KR101450750B1 - 석재 슬러지 블록 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석재 슬러지 블록 및 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 석재 슬러지 블록은, 보다 상세하게는, (a) 석재 슬러지와 시멘트를 혼합하여 제1 혼합 슬러지를 생성하는 단계(S1); (b) 상기 제1 혼합 슬러지와 버너 슬러지를 혼합하여 제2 혼합 슬러지를 생성하는 단계(S2); (c) 상기 제2 혼합 슬러지에 물 및 혼화제를 혼합하여 블럭 혼합물을 생성하는 단계(S3); 및 (d) 상기 블록 혼합물을 양생하는 단계(S4)를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

석재 슬러지 블록 및 제조방법{STONE SLUDGE BLOCK AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 석재 슬러지 블록 및 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 석재 슬러지, 시멘트 및 버너 슬러지를 혼합하여 석재 슬러지 블록을 제조함으로써, 비용 절감 및 환경 오염을 방지할 수 있는 석재 슬러지 블록 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 국내에서 채취되는 원석은 포천석, 황등석, 마천석, 고흥석 등 지역명을 사용하며, 그 중 포천석은 석재시장에서 가장 많은 유통량을 차지한다. 2012년 현재, 포천석 원석은 월평균 약 130,000 m3이 채취되고 있고, 채취된 원석은 포천관내 및 각 지방으로 운송된다.
원석은 공업용 다이아몬드를 이용한 다이아쏘(DIAMOND SAW) 방식으로 활석가공을 하는데, 이 활석가공 중에 일정량의 석재 슬러지가 발생되며, 발생되는 양은 월평균 약 1,800 m3에 이른다. 또한, 버너가공에서도 150,000 m2의 판재를 생산할 때 225 m3에 이르는 버너 슬러지가 발생된다. 도 1은 활석가공 및 버너가공 후에 발생하는 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 나타낸다.
이러한 석재 슬러지는 지정폐기물로 선정되어 있어, 허가된 지역에 매립을 하고 있으나, 매립과정에서 토양오염, 지하수오염 등이 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 석재 슬러지는 분말도가 3500 m2/g 이상의 고분말에 해당하여 습윤상태에서는 분진이 발생하지 않지만, 건조상태에서는 바람에 의한 분진이 발생하여 오염이 확산되는 문제점이 있었다.
위와 같은 환경오염 문제가 있음에도, 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 재활용할 수 있는 방법이 드문 실정이다. 석재 슬러지를 재활용하는 종래기술로 한국공개특허공보 제10-2011-0119084호에는 입도별로 폐석재 슬러지를 선별한 후에 콘트리트 잔골재를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 폐석재 슬러지를 선별하는 추가 과정이 필요한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 재활용하여 제조할 수 있는 석재 슬러지 블록 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 재활용하여 폐기물의 발생을 줄이고, 환경 오염을 방지할 수 있는 석재 슬러지 블록 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 저렴한 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 이용하고, 간단한 혼합 공정만으로도 제조할 수 있는 석재 슬러지 블록 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은 (a) 석재 슬러지와 시멘트를 혼합하여 제1 혼합 슬러지를 생성하는 단계; (b) 상기 제1 혼합 슬러지와 버너 슬러지를 혼합하여 제2 혼합 슬러지를 생성하는 단계; (c) 상기 제2 혼합 슬러지에 물 및 혼화제를 혼합하여 블럭 혼합물을 생성하는 단계; 및 (d) 상기 블록 혼합물을 양생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법에 의해 달성된다.
상기 제2 혼합 슬러지는 석재 슬러지 1 내지 3, 시멘트 1 내지 1.5, 및 버너 슬러지 3 내지 4의 무게 비율로 혼합될 수 있다.
상기 제2 혼합 슬러지는 석분을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 혼합 슬러지는 석재 슬러지 4, 시멘트 1, 버너 슬러지 1, 및 석분 3의 무게 비율로 혼합될 수 있다.
상기 시멘트는 초조강 시멘트일 수 있다.
상기 혼화제는 유동화제를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는, (c) 상기 제2 혼합 슬러지에 물, 혼화제 및 방수액을 혼합하여 블럭 혼합물을 생성하는 단계일 수 있다.
상기 물, 혼화제 및 방수액은 1, 0.03 및 0.04의 무게 비율로 혼합할 수 있다.
