KR101889355B1 - Manufacturing method of porous ceramics from red mud and tailing - Google Patents

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손정수
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Abstract

One embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a porous ceramic, comprising the steps of: (a) manufacturing a mixed solution comprising red mud, tailing, ceramic fibers, a water-soluble polymer, and a surfactant; (b) adding an organic solvent to the mixed solution and freezing the same; (c) defrosting the frozen mixture and performing a first heat treatment; and (d) performing a second heat treatment of the first heat-treated material and sintering the same. According to the present invention, a porous ceramic having excellent characteristics can be manufactured by the method.

Description

적니 및 광미를 통한 다공성 세라믹 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF POROUS CERAMICS FROM RED MUD AND TAILING}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for manufacturing porous ceramics,

본 발명은 적니 및 광미를 통한 다공성 세라믹 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자 및 계면활성제를 포함하는 혼합물을 냉동 및 열처리하여 다공성 세라믹을 제조하는 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for producing a porous ceramic by freezing and heat-treating a mixture comprising red mud, mineral wax, ceramic fibers, water-soluble polymer and surfactant .

환경적인 측면을 고려하여 알루미늄 제련 부산물인 적니를 내화 벽돌 등의 세라믹 재료로 활용하는 방안들이 많이 제안되었다. 내화 벽돌의 단열 성능을 위하여 적니에 톱밥이나 카본 등을 함께 혼합하여 일정 형태로 만든 뒤, 고온 열처리 및 소결을 통해 톱밥 및 카본의 연소, 기화로 기공을 형성시키는 방법이 알려져 있다.Considering the environmental aspect, many suggestions have been made to utilize red mud, which is a by - product of aluminum smelting, as a ceramic material such as refractory bricks. In order to improve the thermal insulation performance of refractory bricks, it is known to mix red mud with sawdust or carbon to form a certain shape, and then to form pores by combustion and vaporization of sawdust and carbon through high temperature heat treatment and sintering.

상기와 같이 카본이나 톱밥 등을 첨가하여 이의 연소로 기공을 형성시키는 방법으로는, 70 % 이상의 기공률을 달성하기 힘들고, 그 기공의 크기도 상대적으로 크기 때문에 단열재 이외에, 필터로의 활용은 기대하기 어려운 단점이 있다.As described above, it is difficult to obtain a porosity of 70% or more by adding carbon or sawdust to form pores by combustion thereof, and since the pore size is also relatively large, it is difficult to expect application as a filter other than a heat insulating material There are disadvantages.

관련 선행기술로, 한국 등록특허공보 제10-0652201호에 개시된 "적니를 이용한 벽돌 제조 방법", 한국 등록특허공보 제10-0240943호에 개시된 "적니를 이용한 다공성 경량건축자재의 제조방법" 등이 있다.A related art is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0652201 entitled "Method for manufacturing brick using red mud, " and" Method for manufacturing porous lightweight building material using red mud, "disclosed in Korean Patent Publication No. 10-0240943 have.

한국 등록특허공보 제10-0652201호 (2006.11.23. 공고)Korean Patent Registration No. 10-0652201 (published on November 23, 2006) 한국 등록특허공보 제10-0240943호 (1999.10.30. 공고)Korean Patent Registration No. 10-0240943 (issued October 30, 1999)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 알루미늄 제련 부산물인 적니와, 광산 폐기물인 광미를 활용하여, 보다 높은 기공률, 낮은 열전도도, 미세기공을 나타낼 수 있는 다공성 세라믹 제조방법 및 이에 따라 제조된 다공성 세라믹을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for recovering aluminum from smelting by- And to provide a porous ceramic produced by the method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태는 (a) 적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자 및 계면활성제를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합용액에 유기용매를 첨가하고, 냉동하는 단계; (c) 상기 냉동된 물질을 해동시키고, 제1열처리하는 단계; 및 (d) 상기 제1열처리된 물질을 제2열처리하고, 소결하는 단계;를 포함하는, 다공성 세라믹 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, one aspect of the present invention is a method for producing a mixed solution comprising: (a) preparing a mixed solution comprising red mud, mineral wax, ceramic fibers, a water-soluble polymer and a surfactant; (b) adding an organic solvent to the mixed solution and freezing it; (c) thawing the frozen material and subjecting it to a first heat treatment; And (d) subjecting the first heat-treated material to a second heat treatment and sintering the porous ceramic material.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 일 양태는 적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자, 계면활성제 및 유기용매를 포함하는, 냉동 및 열처리를 통한 다공성 세라믹 제조용 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, another aspect of the present invention provides a composition for preparing porous ceramic by freezing and heat treatment, which comprises red mud, mineral wax, ceramic fiber, water-soluble polymer, surfactant and organic solvent.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 양태는 상기의 방법으로 제조되어, 겉보기 기공률이 72-80 % 이고, 평균 기공 크기가 146-166 ㎛인, 다공성 세라믹을 제공한다.In order to achieve the above object, another aspect of the present invention provides a porous ceramic produced by the above method, wherein the porous ceramic has an apparent porosity of 72-80% and an average pore size of 146-166 탆 .

