KR101740599B1 - Method of Preparing Artificial Light-Weight Aggregates - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 산화물 원료로 구성된 재료를 성형하고 분급한 후에 규석, 석회석 및 백운석으로 구성된 코팅재를 사용하여 코팅하되, 성형체의 입도에 따라 다른 범위의 입도를 가진 코팅재로 코팅하고 다른 범위의 온도에서 소성시켜 균일발포골재를 제조하는 인공경량골재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of coating a material composed of a ceramic oxide raw material and coating it with a coating material composed of silica, limestone and dolomite after coating with a coating material having a different range of particle size depending on the particle size of the object, The present invention relates to a method for producing an artificial lightweight aggregate for producing a uniform foamed aggregate.

Description

인공경량골재의 제조방법{Method of Preparing Artificial Light-Weight Aggregates}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for preparing an artificial lightweight aggregate,

본 발명은 인공경량골재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 산화물 원료로 구성된 재료를 성형하고 분급한 후에 규석, 석회석 및 백운석으로 구성된 코팅재를 사용하여 코팅하되, 성형체의 입도에 따라 다른 범위의 입도를 가진 코팅재로 코팅하고 다른 범위의 온도에서 소성시켜 균일발포골재를 제조하는 인공경량골재의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing an artificial lightweight aggregate, and more particularly, to a method for manufacturing an artificial lightweight aggregate, which comprises forming and classifying a material composed of a ceramic oxide material, coating the material using a coating material composed of silica, limestone and dolomite, The present invention relates to a method for producing an artificial lightweight aggregate, which is produced by uniformly foaming an aggregate material by coating with a coating material having a particle size of 50 to 500 m < 2 >

화력 발전소에서 배출되는 석탄회는 성상에 따라 크게 비산재(fly ash)와 바닥재(bottom ash)로 구분되는데, 한국에서 연간 비산재는 684만톤, 그리고 바닥재는 151만톤이 발생되고 있다(Y. D. Jo, "Electric Industry and Environmental Effect" pp. 343-352 in Korea Electric Association, Electricity Almanac, Seoul, 2009). 비산재는 입도가 미세하고 조성이 우수하여 대부분 재활용되고 있으나. 이중 탄소 함량이 많고 입도가 커서 재활용되지 못하는 것을 잔사회(reject ash)라고 하는데, 이는 거의 매립에 의해 처리되고 있는 실정이다(K. D. Kim, "A Study on Application and Fabrication of Functional Ceramics for Constructing Materials using Ecofriendly Waste Recycling Process", pp. 25-35, Ph. D. Thesis, Kyonggi University, Suwon, 2010.). 최근 들어 한국에서 화력발전소 석탄회를 친환경적으로 처리하여 안정한 인공경량골재를 생산하는 연구가 활발히 진행되어 왔다. 이러한 연구결과가 경제적인 경쟁력을 갖추게 되면 환경 보전 효과 및 건설, 환경 분야 등에 고기능성 인공경량골재를 저렴하게 공급할 수 있다는 장점이 있다(S. D. Kang, "A study on manufacturing of autoclave lightweight concrete with fine sludge of crusined sand", J. Kor. Institute of Mineral and Energy Resources Engineer, 35 (1998) 264; K. D. Kim and S. G. Kang, "Manufacturing artificial lightweight aggregates using coal bottom ash and clay", J. Kor. Crystal Growth and Crystal Technology, 17 (2007) 277; J. H. Lee, J. H. Shim, J. H. Kim, S. P. Kang, S. J. Choi and M. H. Kim, "A study on the strength properties of concrete containing bottom ash as a part of fine aggregate", J. Architectural).Fly ash discharged from thermal power plants is divided into fly ash and bottom ash according to the characteristics. In Korea, annual fly ash is 6.84 million tons and flooring is 1.15 million tons (YD Jo, "Electric Industry and Environmental Effect "pp. 343-352 in Korea Electric Association, Electricity Almanac, Seoul, 2009). Fly ash is mostly recycled because it has fine particle size and excellent composition. It is said that rejected ash because of its large carbon content and large particle size can not be recycled, and it is being processed by landfill (KD Kim, "A Study on Application and Fabrication of Functional Ceramics for Ecofriendly Waste Recycling Process ", pp. 25-35, Ph. D. Thesis, Kyonggi University, Suwon, 2010.). In recent years, studies have been actively carried out on the production of stable artificial lightweight aggregate by treating coal fly ash of the thermal power plant in Korea in an environmentally friendly manner. This study has the advantage of providing environmentally conservation effect and high-performance artificial lightweight aggregate to the construction and environment field at low cost when the economic result is obtained (SD Kang, "A study on manufacturing of autoclave lightweight concrete with fine sludge Crystal Growth and Crystal Technology, "J. K.," Development of Artificial Lightweight Aggregates Using Coal Bottom as Ash and Clay, "J. Kor. Institute of Mineral and Energy Resources Engineer, 35 (1998) JH Lee, JH Shim, JH Kim, SP Kang, SJ Choi and MH Kim, "A study on the strength properties of concrete containing bottom ash as part of fine aggregate", J. Architectural.

일반적으로 인공경량골재를 제조할 때, 소성온도로 가열된 로에 직접 골재 성형체를 넣는 방식의 직화법을 사용하며, 이로부터 제조된 골재의 단면 구조는 내부에는 검은 색의 소위 블랙코어(black core)가 존재하고 이를 둘러싸고 있는 붉은 색의 외피(shell)로 구성되는 것이 전형적인 형태이다. 그런데 블랙코어 메카니즘에 의해 발포된 인공골재는 블랙코어 내의 기공과 외피에 존재하는 기공의 크기가 서로 달라 시편 전체적으로 기공 크기 분포가 균일하지 않다는 단점이 있다. 더구나 블랙코어 부분이 과도하게 발달하면 골재 표면에 크랙(crack)을 발생시키면서 블랙코어 부분이 외부로 드러날 수 있어 골재 형상 불균일 및 강도 저하를 초래할 수 있다(C. R. Austin, J. L. Nunes and J. D. Sullivan, "Basic Factors Involved in Bloating of Clays", Am. Ins. Min. and Metal. Eng., Technical Publication, 1486, 1-11 (1942); W. E. Brownell, "Black Coring in Structural Clay Products", J. Am. Ceram. Soc., 40 [6] 179-87 (1957); C. M. Riley, "Relation of Chemical Properties to the Bloating of Clays", J. Am. Ceram. Soc., 34 [4] 121-28 (1951).).Generally, in the production of artificial lightweight aggregate, a direct method of putting an aggregate molding directly into a furnace heated to a sintering temperature is used. The cross-sectional structure of the aggregate produced therefrom includes a so-called black core (black core) And a shell of red color surrounding it. However, the artificial aggregate foamed by the black core mechanism has a disadvantage in that the pore size in the black core and the pore size in the shell are different from each other, and the pore size distribution of the entire specimen is not uniform. Further, when the black core portion is excessively developed, cracks may be generated on the surface of the aggregate, and the black core portion may be exposed to the outside, resulting in nonuniformity of the aggregate shape and decrease in strength (CR Austin, JL Nunes and JD Sullivan, "Basic Quot; Black Corings in Structural Clay Products ", J. Am. Ceram., Vol. 14, pp. 1-11 (1942); Soc., 40 [6] 179-87 (1957); CM Riley, "Relation of Chemical Properties to the Bloating of Clays", J. Am. Ceram. Soc., 34 [4] 121-28 (1951). .

최근 M. A. Kang et al.은 잔사회를 원료로 하고, 탄소 산화온도 부근부터 골재를 서서히 가열하는 소위 승온법을 사용하여 인공경량골재를 제조함으로써 블랙코어를 형성시키지 않고 균일한 기공 크기 및 분포를 갖는 발포골재(균일발포골재(homogeneously-bloated aggregates)라 칭함)를 제조할 수 있다고 발표하였다(M. A. Kang, S. G. Kang, G. G. Lee and Y. T. Kim, "Fabrication of Artificial Light-weight Aggregates of Uniform Bloating Properties Using a Temperature-raising Sintering Method", J. Kor. Ceram. Soc., 49 [2] 161-166 (2012).) 그런데 승온법에 의한 균일발포골재(homogeneously-bloated aggregates)는 블랙코어 메카니즘에 의해 제조된 골재에 비해 다소 높은 소결온도가 필요하며, 따라서 시편 표면에 액상 생성량이 그만큼 많아지게 되고, 이로 인해 골재끼리 달라붙는 소위 융착현상이 일어나기 쉽다.In recent years, MA Kang et al. Have proposed a method of producing artificial lightweight aggregate using a so-called elevated temperature method, in which the aggregate is gradually heated from the carbon oxidation temperature as a raw material, thereby forming a black core and having a uniform pore size and distribution (Kang, SG Kang, GG Lee and YT Kim, "Fabrication of Artificial Light-Weight Aggregates of Uniform Bloating Properties Using a Temperature homogeneously-bloated aggregates by the temperature elevation method can be obtained by mixing the aggregates prepared by the black core mechanism with the aggregate of the aggregate (s) The sintering temperature is slightly higher than that of the specimen. Therefore, the amount of liquid phase formed on the surface of the specimen is increased to such a degree that the so-called fusion phenomenon is likely to occur between the aggregates.

