릴레이트 수지가 흡수할 수 있기 때문에 성토재의 강도에 영향을 미치지 않는다.
다만, 이때 모래 내 염분의 함량은 모래 100 중량부를 기준으로 1 내지 20 중량부 범위인 것이 적절하다.
또한, 본 발명에서는 아랍 및 아프리카 지역(ex. 아랍에미레이트 연합 등)의 토양, 특히 사막지역의 모래를 사용할 수 있다.
상기 모래의 예로는 백사, 규사 등이 있다. 이 중 규사(silica sand)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 규사는 석영의 알갱이로 이루어진 모래로, 산성암의 풍화로 인해 생기며, 그 화학조성은 주로 무수규산(無水硅酸) SiO2로 이루어져 있다.
이러한 모래가 수지모르타르 조성물 내에서 너무 많은 양이 포함될 경우, 최종 성토재의 공극이 증가하여 강도 저하를 초래할 수 있다.
이런 이유로, 본 발명에서는 모래를 액상수지모르타르 조성물 100 중량부에 대하여 약 10 내지 78중량부 범위의 함량으로 포함하는 것이 적절하나, 이에 제한되지 않는다.
상기 모래 이외에, 골격을 이루는 물질로서 자갈을 더 포함할 수 있다.
이때, 본 발명에서 사용되는 자갈의 종류나 입경은 특별히 제한되지 않는다.
다만, 자갈의 입경은 성토재의 강도에 영향을 미치는 공극률과 밀접한 관계가 있기 때문에, 약 2 내지 15 ㎜ 범위인 것이 적절하다. 만약, 자갈의 입경이 2 ㎜ 미만인 경우에는 형성되는 성토재의 강도는 증가되지만 공극이 막혀서 투수성이 불량해질 수 있고, 자갈의 입경이 15 ㎜ 초과인 경우에는 형성되는 성토재의 투수성은 증가되지만 공극이 증가하여 강도가 감소될 수 있다.
다만, 성토재의 강도를 보완하기 위해서, 하기의 충전제, 예컨대 탈크나 탄산칼슘과 같은 미세 입자를 적절하게 배합하여 공극을 적절하게 감소시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 수지모르타르 조성물에서는 모래 입자들 사이에 형성되는 미세한 공극을 제거하는 충전제를 포함한다.
상기 충전제에 의해서 미세 공극이 충진됨으로써, 형성되는 성토재의 강도가 높아질 수 있다.
이러한 충전제로는 탄산칼슘, 탈크와 같은 석분 등이 있다.
상기 탄산칼슘은 광물학적으로 방해석(CalCite), 즉 CaCO3를 주성분으로 형성된 광석으로서, CaO3 약 56%, CO2 약 44%를 함유하고 있으며, Al2O3, SiO2, Fe2O3 등 미량의 불순물을 함유하고 있다.
상기 탄산칼슘은 단순 물리적 가공으로 제조되는 중질 탄산칼슘과 화학적 재결정에 의해 제조되는 경질 탄산칼슘으로 구분된다.
이 중 물리적 성질 및 가공성이 우수하며, 가격이 저렴한 중질 탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 탄산칼슘의 입경은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 입경이 너무 큰 탄산칼슘을 사용할 경우, 모래 입자들 사이의 틈을 제대로 충진하지 못해 성토재의 공극이 증가해서 성토재의 강도가 낮아질 수 있다.
또한, 상기 틈에 탄산칼슘 대신 바인더 수지가 충진됨으로써 다량의 바인더 수지가 사용될 수 있고, 이로 인해 성토재의 제조시 비용이 높아질 수 있다.
따라서, 입경이 약 10 내지 80㎛ 범위인 탄산칼슘을 사용하는 것이 적절하다.
상기 탈크(Talc)는 물 분자를 함유하고 있는 규소와 마그네숨 분자가 결합하고 있는 함수규산마그네슘으로서, 그 화학조성은 Mg3Si4O3(OH)2이다.
이러한 탈크를 모래와 함께 혼합함으로써, 모래 입자들 사이에 존재하는 공극이 탈크에 의해 충진될 수 있어 성토재의 강도가 높아질 수 있다.
상기 탈크의 입경은 특별히 제한되지 않으나, 성토재의 강도 면을 고려하여 중간 정도의 입경을 갖는 탈크를 사용하는 것이 바람직하다.
예컨대, 약 50 내지 200㎛ 범위인 탈크를 사용하는 것이 적절하다.