본 발명의 일 양태에 따르면, 알루미늄 제련 부산물, 광산 폐기물, 세라믹 섬유, 수용성 고분자, 계면활성제, 유기용매를 이용하고, 냉동, 다단 열처리 및 소결을 통해 준수한 특성을 나타내는 다공성 세라믹을 제조할 수 있다.According to one aspect of the present invention, porous ceramics exhibiting properties that are observed through freezing, multistage heat treatment, and sintering can be manufactured using aluminum smelting by-products, mine waste, ceramic fibers, water-soluble polymers, surfactants, and organic solvents.

본 발명의 일 양태에 따라 제조된 다공성 세라믹은 겉보기 기공률이 72-80 % 이고, 평균 기공 크기가 146-166 ㎛이며, 열 전도도가 0.1-0.2 W/mK를 나타낼 수 있다.The porous ceramics produced according to an embodiment of the present invention may have an apparent porosity of 72-80%, an average pore size of 146-166 탆, and a thermal conductivity of 0.1-0.2 W / mK.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다공성 세라믹 제조방법의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 다공성 세라믹 제조방법의 다른 일례를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에서 수행한 다공성 세라믹의 겉보기 기공률을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험예 3에서 수행한 다공성 세라믹의 열 전도도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 혼합된 물질의 사진 및 최종적으로 제조된 다공성 세라믹을 촬영한 사진이다.
1 is a flowchart showing an example of a method of manufacturing a porous ceramic according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing another example of a method of manufacturing a porous ceramic according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the apparent porosity of the porous ceramics performed in Experimental Example 1 of the present invention.
4 is a graph showing the thermal conductivity of the porous ceramics performed in Experimental Example 3 of the present invention.
5 is a photograph of a material mixed in Example 1 of the present invention and a photograph of a finally produced porous ceramic.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving it will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.It should be understood, however, that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the exemplary embodiments set forth herein. To fully inform the inventor of the category of invention. Further, the present invention is only defined by the scope of the claims.

나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Further, in the following description of the present invention, if it is determined that related arts or the like may obscure the gist of the present invention, detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 양태는One aspect of the present invention is

(a) 적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자 및 계면활성제를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계(S10);(a) preparing a mixed solution containing red mud, mineral wax, ceramic fiber, water-soluble polymer, and surfactant (S10);

(b) 상기 혼합용액에 유기용매를 첨가하고, 냉동하는 단계(S20);(b) adding an organic solvent to the mixed solution and freezing (S20);

(c) 상기 냉동된 물질을 해동시키고, 제1열처리하는 단계(S30); 및(c) defrosting the frozen material and performing a first heat treatment (S30); And

(d) 상기 제1열처리된 물질을 제2열처리하고, 소결하는 단계(S40);를 포함하는, 다공성 세라믹 제조방법을 제공한다.(d) subjecting the first heat-treated material to a second heat treatment and sintering (S40).

이하, 본 발명의 일 양태에 따른 다공성 세라믹 제조방법에 대하여 각 단계별로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a porous ceramic according to an embodiment of the present invention will be described step by step.

본 발명의 일 양태에 따른 다공성 세라믹 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계(S10)는 적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자 및 계면활성제를 소정 중량비에 따라 혼합한 혼합용액을 제조한다.In the method for producing a porous ceramic according to an embodiment of the present invention, the step (a) (S10) comprises preparing a mixed solution in which red mud, mineral wax, ceramic fiber, water-soluble polymer and surfactant are mixed according to a predetermined weight ratio.