통상 인공경량골재는 로타리 킬른을 이용하여 제조하게 되는데, 골재간 융착현상은 로타리 킬른 내에서 골재 괴를 형성시킴으로써 대량생산을 어렵게 하는 원인이 되고, 심하면 킬른이 막혀서 가동이 중단될 수도 있다. 따라서, 골재표면에 액상이 많이 발생하는 조성의 경우 융착 문제를 해결하는 것이 매우 중요하나, 아직까지 이에 대한 해결책을 제시하고 있는 문헌은 개시되지 않고 있다.Generally, artificial lightweight aggregate is manufactured using rotary kiln. The fusion of aggregate causes aggregate mass in the rotary kiln, which makes it difficult to mass-produce, and even if the kiln is blocked, operation may be stopped. Therefore, it is very important to solve the fusion problem in the case of a composition in which a large amount of liquid phase is generated on the aggregate surface, but a literature suggesting a solution to this problem is not disclosed yet.

또한, 인공경량골재에 관한 연구는 주로 발포에 의한 경량화에 관한 것으로, 발포 거동은 탄소의 산화반응에 의한 철분의 환원작용으로 발생하는 가스가 소지의 팽창을 유도하여 경량화하는 것이다. Lee(K.G.Lee, "Bloating mechanism for coal ash with iron oxide", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 24 (2014) 77)는 잔사회, 저회 및 준설토에 철분을 첨가하여 인공경량골재를 제조하였는데 FeO 용융상이 골재 표면을 깨고나오는 현상으로 발포가스를 포집하는데 제한된다고 하였으며, Kang 등(S.H.Kang, K.G.Lee, Y.T.Kim, S.G.Kang, "Effects of chemicophysical properties of carbon on bloating characteristics of artificial lightweight aggregates using coal ash", Advances in Sintering Science and Technology Ⅱ., 232 (2011) 35)은 석탄회를 재활용하여 인공경량골재를 제조함에 있어 C의 종류 및 함량이 발포가스의 생성에 미치는 영향을 분석하였는데 적은 함량의 탄소를 첨가한 경우 가스 생성에 필요한 양이 충분하지 못하며, 높은 함량의 탄소를 첨가한 경우 표면 치밀화를 방해하여 경량화가 힘들다고 하였다. 또 Tsai 등(Chen-ChiuTsai et al, "Effect of SiO2-Al2O3-flux ratio change on the bloating characteristics of lightweight aggregate material produced from recycled sewage sludge", J. Hazardous Materials B134 (2006) 87)은 슬러지를 재활용한 인공경량골재의 SiO2-Al2O3-flux비 변화에 따른 발포 특성을 규명하고자 하였으나 사용 원료의 조성이 매우 다양해서 제조한 골재 특성의 예측이 어렵다고 하였다.
In addition, research on artificial lightweight aggregate mainly relates to weight reduction by foaming, and the foaming behavior is that the gas generated by the reduction action of iron due to the oxidation reaction of carbon induces expansion of the substrate to lighten it. Lee (KGLee, "Bloating mechanism for coal ash with iron oxide", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 24 (2014) 77) (SHKang, KGLee, YTKim, SGKang, "Effects of chemilophysical properties of carbon on bloating characteristics using artificial lightweight aggregates using coal ash ", Advances in " Sintering Science and Technology Ⅱ., 232 (2011) 35) analyzed the effect of type and content of C on the generation of foaming gas in the production of artificial lightweight aggregate by recycling fly ash. In case of adding small amount of carbon, The amount required for production is not sufficient, and when a high content of carbon is added, surface densification is hindered and it is difficult to reduce the weight. In addition, Tsai et al. (Chen-Chiu Tsai et al., "Effect of SiO 2 -Al 2 O 3 -flux ratio change on the bloating characteristics of lightweight aggregate material produced from recycled sewage sludge", J. Hazardous Materials B134 (2006) 87) but to investigate the foaming properties of a SiO 2 -Al 2 O 3 -flux ratio change in the artificial lightweight aggregate recycling the sludge was the composition of the used raw material is difficult to predict properties of the aggregate produced to vary.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 인공경량골재의 제조방법에 있어서, 세라믹 산화물 원료로 이루어진 재료에 규석, 석회석 및 백운석으로 구성된 코팅재를 사용하여 코팅하고 승온법으로 균일발포골재를 제조할 경우, 소성과정에서 발생하는 골재간의 융착현상을 방지할 수 있음을 확인하고, 또한, 골재 내 경량화에 필요한 발포가스를 포집하기 위해 슬래그, 준설토 또는 산성백토 등과 같은 저온의 융점을 갖는 원료로 골재의 표면을 코팅하는 경우, 인공경량골재의 발포 특성을 향상되고, 별도의 첨가제와 융제의 첨가 없이 경량골재를 성형하는 것이 가능한 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
As a result, the present inventors have made extensive efforts to solve the problems of the prior art. As a result, the present inventors have found that, in a method of manufacturing an artificial lightweight aggregate, coating is performed using a coating material composed of silica, limestone, and dolomite as a material composed of a ceramic oxide raw material, It is confirmed that the fusion of the aggregates generated in the firing process can be prevented when the foamed aggregate is manufactured and the low melting point such as slag, dredged soil or acidic clay is collected to collect the foamed gas required for lightening the aggregate. It is possible to form the lightweight aggregate without the addition of any additive and flux, and the present invention has been accomplished.

본 발명의 주된 목적은 인공경량골재의 제조공정 중에 소성과정에서 발생하는 골재간의 융착현상을 방지할 수 있는 인공경량골재의 제조방법을 제공하는데 있다.It is a main object of the present invention to provide a method for manufacturing an artificial lightweight aggregate which can prevent fusion of aggregates occurring in a firing process during the manufacturing process of an artificial lightweight aggregate.

본 발명의 다른 목적은 인공경량골재의 발포 특성을 향상되고, 별도의 첨가제와 융제의 첨가 없이 경량골재를 성형하는 것이 가능한 인공경량골재의 제조방법을 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an artificial lightweight aggregate capable of improving the foaming property of an artificial lightweight aggregate and forming a lightweight aggregate without adding any additive or flux.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 규석(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 포함하는 세라믹 산화물 원료를 성형하여 성형체를 제조하는 단계; (b) 상기 성형된 성형체의 입자크기를 10mm를 기준으로 분급시키고, 상기 성형체에 규석(SiO2), 석회석(CaCO3) 및 백운석(CaCO3·MgCO3)을 포함하는 코팅재를 첨가하여 코팅시키되, 10mm 미만의 성형체는 0.15~0.8mm 입도의 코팅재로 코팅하고, 10mm 이상의 성형체는 0.3~1.0mm 입도의 코팅재로 코팅하는 단계; 및 (c) 상기 코팅재가 코팅된 성형체를 소성하는 단계를 포함하는 인공경량골재의 제조방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a ceramic body, comprising the steps of: (a) molding a ceramic oxide raw material containing silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) (b) the particle size of the molded body is classified on the basis of 10 mm, and a coating material containing silica (SiO 2 ), limestone (CaCO 3 ) and dolomite (CaCO 3 .MgCO 3 ) is added to the body, Coating a molded article having a size of less than 10 mm with a coating material having a particle size of 0.15 to 0.8 mm and coating a molded article having a size of 10 mm or more with a coating material having a size of 0.3 to 1.0 mm; And (c) firing the molded body coated with the coating material.

본 발명에 따른 인공경량골재의 제조방법은 인공경량골재의 제조공정 중에 소성과정에서 발생하는 골재간의 융착현상을 방지할 수 있고, 균일한 인공경량골재를 제조할 수 있다. 또한, 발포 특성이 향상된 인공경량골재를 별도의 첨가제와 융제의 첨가 없이 제조할 수 있다.
The method for producing an artificial lightweight aggregate according to the present invention can prevent fusion of aggregates occurring in a firing process during the manufacturing process of an artificial lightweight aggregate, and can produce a uniform artificial lightweight aggregate. In addition, the artificial lightweight aggregate having improved foam properties can be produced without the addition of any additives or fluxes.

