KR101691592B1 - 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재 - Google Patents

제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법은 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철을 일정한 크기로 분쇄하여 균등하게 혼합하는 원료 혼합 단계; 상기 원료 혼합 단계에서 준비된 조성물들을 교반기 내에서 물을 첨가하여 일정시간 동안 균등하게 섞이도록 반죽하는 혼련 단계; 상기 혼련 단계에서 반죽되어 혼합된 혼합물을 노즐을 통해 강제로 사출하고, 사출된 혼합물을 일정 길이로 절단하여 성형체를 형성하는 사출 성형 단계; 상기 성형 단계에서 제조된 성형체를 건조 로에서 30℃의 온도에서 120℃의 온도까지 승온하여 48~60시간 동안 건조시키는 건조 단계; 및 상기 건조 단계에서 건조된 성형체를 40℃의 온도에서 1050~1150℃까지 승온하여 15~40시간 동안 산화 또는 환원분위기로 소성한 후, 소성된 성형체를 냉각시키는 소성 및 냉각 단계;를 포함하되, 상기 원료 혼합 단계는, 상기 흑점토는 혼합된 원료 전체 100 중량부를 기준으로 15 내지 25 중량부 포함되고, 상기 적점토는 15 내지 25 중량부 포함되며, 상기 백토는 15 내지 45 중량부 포함되고, 상기 폐산화철은 5 내지 40 중량부 포함된다.
상기한 구성에 의해 본 발명은 제철공정에서 발생하는 폐산화철과 같이 각종 산업분야에서 환경오염을 야기하는 제철부산물을 재활용하여 점토벽돌 또는 점토바닥재를 제조함으로써, 자원의 재활용은 물론 제철부산물의 폐기에 따른 처리비용 절감 및 환경오염의 요인을 감소시킬 수 있고, 분말상인 폐산화철을 점토, 백토 등과 일정한 배합비로 고화하여 높은 압축강도를 발현하고 벽돌 또는 바닥재 자체의 내구성을 향상시키며 원재료비를 절감할 수 있다.

Description

제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재{METHOD FOR MANUFACTURING ECO-FRIENDLY CLAY BRICKS OR CLAY FLOORINGS USING BYPRODUCTS OF STEELMAKING AND ECO-FRIENDLY CLAY BRICKS OR CLAY FLOORINGS MANUFACTURED BY THEREOF}
본 발명은 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철공정에서 발생하는 폐산화철과 같이 각종 산업분야에서 환경오염을 야기하는 제철부산물을 재활용하여 점토벽돌을 제조함으로써, 자원의 재활용은 물론 제철부산물의 폐기에 따른 처리비용 절감 및 환경오염의 요인을 감소시킬 수 있고, 벽돌 자체의 압축강도 및 내구성을 향상시키며 원재료비를 절감할 수 있는 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재에 관한 것이다.
일반적으로, 점토벽돌 또는 점토바닥재는 진흙을 일정한 형태로 성형한 후 고온에서 소성(燒成)하여 제조되는 것으로, 화공약품 및 화학섬유 등을 전혀 사용하지 않고 점토, 황토, 고령토 등과 같은 순수한 흙을 주원료로 사용하여 제조된다.
이러한 점토벽돌 또는 점토바닥재는 우리의 생활주변에서 건축용 벽돌이나 실내외 인테리어 등의 용도로 널리 사용되고 있는데, 이러한 점토벽돌 또는 점토바닥재는 건축물의 내외장재로 사용될 경우 다음과 같은 장점이 있다.
즉, 점토벽돌 또는 점토바닥재는 원적외선 방사로 인체의 신체리듬 해소작용을 도와 신진대사 및 혈액순환 촉진은 물론 노화방지, 피로회복에 탁월한 효과가 있고, 자정력에 의하여 실내공기를 정화하며 습도를 조절하고 보온, 방음, 방습효과가 탁월하여 시멘트 곰팡이 균으로부터 해방되어 쾌적한 주거환경을 만들어 줄 수 있다.
또한, 상기 점토벽돌 또는 점토바닥재는 불연재로서 내구성이 강하며 한 번의 시공으로 유지보수비가 전혀 들지 않으며 영구적으로 재활용 가능한 환경 친화적인 건축 자재이고, 900℃~1200℃의 고온에서 소성되므로 동파가 없으며 흙의 성분과 온도조절에 의해 색상이 좌우되므로 장구한 세월이 흘러도 변색되지 않으며 고풍스러운 멋을 느낄 수 있다.
그런데, 종래의 점토벽돌 또는 점토바닥재는 대부분, 점토, 황토, 고령토 등과 같은 흙을 일정비율로 혼합한 후, 이들에 섞여 있는 비교적 큰 돌(즉, 상기한 흙 입자보다 큰 돌)을 석별하고, 분쇄기를 이용하여 일정 크기로 분쇄한 다음 물을 주입하며 반죽한 후, 진공압축 성형기에 투입시켜 압축 성형한 다음 커팅기를 통해 원하는 크기 및 형상으로 벽돌로 커팅하고, 이어서 일정한 시간 및 온도에서 건조하고 냉각하여 이루어진다.