상기 적니(red mud)는 알루미늄의 원료광물인 보크사이트에서 알루미늄을 추출한 후에 생기는 잔류물이며, 산화철과 실리카 등을 함유하기 때문에 적갈색을 띌 수 있다. 통상 적니는 도로공사, 유리 세라믹스, 시멘트 혼합재인 포졸란 등의 건축자재로 사용되나, 본 발명의 일 양태에서는 내화재, 필터 등의 용도를 가질 수 있는 다공성 세라믹으로 활용하고자 하였다.The red mud is a residue formed after aluminum is extracted from bauxite, which is a raw mineral of aluminum, and can be reddish brown because it contains iron oxide and silica. In general, red mud is used as building materials such as road construction, glass ceramics, pozzolan as a cement mixed material, etc. However, in one embodiment of the present invention, it was tried to utilize it as porous ceramics having refractory materials and filters.

상기 (a) 단계의 적니는The red mud in step (a)

실리카(SiO2) 11.9-15.3 wt%;Silica (SiO 2) 11.9-15.3 wt%;

알루미나(Al2O3) 24.4-29.1 wt%;Alumina (Al 2 O 3) 24.4-29.1 wt %;

산화철(Fe2O3) 30.6-35.9 wt%;30.6-35.9 wt% iron oxide (Fe 2 O 3 );

산화칼슘(CaO) 3.7-6.2 wt%;3.7-6.2 wt% of calcium oxide (CaO);

산화나트륨(Na2O) 7.9-10.8 wt%;Sodium oxide (Na 2 O) 7.9-10.8 wt%;

산화티타늄(TiO2) 6.0-8.7 wt%;를 포함할 수 있다.Titanium oxide (TiO 2) 6.0-8.7 wt%; may include.

상기 광미는 광산의 유용광물을 선별 회수한 후 나머지 찌꺼기를 의미하고, 정광의 대응어로서 정광을 채취하고 남은 산물이다. 광산 폐광후 발생되는 문제의 대부분이 이들 광미의 적치에 의한 것으로 이를 처리하기 위한 연구가 필요한 실정이며, 본 발명의 일 양태에서는 내화재, 필터 등의 용도를 가질 수 있는 다공성 세라믹으로 활용하고자 하였다.The tailings are the remaining residues after collecting the beneficial minerals of the mine and remaining residue, and collecting the concentrates as a mating partner of the concentrates. Most of the problems after mine abandonment are caused by the deposits of these minerals, and researches are needed to treat them. In one embodiment of the present invention, the present invention is applied to porous ceramics having refractory materials and filters.

상기 (a) 단계의 광미는 금광 광산 개발 중 발생하는 찌꺼기인 금광미일 수 있다.The tailings of step (a) may be a gold mine which is a remnant generated during the development of a gold mine.

상기 (a) 단계의 광미는The tailings of step (a)

실리카(SiO2) 86.9-91.8 wt%;Silica (SiO 2) 86.9-91.8 wt%;

알루미나(Al2O3) 5.0-8.2 wt%;를 포함할 수 있고,And 5.0-8.2 wt% alumina (Al 2 O 3 )

산화철(Fe2O3) 0.1-2.1 wt%;0.1-2.1 wt% of iron oxide (Fe 2 O 3 );

산화칼슘(CaO) 0.1-1.1 wt%;Calcium oxide (CaO) 0.1-1.1 wt%;

산화마그네슘(MgO) 0.1-1.2 wt%;Magnesium oxide (MgO) 0.1-1.2 wt%;

산화칼륨(K2O) 0.1-2.3 wt%;Potassium oxide (K 2 O) 0.1-2.3 wt%;

산화티타늄(TiO2) 0.1-1.2 wt%; 등을 더 포함할 수 있다.Titanium oxide (TiO 2) 0.1-1.2 wt%; And the like.

상기 (a) 단계의 세라믹 섬유는 실리카, 알루미나, 알루미노실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 뮬라이트, 유리섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 1종을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알루미노실리케이트, 실리마나이트(Al2SiO5)를 사용할 수 있다.The ceramic fiber in the step (a) may include one selected from the group consisting of silica, alumina, aluminosilicate, aluminoborosilicate, mullite, glass fiber, and combinations thereof, Silimanite (Al 2 SiO 5 ) can be used.

상기 (a) 단계의 세라믹 섬유는 길이가 2 cm 이하인 것이 바람직하고, 이는 목표로 하는 다공성 세라믹을 용이하게 제조하도록 하는 조건 중 하나일 수 있다.The ceramic fibers of step (a) preferably have a length of 2 cm or less, and may be one of conditions for easily producing a target porous ceramic.

