KR101721209B1 - 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿 - Google Patents

제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿(pellet)의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 제올라이트 및 석회석을 분말로 분쇄하여 혼합하고, 그 혼합물에 정제수를 투입하여 교반하여 펠릿으로 성형한 후, 가열로를 통과하면서 고열로 가열, 소결하면서 제올라이트, 석회석, 정제수에 내포된 수분과 이산화탄소를 외부로 방출시키면서 소결성형시키고, 이어 냉각부를 통과하면서 급랭 경화시켜 수질정화용 세라믹 펠릿을 제조하여, 제올라이트 및 수산화칼슘을 생성하는 석회석을 그 조성물질로 하는 수질정화용 세라믹 펠릿을 부유물질, 질소, 인 등으로 오염된 오염수에 투입하여 오염수 내에 포함된 질소 및 인을 제올라이트로 효과적으로 제거하여 오염수의 수질을 양질의 물로 정화하는 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿(pellet)의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿에 관한 것이다.

Description

제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿{ A cerami pellet for water purification }
본 발명은 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿(pellet)의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 제올라이트 및 석회석을 분말로 분쇄하여 혼합하고, 그 혼합물에 정제수를 투입하여 교반하여 펠릿으로 성형한 후, 가열로를 통과하면서 고열로 가열, 소결하면서 제올라이트, 석회석, 정제수에 내포된 수분과 이산화탄소를 외부로 방출시키면서 소결성형시키고, 이어 냉각부를 통과하면서 급랭 경화시켜 수질정화용 세라믹 펠릿을 제조하여, 제올라이트 및 수산화칼슘을 생성하는 석회석을 그 조성물질로 하는 수질정화용 세라믹 펠릿을 부유물질, 질소, 인 등으로 오염된 오염수에 투입하여 오염수 내에 포함된 질소 및 인을 다공질의 제올라이트로 효과적으로 제거하여 오염수의 수질을 양질의 물로 정화하는 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿(pellet)의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿에 관한 것이다.
일반적으로 어항이나 수족관 또는 물탱크 등 물이 저장된 수조의 내부에는 부유물 등의 이물질이 발생하게 되며, 특히 어항이나 수족관 등의 수조의 경우에는 어류에서 배설되는 배설물이나 유기물 등이 발생하여 수질을 오염시키게 되며, 이는 어류의 생장에 좋지 않은 영향을 줄 뿐만 아니라 심한 경우에는 유해 유기물의 과다 번식과 용존 산소량의 부족 등으로 수질이 악화되어 어류가 폐사하게 되는 손실이 발생하게 된다.
따라서, 어류 등을 수조에서 키울 때에는 어류의 생태 환경을 양호하도록 유지하기 위해서 수시로 수조 내부의 물을 여과하거나 부유물이나 배설물 등의 오염 물질을 제거하여야 한다. 이는 좁은 공간을 형성하는 수조의 내부에 많은 양의 어류를 고밀도로 저장하여 생활하게 하면 수조 내부 물에 포함된 용존산소가 급속도로 소모됨과 동시에 어류의 먹이와 배설물에 의하여 각종 부유물 또는 단백질이나 암모니아, 질소, 인 성분 등이 빠른 시간에 고농도로 수조 내부의 물에 축적되고, 이로 인하여 물의 수질이 급속히 악화됨으로써 어류의 생장 여건 및 그 신선도에 좋지 못한 영향을 미치게 되고 어류가 폐사하게 되기 때문이다.
이와 같이, 수조 내부의 부유물이나 배설물 및 이로 인해 축적되는 암모니아, 질소, 인 성분 등의 오염물질을 제거하는 종래의 방안을 살펴보면, 수조 내부의 물을 정화하는 장치로서 수질정화장치 또는 수질여과장치에 관한 종래의 방안은 많이 제안되었으나, 상대적으로 수조 내부의 물을 정화하는 수질정화물질에 관한 종래 방안은 그다지 제안되지 못한 한계점이 있었다.