도 1은 본 발명의 인공경량골재의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 성형골재, 분급, 코팅 및 소성후의 인공경량골재를 관찰한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 코팅 전과 후의 인공경량골재의 미세구조를 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 코팅 전과 후의 인공경량골재의 비중 및 흡수율을 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 코팅 전과 후의 인공경량골재를 관찰한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 10mm 미만의 인공경량골재의 소성 후의 미세구조를 관찰한 사진이다.
도 7는 본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 10mm 미만의 인공경량골재의 소성 후의 비중, 흡수율 및 단위용적 질량을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 10mm 이상의 인공경량골재의 소성 후의 미세구조를 관찰한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 10mm 이상의 인공경량골재의 소성 후의 비중, 흡수율 및 단위용적 질량을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2에 따라 조립기에서 성형된 성형골재의 10mm 미만의 인공경량골재의 소성 후의 미세구조를 관찰한 사진이다.
도 11는 본 발명의 실시예 2에 따라 조립기에서 성형된 10mm 미만의 인공경량골재의 소성 후의 비중, 흡수율 및 단위용적 질량을 측정한 그래프이다.
도 12은 본 발명의 실시예 2에 따라 조립기에서 성형된 성형골재의 10mm 이상의 인공경량골재의 소성 후의 미세구조를 관찰한 사진이다.
도 13는 본 발명의 실시예 2에 따라 조립기에서 성형된 10mm 이상의 인공경량골재의 소성 후의 비중, 흡수율 및 단위용적 질량을 측정한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예 3에 따라 표면 개질을 실시한 인공경량골재를 나타낸 사진이다.
도 15는 본 발명의 비교예에 따른 인공경량골재를 나타낸 사진이다.
도 16은 본 발명의 실시예 3에 따라 소결 스케쥴을 나타낸 그래프이다.
도 17은 저융점 코팅재의 물리적 성질((a) 비중 및 (b) 흡수율)을 나타낸 그래프이다.
도 18은 저융점 코팅재의 미세구조((a) 표면 및 (b) 단면)를 나타낸 광학 이미지 사진이다.
도 19는 저융점 코팅재의 코팅유무에 따른 저회 인공경량골재의 부피비중 및 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 20은 2단 소성법으로 소성한 온도와 각 원료의 코팅에 따른 저회 인공경량골재의 부피비중 및 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 21은 직화 소성한 인공경량골재의 광학 이미지 사진이다.
도 22는 2단 소성한 인공경량골재의 광학 이미지 사진이다.
도 23은 본 발명의 인공경량골재의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view schematically showing a method for producing an artificial lightweight aggregate of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a photograph of the molded aggregate, classification, coating, and artificial lightweight aggregate produced according to one embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing the microstructure of the artificial lightweight aggregate before and after the coating of the molded aggregate formed in the sowing machine according to Example 1 of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the specific gravity and the water absorption ratio of the artificial lightweight aggregate before and after the coating of the molded aggregate formed in the shoemaker according to Example 1 of the present invention.
FIG. 5 is a photograph of an artificial lightweight aggregate before and after coating of a molded aggregate formed in a gulley machine according to Example 1 of the present invention. FIG.
FIG. 6 is a photograph showing the microstructure observed after firing of an artificial lightweight aggregate of less than 10 mm in a molded aggregate formed in a saddle stitcher according to Example 1 of the present invention. FIG.
7 is a graph showing the specific gravity, the water absorption rate, and the unit volume mass after firing of the artificial lightweight aggregate of less than 10 mm formed in the gulley machine according to Example 1 of the present invention.
FIG. 8 is a photograph of a microstructure observed after firing of an artificial lightweight aggregate of 10 mm or more in a molded aggregate formed in a sailboiler according to Example 1 of the present invention. FIG.
9 is a graph showing the specific gravity, the water absorption rate, and the unit volume mass after firing of the artificial lightweight aggregate having a size of 10 mm or more formed in a shedder according to Example 1 of the present invention.
10 is a photograph showing the microstructure of the artificial lightweight aggregate of less than 10 mm of the formed aggregate formed in the granulator according to the second embodiment of the present invention after firing.
11 is a graph showing the specific gravity, the water absorption rate, and the unit volume mass after firing of the artificial lightweight aggregate of less than 10 mm formed in the granulator according to the second embodiment of the present invention.
12 is a photograph showing the microstructure of the artificial lightweight aggregate of 10 mm or more of the formed aggregate formed in the granulator according to the second embodiment of the present invention after firing.
13 is a graph showing the specific gravity, the water absorption rate and the unit volume mass after firing of the artificial lightweight aggregate of 10 mm or more formed in the granulator according to the second embodiment of the present invention.
14 is a photograph showing an artificial lightweight aggregate subjected to surface modification according to Example 3 of the present invention.
15 is a photograph showing an artificial lightweight aggregate according to a comparative example of the present invention.
16 is a graph showing a sintering schedule according to Example 3 of the present invention.
17 is a graph showing the physical properties ((a) specific gravity and (b) absorption ratio) of the low melting point coating material.
18 is an optical image photograph showing the microstructure ((a) surface and (b) section) of the low melting point coating material.
19 is a graph showing the volume ratio and the water absorption ratio of the low-artificial lightweight aggregate according to the presence or absence of the coating of the low melting point coating material.
20 is a graph showing the temperature and the water absorption ratio of the low-temperature artificial lightweight aggregate according to the coating of each raw material and the temperature calcined by the two-stage firing method.
21 is an optical image photograph of the artificial lightweight aggregate which is fired and baked.
22 is an optical image of an artificial lightweight aggregate which is fired at two stages.
23 is a flowchart schematically showing a method for producing an artificial lightweight aggregate of the present invention.

본 발명에서는 인공경량골재의 제조방법에 있어서, 세라믹 산화물 원료로 이루어진 재료에 규석, 석회석 및 백운석으로 구성된 코팅재를 사용하여 코팅하고 로타리킬른으로 인공경량골재를 제조할 경우, 소성과정에서 발생하는 골재간의 융착현상을 방지할 수 있음을 확인하였다.
According to the present invention, in the method of manufacturing an artificial lightweight aggregate, when a coating material composed of silica, limestone, and dolomite is coated on a material made of a ceramic oxide raw material and an artificial lightweight aggregate is manufactured using a rotary kiln, It was confirmed that the fusion phenomenon can be prevented.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 규석(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 포함하는 세라믹 산화물 원료를 성형하여 성형체를 제조하는 단계; (b) 상기 성형된 성형체의 입자크기를 10mm를 기준으로 분급시키고, 상기 성형체에 규석(SiO2), 석회석(CaCO3) 및 백운석(CaCO3·MgCO3)을 포함하는 코팅재를 첨가하여 코팅시키되, 10mm 미만의 성형체는 0.15~0.8mm 입도의 코팅재로 코팅하고, 10mm 이상의 성형체는 0.3~1.0mm 입도의 코팅재로 코팅하는 단계; 및 (c) 상기 코팅재가 코팅된 성형체를 소성하는 단계를 포함하는 인공경량골재의 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, in one aspect, the present invention provides a method of manufacturing a ceramic body, comprising the steps of: (a) molding a ceramic oxide raw material containing silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) as a main component to form a molded body; (b) the particle size of the molded body is classified on the basis of 10 mm, and a coating material containing silica (SiO 2 ), limestone (CaCO 3 ) and dolomite (CaCO 3 .MgCO 3 ) is added to the body, Coating a molded article having a size of less than 10 mm with a coating material having a particle size of 0.15 to 0.8 mm and coating a molded article having a size of 10 mm or more with a coating material having a size of 0.3 to 1.0 mm; And (c) firing the molded article coated with the coating material.