상기 (d) 단계는, (d1) 상기 블록 혼합물을 타설할 형틀을 준비하는 단계; (d2) 상기 형틀에 매쉬를 설치하는 단계; (d3) 상기 형틀에 블록 혼합물을 타설하는 단계; 및 (d4) 상기 블록 혼합물을 양생하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 양생은 5℃ 내지 40℃에서 8일 내지 12일간 실시될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기의 목적은 석재 슬러지, 시멘트 및 버너 슬러지를 혼합한 혼합 슬러지에, 물 및 혼화제를 혼합하여 생성된 블록 혼합물을 양생하여 제조된 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록에 의해 달성된다.
상기 혼합 슬러지는 석분을 더 혼합한 것일 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 재활용하여 석재 슬러지 블록을 제조할 수 있다.
또한, 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 재활용하여 폐기물의 발생을 줄이고, 환경 오염을 방지할 수 있다.
또한, 저렴한 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 이용하고, 간단한 혼합 공정만으로 석재 슬러지 블록을 제조할 수 있다.
도 1은 활석가공 및 버너가공 후에 발생하는 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석재 슬러지 블록을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 혼합물을 양생하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 블록자재의 KS 규격을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따라 제조된 석재 슬러지 블록 시편의 테스트 결과를 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석재 슬러지 블록을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 석재 슬러지 블록은 제1 혼합 슬러지를 생성하는 단계(S1), 제2 혼합 슬러지를 생성하는 단계(S2), 블록 혼합물을 생성하는 단계(S3) 및 블록 혼합물을 양생 및 가공하는 단계(S4)를 통해 제조된다.
우선, 제1 혼합 슬러지를 생성한다(S1). 제1 혼합 슬러지는 석재 슬러지와 시멘트를 혼합하여 생성할 수 있다.
석재 슬러지는 공업용 다이아몬드를 이용한 다이아쏘 방식으로 원석을 활석가공 또는 연마가공 하는 과정에서 나오는 것을 이용할 수 있다. 활석가공 또는 연마가공 후 수거된 석재 슬러지는 습윤한 상태에 있어 시멘트와 배합이 원활하지 않으므로, 수거된 석재 슬러지를 건조시킨 후에 시멘트와 혼합한다.
시멘트는 일반 시멘트보다는 발열성이 높아 경화성 및 강도가 뛰어난 조강 시멘트를 이용할 수 있으며, 특히 조강(粗强) 시멘트(rapid hardening portland cement)보다 수화 반응을 촉진시켜 경화가 더 빠르게 일어나는 초조강 시멘트를 이용하는 것이 바람직하다.
석재 슬러지는 3500 m2/g, 시멘트는 3000 m2/g 의 높은 분말도를 가지고 있으므로, 버너 슬러지, 물, 혼화제 등 다른 재료와 함께 혼합하는 것이 원활하지 않을 수 있다. 따라서, 석재 슬러지와 시멘트만 우선적으로 혼합하여 제1 혼합 슬러지를 생성한 후에 다른 재료를 혼합하는 것이 바람직하다.
제1 혼합 슬러지는 석재 슬러지와 시멘트를 공지의 믹서기를 사용하여 5분간 혼합을 하여 생성할 수 있다.
제1 혼합 슬러지는 석재 슬러지 1 내지 3, 및 시멘트 1 내지 1.5의 무게 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같은 비율로 혼합할 때, 석재 슬러지 블록의 강도가 우수하게 나타난 바, 이는 후술하도록 한다.
다음으로, 제2 혼합 슬러지를 생성한다(S2). 제2 혼합 슬러지는 제1 혼합 슬러지에 버너 슬러지를 혼합하여 생성할 수 있다.
버너 슬러지는 석재 표면을 버너가공할 때 석재 표면에 요철이 발생하고 남는 슬러지를 이용할 수 있다. 버너 슬러지는 버너가공을 거치는 과정에서 이미 건조된 상태로 존재하므로 이를 건조시키는 과정 없이 바로 제1 혼합 슬러지에 혼합할 수 있다.
한편, 버너 슬러지는 석재 표면 가공시에 나오는 것으로 그 발생양이 적을 수 있다. 따라서, 부족한 버너 슬러지를 보충하기 위해 석분을 사용할 수 있으며, 이 경우에 제2 혼합 슬러지는 제1 혼합 슬러지에 버너 슬러지 및 석분을 혼합하여 생성할 수 있게 된다.