또한, 수조 내부에 투입되어 수질정화에 사용된 수질정화물질은 한번 수질정화에 사용된 후 수거하면 폐기물로 폐기되어 재활용되지 못하는 상황이어서, 재활용이 가능한 특히 질소 및 인 성분이 많이 포함되는 수질정화물질을 다시 비료의 원료로 재활용할 수 있는 수질정화물질에 관한 종래방안은 거의 제안된 것이 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 재활용이 가능한 수질정화물질을 새로이 제안하는 것으로, 본 발명은 제올라이트 및 저품위 석회석 분말을 혼합 조성하여 펠릿으로 형성하고, 이를 가열로 및 냉각부를 통과하면서 혼합 조성된 제올라이트 및 저품위 석회석 분말의 펠릿을 가열, 소결하고 급랭하여 수질정화용 세라믹 펠릿으로 제조하여 오염용수에 내포된 질소와 인을 제거하게 하고, 제거 과정에 투입된 세라믹 펠릿은 수거하여 이를 건조 분쇄하여 산성 분위기의 토양에 투입되어 산성 분위기를 중성으로 완화시키는 비료의 원료로 재활용하도록 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 그동안 불순물이 30~40% 함유되고 탄산칼슘(CaCO3)은 30% 이하로 함유되어 석회석을 채굴하여도 탄산칼슘의 함량 미달로 인해 시멘트의 원료(탄산칼슘의 함량이 70~80%)로 사용되지 못하고 상품성 및 경제성이 없어 폐기되던 저품위 석회석을 본 발명에 따른 재활용이 가능한 수질정화용 세라믹 펠릿의 주요 성분의 하나로 재활용하도록 하여, 세라믹 펠릿의 제조단가를 낮추어 경제성을 확보함과 동시에 채굴되어 폐기되던 저품위 석회석의 자원을 낭비하지 않고 저품위 석회석의 새로운 자원 활용 영역을 제공하는데 그 목적이 있다.
저품위 석회석 및 제올라이트를 수질정화용 세라믹 펠릿으로 재활용하도록 저품위 석회석에 함유된 탄산칼슘을 성형체로 성형이 어려웠던 제올라이트에 혼합하여 강알칼리성을 지닌 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 함유하는 수질정화용 세라믹 펠릿으로 형성하여 수질정화물질을 수질정화에 사용하고, 수질정화에 투입된 세라믹 펠릿을 수거하여 산성 토양을 중성화시키는 비료로 재활용하는 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법은,
(a) 제올라이트 및 석회석을 준비하여 각각 20㎛ 이하 길이의 분말로 분쇄하는 분말화 단계(S1);
(b) 분말화한 제올라이트 및 저품위 석회석을 각각 3:7 ~ 7:3의 중량비로 혼합 교반하는 분말 혼합단계(S2);
(c) 혼합된 제올라이트 및 저품위 석회석의 혼합 분말에 정제수를 투입 교반하여 반죽(paste)으로 형성하는 페이스트 단계(S3);
(d) 상기 페이스트 단계(S3)가 완료된 제올라이트 및 저품위 석회석의 혼합 반죽을 성형기에 투입하여 길이 1~3cm의 길이로 짧은 원형봉 형상의 펠릿으로 절단하여 성형하는 펠릿 성형단계(S4);
(e) 상기 펠릿을 가열로로 이송하여, 상기 가열로 내부에서 800~950℃의 고온으로 30~120분 동안 통과시키면서 가열, 소결하면서 상기 펠릿 내에 내포하는 수분 및 이산화탄소를 방출시키면서 소결성형시키는 가열성형단계(S5);
(f) 가열, 소결된 상기 펠릿을 냉각부로 이송하여, 상기 냉각부 내부에서 25~35℃의 온도로 공급되는 물에 의해 열교환방식으로 냉각하여 상기 펠릿의 온도를 180~220℃의 온도로 낮추는 냉각단계(S6);를 포함하여 이루어지는 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 S1단계에서 준비되는 제올라이트는 이산화규소(SiO2) 65~70 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 15~18 중량%, 삼산화이철(산화제이철, Fe2O3) 5~9 중량%, 산화칼륨(K2O) 2~3 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화마그네슘(MgO) 1~2 중량%, 나머지 중량%는 미량의 금속 및 불순물로 이루어지는 제올라이트이며, 석회석은 탄산칼슘(CaCO3)을 30% 이하로 함유하는 저품위 석회석인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿은, 상기의 제조방법에 의해 제조되며, 이산화규소(SiO2) 65~70 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 15~18 중량%, 삼산화이철(산화제이철, Fe2O3) 5~9 중량%, 산화칼륨(K2O) 