본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, 규석(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 포함하는 세라믹 산화물 원료로 이루어진 성형체에 세라믹 코팅재가 코팅되어 소결된 인공경량골재를 개시하며, 본 발명에 따른 인공경량골재는 세라믹 산화물 원료로 이루어진 재료를 이용하되, (a) 세라믹 산화물 원료의 성형능력을 향상시키기 위해 일정 직경을 갖는 구형의 성형체를 제조하는 단계, (b) 상기 성형된 성형체의 입자크기를 10mm를 기준으로 분급시키는 단계, (c) 성형체에 일정 함량의 세라믹 코팅재를 함께 조립기(pelletizer)에 넣어 소성하는 단계, (d) 코팅된 성형체 재료를 예열된 로타리킬른에 투입하는 단계, 및 (e) 소성 완료된 재료를 상기 소성로로부터 배출시키는 단계를 포함하는 승온 소성법을 이용하여 제조될 수 있다.As shown in FIG. 1, the present invention discloses an artificial lightweight aggregate in which a ceramic coating material is coated and sintered from a ceramic oxide raw material containing silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) as a main component, The artificial lightweight aggregate according to the present invention uses a material composed of a raw material of a ceramic oxide, and comprises the steps of: (a) preparing a spherical shaped body having a predetermined diameter to improve the molding ability of the ceramic oxide raw material; (b) (C) subjecting the shaped body to a sintering process with a predetermined amount of the ceramic coating material in a pelletizer, (d) putting the coated molded material into a preheated rotary kiln, and , And (e) discharging the baked material from the baking furnace.

본 발명에 있어서, 인공경량골재를 제조할 때의 높은 소결온도로 인하여 시편 표면에 액상 생성량이 그만큼 많아지게 되고, 이로 인해 골재끼리 달라붙어 로타리 킬른 내에서 골재 괴를 형성하는 융착현상을 방지하기 위하여, 성형체의 입도 크기에 따라 다른 범위의 입도 크기를 가진 코팅재로 코팅하며, 소성 온도 또한 달리하여 발포시키는 것에 특징이 있다.In the present invention, due to the high sintering temperature at the time of producing the artificial lightweight aggregate, the amount of the liquid phase formed on the surface of the specimen is increased to such an extent that the aggregate is clogged to prevent the fusion phenomenon in the rotary kiln , Coating with a coating material having a particle size in a different range according to the particle size of the formed body, and firing at different firing temperatures.

본 발명에 있어서, 또한 상기 (b) 단계 후에 성형체의 표면을 저융점 코팅재로 표면 개질하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 그 공정순서도는 도 23과 같다.In the present invention, the step (b) may further include the step of surface-modifying the surface of the molded body with a low-melting-point coating material.

순환자원인 저회와 준설토를 재활용하는 인공경량골재의 경량화에 필요한 발포가스의 포집을 위해 저융점 원료로 표면 개질을 하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that the surface modification is carried out with a low melting point raw material in order to collect the foaming gas required for lightening the artificial lightweight aggregate recycling the bottoms and dredged soil which are circulating resources.

인공경량골재는 발포에 의하여 경량화가 일어나는 것으로 발포기구는 발포가스의 발생과 발생된 가스를 포집해줄 수 있는 표면의 형성이다. 발포가스는 골재의 소성 시 골재 내부에 포함된 유기물질이 외부 껍질에 막혀 환원분위기에 의해 생성된다. 환원분위기에 의한 반응식은 아래와 같다. The artificial lightweight aggregate is lightened by foaming, and the foaming mechanism is the formation of the surface that can generate the foaming gas and collect the generated gas. The foaming gas is produced by the reducing atmosphere in which the organic material contained in the aggregate is plugged into the outer shell when the aggregate is fired. The reaction formula by the reducing atmosphere is as follows.

3Fe2O3 --> 2FeO·Fe2O3+1/2O2 ----------------------(1) 3Fe 2 O 3 -> 2FeO · Fe 2 O 3 + 1 / 2O 2 ---------------------- (1)

3Fe2O3+C --> 2Fe3O4+CO ----------------------(2)3Fe 2 O 3 + C - > 2Fe 3 O 4 + CO - (2)

Fe3O4+C --> 3FeO+CO ----------------------(3)Fe 3 O 4 + C -> 3 FeO + CO - (3)

FeO(s) --> FeO(l) ----------------------(4)FeO (s) - & gt ; FeO (l ) - (4)

식 (1)~(3)의 반응은 환원분위기에 의해 발생한 산소와 골재의 Fe2O3와 C와 반응하여 CO가스 배출에 의해 골재의 경량화가 일어난다고 한다(K.G.Lee, "Bloating mechanism for coal ash with iron oxide", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 24 (2014) 77).The reactions of the equations (1) to (3) are reported to react with oxygen generated by the reducing atmosphere and Fe 2 O 3 and C of the aggregates, resulting in lightweighting of the aggregate by the discharge of CO 2 (KGLee, "Bloating mechanism for coal ash with iron oxide ", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 24 (2014) 77).

또한 발생된 발포가스를 포집할 수 있는 표면의 형성은 저융점 화합물에서 일어나는 거동인 점성거동과 표면 기공이 치밀화에 의해 작아지는 표면치밀화로 정의한다. 점성거동의 경우 발포에 의한 부피팽창률을 크게 할 수 있는 장점으로 초경량골재 제조가 가능하다. 발포가스의 형성과 함께 이를 포집할 수 있는 유리질이 형성되기 위해서는 저온의 융점을 갖는 원료들이 첨가되어서 표면을 형성해야 한다(S.H.Kang, K.G.Lee, "Bloating mechanism of artificial lightweight aggregate for recycling the waste glass", J. Korean Ceram. Soc., 47 (2010) 445).The formation of a surface capable of collecting the generated foaming gas is defined as a viscous behavior which is a behavior occurring in a low melting point compound and a surface densification in which surface pores are reduced by densification. In the case of viscous behavior, it is possible to manufacture lightweight aggregate because it has the advantage of increasing the volume expansion rate by foaming. In order to form a glassy material capable of collecting the foaming gas together with the foaming gas, raw materials having a low melting point must be added to form a surface (SHKang, KGLee, "Bloating mechanism of artificial lightweight aggregate for recycling & , J. Korean Ceram. Soc., 47 (2010) 445).

상기 세라믹 산화물 원료는 규석(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 포함하는 것으로, 자연토, 저회, 준설토, 석탄회, 잔사회(reject ash), 석탄비산재, 석탄저회, 제강 더스트, 제강 슬래그, 용융 슬래그, 소각 슬래그, 폐촉매 슬래그, 하수오니, 슬러지 소각재, 종이재 및 적니로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 실리카 및 알루미나를 주성분으로 포함하는 원료라면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 세라믹 산화물 원료는 실리카 및 알루미나 뿐 아니라 산화철(FeO), 삼산화이철(Fe2O3), 오산화이인(P2O5), 산화칼슘(CaO), 산화나트륨(Na2O), 산화망간(MnO) 등을 주요 성분으로 하여 구성된 원료일 수 있다.The ceramic oxide raw material contains silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) as a main component and can be used for natural soil, inferiority, dredged soil, fly ash, reject ash, coal fly ash, coal ash, But it may be at least one selected from the group consisting of steelmaking slag, molten slag, incineration slag, waste catalyst slag, sewage sludge, sludge incineration ash, paper ash and red mud, but is not particularly limited as long as it is a raw material containing silica and alumina as main components. These ceramic oxide raw materials include not only silica and alumina but also iron oxide (FeO), ferric trioxide (Fe 2 O 3 ), dioxide (P 2 O 5 ), calcium oxide (CaO), sodium oxide (Na 2 O) MnO) as a main component.

성형하는 공정에서 토련기(extruder) 또는 조립기(pelletizer)를 이용하여 4~15mm의 구형인 성형체를 제조할 수 있다.In the molding process, a molded product having a spherical shape of 4 to 15 mm can be manufactured by using an extruder or a pelletizer.

또한, 상기 코팅재는 상기 성형체에 대하여 1~10중량%, 바람직하게는 2~8중량%를 코팅할 수 있다. 10중량% 이상을 코팅하면 코팅층이 벗겨지거나 골재의 무게가 증가하여 경량골재 규격을 만족시키지 못한다.The coating material may be coated to 1 to 10% by weight, preferably 2 to 8% by weight, based on the shaped body. Coating more than 10% by weight does not satisfy the lightweight aggregate standard because the coating layer is peeled off or the weight of the aggregate increases.

상기 10mm 미만의 성형체의 소성온도는 1120~1180℃이고, 10mm 이상의 성형체의 소성온도는 1160~1200℃일 수 있다.The firing temperature of the molded article of less than 10 mm is 1120 to 1180 ° C, and the firing temperature of the molded article of 10 mm or more is 1160 to 1200 ° C.