이와 같은 충전제의 함량은 수지모르타르 조성물 100 중량부에 대하여 약 2 내지 50 중량부인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
만약 충전제의 함량이 2 중량부 미만인 경우에는 모래 입자들 사이의 공극이 충전제에 의해 충진되지 못하여 성토재의 강도가 저하될 수 있다.
한편, 충전제의 함량이 50 중량부 초과인 경우에는 모래입자들 사이의 공극이 충전제에 의해서 너무 많이 막혀서 투수성이 불량해질 수 있다.
전술한 성분들 이외에, 본 발명의 수지모르타르 조성물에는 임의의 첨가제, 예컨대 경화촉진제, 표면 조정제, 점성조절제, 증점제, 산화 방지제, 자외선 방지제, 소포제 등을 추가적으로 함유할 수 있다. 이들 첨가제는 당해 기술분야에서 공지된 양으로 조성물에 첨가될 수 있다.
특히, 본 발명에서는 바인더 수지와 경화제의 경화를 촉진시켜 성토재의 치밀도를 개선하기 위해 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제로는 디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide, DMA) 등을 사용할 수 있다.
상기 경화촉진제는 우레탄 아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 4×10-4 내지 10×10-4 중량부 정도로 포함될 수 있다.
만약, 경화촉진제의 함량이 지나치게 적은 경우에는 성토재의 경화가 작업조건에 따라 불충분하게 이루어져서 성토재의 물성이 유지될 수 없으며, 함량이 지나치게 큰 경우에는 성토재의 경화가 너무 급격히 일어나 성토시 성토재의 수축이 발생될 수 있다.
전술한 성분들로 이루어진 수지모르타르 조성물은 당 업계에서 알려진 통상적인 방법에 의해서 제조될 수 있다. 예컨대, 수지모르타르 조성물은, 제1 바인더 수지인 우레탄 아크릴레이트 수지, 경화제, 모래 및 충전제를 혼합함으로써 제조될 수 있다.
상기한 바와 같은 기재로 이루어진 폴리실리콘 슬러지를 활용한 고화재 조성물과 이의 제조 및 이를 이용한 성토재 제조방법은 폴리실리콘 슬러지에 각종 첨가제를 혼합하여 고강도 고화재를 생산하고, 이러한 고화재에 건설재료를 혼합하여 연약지반 강화제, 도로 포장 성토재 및 각종 블록 등의 원재료로 사용하여 폴리실리콘 슬러지의 재활용이 가능하므로, 생산원가의 절감과 친환경제품을 제조할 수 있는 작용효과가 있다.

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  6. 폴리실리콘 슬러지를 세척하는 단계(S Ⅰ);
    상기 세척된 폴리실리콘 슬러지를 건조시키는 단계(S Ⅱ);
    상기 건조된 폴리실리콘 슬러지에 산화알루미늄(Al2O3)을 소정량 살포하는 단계(S Ⅲ);
    상기 산화알루미늄이 살포된 폴리실리콘 슬러지 중량부 100에 대하여 MgO 25.4125중량%, Al2O3 46중량%, TiO2 4.287중량%, MnO 1.5925중량%, Fe2O3 21.509중량%, SrO 0.4255중량%, ZrO2 0.1435중량%, SnO2 0.63중량%로 구성된 첨가제 20∼30 중량부를 혼합하여 고화재 제조단계(S Ⅳ);
    상기 폴리실리콘 슬리지를 활용한 고화재 제조방법에 의해서 제조된 고화재 100중량부에 대하여 흙 또는 마사토 400중량부를 제1바인더 수지로서의 우레탄 아크릴레이트 수지 및 제2 바인더 수지로서의 폴리메틸 메타크릴레이트 수지를 포함하는 바인더 수지; 경화제; 모래; 및 충전제로 구성된 액상모르타르로 혼합하여 성토재를 제조하되,
    상기 우레탄 아크릴레이트 수지와 폴리메틸 메타크릴레이트 수지의 혼합 비율은 10~60 : 90~40 중량 비율로 구성되고, 제3바인더 수지로서 하이드록시 에틸 메타크릴레이트(Hydroxy ethyl methacrylate, HEMA) 수지를 추가하며, 상기 경화제는 벤조일 퍼록사이드(benzoyl peroxide)로 구성되고, 상기 모래는 상이한 입경을 가진 모래 2 종류 이상의 혼합으로 구성되며, 상기 충전제는 탄산칼슘, 탈크(Talc) 또는 이들 모두로 구성됨을 특징으로 하는 폴리실리콘 슬러지 고화재를 이용한 성토재 제조방법.

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