2~3 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화마그네슘(MgO) 1~2 중량%, 나머지 중량%는 미량의 금속 및 불순물로 이루어지는 제올라이트와, 저품위 석회석으로서 탄산칼슘(CaCO3)을 30% 이하로 함유하는 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿은, 제올라이트 및 저품위 석회석 분말을 혼합하여 가열, 소결 및 급랭하여 수질정화용 세라믹 펠릿으로 제조함으로써, 그동안 성형체로 성형이 어려웠던 제올라이트 분말에 저품위 석회석 분말을 혼합하여 제올라이트와의 성형을 용이하게 하고, 다공질의 제올라이트의 미립자 흡착기능으로 오염용수의 질소와 인을 효과적으로 제거하여 세라믹 펠릿의 수질정화 능력을 제고하고, 불순물이 30~40% 함유되고 탄산칼슘(CaCO3)은 30% 이하로 함유되어 석회석을 채굴하여도 종래에는 탄산칼슘의 함량 미달로 인해 시멘트의 원료(탄산칼슘의 함량이 70~80%)로 사용되지 못하고 상품성 및 경제성이 없어 폐기되던 저품위 석회석을 낭비하지 않고 수질정화용 세라믹 펠릿의 주요 성분의 하나로 재활용하여 저품위 석회석을 새로운 자원으로 활용 영역을 넓히면서도, 저품위 석회석을 활용하여 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조단가를 낮추어 경제성을 확보함과 동시에, 오염물질의 제거 과정에 투입된 수질정화용 세라믹 펠릿으로 수질정화를 실시한 후 이를 회수하여 건조 분쇄하여 수질정화용 세라믹 펠릿에 흡착된 질소, 인 성분과 함께 세라믹 펠릿에 포함된 탄산칼슘으로부터 생성되는 강알칼리성을 띄는 수산화칼슘 성분을 활용하여 특히 산성화된 토양을 중성화하고 지력을 회복하게 하는 비료의 원료로 활용하거나 또는 식물 생장화분의 토양과 혼합하여 화분 토양을 생장에 우호적인 토양으로 유지하는 혼합 비료의 원료로 수질정화용 세라믹 펠릿이 재활용되어 사용될 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법에 따른 제조공정을 수행하는 성형기, 가열로, 냉각부를 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법에서, 펠릿으로 성형하는 성형기의 배출부 및 절단수단을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 실제 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법과 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿에 대하여 상세하게 설명함에 있어, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 형태로 구현할 수 있을 것이다. 또한 본 발명의 청구범위 및 명세서에 사용된 용어나 단어는 발명자가 본 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 실시예에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법으로, 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면,
(a) 제올라이트 및 석회석을 준비하여 각각 20㎛ 이하 길이의 분말로 분쇄하는 분말화 단계(S1);
(b) 분말화한 제올라이트 및 저품위 석회석을 각각 3:7 ~ 7:3의 중량비로 혼합 교반하는 분말 혼합단계(S2);
(c) 혼합된 제올라이트 및 저품위 석회석의 혼합 분말에 정제수를 투입 교반하여 반죽(paste)으로 형성하는 페이스트 단계(S3);
(d) 상기 페이스트 단계(S3)가 완료된 제올라이트 및 저품위 석회석의 혼합 반죽을 성형기(1)에 투입하여 1~3cm의 길이로 짧은 원형봉 형상의 펠릿으로 절단하여 성형하는 펠릿 성형단계(S4);
(e) 상기 펠릿을 가열로(2)로 이송하여, 상기 가열로 내부에서 800~950℃의 고온으로 30~120분 동안 통과시키면서 가열, 소결하면서 상기 펠릿 내에 내포하는 수분 및 이산화탄소를 방출시키며 소결성형시키는 가열성형단계(S5);
(f) 가열, 소결된 상기 펠릿을 냉각부(3)로 이송하여, 상기 냉각부 내부에서 25~35℃의 온도로 공급되는 물에 의해 열교환방식으로 냉각하여 상기 펠릿의 온도를 180~220℃의 온도로 낮추는 냉각단계(S6);를 포함하여 이루어지는 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법인 것을 특징으로 한다.