코팅을 거친 인공경량골재는 다시 분급 단계를 거침으로써 재사용될 수 있다. 10mm 미만의 입도를 가진 성형체의 경우, 1mm 초과의 입자, 0.15~1.0mm의 입자 및 0.15mm 미만의 입자는 각각 골재, 코팅재로 재사용, 석탄회 및 준설토로 재사용될 수 있다. 10mm 이상의 입도를 가진 성형체의 경우, 1mm 초과의 입자, 0.3~1.0mm의 입자 및 0.3mm 미만의 입자는 각각 골재, 코팅재로 재사용, 석탄회 및 준설토로 재사용될 수 있다.The coated artificial lightweight aggregate can be reused by re-classification. For molded articles having a particle size of less than 10 mm, particles greater than 1 mm, particles between 0.15 and 1.0 mm, and particles less than 0.15 mm may be reused as aggregates and coatings, respectively, and reused as fly ash and dredged soil. In the case of a molded article having a particle size of 10 mm or more, particles larger than 1 mm, particles of 0.3 to 1.0 mm and particles smaller than 0.3 mm may be reused as aggregates and coating materials, respectively, and reused as fly ash and dredged soil.

구체적으로, 본 발명의 인공경량골재의 제조방법은 규석(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 포함하는 세라믹 산화물 원료를 이용하여 균일발포골재를 제조함에 있어서, 규석(SiO2), 석회석(CaCO3) 및 백운석(CaCO3·MgCO3)을 포함하는 코팅재로 코팅할 때, 성형체의 입도에 따라 코팅재의 입도 및 소성 온도를 달리함으로써 소성과정에서 발생하는 골재간의 융착현상을 방지할 수 있다.Specifically, the production method of artificial lightweight aggregate of the present invention is silica (SiO 2) and alumina (Al 2 O 3) in preparing the uniform foamed aggregate using a ceramic oxide material containing as a main component, silica (SiO 2) , Limestone (CaCO 3 ) and dolomite (CaCO 3 .MgCO 3 ), the particle size of the coating material and the firing temperature are varied according to the particle size of the formed body, thereby preventing fusion of aggregates occurring in the firing process .

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are for illustrating the present invention only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

[실시예][Example]

실시예 1Example 1

본 실시예에 사용된 석탄 저회, 비산회 및 준설토는 한국내 'Y' 화력발전소에서 발생된 것으로, 그 화학조성(단위: wt%)을 XRF(ZSX-100e, Rigaku, Japan)로 분석하여 하기 표 1에 나타내었다. 석탄 저회, 비산회와 준설토를 혼합하고 토련기(extruder, VANHO, 450-1 Haksan. Ri Chilgok-Gun, Korea)를 이용하여 10±1mm의 구형 성형체를 제조하였다.The coal ash, fly ash, and dredged soil used in this example were generated from a 'Y' thermal power plant in Korea and their chemical composition (wt%) was analyzed by XRF (ZSX-100e, Rigaku, Japan) Respectively. A 10 ± 1 mm spherical shaped body was prepared by mixing coal ash, fly ash and dredged soil and using an extruder (VANHO, 450-1 Haksan, Ri Chilgok-Gun, Korea).

Figure 112015056512807-pat00001
Figure 112015056512807-pat00001

성형된 골재를 10.0mm를 기준으로 10.0mm 이하/이상으로 분급하였다. 그리고 나서 성형된 골재에 규석(SiO2), 석회석(CaCO3) 및 백운석(CaCO3·MgCO3)을 혼합한 코팅재를 골재의 무게 대비 5wt%로 코팅하였다. 조립기(Pelletizer)에 성형체와 코팅재를 함께 넣어 40rpm, 기울기 50°로 약 5분간 회전시켜 수행하였다. 코팅이 완결된 골재 성형체는 이후 105℃에서 24시간 동안 건조한 뒤 소성하였다. 본 실시예에서 사용된 골재 소결방법은 직화소성법과 2단 소성법으로서, 성형체를 미리 예열된 전기소성로에 투입하고, 해당 온도에서 10분간 유지한 뒤 배출하였다. 또한 2단 소성법의 경우 로타리 킬른 소성 조건과 유사하게 하기 위해 도 16의 소결스케줄에 따라 수행하였다. 또한 실시예에 대량 생산조건에 대한 적용성을 평가하기 위해 로타리 킬른에서 소성을 진행하였다.The formed aggregate was classified into 10.0 mm or less / 10.0 mm or more. Then, the coated aggregate was coated with 5wt% of the aggregate weight of the coating material mixed with silica (SiO 2 ), limestone (CaCO 3 ) and dolomite (CaCO 3 .MgCO 3 ). The molded body and the coating material were put together in a pelletizer and rotated at a speed of 40 rpm and a slope of 50 ° for about 5 minutes. The aggregate compacts having completed the coating were then dried at 105 DEG C for 24 hours and then fired. The aggregate sintering method used in this example was a direct firing method and a two-step firing method in which a compact was put into a preheated electric firing furnace in advance and held at that temperature for 10 minutes before being discharged. Also, in the case of the two-stage sintering method, the sintering schedule of FIG. 16 was performed in order to make it similar to the rotary kiln sintering condition. In the examples, firing was carried out in a rotary kiln in order to evaluate applicability to mass production conditions.

본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 성형골재, 분급, 코팅 및 소성후의 인공경량골재를 관찰한 사진을 도 2에 도시하였다. 또한, 본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 코팅 전과 후의 인공경량골재의 미세구조를 관찰한 사진을 도 3에 나타내었으며, 인공경량골재의 융착상태를 관찰한 사진을 도 5에 나타내었다.FIG. 2 shows a photograph of a molded aggregate manufactured according to an embodiment of the present invention, classification, coating, and observation of artificial lightweight aggregate after firing. FIG. 3 is a photograph of the microstructure of the artificial lightweight aggregate before and after the coating of the molded aggregate formed in the machine according to Example 1 of the present invention. FIG. 3 is a photograph showing the state of fusion of the artificial lightweight aggregate. Respectively.

본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 10mm 미만의 인공경량골재의 소성 후 외부/내부의 미세구조를 관찰하였으며(도 6), 성형골재의 10mm 이상의 인공경량골재의 소성 후 외부/내부의 미세구조도 관찰하였다(도 8).According to Example 1 of the present invention, the outer / inner microstructure of the formed aggregate formed after the firing of the artificial lightweight aggregate of less than 10 mm was observed (Fig. 6), and the firing of the artificial lightweight aggregate of the molded aggregate The outer / inner microstructure was also observed (Fig. 8).

도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 성형 골재는 코팅 및 소성 과정을 거친 후에도 골재간 융착이 발생하지 않았으며, 도 10, 도 12 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 균일한 구조의 인공경량 골재를 얻을 수 있었다.
As shown in FIGS. 2 and 5, the formed aggregate did not undergo fusion between the aggregates even after the coating and firing process. As shown in FIGS. 10, 12, and 14, the artificial lightweight aggregate having a uniform structure .

실시예 2Example 2

실시예 1에서 토련기 대신에 조립기(pelletizer, WOONG BI MACHINERY CO., LTD.)를 이용하여 성형한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that a pelletizer (WOONG BI MACHINERY CO., LTD.) Was used instead of the shoe mill.

본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 성형골재, 분급, 코팅 및 소성후의 인공경량골재를 관찰한 사진을 도 2에 도시하였다. 본 발명의 실시예 2에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 10mm 미만의 인공경량골재의 소성 후 외부/내부의 미세구조를 관찰하였으며(도 10), 성형골재의 10mm 이상의 인공경량골재의 소성 후 외부/내부의 미세구조도 관찰하였다(도 12).FIG. 2 shows a photograph of a molded aggregate manufactured according to an embodiment of the present invention, classification, coating, and observation of artificial lightweight aggregate after firing. The outer / inner microstructures of the formed artificial lightweight aggregate of less than 10 mm in size were observed after firing of the artificial lightweight aggregate of the molded artificial aggregate according to Example 2 of the present invention (Fig. 10) External / internal microstructures were also observed (Figure 12).

도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 성형 골재는 코팅 및 소성 과정을 거친 후에도 골재간 융착이 발생하지 않았으며, 도 5, 도 6 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 균일한 구조의 인공경량 골재를 얻을 수 있었다.
As shown in FIG. 2 and FIG. 5, the molded aggregate does not cause fusion between the aggregates even after the coating and firing process. As shown in FIGS. 5, 6, and 8, the artificial lightweight aggregate having a uniform structure .