제2 혼합 슬러지는 제1 혼합 슬러지, 버너 슬러지 및 석분을 공지의 믹서기를 사용하여 5분간 혼합을 하여 생성할 수 있다.
제2 혼합 슬러지는 석재 슬러지 1 내지 3, 시멘트 1 내지 1.5, 및 버너 슬러지 3 내지 4의 무게 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 한편, 제2 혼합 슬러지를 생성하기 위해 석분을 더 혼합하는 경우라면, 제2 혼합 슬러지는 석재 슬러지 4, 시멘트 1, 버너 슬러지 1, 및 석분 3의 무게 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 이와 같은 비율로 혼합할 때, 석재 슬러지 블록의 강도가 우수하게 나타난 바, 이는 후술하도록 한다.
다음으로, 블록 혼합물을 생성한다(S3). 블록 혼합물은 제2 혼합 슬러지에 물 및 혼화제를 혼합하여 생성할 수 있다.
혼화제는 유동화제를 포함할 수 있다. 본 발명의 석재 슬러지 블록을 제조하는 과정에서 블록 혼합물이 물을 많이 포함하게 되면 석재 슬러지 블록의 강도가 저하될 수 있다. 따라서, 유동화제를 첨가하여 제조 공정 중 물을 적게 사용함으로써 석재 슬러지 블록의 강도를 높일 수 있다.
이 밖에, 제2 혼합 슬러지에 물 및 혼화제 뿐만 아니라 방수액을 더 혼합하여 블록 혼합물을 생성할 수 있다. 방수액은 블록 혼합물에 포함되는 시멘트가 물을 흡수하는 정도를 낮게 조절함으로써 석재 슬러지 블록의 강도를 높이는 역할을 한다. 이때, 물, 혼화제 및 방수액은 1, 0.03 및 0.04의 무게 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
다음으로, 블록 혼합물을 양생한다(S4). 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 혼합물을 양생하는 과정을 나타내는 도면이다.
우선, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 생성된 블록 혼합물을 타설할 형틀을 준비한다. 블록 혼합물은 점성이 큰 액체 상태이기 때문에, 형틀의 재료는 블록 혼합물의 형태를 유지할 수 있는 목적의 범위 내라면 공지의 어떠한 재료도 이용가능하다.
이어서, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 준비된 형틀 내에 매쉬를 설치한다. 매쉬는 석재 슬러지 블록의 강도를 증가시키며 크랙의 발생을 억제하는 보강재 역할을 한다. 매쉬의 재질은 철, 알루미늄 등을 사용할 수 있고, 특히 스테인레스 스틸을 사용하는 것이 바람직하다. 매쉬는 단위 망이 15 mm X 15 mm의 크기를 가지고, 1.2 T의 두께로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 형틀 내에 블록 혼합물을 타설한다.
타설 후에는 양생을 실시하는데, 직사광선에 의한 크랙을 방지하기 위해 실내에서 양생을 실시하는 것이 바람직하다. 양생은 5℃ 내지 40℃에서 8일 내지 12일간 실시할 수 있으며, 특히 5℃에서 10일간 실시하는 것이 바람직하다.
이어서, 양생이 완료되면 석재 슬러지 블록을 연마 및 잔다듬하는 2차 가공 과정을 거치고, 절단 및 포장의 3차 가공 과정을 거치면 완제품인 석재 슬러지 블록이 생산될 수 있다.
(실험예)
이하에서는, 실험예를 통하여 본 발명의 블록 혼합물을 구성하는 물질의 무게 비율에 따른 석재 슬러지 블록의 강도 및 흡수율을 살펴본다.
도 4는 블록자재의 KS 규격을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따라 제조된 석재 슬러지 블록 시편의 테스트 결과를 나타내는 도면이다.
본 실험예에 따른 석재 슬러지 블록을 제조하기 위하여 총 14개의 시편을 테스트하였다.