상기 S1단계에서 준비되어 분말화하는 제올라이트는, 이산화규소(SiO2) 65~70 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 15~18 중량%, 삼산화이철(산화제이철, Fe2O3) 5~9 중량%, 산화칼륨(K2O) 2~3 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화마그네슘(MgO) 1~2 중량%, 나머지 중량%는 미량의 금속 및 불순물로 이루어지는 제올라이트이며, 석회석은 탄산칼슘(CaCO3)을 30% 이하로 함유하는 저품위 석회석인 것으로 준비된다.
상기 제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭하는 것으로, 색깔은 무색 투명하거나 백색 반투명하며 비석(沸石)이라고도 한다. 제올라이트는 종류가 많으나 종류에 관계없이 공통적으로 함수량이 많고 결정의 성질은 동일한 특성을 가지며, 현무암이나 휘록응회암 등 염기성 화성암에 존재하거나 화강암, 편마암의 2차 광물로서 존재하여 천연적으로 금광맥 또는 다른 광맥 중에서 산출되기도 하지만 인공적으로 합성하기도 한다.
제올라이트는, 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 그 골격은 그대로 유지하게 되므로 다른 미립물질을 흡착할 수 있어, 이러한 성질을 이용하여 흡착제로 사용할 수 있으며, 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체로 사용할 수 있다.
따라서, 제올라이트의 내부로는 많은 세공(細孔)이 형성되는 다공질로 되어 있으며 세공의 크기보다 작은 미립물질은 세공 내로 들어가 흡착하거나 반응할 수 있는 특징을 갖게 되어, 제올라이트의 이온 교환능, 균질한 다공성 등의 많은 장점에 의해, 화학물질의 정제와 선택적 흡착제로서 널리 사용되어 공기청정기, 에어컨, 산소발생기 등의 공기 정화필터와 오염 용수의 수질 정화제로 활용되고 있으며, 그 외에 촉매, 건조제, 세제 첨가제 등으로 활용되고 있고, 분말이나 펠릿의 형상으로 제조되고 있으며 분말은 분말 코팅액으로 제조되거나 본 발명의 실시예와 같이 분말을 펠릿으로 제조하는 경우에는 유기결합제나 중간매개물을 혼합한 후 소성시켜 제올라이트 성형체를 제조하게 된다.
상기 S1단계에서 준비되어 분말화하는 석회석은 탄산칼슘을 주성분으로 하는 수성암의 일종이다. 석회석 역시 제올라이트와 유사하게 그 표면에는 무수히 많은 세공이 형성되어 있어 비표면적이 매우 넓은 광물로서, 세공을 통해 오염물질의 흡착이 매우 유리하고 유효하게 이루어질 수 있다.
석회석의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)은 칼슘의 탄산염으로 대리석, 방해석, 선석(霰石), 석회석, 백악, 빙주석(氷洲石), 조개껍질, 달걀껍질, 산호 등으로부터 산출된다. 시멘트의 주원료, 산화칼슘의 원료, 제철·건축재료 등의 각종 중화제(中和劑)로 사용된다. 자연계에 존재하는 염 중에서 가장 많다. 일반적으로 무색의 결정 또는 백색 고체로, 비중 2.93이며, 825 ℃에서 분해한다. 가열하면 이산화탄소를 발생하고 수산화칼슘을 포함하는 석회를 얻는다. 순수한 물에는 용해하지 않으나, 이산화탄소를 함유하는 물에는 용해하여, 중탄산칼슘을 생성하며 녹는다. 또한, 탄산칼슘에 산을 작용시키면 이산화탄소를 발생한다. 이산화탄소를 함유하는 물이 땅속의 석회석을 만나면 용해하여 공동(空洞)을 만드는데, 이것이 석회석동굴이며, 이와 같이 용해한 물이 지열 등에 의해서 분해되어 탄산칼슘이 침전한다. 이 침전이 석회석동굴 속에서 이루어질 때 종유석이나 석순 등을 생성한다.