상기와 같은 점토벽돌 또는 점토바닥재는 경량성과 함께 내구성이 기본적으로 갖추어져 있어야 하며, 예를 들어, 경량성이 부족할 경우에는 벽돌의 무거운 중량에 의해 작업장소까지의 이동성이나 작업자가 벽돌을 적재하는 과정에서의 작업성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 내구성이 부족할 경우에는 작업 또는 이동하는 과정에서 낙하할 경우에 그대로 파손되는 문제가 발생할 수 있으며, 적재작업이 완료된 후에도 외부의 충격과 같은 반복적인 터치 등에 의해 파손 또는 마모의 우려가 있으므로, 경량성과 내구성을 향상시키는 다양한 기술들의 개발이 필요하게 되었다.
또한, 최근 벽돌과 같은 건자재 시장은 저급 고령토, 백토, 마사토 등을 주원료로 하는 미색 계통의 점토벽돌이 기존의 벽돌을 대체하고 있는 실정이다. 하지만, 이러한 고령토, 백토 및 마사토 등은 통상의 점토에 비해 고가이므로, 원가 측면에서 원재료비가 차지하는 비중이 높아지게 되어 벽돌을 생산하는 기업에게는 상당한 부담이 되고 있는 실정이다.
한편, 각종 산업 현장에서 막대하게 발생하는 산업 폐기물은 그 성상이 매우 다양하기 때문에 이러한 폐기물을 일부라도 재활용할 경우 미색 벽돌의 원재료비 부담을 낮출 수 있음은 물론 환경 보호 측면에서도 크게 기여할 수 있다. 특히, 산업의 발전과 더불어 산업체에서 발생하는 폐기물의 발생량이 급격히 증가하고 있으나, 종래의 주된 폐기물 처리 방법이었던 매립의 여건은 매립장 확보의 어려움과 매립에 따른 폐해로 인해 한계에 이르렀고, 대부분의 폐기물이 어떠한 형태로든 재활용이 가능하다는 점을 감안할 때 매립에 의한 처리는 엄청난 유효자원의 낭비라는 점에서 바람직한 처리 방법이라고 볼 수 없다.
일반적으로 제철공정은 제선공정, 제강공정, 연속주조공정, 압연공정을 포함한다. 여기서, 상기 제선공정은 고로에 철광석을 넣고 코크스를 태워서 철광석 중의 산소를 제거하고 용해시켜 용선을 만드는 공정이고, 제강공정은 용선을 전로에 장입한 후 산소를 불어넣어 용선중의 불순물을 제거하고 필요한 성분을 첨가하여 원하는 성분과 적정 온도의 용강을 생산하는 공정이며, 연속주조공정은 생산된 용강을 주형에 주입하고 연속적으로 인발하고 냉각시켜 반제품의 슬래브, 블롬, 빌릿을 제조하는 공정이고, 압연공정은 연속주조에서 생산된 반제품을 열연, 후판, 선재, 형강, 봉강 공장으로 이송시켜 재가열한 후 열연 압연기에서 소정의 형상 및 치수를 갖는 제품을 생산하는 공정이다.
이와 같은 제철공정은 분진 및 슬러지와 같은 부산물을 발생시키는데, 상기 부산물의 재활용 방법으로는 함철 성분이 높은(예를 들어, 50%이상) 부산물은 공정에 재투입되거나 외부에 철질 원료로 판매될 수 있다.
