KR101499635B1 - 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광산 폐광미(폐광물찌꺼기), 하수 및 음식 슬러지, 비닐, 톱밥 등의 폐기물과 황토를 혼합하여 건설 현장에서의 토목자재나 주택 층간바닥재로 재활용하기 위한 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법은, 광산 폐광미, 하수 및 음식 슬러지 5~15 중량부, 폐 비닐류 5~15 중량부, 톱밥 10~30 중량부를 혼합하여 분쇄하는 단계; 상기 혼합 분쇄된 혼합물 100 중량부에 대하여, 황토 50~70 중량부를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 황토 혼합물과 물을 8:2의 중량비율로 배합하는 단계; 상기 배합된 혼합물을 압축 성형 후 건조시키는 단계를 포함하며; 상기 하수 및 음식 슬러지는 80% 이상의 함수율을 자연 건조 및 탈수를 통해 함수율을 20∼50%로 건조시키고; 상기 황토는 70~150 메쉬의 분말로 가공되는 것을 특징으로 한다.

Description

황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법{Method for manufacturing construction material using loess and waste}

본 발명은 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광산 폐광미(폐광물찌꺼기), 하수 및 음식 슬러지, 비닐, 톱밥 등의 폐기물과 황토를 혼합하여 건설 현장에서의 토목자재나 주택 층간바닥재로 재활용하기 위한 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 음식물 쓰레기는 총 생활 폐기물의 30% 이상을 차지하고 있을 뿐만 아니라, 물기가 많고 쉽게 부패되어 매립과 소각처리에 어려움을 초래하여 2005년도부터는 매립을 금지하고 소각처리하거나 재활용을 하도록 폐기물관리법에서 규정하고 있으며, 자치단체별로 다양한 처리방법을 도입하여 재활용을 시도하고 있으나 경제성과 대량처리가 가능한 처리방법이 개발되지 못하고 있는 실정이다.

그리고, 하수장, 폐수장 및 정수장 등에서 발생되고 있는 슬러지는 직접 해양투기하거나 매립할 수 없도록 규제되어 있으며, 함수량이 높고 부패하기 쉬워 땅속에 매립시킬 경우, 침출수에 의한 토질오염 및 지하수오염 등의 심각한 환경오염을 유발하고, 소각처리 할 경우에는 다이옥신 등과 같은 대기오염물질이 발생될 우려가 높고, 함수량이 높은 슬러지를 소각폐기하기 위해서는 많은 에너지가 소비되고 있다.

더불어, 일반가정 및 산업현장 등에서 발생되는 종이류, 비닐류, 합성수지류 및 목재류 등을 포함하는 무기성 폐기물은 음식물 쓰레기와 함께 각종 폐기물 중에서도 가장 많은 비중을 차지하고 있는데, 소각처리 시 다량의 대기오염을 비롯한 환경오염문제를 일으키고, 매립처리 시 토양오염과 매립지 확보문제 등의 문제점을 가지고 있다. 아울러, 현재 강원도 광산에서 중석 채광 후 남은 폐광미가 약 400만톤이 쌓여있어 이를 이용한 재활용 처리도 시급한 실정이다.

따라서, 슬러지를 재활용하기 위한 방안이 추진되고 있으며, 특히 슬러지를 재활용하기 위해서는 슬러지에 포함되어 있는 중금속을 처리해야 하고, 재활용 시 경제성이 있어야 하며 재활용된 제품에 기능성이 있어야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일예가 하기 문헌 1에 개시되어 있다.

하기 특허문헌 1에는 소석회 슬러지, 폐석분, 폐석사, 점토 등의 폐기물 슬러지를 선택하여 소정의 혼합비로 혼합하여 성형, 건조 및 소성시켜 건자재를 제조함에 있어서, 하수종말처리장, 산업폐수처리장등에서 수거한 함수율 80%이상인 탈수케이크 상태의 하수슬러지 케이크를 약 100±5℃에서 24시간동안 1차 건조하는 공정과; 상기 1차 건조된 하수슬러지를 분쇄기로 분쇄하여 미분말화하는 공정과; 상기 분쇄된 슬러지 미분말 20∼50%, 점토 10∼30%, 규사 15∼25%, 석고 3∼7%, 고로슬래그분말 10∼30%를 혼합하는 공정과; 상기 혼합된 원료를 통상의 건자재 형상모양을 갖는 프레스에 넣고 가압 성형하는 공정과; 상기 성형된 건자재를 약 70℃의 건조실에서 약 1시간동안 2차 건조하는 공정과; 상기 건조된 건자재를 900∼1100℃의 소성로에서 약 12시간 소성 및 냉각하는 공정을 거쳐 경량자재의 토목, 건축자재를 제조할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 소성 건자재 제조방법에 대해 개시되어 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 중금속의 용출이 없으며 경량의 골재를 제조할 수 있는 효과가 있었으나, 제조 과정 중에 많은 에너지가 소요되고 제품의 다변화가 어려우며, 소각 후 잔재물을 이용한 제품의 경우 강도가 약하다는 문제점이 있었다.