석회석은 석회석에 포함되어 있는 탄산칼슘의 함유량에 따라 고품위 석회석, 중품위 석회석, 저품위 석회석으로 분류할 수 있다. 채굴되어 상품성을 갖춘 석회석은 산화칼슘(CaO)이 45% 이상 함유되도록 탄산칼슘의 함유량이 70% 이상 되어야 채굴 경제성과 원료 상품성이 확보될 수 있어, 탄산칼슘의 함유량이 70~80%인 중품위 석회석은 시멘트의 원료로 사용되고, 탄산칼슘의 함유량이 90% 이상인 고품위 석회석은 인공 이식골재, 인공 이식치아골재, 인공치아 등의 고가의 의료용 세라믹의 원료로 사용된다. 그러나, 탄산칼슘의 함유량이 30% 이하의 석회석은 경제성 및 상품성이 떨어지게 되어 채굴하지 않거나 채굴하여도 원료로 사용되지 못하고 폐기하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 수질정화용 세라믹 펠릿은, 이와 같이 탄산칼슘의 함유량이 30% 이하로 형성되어 경제성 및 상품성이 떨어져 원료로 사용되지 못하고 폐기되었던 저품위 석회석을 상기 제올라이트와 함께 그 주요 조성 성분으로 재활용이 가능하게 함으로써, 그동안 폐기되던 저준위 석회석을 낭비하지 않고 새로운 수질정화용 세라믹 펠릿의 중요 조성자원으로 그 활용의 새로운 영역을 넓힐 수 있게 된 것이다.
상기 S1단계에서 준비되어 분말화하는 제올라이트 및 석회석은, 분쇄기를 이용하여 분말로 분쇄하게 된다.
이때, 분말화되는 상기 제올라이트 및 석회석은 각각 20㎛ 이하 크기의 분말로 분쇄되는데 바람직하게는 10㎛이하의 크기로 분쇄되는 것이 바람직하며, 이와 같은 미립자 크기의 분말로 분쇄하는 이유는 상기 제올라이트 및 석회석 분말이 소정의 중량%로 혼합되는 S2단계 이후에 수행되는 S3단계에서 투입되는 액상인 정제수와 상기 제올라이트 및 석회석 분말이 상호 반죽되어 페이스트로 형성됨에 있어, 고체인 상기 제올라이트 및 석회석 분말의 비표면적을 크게 하고 제올라이트 및 석회석에 형성된 세공을 통해 오염물질의 흡착량을 더욱 많게 할 수 있으며 또한 제올라이트 및 석회석 분말과 액상의 정제수가 상호 견고하게 결합하여 페이스트로 형성되어 추후 수행되는 가열, 소결, 냉각 공정 단계에서 가장 바람직한 세라믹 펠릿으로 형성될 수 있기 때문이다.
공지된 기술로서, 오염 용수를 정화시키는 수질정화용 수처리제를 제조함에 있어서, 액상의 수처리제에 조성되는 여러 광물의 분말은 액상 수처리 제제의 분산안정성 확보를 위해 최적의 입도는 이론적으로는 0.12㎛ 이상의 크기를 갖는 분말인 것으로 검증되었으며 그러나 실제적으로는 10㎛ 이내의 수㎛로서 최대 20㎛의 크기를 갖는 분말이 적용됨이 실험적으로 검증되어 공지되어 있으므로, 본 발명에서도 고상(固狀)으로 형성되어 오염 용수 내부에 침지되어 일정 기간 동안 용수 내부에서 정화기능을 수행하여야 하는 수질정화용 세라믹 펠릿을 조성하는 상기 제올라이트 및 석회석의 분말을 20㎛ 이내의 크기로 분쇄하여 분말화하여 정화효율 및 흡착효율을 높이게 되는 것이다.
이러한 미립자 크기의 분말로 분쇄하는 분쇄기는 널리 공지된 것으로서, 그 일례로는 에어 제트 밀링(air jet milling) 방식이 적용된 밀링기를 사용할 수 있을 것이다.