하지만, 함철 성분이 낮은 부산물은 공정에 재활용되지 못하고 매립하여 처리하는데, 이와 같이 매립 처리되는 투기 부산물은 주로 시멘트를 이용하여 브릭(brick)으로 고형화되어 해양투기용으로 처리된다. 상기 브릭화 처리 방법은 매립부지가 영구적으로 소요되고 브릭 제조를 위한 플랜트가 운영되어야 하는 단점이 있으며, 매립에 의하여 토양 및 해양 생태계에 영향을 미쳐 친환경적이지 않은 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 산업폐기물인 제철공정의 폐산화철을 별다른 정련과정을 거치지 않고서도 활용할 수 있는 방안으로 점토, 백토 등과 함께 일정한 배합비로 고화하여 점토벽돌 또는 점토바닥재를 제조함으로써, 벽돌 또는 바닥재 자체의 높은 압축강도를 발현하고 내구성을 향상시킬 수 있으며, 산업폐기물의 재활용성을 높여 원가 절감은 물론 폐기물의 처리에 따른 물류 및 폐기 비용의 절감이 가능하여 매우 경제적으로 점토벽돌 또는 점토바닥재를 제조할 수 있는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
국내등록특허 제10-0536880호(2005년 12월 08일 등록) 국내등록특허 제10-0664567호(2006년 12월 27일 등록) 국내공개특허 제10-2010-0130855호(2010년 12월 14일 공개)
본 발명은 제철공정에서 발생하는 폐산화철과 같이 각종 산업분야에서 환경오염을 야기하는 제철부산물을 재활용하여 점토벽돌 또는 점토바닥재를 제조함으로써, 자원의 재활용은 물론 제철부산물의 폐기에 따른 처리비용 절감 및 환경오염의 요인을 감소시킬 수 있는 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 분말상인 폐산화철을 점토, 백토 등과 일정한 배합비로 고화하여 높은 압축강도를 발현하고 벽돌 자체의 내구성을 향상시키며 원재료비를 절감할 수 있는 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 산업폐기물이 미치는 환경적 악영향을 방지하므로 건축물 건축시 새집증후군, 아토피 유발 등과 같은 문제점이 없으며, 점토, 백토 및 폐산화철과 바인더의 치밀 조직구조에 의해 벽돌 또는 바닥재의 내구성 및 강도를 향상시키고, 환경 친화적이고 인체에 유익하여 건축물의 내외장재용으로 사용될 수 있는 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법은 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철을 일정한 크기로 분쇄하여 균등하게 혼합하는 원료 혼합 단계; 상기 원료 혼합 단계에서 준비된 조성물들을 교반기 내에서 물을 첨가하여 일정시간 동안 균등하게 섞이도록 반죽하는 혼련 단계; 상기 혼련 단계에서 반죽되어 혼합된 혼합물을 노즐을 통해 강제로 사출하고, 사출된 혼합물을 일정 길이로 절단하여 성형체를 형성하는 사출 성형 단계; 상기 성형 단계에서 제조된 성형체를 건조 로에서 30℃의 온도에서 120℃의 온도까지 승온하여 48~60시간 동안 건조시키는 건조 단계; 및 상기 건조 단계에서 건조된 성형체를 40℃의 온도에서 1050~1150℃까지 승온하여 15~40시간 동안 산화 또는 환원분위기로 소성한 후, 소성된 성형체를 냉각시키는 소성 및 냉각 단계;를 포함하되, 상기 원료 혼합 단계는, 상기 흑점토는 혼합된 원료 전체 100 중량부를 기준으로 15 내지 25 중량부 포함되고, 상기 적점토는 15 내지 25 중량부 포함되며, 상기 백토는 15 내지 45 중량부 포함되고, 상기 폐산화철은 5 내지 40 중량부 포함된다.
상기 폐산화철은 철판이나 철강의 표면에 형성된 녹을 쇼트 블라스트법(Shot blast Method), 열간 단조공정, 열간 압연공정, 열처리 후공정 또는 이들 공정과 관련된 집진시설에서 포집되는 분진으로 구성되고, 상기 분진은 원료분진, 주상분진, 소결EP분진, 소결백필터분진, 연주분진 및 운송하역분진 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철을 일정한 크기로 분쇄하여 균등하게 혼합하는 원료 혼합 단계는 이산화티탄(TiO2) 미립자 또는 피톤치드 용액을 내장한 피톤치드 캡슐을 더 포함하되, 상기 이산화티탄 미립자는 혼합된 원료 전체 100 중량부를 기준으로 1.0 내지 4.0 중량부 포함되고, 상기 피톤치드 캡슐은 혼합된 원료 전체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 2.0 중량부 포함될 수 있다.
상기 혼련 단계는, 상기 물의 함량이 폐산화철 100 중량부를 기준으로 15 내지 20 중량부가 되도록 첨가하여 100~200RPM의 교반기 내부에서 2~3시간 동안 혼합하는 단계일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 제조방법으로 제조된 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재를 포함한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법은 제철공정에서 발생하는 폐산화철과 같이 각종 산업분야에서 환경오염을 야기하는 제철부산물을 재활용하여 점토벽돌 또는 점토바닥재를 제조함으로써, 자원의 재활용은 물론 제철부산물의 폐기에 따른 처리비용 절감 및 환경오염의 요인을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법은 분말상인 폐산화철을 점토, 백토 등과 일정한 배합비로 고화하여 높은 압축강도를 발현하고 벽돌 또는 바닥재 자체의 내구성을 향상시키며 원재료비를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재는 산업폐기물이 미치는 환경적 악영향을 방지하므로 건축물 건축시 새집증후군, 아토피 유발 등과 같은 문제점이 없으며, 점토, 백토 및 폐산화철과 바인더의 치밀 조직구조에 의해 벽돌 또는 바닥재의 내구성 및 강도를 향상시키고, 환경 친화적이고 인체에 유익하여 건축물의 내외장재용으로 사용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌은 제철공정에서 발생하는 폐산화철과 같이 각종 산업분야에서 환경오염을 야기하는 제철부산물을 재활용하여 점토벽돌을 제조함으로써, 자원의 재활용은 물론 제철부산물의 폐기에 따른 처리비용 절감 및 환경오염의 요인을 감소시킬 수 있고, 벽돌 자체의 압축강도 및 내구성을 향상시키며 원재료비를 절감할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이하의 설명에서는 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌을 일 실시예로 하여 설명하나, 이는 설명의 편의 및 명확성을 위한 것이고, 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌은 점토바닥재에도 동일하게 적용된다. 따라서, 이하의 설명에서 점토벽돌이라는 용어는 점토벽돌 또는 점토바닥재를 포함하는 개념임을 밝힌다.