대한민국 특허등록공보 제10-0450898호(2004.09.20. 등록)

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 폐기물을 재활용하여 강도가 우수할 뿐만 아니라, 황토에서 발생되는 원적외선에 의해 높은 탈취효과가 있고 톱밥에 의해 차음, 단열, 습도조절 등의 효과가 뛰어난 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 건축자재에 식물성 정유가 함유되어 새집증후군을 유발하는 독성 물질을 제거할 수 있는 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법은, 광산 폐광미, 하수 및 음식 슬러지 5~15 중량부, 폐 비닐류 5~15 중량부, 톱밥 10~30 중량부를 혼합하여 분쇄하는 단계; 상기 혼합 분쇄된 혼합물 100 중량부에 대하여, 황토 50~70 중량부를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 황토 혼합물과 물을 8:2의 중량비율로 배합하는 단계; 상기 배합된 혼합물을 압축 성형 후 건조시키는 단계를 포함하며; 상기 하수 및 음식 슬러지는 80% 이상의 함수율을 자연 건조 및 탈수를 통해 함수율을 20∼50%로 건조시키고; 상기 황토는 70~150 메쉬의 분말로 가공되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법은, 폐기물을 재활용하여 강도가 우수할 뿐만 아니라, 황토에서 발생되는 원적외선에 의해 높은 탈취효과가 있고 톱밥에 의해 차음, 단열, 습도조절 등의 효과가 뛰어나 인체에 유익한 친환경 건축자재를 제공하는 효과가 있다.

또한, 휘발성 유기화학물질 및 포름알데히드와 같은 실내 유해환경 유기물질을 쉽게 분해시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법에 사용되는 폐광미의 위해요소 검출시험을 보여주기 위한 시험성적서.

본 발명에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법은, 광산 폐광미, 하수 및 음식 슬러지 5~15 중량부, 폐 비닐류 5~15 중량부, 톱밥 10~30 중량부를 혼합하여 분쇄하는 단계; 상기 혼합 분쇄된 혼합물 100 중량부에 대하여, 황토 50~70 중량부를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 황토 혼합물과 물을 8:2의 중량비율로 배합하는 단계; 상기 배합된 혼합물을 압축 성형 후 건조시키는 단계를 포함하며; 상기 하수 및 음식 슬러지는 80% 이상의 함수율을 자연 건조 및 탈수를 통해 함수율을 20∼50%로 건조시키고; 상기 황토는 70~150 메쉬의 분말로 가공되는 것을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법에 사용되는 폐광미, 하수 및 음식 슬러지는 5~15 중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폐광미, 하수 및 음식 슬러지가 5 중량부 미만이면 제품의 강도가 약해지고, 15 중량부를 초과하면 경량화를 이룰 수 없다.

상기 광산 폐광미는 오랜 시간동안 야외에 적치되어 있어 수분을 함유하고 있으므로 이를 충분히 건조한 것을 사용한다.

상기 광산 폐광미는 강원도 영월 상동 광산에서 나온 폐광미를 사용하며, 이에 대하여 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2014-31호)에 의해 각종 위해요소의 검출여부를 시험한 결과, 납, 카드뮴, 비소 등의 인체에 해로운 유해 중금속에 대하여 "불검출" 이라는 시험결과를 얻었으며, 도 1에 첨부된 시험성적서를 통해 알 수 있다.

상기 하수 및 음식 슬러지는 80% 이상의 함수율을 자연 건조 및 탈수를 통해 함수율을 20∼50%로 건조시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 함수율 80% 이상의 슬러지를 건조시키는 과정은 슬러지의 건조를 통해 보다 미세한 분말을 얻기 위한 것이다. 상기 건조를 통해 함수율 20∼50%로 건조된 슬러지를 미세 분말로 분쇄하게 되며, 이러한 미세 분말로 분쇄하는 과정은 보다 미세한 입자상으로 분쇄함으로써 성형을 용이하게 한다.

폐 비닐류는 방수성 및 내노화성을 향상시키기 위해 함유되는 것으로, 5~15중량부로 함유되는 것이 바람직하다.

톱밥은 주로 제재소에서 발생한 것을 사용하며, 1.5mm정도의 크기로 분쇄하는 것이 바람직하다.

상기 톱밥은 크랙을 방지할 수 있고 하중을 줄일 수 있으며 방진효과, 차음 및 단열효과가 있다.

상기 톱밥은 10~30 중량부로 함유되는 것이 바람직하며, 10 중량부 미만이면 제조되는 건축자재의 단열 및 차음효과가 경감되고, 30 중량부를 초과하면 단열효과는 상승되지만 건축자재의 성형이 어렵게 된다.

황토는 황갈색을 띠고 풍화를 잘 받지 않으며, 모난 수직 벽면을 만들고 주로 석영을 함유하며 그 밖에 휘석, 각섬석 등을 함유하여 석회질이다. 건축 자재를 제조할 때, 황토가 첨가됨으로써 소결성이 우수하여 강도를 향상시키고, 원적외선 방출 효과 및 탈취 효과를 얻을 수 있으며, 기기에 의한 마모가 적고, 소성 온도를 낮추게 하여 에너지를 절감하는 효과를 갖는다.