상기 S1단계인 제올라이트 및 석회석의 분말화 공정이 수행되면, 다음으로 분말화한 제올라이트 및 저품위 석회석을 각각 3:7 ~ 7:3의 중량비로 혼합 교반하는 분말 혼합단계(S2)를 수행하게 된다.
본 단계(S2)에서는 전체 중량 대비 제올라이트 분말 30~70 중량%과 저품위 석회석 분말 70~30 중량%로 혼합되어 교반되는데, 상기 제올라이트 분말 및 저품위 석회석 분말 모두는 고형이므로 양자를 골고루 섞여 혼합할 수 있는 교반기가 사용되며, 이에 대한 특별한 제한은 없다. 또한, 상기 고형의 분말을 혼합 교반하는 상기 교반기는 공지의 교반기가 적용될 수 있어 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 S2단계인 제올라이트 및 석회석 분말의 상호 혼합 교반 공정이 수행되면, 다음으로 혼합된 제올라이트 및 저품위 석회석 분말에 정제수를 투입 교반하여 반죽으로 형성하는 페이스트 단계(S3)를 수행하게 된다.
본 단계(S3)에서, 상기 정제수는 제올라이트 분말 및 저품위 석회석 분말의 혼합물의 전체 100 중량부 대비 45~55 중량부로 투입되며, 고형의 제올라이트 분말 및 석회석 분말과 액상의 정제수는 교반기 내부에서 180~200rpm의 느린 교반속도로 20~30분 동안 서서히 교반하게 되는데, 정제수에 용해되는 저품위 석회석은 후술하는 가열성형단계(S5)에서 가열되어 소결성형시에 수산화칼슘을 생성하게 되므로, 생성된 수산화칼슘은 제올라이트 분말과 상호 견고하게 결합하는 결합결정체 기능을 수행하게 되어, 그동안 결정성형체로 성형하기 어려웠던 제올라이트를 용이하게 결정성형할 수 있게 되는 것이다.
상기 S3단계를 통해 반죽 형태의 페이스트 단계가 수행되면, 다음으로 제올라이트 및 석회석 분말이 정제수와 혼합된 페이스트를 성형기(1)에 투입하여 성형기의 배출부에 설치된 절단부재에 의해 1~3cm의 길이를 갖는 짧은 원형봉 형상의 펠릿으로 절단하여 성형하는 펠릿 성형단계(S4)를 수행하게 된다.
본 단계(S4)에 적용되는 상기 성형기는, 일정 길이로 절단되어 형성되는 의약품 또는 건강보조식품의 제조 공정에 사용되거나 또는 떡, 국수, 면과 같이 일정 길이로 절단되는 제품을 생산하는 제조 공정에 사용되는 공지의 기술구성으로 이루어지는 성형기가 적용될 수 있다.
상기 S4단계를 거쳐 1~3cm 길이의 펠릿으로 성형된 제올라이트 및 석회석 혼합물은 컨베이어 벨트(4)를 이용하여 가열로(2)로 이송되어 가열되면서 소결성형되는 가열성형단계(S5)를 수행하게 된다.
상기 가열로의 내부 하부에는 컨베이어 벨트가 구동하게 되어 제올라이트 및 석회석이 혼합된 펠릿은 구동되는 컨베이어 벨트 상에서 이동하면서 가열로를 통과하게 된다. 가열로 내부로 통과하는 상기 펠릿은 800~950℃의 고온의 조건에서 30~120분 동안 통과되면서 서서히 가열되며 소결하게 되는데, 가열 및 소결 과정에서 상기 펠릿 내에 내포하는 수분 및 이산화탄소를 방출하게 된다.
제올라이트는 각 원자의 결합이 느슨한 결정구조를 지니기 때문에 가열 소결되는 본 가열성형단계(S5)에서 원자 사이를 채우고 있는 수분은 방출되어도 제올라이트의 원자 결정구조의 골격은 그대로 유지하게 되며, 제올라이트 내에 함유되었다가 방출된 수분이 존재하던 빈 공간으로 오염용수의 오염물질을 흡착할 수 있으므로, 오염물질인 질소 및 인은 제올라이트의 비어있는 공간으로 흡착되어 오염용수의 수질정화가 가능하게 되는 것이다. 이러한 제올라이트의 흡착 기능은 후술하는 석회석의 소결성형시 석회석에 함유된 탄산칼슘으로부터 생성되는 수산화칼슘에 의해 질소나 인 성분을 제올라이트의 표면에 더욱 효과적으로 흡착 고정시키게 하는 기능이 더해지기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿은 탁월한 수질정화 기능을 수행할 수 있게 된다.