본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌의 주요 구성성분은 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철을 포함한다.
상기 흑점토는 함수 알루미나 규산염광물의 집합체로서, 점토는 입도가 미세하여 물에 풀었을 때 부유할 수 있어야 하고, 수분을 가하면 가소성이 발현되는 성질이 있다. 또한, 상기 흑점토는 건조되면 굳어져 강성을 나타내고 고온으로 소성하면 단단하게 소결되는 특성이 있다. 상기 흑점토의 점토 광물로서는 카올리나이트·디카이트·핼로이사이트 등의 카올린계 광물, 몬모릴로나이트·벤토나이트·산성백토 등의 몬모릴로나이트계 광물, 일라이트·해록석(海綠石) 등의 운모류 이외에도 녹니석류(綠泥石類)·앨로판 등 다양한 종류가 있다.
본 발명에서 상기 흑점토는 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 25 중량부가 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 흑점토가 15 중량부 미만으로 포함된 경우에는 강성과 강한 소결력을 보이는 점토의 특성을 발휘할 수 없고, 25 중량부를 초과하는 경우에는 가소성은 증가하지만, 건조 수축 및 소성수축력이 증가하여 건조 및 소성시 벽돌의 균열 및 변형이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 흑점토는 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 25 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
상기 적점토는 함수산화철과 무수산화철을 함유한 규토로 붉은색을 띈 자연상태의 흙으로서, SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O, CaO, TiO2, MgO 등의 물질을 다량 함유하고 있으며, 황토와 같은 물리 화학적 특성이 있어서 황토와 마찬가지로 인체에 유익한 효능을 발휘할 수 있다. 상기 적점토의 성분 중 석영, 장석, 운모 및 방해석 등이 철분과 함께 산화작용을 받아 여러 가지 색깔을 띄게 된다. 이러한 적점토는 분해력, 자정력, 그리고 적점토에서 내뿜는 원적외선, 항균, 방충, 공기정화 및 탈취 등의 다양한 친환경적인 성질을 가진다.
본 발명에서 상기 적점토는 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 25 중량부가 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 적점토가 15 내지 25 중량부에서 조절되면 연한 적색에서 짙은 적색까지 다양한 색상을 발현시킬 수 있으나, 상기 적점토의 함량이 15 중량부 미만일 경우에는 가소성을 발휘하지 못하여 성형의 어려움이 있고 점성이 약해질 수 있으며, 25 중량부를 초과하는 경우에는 건조가 어렵고 수축률의 변화가 심하게 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 적점토는 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 25 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
상기 백토(Kaolin)는 카올리나이트와 할로이사이트를 주원료로 하는 백색의 점토로, 상기 백토의 실리카 성분은 벽돌의 뼈대 역할을 하고 알루미나 성분은 내화성을 부여하여 소성범위를 넓게 하는 작용을 할 뿐만 아니라, 화학작용, 마모 및 열충격에 대한 저항성이 우수하다.
본 발명에서 상기 백토는 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 45 중량부가 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 백토가 15 중량부 미만인 경우에는 외부 환경에 대한 저항성이 약한 문제가 있고, 45 중량부를 초과하는 경우에는 가소성이 떨어지고 건조시 건조 강도가 저하되며, 소결시에는 소성 강도가 저하되어 압축강도가 떨어지고 흡수율이 높아지는 등 물성에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서 상기 백토는 전체적인 색상과 강도를 고려할 때, 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 45 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
상기 폐산화철은 철판, 철강이 산화되어 발생하는 복합형 산화철로 구성되는 것으로, [표 1]에 나타낸 바와 같이 다량의 철 성분이 함유되어 있다.
화학성분(중량%)
Al Si Mn Fe 잔부
0.24 1.15 0.94 97.67 C, O, Au 등
이러한 폐산화철(Fe, FeO, Fe3O4 , Fe2O3)은 철판이나 철강의 표면에 형성된 녹을 쇼트 블라스트법(Shot blast Method), 열간 단조공정, 열간 압연공정, 열처리 후공정, 이들 공정과 관련된 집진시설에서 포집될 수 있다. 본 발명에서 상기 폐산화철은 흑점토, 적점토 및 백토와 배합하여 고화시켜 점토벽돌을 제조할 수 있는데, 상기 폐산화철은 벽돌의 적정 강도를 확보하면서 철원의 특성과 고비중의 특성을 유효하게 이용할 수 있도록 한다.