상기 황토는 50~70 중량부로 함유되는 것이 바람직하며, 50 중량부 미만이면 원적외선 발생이 감소되고, 70 중량부를 초과하면 톱밥 등과의 배합력이 저하된다.

특히 상기 황토는 70~150 메쉬의 분말로 가공되는 것이 바람직하며, 입도가 75~150 메시로 한정하는 이유는, 이 범위를 벗어나게 되면 다른 첨가 원료와 혼합 시 혼합 작용이 원활치 못하며, 제조된 건축자재의 균열이 발생할 가능성이 크기 때문이다.

한편, 본 발명에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법에 의해 제조된 건축자재의 표면에 피톤치드 수액, 테르펜, 알칼로이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 식물성 정유를 스프레이로 분사하고 12~24시간동안 자연 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

피톤치드의 경우 알카로이드, 배당체, 유기산, 슈지, 탄닌산 등의 복합물질로 소독 및 살균 작용이 있을 뿐만 아니라 유해 미생물을 죽이는 휘발성 물질을 분배한다. 또한 테르펜, 알칼로이드 또한 식물로부터 추출된 것으로, 소취 작용 및 살균 작용을 한다.

이처럼 본 발명에 따른 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법에 의해 제조된 건축자재의 표면에 식물성 정유를 코팅 처리함으로써, 새집증후군의 원인 물질인 포름알데히드과 휘발성 유기화합물 및 악취 등을 흡착하고 분해하거나 유해미생물에 대한 항균력을 최대한으로 발휘할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법

광산 폐광미, 건조된 하수 및 음식 슬러지 10 중량부, 폐 비닐류 10중량부, 톱밥 20 중량부를 혼합하여 분쇄기를 활용하여 분쇄하고, 상기 혼합 분쇄된 혼합물에 황토 60 중량부를 혼합하며, 상기 혼합된 황토 혼합물과 물을 8:2의 비율로 배합을 하고 상기 배합된 혼합물을 성형기에 의해 압축 성형 후 건조시켜 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재를 제조하였다.

실시예 2 : 식물성 정유를 이용한 탈취 및 항균성 조성물 제조

교반기에 테르펜0.5 중량부, 알칼로이드 3 중량부, 피톤치드 수액 10 중량부 중에서 선택된 1종의 식물성 정유를 첨가하고 균일하게 혼합하여 탈취 및 항균성 조성물을 제조하였다.

그리고, 상기 식물성 정유를 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재의 표면에 스프레이로 분사하고 12~24시간동안 자연 건조하였다.

상기 실시예에 의하여 제조된 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재를 이용하여 원적외선 및 항균성을 측정한 결과를 다음과 같이 나타내었다.

실험예 1 : 원적외선 방사율

상기 실시예에 의해 제조된 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재를 FT-IR 스펙트로메터(Spectrometer)를 이용하여 원적외선 방사율을 시험하였다.

그 결과, 하기 표 1에 기재된 바와 같이 매우 우수한 원적외선 방사율을 확인할 수 있었다.

방사율	방사에너지	실험방법
0.901	3.45×10²	FT-IR Spectrometer

실험예 2 : 항균성 시험

상기 실시예에 의해 제조된 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재에 대하여 황색포도상구균 및 폐렴균에 의한 항균성 시험을 측정하였다.

시험균종	초기농도(CFU/mL)
Staphylococcus aureus ATCC 6538(황색포도상구균)	1.3×105
Klebsiella pneumoniae ATCC 4352(폐렴균)	1.3×105

상기 표 2에서와 같이, 항균성 시험에 사용된 황색포도상구균과 폐렴균의 생육에 따른 세균감소율을 측정하였다.

그 결과, 식물성 정유가 코팅된 건축자재는 황색포도상구균과 폐렴균 배양 24 시간 후 초기와 비교하여 세균감소율이 99.8%로 나타났다.

본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (4)

1. 광산 폐광미, 하수 및 음식 슬러지 5~15 중량부, 폐 비닐류 5~15 중량부, 톱밥 10~30 중량부를 혼합하여 분쇄하는 단계;
   상기 혼합 분쇄된 혼합물 100 중량부에 대하여, 황토 50~70 중량부를 혼합하는 단계;
   상기 혼합된 황토 혼합물과 물을 8:2의 중량비율로 배합하는 단계;
   상기 배합된 혼합물을 압축 성형 후 건조시키는 단계를 포함하며;
   상기 하수 및 음식 슬러지는 80% 이상의 함수율을 자연 건조 및 탈수를 통해 함수율을 20∼50%로 건조시키고;
   상기 황토는 70~150 메쉬의 분말로 가공되는 것을 특징으로 하는 황토 및 폐기물을 이용한 건축자재 제조방법.
   
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