상기 가열성형단계(S5)가 수행되면서 가열 소결되어 그 내부에 함유된 수분이 방출되는 펠릿은 컨베이어 벨트(4) 상에서 다음 단계인 냉각부(3)의 내부로 이송되어 통과하면서, 800~950℃의 고온으로 가열 소결된 펠릿의 온도는 180~220℃의 온도로 급랭시켜 낮추어지는 냉각단계(S6)를 수행하게 된다.
상기 냉각로에 의한 급랭 냉각단계(S6)를 살펴보면, 냉각로는 그 내부로 외부에서 공급되는 약 30℃의 상온의 물이 유입되어 배출되는 공급수 저장부가 내부의 상면 및 좌우 측면을 둘러싸고 있듯이 형성되어 있어, 상기 공급수 저장부는 냉각로 내부와 상호 열교환하면서 냉각로 내부의 온도를 80℃의 온도를 유지하도록 낮추면서 이와 함께 컨베이어 벨트 상으로 통과하는 가열 소결된 상기 펠릿은 공급수의 열교환방식에 의해 낮춰진 냉각로 내부의 80℃의 온도 조건에서 그 온도가 180~220℃의 온도로 낮게 되어, 수분이 방출되며 가열 소결된 상기 펠릿은 급랭 냉각되면서 수질정화용 세라믹 펠릿으로 완성되어 컨베이어 벨트(4)를 타고 외부로 배출되게 된다.
상기의 S1단계 내지 S6단계를 수행하는 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿은, 이산화규소(SiO2) 65~70 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 15~18 중량%, 삼산화이철(산화제이철, Fe2O3) 5~9 중량%, 산화칼륨(K2O) 2~3 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화마그네슘(MgO) 1~2 중량%, 나머지 중량%는 미량의 금속 및 불순물로 이루어지는 제올라이트와, 탄산칼슘(CaCO3)을 30% 이하로 함유하는 저품위 석회석으로 조성되며, 상기 제올라이트 30~70 중량% 및 상기 석회석 70~30 중량%으로 혼합 조성되어 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿은, 그동안 석회석 광산에서 채굴되어도 경제성이 없어 폐기되던 저품위 석회석을 그 주요 성분으로 활용하게 되어, 시멘트 원료로 사용되는 중품위 석회석과 의료용 세라믹 원료로 사용되는 고품위 석회석뿐만 아니라 저품위 석회석을 수질정화용 세라믹 펠릿의 원료로 사용하게 되어 채굴된 석회석 자원의 낭비 없이 저품위 석회석을 새로운 자원으로 재활용하는 것이 가능해지고, 제올라이트 및 석회석 분말을 혼합 조성하여 제올라이트 및 석회석에 형성된 세공에 의한 넓은 표면적으로 오염용수의 오염물질을 효과적으로 흡착할 수 있도록 하며, 특히 제올라이트의 우수한 질소 및 인의 흡착 기능을 활용하여 오염용수의 수질정화력을 제고할 수 있으며, 저렴한 석회석을 활용함에 따라 수질정화물질 제조의 제조단가를 낮추어 경제성을 높이고, 수질정화용으로 투입되어 오염용수를 정화하고 회수한 세라믹 펠릿에는 많은 질소 및 인 성분을 포함하고 있으므로 건조 분쇄하여 또다시 과수원 등의 산성화된 토양을 중성화시키거나 식물 생장화분의 토양에 투입되는 혼합 비료의 원료로 재활용할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따른 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 수질정화용 세라믹 펠릿은, 오염용수를 정화하는 수질정화물질을 생산하는 산업분야에서 상기 수질정화용 세라믹 펠릿을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.