본 발명에서 상기 폐산화철은 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 40 중량부가 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 폐산화철이 5 중량부 미만인 경우에는 점토벽돌의 강도가 너무 낮아 내구성에 문제가 발생할 수 있고, 또한 산업폐기물인 제철부산물의 재활용 효과가 미미하고 폐산화물 첨가에 의한 물성향상의 가속된 효과가 나타나지 않을 수 있다. 또한, 상기 폐산화물이 40 중량부를 초과하는 경우에는 벽돌의 성형이 어렵고, 소결시 많은 기공이 발생하여 벽돌의 기본적인 물성에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 폐산화철은 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 40 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌은 상기한 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철의 주요 구성성분 외에 이산화티탄(TiO2) 미립자 및 피톤치드 용액을 내장한 피톤치드 캡슐을 더 포함할 수 있다.
상기 이산화티탄(TiO2) 미립자는 백색의 원료로 발색을 보조하는 발색 보조제로 작용하며, 소결강도를 높이는 작용을 하고, 폐산화철과 같이 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 폐산화철의 함유량이 많으면 짙은 노랑색으로 발색되고, 폐산화철의 함량이 적으면 밝은 노랑색으로 발색된다. 본 발명에서 상기 이산화티탄은 흑점토, 적점토 성분 중 Fe2O2 , Al2O3, CaO, MgO 등의 원소와 결합하여 자연스러운 유색발생과 태양에너지(열)가 닿으면 반응이 촉진되어 광촉매(Photocatalytic) 작용을 할 수 있다.
또한, 상기 이산화티탄 미립자는 태양빛에 노출되면 주변의 유해물질을 분해하는 성질을 이용하여 질소산화물(N0x)를 정화시키고 살균, 향균, 탈취의 효과와 오염물질을 분해시키고 자외선을 차단하는 효과가 있는 광촉매 물질인데, 본 발명에서는 이와 같은 이산화티탄 미립자를 이용하여 상기 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철에 혼합하여 사용함으로써 환경 친화적인 점토벽돌을 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기 이산화티탄은 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 1.0 내지 4.0 중량부가 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 이산화티탄이 1.0 중량부 미만인 경우에는 소결강도가 낮을 수 있으며 원하는 광촉매 효과가 발현되기 어려운 문제가 있고, 4.0 중량부를 초과하는 경우에는 벽돌의 기본적인 물성에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 이산화티탄은 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 1.0 내지 4.0 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.
상기 피톤치드 캡슐은 내부에 피톤치드 용액이 내장된 것으로, 상기 피톤치드(Phytoncide)는 식물이 병원균·해충·곰팡이에 저항하려고 내뿜거나 분비하는 물질로서 스트레스 호르몬 감소효과, 강력한 항균성 항진균성, 포름알데히드 제거효과, 집먼지진드기 생육저해 효과를 가지며 삼림욕을 통해 피톤치드를 마시면 스트레스가 해소되고 장과 심폐기능이 강화되며 살균작용도 이루어진다. 또한, 새집의 대표적 유독 물질인 포름알데히드를 80%이상 줄여주며, 아토피, 천식, 알러지의 주원인인 집먼지진드기 생육을 억제하고, 라지오넬라균, 포도상구균 등 각 종 균과 바이러스에 강력한 항균 작용을 하며, 뛰어난 탈취기능으로 실내의 생활악취 제거에 효과적이다. 스트레스 호르몬 감소, 쾌적작용 등 다양한 삼림욕 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에서 상기 피톤치드 캡슐은 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 2.0 중량부가 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 피톤치드 캡슐이 0.1 중량부 미만인 경우에는 원하는 피톤치드의 효과가 발현되기 어려운 문제가 있고, 2.0 중량부를 초과하는 경우에는 벽돌의 기본적인 물성에 악영향을 끼칠 수 있고, 제조 비용이 증가하며, 필요 이상으로 피톤치드가 방사되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 피톤치드는 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 2.0 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌의 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌의 제조방법은 원료 혼합 단계(S100), 혼련 단계(S200), 성형 단계(S300), 건조 단계(S400), 소성 및 냉각 단계(S500)를 포함한다.
1. 원료 혼합 단계(S100)
상기 원료 혼합 단계(S100)는 배합비율에 따라 배합하여 믹싱하는 것으로, 본 발명에 따른 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철을 일정한 크기로 분쇄하여 균등하게 믹싱할 수 있다.
상기 흑점토는 함수 알루미나 규산염광물의 집합체로서 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 25 중량부 포함되는 것이 바람직하고, 상기 적점토는 함수산화철과 무수산화철을 함유한 규토로 붉은색을 띈 자연상태의 흙으로서 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 25 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
상기 백토는 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 중량부 미만인 경우에는 소성 강도가 떨어지고, 45 중량부를 초과하는 경우에는 가소성이 떨어지고 건조시 건조 강도가 저하되며, 소결시에는 소성 강도가 저하되어 압축강도가 떨어지는 현상이 발생하므로 적정량 첨가하는 것이 바람직한데, 본 발명에서 상기 백토는 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 15 내지 45 중량부 포함되는 것이 바람직하다
상기 폐산화철은 각종 산업분야에서 환경오염을 야기하는 제철부산물을 재활용한 것으로, 예를 들어, 제철공정에서 발생하는 분진을 이용할 수 있다. 상기 분진은 원료분진, 주상분진, 소결EP분진, 소결백필터분진, 연주분진, 운송하역분진 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 원료분진은 고로 연료에서 날리는 분진이고, 주상분진은 고로 주상(출선 부분)에서 발생되는 분진이며, 소결EP분진은 전기로 집진기에서 포집되는 분진이다. 또한, 상기 소결백필터분진은 소결기의 백필터에서 포집되는 분진이고, 연주분진은 연주과정에서 발생하는 분진이며, 운송하역분진은 운송하고 하역하는 과정에서 발생되는 분진이다. 본 발명에서 상기 폐산화철은 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 40 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 원료 혼합 단계(S100)는 상기한 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철의 주요 구성성분 외에 이산화티탄(TiO2) 미립자 또는 피톤치드 용액을 내장한 피톤치드 캡슐을 더 포함할 수 있다.