실시예 3Example 3

본 실험에 사용된 원료는 저회(Bottom Ash) 및 준설토(Dredge Soil), 플라즈마 용융 장치에서 발생하는 슬래그(Slag), 산성백토(Acid Clay)(동해화학(주), 한국)를 사용하였다. 석탄회는 국내 Y 화력발전소에서 유연탄을 연소한 후 배출된 저회를 사용하였고, 준설토는 발전소 건설시 발생한 것을 사용하였다. 각 원료는 100㎛ 이하로 분쇄하여 사용하였다. 분쇄 원료의 화학적인 조성은 XRF(ZSR- 100e, Rigaku, Japan)를 통해 분석하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.The raw materials used in this experiment were bottom ash and dredge soils, slag generated in a plasma melting apparatus, and Acid Clay (Donghae Chemical Co., Ltd., Korea). The coal fly ash was discharged from the domestic Y thermal power plant after burning bituminous coal, and the dredged coal was used for the construction of the power plant. Each raw material was pulverized to a size of 100 mu m or less. The chemical composition of the pulverized raw materials was analyzed by XRF (ZSR-100e, Rigaku, Japan), and the results are shown in Table 2.

Figure 112015056512807-pat00002
Figure 112015056512807-pat00002

각 원료는 핀밀(pin mill)을 이용하여 100㎛ 이하로 분쇄하여 각각의 혼합비율에 따라 혼합과정을 거쳐 약 10mm의 구형으로 인공경량골재를 성형하였다. 표면 개질을 위한 다양한 원료의 표면 용융거동을 알아보기 위해 저회와 슬래그, 준설토, 산성백토를 각각 100%조성으로 시편을 제조하여 특성을 파악해 보았다. 이 결과를 바탕으로 인공경량골재를 제조하기 위한 조성은 내화도가 높아 낮은 온도에서 발포가 잘 되지 않은 저회와 저회는 가소성이 없으므로 가소성 점결제인 준설토를 70:30으로 배합하여 약 10mm의 구형으로 인공경량골재를 성형하였으며 별도의 첨가제는 사용하지 않았다. 성형된 골재에 각각 Slag와 준설토, 산성백토를 약 5wt.%가량 코팅한 뒤 건조기를 사용하여 105℃에서 24시간 동안 건조 하였다. 소성 방법으로는 발포 가스가 생성되어 골재 외부로 배출되는 속도와 표면 치밀화 및 표면 유리화 속도를 조절하기 위해 직화 소성법과 2단 소성법을 선정하였다. 직화 소성의 경우 소성 온도는 1000℃부터 1200℃까지 각 100℃ 간격으로 하였으며 각 온도마다 투입 후 최고 온도에서 10분간 유지 후 배출시켜 발포 가스의 배출시간을 최소화 할 수 있도록 하였다. 2단 소성의 경우 발포 가스가 골재 외부로 배출할 수 있는 충분한 시간을 주기 위한 방법으로 1차적으로 900℃에서 소성하여 가스의 배출을 유도한 후 1150℃에서 2차 소성하여 표면의 유리화를 통해 가스의 포집을 유도하였다. 2단 소성법의 스케줄은 (a)900℃에서 7분 + 1150℃에서 3분, (b)900℃에서 10.5분+1150℃에서 4.5분, (c)900℃에서 14분+1150℃에서 6분으로 진행하였으며, 소결스케줄 그래프는 도 16에 나타내었다. 소성 후 각 시편은 KS L 3114규격에 의한 방법으로 부피비중 및 흡수율을 측정하였으며, 미세구조 분석을 위해 각 코팅원료, 온도, 소성방법에 따라 골재의 파단면을 Camscope(DSC-105, Sometech, Korea)를 통해 관찰하였다.
Each raw material was pulverized to a size of 100 μm or less using a pin mill, and the artificial lightweight aggregate was formed into a spherical shape of about 10 mm through a mixing process according to the mixing ratio of each material. In order to investigate the surface melting behavior of various raw materials for surface modification, 100% composition of slag, slag, dredged soil and acid clay were prepared and their characteristics were examined. Based on these results, since the composition for producing artificial lightweight aggregate is high in refractoriness, there is no plasticity at low temperature and low temperature at low temperature, so dredged dregs of plasticity point paste are mixed at 70:30, Lightweight aggregate was formed and no additives were used. About 5 wt.% Of slag, dredged soil and acid clay were coated on the aggregate, and then dried at 105 ° C for 24 hours using a dryer. As the firing method, a direct firing method and a two - step firing method were selected to control the rate at which foam gas is generated and discharged to the outside of the aggregate, the surface densification and the surface vitrification speed. In the case of direct firing, the firing temperature was varied from 1000 ° C to 1200 ° C at intervals of 100 ° C. After each addition at each temperature, it was maintained at the maximum temperature for 10 minutes and discharged, thereby minimizing the discharge time of the foam gas. In the case of two-stage firing, it is a method to give a sufficient time for the foaming gas to be discharged to the outside of the aggregate. The firing is firstly performed at 900 ° C to induce the discharge of gas, and then the second firing is performed at 1150 ° C. . The schedule of the two-stage firing method is as follows: (a) 3 minutes at 900 ° C for 7 minutes + 1150 ° C for 3 minutes, (b) 4.5 minutes at 900 ° C for 10.5 minutes + 1150 ° C, Min, and the sintering schedule graph is shown in Fig. After firing, the specimens were measured by volume ratio and water absorption ratio according to KS L 3114 standard. For the microstructure analysis, the fracture profiles of the aggregates were measured by using Camscope (DSC-105, Sometech, Korea ).

원료의 표면 용융거동 확인Confirmation of surface melting behavior of raw materials

각 원료의 표면거동을 확인하기 위해 저온에서 유리질의 형성이 가능한 원료인 비정질의 슬래그, 준설토, 산성백토(Acid clay)를 이용하여 각 원료를 100%의 조성으로 인공경량골재를 제조하였으며, 저회의 표면거동 확인을 위해 동일한 방법으로 인공경량골재를 제조하였다. 제조한 인공경량골재의 소성은 600℃에서 1200℃까지 100℃ 간격으로 10분 직화 소성법을 이용하여 물성을 파악하였다. In order to confirm the surface behavior of each raw material, an artificial lightweight aggregate was prepared with 100% composition of each raw material by using amorphous slag, dredged soil, and acid clay, which can form vitreous at low temperature. Artificial lightweight aggregate was prepared by the same method to confirm the surface behavior. The sintering of artificial lightweight aggregate was carried out at 600 ℃ to 1200 ℃ for 10 minutes at 100 ℃ intervals.

도 17에 온도와 원료에 따른 비중(bulk specific gravity) 및 흡수율(water absorption)을 나타내었다. 슬래그 100%로 제조된 시편은 700℃부터 소결이 진행되어 900℃ 이상에서는 표면이 유리화가 되어 개기공이 없어져 흡수율이 거의 0이 된다. 산성백토의 경우 비중 값이 1000~1100℃ 사이에서 급격히 낮아지는 것을 볼 수 있으며 흡수율 값과 비교하면 700℃부터 점차적으로 감소하여 약 4%까지 감소하는 것으로 보아 낮은 온도에서부터 유리질의 형성이 가능한 것으로 생각되며, 1100℃에서 흡수율이 증가하는 것은 도 18의 광학 이미지에서 볼 수 있듯이 표면이 갈라지면서 나타나는 것으로 판단된다 . 또한 준설토는 약 1000℃에서부터 비중이 낮아지는 경향을 보이며, 1100~1200℃ 사이의 흡수율 값이 낮아지는 것은 표면에 유리질이 형성되었다는 증거로 볼 수 있다. 저회 100%로 제조 된 시편의 경우 1100℃ 이상에서 비중이 감소하는 경향을 보이나 높은 내화도로 인해 발포가 잘 되지 않는다고 판단되고 산성백토와 마찬가지로 표면이 깨지면서 1200℃에서부터 흡수율이 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 도 18에서 시편의 표면 이미지를 보면 슬래그는 900℃에서부터 유리질이 형성되며 표면을 감싸는 것을 확인 할 수 있으며 산성백토는 700℃부터 점차적으로 유리질이 생겨 표면을 감싸는 것을 표면과 단면 이미지로 확인 할 수 있다. 준설토의 경우 약 1000℃부터 블랙코어(black core)가 형성되고 1100~1200℃ 사이에 유리질이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 17 shows bulk specific gravity and water absorption according to temperature and raw materials. Samples made from 100% slag are sintered at 700 ° C, and at 900 ° C or higher, the surface becomes vitrified and open pores disappear, resulting in almost zero absorption. In the case of acidic clay, the specific gravity value decreases sharply in the range of 1000 ~ 1100 ℃. It decreases gradually from 700 ℃ to about 4% as compared with the water absorption value. And the increase of the absorption rate at 1100 ° C. is judged to occur as the surface is divided as shown in the optical image of FIG. 18. Also, the dredged soil tends to have a lower specific gravity from about 1000 ° C, and the lowering of the water absorption value between 1100 ° C and 1200 ° C can be regarded as evidence of glassy formation on the surface. The specific gravity of the specimens prepared at 100% in-situ tends to decrease at over 1100 ° C, but it is judged that the foaming is not performed due to the high refractoriness, and the tendency of the absorption rate to increase from 1200 ° C . In Fig. 18, the surface of the specimen was observed at 900 ° C, and the slag was observed to cover the surface. The acid clay gradually became glassy at 700 ° C, . In the case of dredged soil, it is confirmed that black core is formed from about 1000 ° C and vitreous is formed between 1100 and 1200 ° C.