도 5를 참조하면, ⅰ) 석재 슬러지, 일반 시멘트 및 버너 슬러지를 혼합하여 제조한 석재 슬러지 블록 시편 1 내지 시편 5, ⅱ) 석재 슬러지, 초조강 시멘트 및 버너 슬러지를 혼합하여 제조한 석재 슬러지 블록 시편 6 내지 시편 10, ⅲ) 석재 슬러지, 일반 시멘트, 버너 슬러지 및 석분을 혼합하여 제조한 석재 슬러지 블록 시편 11 및 시편 12, ⅳ) 석재 슬러지, 초조강 시멘트, 버너 슬러지 및 석분을 혼합하여 제조한 석재 슬러지 블록 시편 13의 무게, 흡수율 및 강도가 표시되어 있다.
이 중에서 시편 1, 시편 6, 시편 8 내지 시편 10 및 시편 13의 강도가 250 ㎏f/cm2 이상에 해당하고 흡수율이 7% 이하여서, 도 4에 표시된 KS 규격의 벽돌 및 블록의 강도 및 흡수율에 대한 기준을 만족하는 것으로 확인되었다. 특히, KS 규격을 만족하는 시편 중 대부분(시편 6, 시편 8 내지 시편 10 및 시편 13)이 초조강 시멘트를 사용한 것으로 확인되었다.
한편, 시편 1, 시편 6, 시편 8 내지 시편 10은 석분을 사용하지 않고, 버너 슬러지를 3 또는 4의 무게 비율만큼 혼합하여 제조된 것으로서 KS 규격을 만족하는 것으로 나타났고, 시편 13은 버너 슬러지의 발생양이 부족할 경우에 그 부족분을 석분으로 보충한 것으로서 이 역시 KS 규격을 만족하는 것으로 나타났다.
결론적으로, 석재 슬러지 1 내지 3, 시멘트 1 내지 1.5, 및 버너 슬러지 3 내지 4의 무게 비율로 혼합하여 제조된 석재 슬러지 블록과, 석재 슬러지 4, 시멘트 1, 버너 슬러지 1, 및 석분 3의 무게 비율로 혼합하여 제조된 석재 슬러지 블록은 KS 규격을 만족하여 제품의 상용화가 가능한 것으로 확인되었다.
본 발명은 원석의 가공 중에 발생하는 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 재활용하여 KS 규격을 만족하는 석재 슬러지 블록을 제조할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 버려지거나 극히 저렴한 가격으로 구할 수 있는 석재 슬러지 및 버너 슬러지를 재활용하여 토양 오염, 지하수 오염 등의 환경 오염을 방지함과 동시에 폐기물의 발생을 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 간단한 혼합 공정만으로 석재 슬러지 블록을 제조할 수 있으므로 블록 생산의 효율성이 향상되는 이점이 있으며, 석재 슬러지 블록을 제조하는 과정에서 나오는 슬러지를 다시 모아 본 발명의 제조방법에 따라 다시 석재 슬러지 블록을 제조할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (12)

  1. (a) 석재 슬러지와 시멘트를 혼합하여 제1 혼합 슬러지를 생성하는 단계;
    (b) 상기 제1 혼합 슬러지와 버너 슬러지를 혼합하여 제2 혼합 슬러지를 생성하는 단계;
    (c) 상기 제2 혼합 슬러지에 물, 혼화제 및 방수액을 혼합하여 블록 혼합물을 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 블록 혼합물을 양생하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 혼합 슬러지는 석재 슬러지 1 내지 3, 시멘트 1 내지 1.5, 및 버너 슬러지 3 내지 4의 무게 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 혼합 슬러지는 석분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 혼합 슬러지는 석재 슬러지 4, 시멘트 1, 버너 슬러지 1, 및 석분 3의 무게 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트는 초조강 시멘트인 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼화제는 유동화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 물, 혼화제 및 방수액은 1, 0.03 및 0.04의 무게 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 블록 혼합물을 타설할 형틀을 준비하는 단계;
    (d2) 상기 형틀에 매쉬를 설치하는 단계;
    (d3) 상기 형틀에 블록 혼합물을 타설하는 단계; 및
    (d4) 상기 블록 혼합물을 양생하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 양생은 5℃ 내지 40℃에서 8일 내지 12일간 실시되는 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록의 제조방법.
  11. 석재 슬러지, 시멘트 및 버너 슬러지를 혼합한 혼합 슬러지에, 물, 혼화제 및 방수액을 혼합하여 생성된 블록 혼합물을 양생하여 제조된 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 혼합 슬러지는 석분을 더 혼합한 것을 특징으로 하는 석재 슬러지 블록.
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