상기 이산화티탄(TiO2) 미립자는 백색의 원료로 발색을 보조하는 발색 보조제, 광촉매로 작용하며, 폐산화철과 같이 작용하여 소결강도를 높일 수 있다. 본 발명에서 상기 이산화티탄은 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 1.0 내지 4.0 중량부가 포함될 수 있다.
상기 피톤치드 캡슐은 내부에 피톤치드 용액이 내장된 것으로, 주요 구성성분 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 2.0 중량부가 포함될 수 있다.
2. 혼련 단계(S200)
상기 혼련 단계(S200)는 상기 원료 혼합 단계(S100)에서 준비된 주요 조성물들을 교반기 내에서 물을 첨가하여 일정시간 동안 균등하게 섞이도록 반죽하는 단계이다. 상기 혼련 단계(S200)는 수분함량이 폐산화철 100 중량부를 기준으로 15 내지 20 중량부가 되도록 물을 첨가하여 100~200RPM의 교반기 내부에서 약 2~3시간 동안 혼합될 수 있다. 상기와 같은 혼련 단계에서 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철 등은 골고루 고르게 혼합된 상태를 가지게 된다.
본 발명에서 상기 혼련 단계(S200)는 폐산화철을 흑점토, 적점토 및 백토와 물을 함께 혼합하는데, 이들의 혼합순서는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 폐산화철과 흑점토, 적점토 및 백토를 먼저 혼합하고, 여기에 물을 혼합할 수 있다.
상기 물은 폐산화철과 흑점토, 적점토 및 백토를 혼합하는 중에 투입하거나 분무하는 방식 등 어떠한 방법이든 무방하다. 상기 물은 일차적으로 분말상의 폐산화철과 흑점토, 적점토 및 백토가 성형 가능하도록 작용하며, 이차적으로 양생시 수화반응에 의한 결합수 역할을 한다.
본 발명에서 상기 물은 폐산화철 100 중량부를 기준으로 15 내지 20 중량부가 되도록 첨가되는 것이 바람직한데, 15 중량부 미만에서는 성형체의 점성이 떨어져서 성형이 어려워지고 쉽게 부서져서 좋지 않게 되며, 20 중량부를 초과하면 성형시 물이 빠져나오고 벽돌의 형태가 유지되지 않아 성형이 어려워지며, 벽돌 규격의 오차가 커지는 문제가 있다.
또한, 상기 혼련 단계(S200)는 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철 이외에 이산화티탄 또는 피톤치드 캡슐이 더 포함되어 혼련될 수 있는데, 상기 이산화티탄 또는 피톤치드 캡슐은 제조되는 친환경 점토벽돌에 기능성을 부여하기 위하여 첨가될 수 있다.
3. 성형 단계(S300)
상기 성형 단계(S300)는 상기 혼련 단계(S200)에서 반죽되어 혼합된 혼합물을 노즐을 통해 강제로 사출하고, 사출된 혼합물을 커터 등을 이용하여 일정 길이로 절단해 점토벽돌로 성형하는 단계이다.
일반적으로, 점토벽돌은 육면체의 형상으로 제작되므로, 상기 노즐의 형상을 사각으로 형성함으로써, 상기 노즐로부터 사출되는 혼합물의 형상이 육면체 형상이 되도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 커터는 노즐로부터 사출되는 점토벽돌을 일정 길이로 절단하는 것으로, 사출된 혼합물을 긴밀하게 절단할 수 있는 공지, 공용의 커터가 적용될 수 있다.
4. 건조 단계(S400)
상기 건조 단계(S400)는 상기 성형 단계(S300)에서 성형된 벽돌은 건조로에서 최초 약 30℃의 온도에서 최고 약 120℃의 온도까지 서서히 승온하여 48~60시간 동안 건조시키는 단계이다. 상기 건조 단계(S400)에서 성형된 벽돌을 48 시간 미만으로 건조하면 건조가 완전히 이루어지지 않고 벽돌의 강도가 낮아 충분한 내구성을 가지지 못하며, 60시간을 초과하면 생산성이 떨어지므로 바람직하지 않다.