상기 (a) 단계의 수용성 고분자는 폴리비닐알코올일 수 있고, 끓는점이 후속 단계의 제2열처리 범위에 속한 수용성 고분자를 사용할 수 있다.The water-soluble polymer in step (a) may be polyvinyl alcohol, and a water-soluble polymer having a boiling point in a second heat treatment range in the subsequent step may be used.

상기 (a) 단계의 수용성 고분자는 5-20 wt% 농도의 용액으로 첨가되는 것이 바람직하다.The water-soluble polymer of step (a) is preferably added in a concentration of 5-20 wt%.

상기 (a) 단계의 수용성 고분자가 폴리비닐알코올일 시, 수평균 분자량이 10만-20만 인 것이 바람직하다.When the water-soluble polymer in step (a) is polyvinyl alcohol, the number average molecular weight is preferably 100,000 to 200,000.

상기 (a) 단계의 계면활성제는 구체적으로 알킬계, 올레핀계, 나트륨계, 벤젠계, 리그닌계, 멜라민계, 나프탈렌계, 아미노술폰산계, 폴리카본산계, 폴리에테르계 계면활성제로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 아미노술폰산계 등의 음이온계 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다.The surfactant of step (a) may be selected from the group consisting of alkyl, olefin, sodium, benzene, lignin, melamine, naphthalene, aminosulfonic acid, polycarboxylic acid and polyether surfactants It is preferable to use at least one anionic surfactant such as an aminosulfonic acid-based surfactant.

상기 (a) 단계의 혼합용액은 상기 적니 및 광미가 1 : 0.25 내지 0.67(8 : 2 내지 6 : 4)의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 중량비가 1: 0.25 미만으로 혼합될 경우, 목표 강도를 얻기 위한 소결 시간이 증가하는 문제가 발생할 우려가 있고, 상기 중량비가 1 : 0.67 초과로 혼합될 경우, 미세 기공을 얻기 힘든 문제가 발생할 우려가 있다.The mixed solution of the step (a) preferably contains the red mud and the tail mud at a weight ratio of 1: 0.25 to 0.67 (8: 2 to 6: 4). If the weight ratio is less than 1: 0.25, there is a possibility that the sintering time for obtaining the desired strength may increase. If the weight ratio is more than 1: 0.67, .

상기 (a) 단계의 혼합용액은 상기 적니 및 광미의 혼합 100 중량부 대비 6 내지 10 중량부의 세라믹 섬유가 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 상기의 중량비 범위로 세라믹 섬유가 포함되도록 하여, 지지체 역할을 통하여 소결 시 소결체에 균열 형성을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.Preferably, the mixed solution of step (a) includes 6 to 10 parts by weight of ceramic fibers per 100 parts by weight of the mixture of the red mud and the tailings. The ceramic fibers are contained in the weight ratio range described above, and the effect of suppressing the formation of cracks in the sintered body during sintering through the support function can be expected.

상기 (a) 단계의 혼합용액은 상기 적니, 광미 및 세라믹 섬유 혼합 100 중량부 대비 수용성 고분자 용액 90 내지 110 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기의 중량비 범위로 수용성 고분자가 포함되도록 하여 후속 단계를 통해 목표로 하는 세라믹의 특성을 달성할 수 있도록 한다.It is preferable that 90 to 110 parts by weight of the water-soluble polymer solution is added to 100 parts by weight of the mixed solution of the red mud, the tailings and the ceramic fiber. The water-soluble polymer is included in the above-mentioned weight ratio range so that the aimed characteristic of the ceramic can be achieved through a subsequent step.

상기 (a) 단계의 계면활성제는 상기 수용성 고분자 용액 대비 3-6 vol% 만큼 첨가되는 것이 후속 단계의 기공 형성에 있어 바람직하다.It is preferable that the surfactant of the step (a) is added in an amount of 3-6 vol% relative to the solution of the water-soluble polymer in the pore formation of the subsequent step.

본 발명의 일 양태에 따른 다공성 세라믹 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계(S20)는 상기 제조된 혼합용액에 소정 중량비로 유기용매를 첨가하고, 냉동시킨다.In the porous ceramic manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the organic solvent is added to the prepared mixed solution in the step (b) and the freezing is performed.