표면개질한 인공경량골재의 물성(직화소성)Properties of Surface Modified Artificial Lightweight Aggregate (Direct Fire Calcination)

도 17에서 저회 100%로 제조한 골재의 표면거동을 확인한 결과 1200℃가 되어서야 표면이 유리화되면서 발포가 일어났다. 반면 슬래그와 준설토, 산성백토의 경우 저회에 비해 비교적 낮은 온도에서 표면에 유리질 형성이 가능한 것을 알 수 있었다. 따라서 가소성이 낮아 성형이 잘 이뤄지지 않는 저회에 가소성 점결제인 준설토를 30wt% 첨가하여 시편을 제조하였으며, 저회보다 낮은 온도에서 유리질 형성이 가능한 융제 역할을 하는 원료 물질인 슬래그, 준설토, 산성백토를 코팅하여 시편을 제조하였다.In Fig. 17, the surface behavior of the aggregate prepared at 100% of the bottom ash was checked and it was found that the surface became vitrified and foamed at 1200 deg. On the other hand, the slag, dredged soil and acidic clay were found to be able to form vitreous on the surface at a relatively low temperature compared to the inferior. Therefore, 30wt% of dysplasia, which is a plasticity point, was prepared and the slag, dredged soil, and acidic clay, which are raw materials that can form glass at low temperature, can be coated To prepare a specimen.

도 19는 코팅재의 유무에 따른 저회 인공경량골재의 부피비중 및 흡수율 그림이다. 코팅하지 않은 골재의 발포거동은 도 17에서 저회 100%의 발포거동과 유사하며, 1100℃까지는 표면의 치밀화가 일어나지 않아 발포가 안 일어나 부피비중이 1.6 이상이 없으며, 1200℃에서 표면이 유리화되어 발포가 일어나 부피비중이 1.2까지 경량화되었다.FIG. 19 is a graph showing the volume ratio and the water absorption ratio of the low-artificial lightweight aggregate according to the presence or absence of the coating material. The foamed behavior of the uncoated aggregate is similar to the foamed behavior of 100% in the case of FIG. 17, and since the surface is not densified to 1100 DEG C, no foam is formed, and the bulk specific gravity is 1.6 or more. And the volume specific gravity was reduced to 1.2.

반면에 코팅된 골재는 코팅재의 종류와 상관없이 모두 1000℃부터 발포가 일어나 부피비중이 1.3~1.4사이의 값을 가져 KS F 2534의 경량골재 규격을 만족시켰다. 이는 도 20의 단면사진에서 보듯이 코팅하지 않은 골재는 1200℃가 되어야 블랙코어(black core)와 큰 기공들이 관찰되는 것에 반해 코팅된 골재들은 1000℃부터 기공들이 존재하여 발포된 것을 확인 할 수 있었다.On the other hand, the coated aggregate foamed from 1000 ℃ regardless of the type of coating, and the volume specific gravity was between 1.3 and 1.4, which satisfied the lightweight aggregate standard of KS F 2534. As shown in the cross-sectional photograph of FIG. 20, the black core and the large pores are observed when the uncoated aggregate has a temperature of 1200 ° C., whereas the coated aggregates have the pores from 1000 ° C. .

또한 도 19(b)에서 코팅하지 않은 골재와 코팅한 골재들의 흡수율이 부피비중과 반대의 경향을 나타냈으며, 이는 골재 표면에 코팅재가 치밀하게 코팅되지 않았기 때문이고(도 21), 도 17(b)의 흡수율과 다른 경향을 보여준 이유는 직화 소성으로 최고온도에서 10분이라는 짧은 시간 열처리를 하였으므로 코팅하지 않은 골재가 가장 표면에서 열을 많이 받아 코팅된 골재보다 소결진행이 더 일어난 이유로 생각된다.In FIG. 19 (b), the absorptivity of the aggregates coated with the uncoated aggregate showed a tendency opposite to that of the bulk specific gravity because the coating material was not coated tightly on the aggregate surface (FIG. 21) ) Was different from that of the other samples because the heat treatment was carried out for 10 min at the maximum temperature for the direct firing. Therefore, it is considered that the uncoated aggregate was more heat-treated than the aggregate which was coated on the surface.

인공경량골재의 생산라인에서 소성은 로타리 킬른에서 행해진다. 그러므로 인공경량골재는 로타리 킬른 내부를 저온에서 고온으로 이동하면서 소성되므로 앞 절의 직화 소성법으로는 발포거동 예측은 가능하나 발포가스의 포집거동을 설명하기는 부족하여 본 실험에서는 2단 소성법을 고안하여 발포기구를 규명하고자 하였다.In the artificial lightweight aggregate production line, firing is done at the rotary kiln. Therefore, the artificial lightweight aggregate is fired while moving inside the rotary kiln from low temperature to high temperature. Therefore, the fire behavior can be predicted by the fire firing method in the previous section, but the capture behavior of the foam gas is not explained. The purpose of this study is to clarify the foaming mechanism.

도 19의 직화 소성에서 보듯이 1000℃부터 코팅된 시편은 표면 치밀화를 보이므로 1단 소성 온도를 900℃로 선정하였으며, 코팅하지 않은 골재가 1100℃에서 1200℃ 사이에서 발포되었으므로 2단 소성의 최고온도를 1150℃로 설정하였으며, 각기 소성시간을 10분(a), 15분(b), 20분(c)으로 조절하였다(도 16)As shown in FIG. 19, since the surface of the specimen coated at 1000 ° C shows surface densification, the single-stage firing temperature was set at 900 ° C. and the uncoated aggregate was foamed at a temperature between 1100 ° C. and 1200 ° C., The temperature was set at 1150 ° C and the firing time was adjusted to 10 minutes (a), 15 minutes (b), and 20 minutes (c) (Fig. 16)

도 20에서 2단 소성법으로 소성한 온도와 각 원료의 코팅에 따른 저회 인공경량골재의 부피비중 및 흡수율을 나타내었다. 2단 소성법을 통해 소성한 경우에는 900℃에서 7분과 1150℃에서 3분 소성한 시편의 경우 코팅한 시편이 코팅하지 않은 시편에 비해 0.3~0.4정도의 비중 저하를 확인할 수 있으며, 모든 온도 구간에서 코팅한 시편이 코팅하지 않은 시편에 비해 낮은 비중 값을 나타내었다. 2단 소성법을 통한 소성을 직화소성과 비교한 결과, 인공경량골재의 제조에 있어 발포가스의 포집이 발포가스의 양보다 경량화에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있으며 이는 표면 치밀화 및 유리화가 발포에 중요한 것을 의미한다. 슬래그 코팅을 한 골재의 경우, 900℃에서 발포가스의 배출과 동시에 유리화가 진행되므로 (a)의 경우에는 발포가 되었으나 (b), (c)의 경우에는 소결이 진행되어 부피비중이 커지는 것으로 사료된다.In FIG. 20, the temperature and the water absorption ratio of the low-temperature artificial lightweight aggregate according to the coating of each raw material were shown by the two-stage firing method. In the case of firing through the two-stage firing method, the specimens fired at 900 ° C for 7 minutes and 1150 ° C for 3 minutes showed a decrease in specific gravity of 0.3 to 0.4 compared with the specimens not coated, Coated specimens showed lower specific gravity than uncoated specimens. As a result of comparing the firing through the two-stage firing method with the direct firing, it can be seen that the trapping of the foaming gas influences the weight reduction of the foaming gas in the production of the artificial lightweight aggregate. This is because surface densification and vitrification are important for foaming . In the case of (a) and (b), (b) and (c), the sintering proceeds and the bulk specific gravity is increased. do.

도 21은 각 원료를 코팅하여 2단 소성한 시편의 광학 이미지로 코팅하지 않은 시편에 비해 융점이 낮은 원료의 코팅을 통해 시편 내부에 많은 기공의 발생을 확인할 수 있었다. FIG. 21 shows that the formation of many pores in the specimen can be confirmed by coating the raw material having a lower melting point than the specimen not coated with the optical image of the two-stage fired coating by coating each raw material.