5. 소성 및 냉각 단계(S500)
상기 소성 및 냉각 단계(S500)은 상기 건조 단계(S400)에서 건조된 벽돌을 가마에서 소성 후 냉각시키는 단계인데, 상기 가마로는 터널 가마(tunnel kiln) 또는 불연속 가마가 이용될 수 있고, 상기 가마는 내부 온도를 최초 약 40℃의 온도에서 1050~1150℃까지 서서히 높이면서 15~40시간 동안 산화 또는 환원(중성) 분위기로 소성한 후, 소성된 벽돌을 서서히 냉각시키도록 구성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌의 제조방법으로 제조된 친환경 점토벽돌에 대하여 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
<실시예 1>
먼저, 철판이나 철강의 표면에 형성된 녹을 쇼트 블라스트 공정에서 발생한 상기 [표 1]의 조성을 갖는 폐산화철(Fe, FeO, Fe 3 O4 , Fe2 O3 ) 분말을 집진시설에서 포집한 후 체질공정을 통해 이물질을 제거한 다음, 200℃에서 20시간 동안 건조 및 열처리시켜 준비하였다.
다음으로, 상기 폐산화철 30 중량부와 흑점토 20 중량부, 적점토 20 중량부 및 백토 30 중량부를 배합하여 1차 혼합하였고, 폐산화철 100 중량부를 기준으로 물 18 중량부를 첨가하면서 2차 혼합한 다음, 230㎜×114㎜×60㎜의 직육면체 형상으로 사출 성형하여 점토벽돌 성형체를 제조하였다.
이어서, 사출 성형된 점토벽돌 성형체를 최초 30℃의 온도로 가열된 건조 로에 투입한 후 건조로의 온도가 120℃의 온도가 될 때까지 서서히 승온하여 50시간 동안 건조시켰고, 상기 건조된 점토벽돌 성형체를 가마의 내부 온도를 최초 40℃의 온도에서 1100℃까지 서서히 높이면서 30시간 동안 산화분위기로 소성한 후, 소성된 벽돌을 서서히 냉각하여 폐산화철을 재활용한 친환경 점토벽돌을 제조하였다.
<실시예 2>
먼저, 철판이나 철강의 표면에 형성된 녹을 쇼트 블라스트 공정에서 발생한 상기 [표 1]의 조성을 갖는 폐산화철(Fe, FeO, Fe 3 O4 , Fe2 O3 ) 분말을 집진시설에서 포집한 후 체질공정을 통해 이물질을 제거한 다음, 200℃에서 20시간 동안 건조 및 열처리시켜 준비하였다.
다음으로, 상기 폐산화철 30 중량부와 흑점토 20 중량부, 적점토 20 중량부 및 백토 30 중량부를 배합하여 1차 혼합하였고, 상기 1차 혼합물에 이산화티탄(TiO2) 미립자 2.0 중량부를 2차 혼합하였다.
그 다음으로, 상기 혼합물에 폐산화철 100 중량부를 기준으로 물 18 중량부를 첨가하면서 3차 혼합한 다음, 230㎜×114㎜×60㎜의 직육면체 형상으로 사출 성형하여 점토벽돌 성형체를 제조하였다.
이어서, 사출 성형된 점토벽돌 성형체를 최초 30℃의 온도로 가열된 건조 로에 투입한 후 건조로의 온도가 120℃의 온도가 될 때까지 서서히 승온하여 50시간 동안 건조시켰고, 상기 건조된 점토벽돌 성형체를 가마의 내부 온도를 최초 40℃의 온도에서 1100℃까지 서서히 높이면서 30시간 동안 산화분위기로 소성한 후, 소성된 벽돌을 서서히 냉각하여 폐산화철을 재활용한 친환경 점토벽돌을 제조하였다.
<실시예 3>
먼저, 철판이나 철강의 표면에 형성된 녹을 쇼트 블라스트 공정에서 발생한 상기 [표 1]의 조성을 갖는 폐산화철(Fe, FeO, Fe3O4 , Fe2O3) 분말을 집진시설에서 포집한 후 체질공정을 통해 이물질을 제거한 다음, 200℃에서 20시간 동안 건조 및 열처리시켜 준비하였다.
다음으로, 상기 폐산화철 30 중량부와 흑점토 20 중량부, 적점토 20 중량부 및 백토 30 중량부를 배합하여 1차 혼합하였고, 상기 1차 혼합물에 이산화티탄(TiO2) 미립자 2.0 중량부와 피톤치드 캡슐 1.5 중량부를 2차 혼합하였다.
그 다음으로, 상기 혼합물에 폐산화철 100 중량부를 기준으로 물 18 중량부를 첨가하면서 3차 혼합한 다음, 230㎜×114㎜×60㎜의 직육면체 형상으로 사출 성형하여 점토벽돌 성형체를 제조하였다.