상기 (b) 단계의 유기용매는 끓는점이 후속 제1열처리 온도 범위에 있는 것이 바람직하고, 구체적으로 n-펜탄(n-pentane)을 사용할 수 있다.The organic solvent of step (b) preferably has a boiling point in the range of the first heat treatment temperature, and specifically, n-pentane may be used.

상기 (b) 단계는 상기 유기용매 첨가 전, 상기 혼합용액을 0.05-0.2 atm의 압력으로 감압하는 단계를 포함할 수 있다. 상기의 압력 범위로 감압을 수행하여, 내부 기포를 제거하도록 하고, 교반 효율을 향상시킬 수 있다.The step (b) may include reducing the pressure of the mixed solution to 0.05-0.2 atm before adding the organic solvent. By performing the depressurization in the above-mentioned pressure range, the internal bubbles can be removed, and the stirring efficiency can be improved.

상기 (b) 단계의 유기용매 첨가는 상기 계면활성제 대비 90-110 vol% 만큼 첨가하는 것이 후속 단계를 통한 기공 형성에 있어 바람직하다.The addition of the organic solvent in the step (b) by 90-110 vol% to the surfactant is preferable for the formation of pores through the subsequent step.

상기 (b) 단계의 냉동은 -30 ℃ 내지 -10 ℃의 온도에서 12-36 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기의 온도 및 시간 범위에서 냉동한 다음 해동하여, 젤 형태의 시편을 얻을 수 있다. 이를 통하여 이후 공정 중 가공 및 처리를 용이하게 하는 장점을 갖는다.The freezing of step (b) is preferably performed at a temperature of -30 ° C to -10 ° C for 12-36 hours. After freezing at the above-mentioned temperature and time range, it is thawed to obtain a gel-like specimen. This has the advantage of facilitating machining and processing in subsequent processes.

본 발명의 일 양태에 따른 다공성 세라믹 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계(S30)는 상기 냉동된 혼합용액을 해동시키고, 소정의 온도로 제1열처리를 수행한다.In the porous ceramic manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the frozen mixed solution is defrosted in step (c) (S30) and the first heat treatment is performed at a predetermined temperature.

상기 (c) 단계의 해동은 상온에서 수행되는 것이 바람직하다.The thawing of step (c) is preferably performed at room temperature.

상기 (c) 단계의 제1열처리 온도는 40-80 ℃에서 12-36 시간 동안 수행되는 것이 바람직하나, 시편의 크기 및 열처리 환경에 따라 단축될 수 있다. 상기 제1열처리 온도가 40 ℃ 미만이라면, 일부 유기용매가 잔류하여 기공 형성이 용이치 못할 우려가 있고, 상기 제1열처리 온도가 80 ℃ 초과라면, 상기 유기용매를 기화시켜 기공을 형성하는 데 있어 과도한 에너지 낭비가 발생할 우려가 있다. 상기의 제1열처리 온도 및 시간 범위에서 목적으로 하는 미세기공을 효과적으로 형성할 수 있다.The first heat treatment temperature in step (c) is preferably performed at 40-80 ° C for 12-36 hours, but may be shortened according to the size of the specimen and the heat treatment environment. If the first heat treatment temperature is less than 40 ° C, some organic solvent may remain and pore formation may be insufficient. If the first heat treatment temperature exceeds 80 ° C, the organic solvent may be vaporized to form pores Excessive energy waste may occur. The desired micropores can be effectively formed at the first heat treatment temperature and time range.

본 발명의 일 양태에 따른 다공성 세라믹 제조방법에 있어서, 상기 (d) 단계(S40)는 상기 제1열처리된 물질을 소정 온도로 제2열처리하고, 소결한다.In the porous ceramic manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the step (d) (S40) comprises subjecting the first heat-treated material to a second heat treatment and sintering at a predetermined temperature.

상기 (d) 단계는 상기 제1열처리된 물질의 건조 후, 제2열처리를 통해 수용성 고분자를 모두 제거하도록 한다.In the step (d), the water-soluble polymer is completely removed through the second heat treatment after drying the first heat-treated material.