그 결과 직화 소성법과 동일하게 비중이 낮아지는 경향을 확인하였고, 2단 소성법에 의해 발포가스의 포집거동을 규명할 수 있었다. 따라서 실제 대량 생산의 조건인 로타리 킬른에서 행해지는 발포거동의 예측이 가능하다고 판단된다.
As a result, it was confirmed that the specific gravity was lowered in the same manner as the direct firing method, and the trapping behavior of the foaming gas was confirmed by the two - stage firing method. Therefore, it is possible to predict the foaming behavior in rotary kiln, which is a condition of actual mass production.

본 발명의 실시예 3에 따라 제조한 성형골재를 관찰하여 도 14에 나타내었다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 성형 골재는 코팅 및 소성 과정을 거친 후에도 골재간 융착이 발생하지 않았다.
Fig. 14 shows the molded aggregate produced according to Example 3 of the present invention. As shown in Fig. 14, after the coating and firing process of the molded aggregate, fusion between the aggregates did not occur.

비교예Comparative Example

실시예 1에서 코팅을 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the coating was not carried out.

본 발명의 비교예에 따라 제조한 성형골재를 관찰하여 도 15에 나타내었다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 성형 골재는 골재간 융착이 발생하였다.
FIG. 15 shows the molded aggregate produced according to the comparative example of the present invention. As shown in Fig. 15, the formed aggregate had fusion between the aggregates.

[시험예][Test Example]

* 비중: KS L 3114에 따라 측정하였다.* Specific gravity: measured according to KS L 3114.

* 흡수율: KS L 3114에 따라 측정하였다.* Absorption rate: Measured according to KS L 3114.

* 단위용적 질량: KS F 2505에 따라 측정하였다.
Unit volume mass: measured according to KS F 2505.

본 발명의 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 성형골재의 코팅 전과 후의 인공경량골재의 비중 및 흡수율을 측정한 그래프를 도 4에 도시하였으며, 실시예 1에 따라 토련기에서 성형된 10mm 미만 및 이상의 인공경량골재의 소성 후의 비중, 흡수율 및 단위용적 질량을 측정한 그래프(도 7 및 도 9)와 본 발명의 실시예 2에 따라 조립기에서 성형된 10mm 미만 및 이상의 인공경량골재의 소성 후의 비중, 흡수율 및 단위용적 질량을 측정한 그래프(도 11 및 도 13)를 도시하였다.FIG. 4 is a graph showing the specific gravity and the water absorption ratio of the artificial lightweight aggregate before and after the coating of the molded aggregate formed in the shoemaker according to Example 1 of the present invention. In FIG. 4, (Fig. 7 and Fig. 9) after the firing of the artificial lightweight aggregate after firing, the specific gravity after firing of artificial lightweight aggregate of 10 mm or more molded in the pelletizer according to Example 2 of the present invention, (Fig. 11 and Fig. 13) in which the absorption rate and the unit volume mass are measured.

본 발명의 실시예에 의하여 제조된 인공경량골재는 코팅하지 않은 경우와 유사한 수치로서 1.6이하의 비중, 15% 이하의 흡수율, 80% 이하의 단위용적 질량을 가지며, 이는 KS 규격에 부합되는 것으로 나타났다.The artificial lightweight aggregate produced according to the embodiment of the present invention has a specific gravity of 1.6 or less, an absorption rate of 15% or less, and a unit mass of 80% or less, which is similar to that of the uncoated case, .

높은 내화도로 발포가 일어나지 않는 저회에 준설토 30wt% 첨가 후 저융점 원료의 코팅을 통해 낮은 온도에서 발포가 가능하였다. 융점이 낮은 원료인 슬래그, 준설토, 산성백토의 표면 코팅 결과 비교적 낮은 온도범위인 1100℃에서 소성방법에 관계없이 코팅하지 않은 시편에 비해 약 0.3~0.4의 비중 값을 감소시킬 수 있다. 발포가스의 생성 및 배출 속도와 표면 치밀화 및 유리화의 속도를 조절하기 위해 직화 소성법과 2단 소성법을 진행한 결과 인공경량골재의 경량화에는 발포가스의 포집이 발포가스의 양보다 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다. 직화 소성법과 2단 소성법을 진행한 결과 동일하게 비중이 낮아지는 경향을 확인하여 실제 현장에서 사용되어지는 대량 생산의 조건에서 같은 결과의 가능성을 나타냈다고 할 수 있다.
It was possible to foam at low temperature through the coating of low melting point raw material after adding 30wt% of ash dredged soil which does not foam with high fire resistance. As a result of the surface coating of slag, dredged soil and acidic clay, which is a raw material with low melting point, the specific gravity value of about 0.3 ~ 0.4 can be reduced at 1100 ℃, which is relatively low temperature range, compared with uncoated specimens. As a result of the direct fire firing method and the two-step firing method to control the generation and discharge rate of foam gas, the surface densification and the rate of vitrification, the weight reduction of the artificial lightweight aggregate has a significant effect on the amount of foaming gas, Respectively. As a result of the direct firing method and the two-stage firing method, the tendency of the same specific gravity to be lowered was confirmed, and the same result was obtained in the conditions of mass production which is used in actual field.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be.

Claims (8)

다음 단계를 포함하는, 인공경량골재의 제조방법:
(a) 규석(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 포함하는 세라믹 산화물 원료를 성형하여 성형체를 제조하는 단계;
(b) 상기 성형된 성형체의 입자크기를 10mm를 기준으로 분급시키고, 상기 성형체에 규석(SiO2), 석회석(CaCO3) 및 백운석(CaCO3·MgCO3)을 포함하는 코팅재를 첨가하여 코팅시키되, 10mm 미만의 성형체는 0.15~0.8mm 입도의 코팅재로 코팅하고, 10mm 이상의 성형체는 0.3~1.0mm 입도의 코팅재로 코팅하는 단계; 및
(c) 상기 코팅재가 코팅된 성형체를 소성하는 단계.
A method for producing an artificial lightweight aggregate comprising the steps of:
(a) preparing a shaped body by molding a ceramic oxide raw material containing silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) as main components;
(b) the particle size of the molded body is classified on the basis of 10 mm, and a coating material containing silica (SiO 2 ), limestone (CaCO 3 ) and dolomite (CaCO 3 .MgCO 3 ) is added to the body, Coating a molded article having a size of less than 10 mm with a coating material having a particle size of 0.15 to 0.8 mm and coating a molded article having a size of 10 mm or more with a coating material having a size of 0.3 to 1.0 mm; And
(c) firing the molded body coated with the coating material.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 분급 후에 성형체의 표면을 슬래그, 준설토 및 산성백토로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 저융점 코팅재로 표면 개질하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
The method of claim 1, further comprising the step of surface-modifying the surface of the molded body with at least one kind of low melting point coating material selected from the group consisting of slag, dredged soil and acidic clay after the classification of step (b) Method of manufacturing lightweight aggregate.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 세라믹 산화물 원료는 자연토, 저회, 준설토, 석탄회, 잔사회(reject ash), 석탄비산재, 석탄저회, 제강 더스트, 제강 슬래그, 용융 슬래그, 소각 슬래그, 폐촉매 슬래그, 하수오니, 슬러지 소각재, 종이재 및 적니로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the ceramic oxide raw material is selected from the group consisting of natural soil, underfill, dredged soil, coal fly ash, reject ash, coal fly ash, coal ash, steel dust, steelmaking slag, molten slag, Sludge, ash, sludge ash, paper, and red mud.
제1항에 있어서, 토련기 또는 조립기를 이용하여 성형하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
The method of producing an artificial lightweight aggregate according to claim 1, wherein the molding is carried out using a kneader or a kneader.
제1항에 있어서, 상기 성형체는 4~15mm의 구형인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
The method of manufacturing an artificial lightweight aggregate according to claim 1, wherein the formed body has a spherical shape of 4 to 15 mm.
제1항에 있어서, 상기 코팅재는 상기 성형체에 대하여 1~10중량%를 코팅하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
The method for producing an artificial lightweight aggregate according to claim 1, wherein the coating material is coated in an amount of 1 to 10% by weight with respect to the molded article.
제1항에 있어서, 상기 10mm 미만의 성형체의 소성온도는 1120~1180℃이고, 10mm 이상의 성형체의 소성온도는 1160~1200℃인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
The method for producing an artificial lightweight aggregate according to claim 1, wherein the firing temperature of the molded article of less than 10 mm is 1120 to 1180 ° C, and the firing temperature of the molded article of 10 mm or more is 1160 to 1200 ° C.
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