1 : 성형기 2 : 가열로
3 : 냉각부 4 : 컨베이어 벨트

Claims (3)

  1. 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법은,
    (a) 제올라이트 및 석회석을 준비하여 각각 20㎛ 이하 길이의 분말로 분쇄하는 분말화 단계(S1);
    (b) 분말화한 제올라이트 및 석회석을 각각 3:7 ~ 7:3의 중량비로 혼합 교반하는 분말 혼합단계(S2);
    (c) 혼합된 제올라이트 및 석회석의 혼합 분말에 정제수를 투입 교반하여 반죽(paste)으로 형성하는 페이스트 단계(S3);
    (d) 상기 페이스트 단계(S3)가 완료된 제올라이트 및 석회석의 혼합 반죽을 성형기에 투입하여 길이 1~3cm의 길이로 짧은 원형봉 형상의 펠릿으로 절단하여 성형하는 펠릿 성형단계(S4);
    (e) 상기 펠릿을 가열로로 이송하여, 상기 가열로 내부에서 800~950℃의 고온으로 30~120분 동안 통과시키면서 가열, 소결하면서 상기 펠릿 내에 내포하는 수분 및 이산화탄소를 방출시키며 소결성형시키는 가열성형단계(S5);
    (f) 가열, 소결된 상기 펠릿을 냉각부로 이송하여, 상기 냉각부 내부에서 25~35℃의 온도로 공급되는 물에 의해 열교환방식으로 냉각하여 상기 펠릿의 온도를 180~220℃의 온도로 낮추는 냉각단계(S6);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 S1단계에서 준비되는 제올라이트는 이산화규소(SiO2) 65~70 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 15~18 중량%, 삼산화이철(산화제이철, Fe2O3) 5~9 중량%, 산화칼륨(K2O) 2~3 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화마그네슘(MgO) 1~2 중량%, 나머지 중량%는 미량의 금속 및 불순물로 이루어지는 제올라이트이며,
    석회석은 탄산칼슘(CaCO3)을 30% 이하로 함유하는 저품위 석회석인 것을 특징으로 하는 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법.
  3. 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿은,
    (a) 제올라이트 및 석회석을 준비하여 각각 20㎛ 이하 길이의 분말로 분쇄하는 분말화 단계(S1);
    (b) 분말화한 제올라이트 및 석회석을 각각 3:7 ~ 7:3의 중량비로 혼합 교반하는 분말 혼합단계(S2);
    (c) 혼합된 제올라이트 및 석회석의 혼합 분말에 정제수를 투입 교반하여 반죽(paste)으로 형성하는 페이스트 단계(S3);
    (d) 상기 페이스트 단계(S3)가 완료된 제올라이트 및 석회석의 혼합 반죽을 성형기에 투입하여 길이 1~3cm의 길이로 짧은 원형봉 형상의 펠릿으로 절단하여 성형하는 펠릿 성형단계(S4);
    (e) 상기 펠릿을 가열로로 이송하여, 상기 가열로 내부에서 800~950℃의 고온으로 30~120분 동안 통과시키면서 가열, 소결하면서 상기 펠릿 내에 내포하는 수분을 방출시키며 소결성형시키는 가열성형단계(S5);
    (f) 가열, 소결된 상기 펠릿을 냉각부로 이송하여, 상기 냉각부 내부에서 25~35℃의 온도로 공급되는 물에 의해 열교환방식으로 냉각하여 상기 펠릿의 온도를 180~220℃의 온도로 낮추는 냉각단계(S6);를 포함하여 이루어지는 제올라이트 및 석회석으로 조성되는 수질정화용 세라믹 펠릿의 제조방법으로 제조되어,
    상기 제올라이트는 이산화규소(SiO2) 65~70 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 15~18 중량%, 삼산화이철(산화제이철, Fe2O3) 5~9 중량%, 산화칼륨(K2O) 2~3 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화마그네슘(MgO) 1~2 중량%, 나머지 중량%는 미량의 금속 및 불순물로 이루어지는 제올라이트이고, 상기 석회석은 탄산칼슘(CaCO3)을 30% 이하로 함유하는 저품위 석회석이며,
    상기 제올라이트는 30~70 중량%로 조성되고, 상기 석회석은 70~30 중량%로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 하는 수질정화용 세라믹 펠릿.
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