이어서, 사출 성형된 점토벽돌 성형체를 최초 30℃의 온도로 가열된 건조 로에 투입한 후 건조로의 온도가 120℃의 온도가 될 때까지 서서히 승온하여 50시간 동안 건조시켰고, 상기 건조된 점토벽돌 성형체를 가마의 내부 온도를 최초 40℃의 온도에서 1100℃까지 서서히 높이면서 30시간 동안 산화분위기로 소성한 후, 소성된 벽돌을 서서히 냉각하여 폐산화철을 재활용한 친환경 점토벽돌을 제조하였다.
<비교예>
흑점토 25 중량부, 적점토 25 중량부 및 백토 40 중량부를 배합하여 1차 혼합하였고, 상기 흑점토, 적점토 및 백토의 혼합물 100 중량부를 기준으로 물 18 중량부를 첨가하면서 2차 혼합한 다음, 230㎜×114㎜×60㎜의 직육면체 형상으로 사출 성형하여 점토벽돌 성형체를 제조하였다.
다음으로, 사출 성형된 점토벽돌 성형체를 최초 30℃의 온도로 가열된 건조 로에 투입한 후 건조로의 온도가 120℃의 온도가 될 때까지 서서히 승온하여 50시간 동안 건조시켰고, 상기 건조된 점토벽돌 성형체를 가마의 내부 온도를 최초 40℃의 온도에서 1100℃까지 서서히 높이면서 30시간 동안 산화분위기로 소성한 후, 소성된 벽돌을 서서히 냉각하여 점토벽돌을 제조하였다.
상기한 <실시예 1> 내지 <실시예 3>으로 제조된 본 발명에 따른 폐산화철을 재활용한 친환경 점토벽돌과, <비교예>로 제조된 종래의 점토벽돌의 물성을 비교한 후, 비교된 물성을 [표 2]에 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
주원료대체 및 첨가물 폐산화철 폐산화철/이산화티탄 폐산화철/이산화티탄/피톤치드 없음
압축강도
(Kgf/cm2)		 360 370 370 250
흡수율(%) 7.0 7.2 7.3 9.2
꺽임강도
(Kgf/cm2)		 85 89 86 70
기공율(%) 28 26 25.5 21
중금속용출시험 불검출 불검출 불검출 불검출
내마모성(g) 0.03 0.02 0.02 0.05
※ 중금속용출시험항목 : Hg, Cu, Cr +α , Pb, Cd, As, CN - (mg/L)
상기한 [표 2]를 검토하며, 본 발명에 따라 제조된 친환경 점토벽돌은 종래의 제조방법에 의해 제조된 점토벽돌과 비교하여 압축강도, 꺽임강도 등이 우수함을 확인하였고, 내마모성도 종래의 점토벽돌에 비해 우수한 것을 확인하였다.
이는, <실시예 1> 내지 <실시예 3>으로 제조된 점토벽돌이 폐산화철의 혼합으로 벽돌 자체의 압축강도 및 내구성을 향상시켰음을 알 수 있고, 본 발명에 따른 점토벽돌은 인체에 유해한 중금속 물질의 포함 없이 친환경적으로 제조될 수 있음을 알 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (5)

  1. 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철을 일정한 크기로 분쇄하여 균등하게 혼합하는 원료 혼합 단계;
    상기 원료 혼합 단계에서 준비된 조성물들을 교반기 내에서 물을 첨가하여 일정시간 동안 균등하게 섞이도록 반죽하는 혼련 단계;
    상기 혼련 단계에서 반죽되어 혼합된 혼합물을 노즐을 통해 강제로 사출하고, 사출된 혼합물을 일정 길이로 절단하여 성형체를 형성하는 사출 성형 단계;
    상기 성형 단계에서 제조된 성형체를 건조 로에서 30℃의 온도에서 120℃의 온도까지 승온하여 48~60시간 동안 건조시키는 건조 단계; 및
    상기 건조 단계에서 건조된 성형체를 40℃의 온도에서 1050~1150℃까지 승온하여 15~40시간 동안 산화 또는 환원분위기로 소성한 후, 소성된 성형체를 냉각시키는 소성 및 냉각 단계;를 포함하되,
    상기 원료 혼합 단계는,
    상기 흑점토는 혼합된 원료 전체 100 중량부를 기준으로 15 내지 25 중량부 포함되고, 상기 적점토는 15 내지 25 중량부 포함되며, 상기 백토는 15 내지 45 중량부 포함되고, 상기 폐산화철은 5 내지 40 중량부 포함되고, 상기 흑점토, 적점토, 백토 및 폐산화철 이외에 이산화티탄(TiO2) 미립자 또는 피톤치드 용액을 내장한 피톤치드 캡슐을 더 포함하되, 상기 이산화티탄 미립자는 혼합된 원료 전체 100 중량부를 기준으로 1.0 내지 4.0 중량부 포함되고, 상기 피톤치드 캡슐은 혼합된 원료 전체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 2.0 중량부 포함되며,
    상기 혼련 단계는,
    상기 물의 함량이 폐산화철 100 중량부를 기준으로 15 내지 20 중량부가 되도록 첨가하여 100~200RPM의 교반기 내부에서 2~3시간 동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌.
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