상기 (d) 단계의 제2열처리는 300-600 ℃의 온도에서 1-5 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 제2열처리 온도가 300 ℃ 미만이라면, 상기 (c) 단계 처리된 물질 내 수용성 고분자가 잔류할 우려가 있고, 상기 제2열처리 온도가 600 ℃ 초과라면, 수용성 고분자를 제거하는 데 있어 과도한 에너지 낭비가 발생할 수 있다. 상기의 온도 및 시간 범위에서 제2열처리를 수행하여, 후속 소결 처리가 효과적으로 수행될 수 있도록 한다.The second heat treatment in the step (d) is preferably performed at a temperature of 300-600 ° C for 1-5 hours. If the second heat treatment temperature is less than 300 ° C., the water-soluble polymer may remain in the treated substance in step (c). If the second heat treatment temperature is higher than 600 ° C., excessive energy waste May occur. A second heat treatment is performed in the temperature and time ranges described above so that the subsequent sintering treatment can be effectively performed.

상기 (d) 단계의 소결은 1200-1350 ℃의 온도에서 30-120 분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기의 온도 및 시간 범위에서 소결하여, 최종적으로 목표로 하는 다공성 세라믹을 제조할 수 있다.The sintering in step (d) is preferably performed at a temperature of 1200-1350 캜 for 30-120 minutes. The sintering is carried out in the above temperature and time range, and finally, a target porous ceramic can be produced.

본 발명의 다른 일 양태는In another aspect of the present invention,

적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자, 계면활성제 및 유기용매를 포함하는, 냉동 및 열처리를 통한 다공성 세라믹 제조용 조성물을 제공한다.There is provided a composition for producing a porous ceramic by freezing and heat treatment, which comprises red mud, wort, ceramic fiber, water-soluble polymer, surfactant and organic solvent.

상기 적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자, 계면활성제 및 유기용매의 구체적인 물질, 혼합비는 상기의 제조방법에서 기술한 바와 같을 수 있다.Specific materials and mixing ratios of the above red mud, mineral wax, ceramic fiber, water-soluble polymer, surfactant and organic solvent may be as described in the above production method.

상기 냉동 및 열처리는 상기의 제조방법에서 기술한 냉동, 제1열처리, 제2열처리 및 소결과 동일할 수 있다.The freezing and heat treatment may be the same as the freezing, the first heat treatment, the second heat treatment and the sintering described in the above production method.

본 발명의 또 다른 일 양태는In another aspect of the present invention,

상기의 제조방법으로 제조되어, 겉보기 기공률이 72-80 % 이고, 평균 기공 크기가 146-166 ㎛인, 다공성 세라믹을 제공한다.The porous ceramic produced by the above-described method has an apparent porosity of 72-80% and an average pore size of 146-166 탆.

상기 다공성 세라믹은 상기의 제조방법으로 제조됨으로써, 종래 톱밥 또는 카본 등을 연소시켜 기공이 형성된 세라믹 대비 비교적 높은 기공률 및 더욱 미세한 기공 크기를 나타낼 수 있다.The porous ceramics can be produced by the above-described production method, so that it can exhibit a relatively high porosity and a finer pore size compared to a ceramic in which sawdust or carbon is burned to form pores.

상기 다공성 세라믹은 필터로 사용될 수 있고, 특히 황 산화물(SOx) 필터로 사용될 시 우수한 성능을 나타낼 수 있다.The porous ceramic can be used as a filter, and can exhibit excellent performance particularly when used as a sulfur oxide (SO x ) filter.

상기 다공성 세라믹은 열 전도도가 0.1-0.2 W/mK일 수 있어, 필터 뿐만 아니라 단열재 등으로도 활용될 수 있다.The porous ceramics may have a thermal conductivity of 0.1-0.2 W / mK and may be used as insulation as well as a filter.

이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the following examples and experimental examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

《적미 및 금광미 준비》"Preparations and gold mining preparations"

본 발명의 실시예에서 사용될 금광미, 적니의 조성을 시마즈 사의 WD-XRF를 통해 분석하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The composition of gold dust and red mud to be used in the embodiment of the present invention was analyzed through WD-XRF of Shimadzu Corporation, and the results are shown in Table 1.

분류Classification 금광미Gold mine 적니Redness SiO2 SiO 2 87.987.9 12.912.9 Al2O3 Al 2 O 3 66 25.425.4 Fe2O3 Fe 2 O 3 1.11.1 31.631.6 CaOCaO 0.10.1 4.74.7 MgOMgO 0.20.2 -- Na2ONa 2 O -- 8.98.9 K2OK 2 O 1.31.3 -- TiO2 TiO 2 0.20.2 77 LOILOI 3.23.2 9.59.5 합계Sum 100100 100100

(단위 : wt%, LOI : 강열감량)(Unit: wt%, LOI: ignition loss)

《최적 실시예 1》 다공성 세라믹 제조 (적니80:광미20)&Quot; Optimum Embodiment 1 " Porous ceramic production (red mud 80: mud 20)

(a) 상기 표 1의 조성을 갖는 적니, 광미의 혼합 중량비가 8 : 2가 되도록 혼합한 물질 240 g를 마련하고, 알루미노실리케이트 섬유 20 g를 잘게 찢어 260 mL의 폴리비닐알코올 수용액에 모두 혼합하였다. 혼합용액에 알킬-에테르-황산염을 주성분으로 하는 음이온계 계면활성제 12 mL를 첨가하였다.(a) 240 g of a material mixed so as to have a mixing weight ratio of 8: 2 of red mud and tail mixed with the composition of Table 1 was prepared and 20 g of aluminosilicate fiber was finely torn and mixed in 260 mL of polyvinyl alcohol aqueous solution . To the mixed solution was added 12 mL of an anionic surfactant containing an alkyl-ether-sulfate as a main component.

(b) 상기 제조된 혼합용액을 0.1 atm으로 감압하였다. 감압된 혼합물에 n-pentane 12 mL을 첨가하고 혼합한 다음, -20 ℃의 냉동고에서 24 시간 냉동 처리하였다.(b) The mixed solution was reduced to 0.1 atm. 12 mL of n-pentane was added to the depressurized mixture, and the mixture was frozen for 24 hours in a freezer at -20 ° C.

(c) 상기 냉동된 물질을 상온에서 해동하고, 60 ℃의 오븐에서 24 시간 동안 열처리하였다.(c) The frozen material was thawed at room temperature and heat-treated in an oven at 60 캜 for 24 hours.

(d) 상기 열처리된 물질을 박스로에 넣고 500 ℃의 온도에서 2 시간 열처리 후, 1250 ℃까지 승온한 뒤 30 분 소결하고 노냉하여, 다공성 세라믹을 제조하였다.(d) The heat-treated material was placed in a box furnace and heat-treated at a temperature of 500 ° C for 2 hours, then heated to 1250 ° C, sintered for 30 minutes, and cooled to prepare a porous ceramic.

《최적 실시예 2》 다공성 세라믹 제조 (적니60:광미40)&Quot; Optimum Embodiment 2 " Porous ceramic production (red mud 60: mud 40)

상기 실시예 1의 단계 (a)에서, 적니 및 광미의 혼합 중량비를 6 : 4로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다공성 세라믹을 제조하였다.Porous ceramics were prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of red mud and minnow was changed to 6: 4 in the step (a) of Example 1.

《실시예 3》 다공성 세라믹 제조 (적니40:광미60)&Quot; Example 3 " Porous ceramic production (red mud 40: mud 60)

상기 실시예 1의 단계 (a)에서, 적니 및 광미의 혼합 중량비를 4 : 6으로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다공성 세라믹을 제조하였다.Porous ceramics were prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixing weight ratio of red mud and minnow was changed to 4: 6 in the step (a) of Example 1.

《실시예 4》 다공성 세라믹 제조 (적니20:광미80)Example 4 Production of Porous Ceramic (red mud 20: mud 80)

상기 실시예 1의 단계 (a)에서, 적니 및 광미의 혼합 중량비를 2 : 8로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다공성 세라믹을 제조하였다.Porous ceramics were prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixing weight ratio of red mud and minnow was changed to 2: 8 in the step (a) of Example 1.

《비교예 1》 광미&Quot; Comparative Example 1 "

상기 실시예 1의 단계 (a)에서, 적니 및 광미의 혼합 중량비를 0 : 10으로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다공성 세라믹을 제조하였다.Porous ceramics were prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixing weight ratio of red mud and minnow was changed to 0:10 in step (a) of Example 1.

《비교예 2》 적니&Quot; Comparative Example 2 "

상기 실시예 1의 단계 (a)에서, 적니 및 광미의 혼합 중량비를 10 : 0으로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다공성 세라믹을 제조하였다.Porous ceramics were prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixing weight ratio of red mud and wort was changed to 10: 0 in the step (a) of Example 1.

《실험예 1》 기공률 분석&Quot; Experimental Example 1 " Porosity analysis

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 다공성 세라믹의 기공률을 ASTM-C20 표준시험 방법을 통해 분석하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.The porosity of the porous ceramics prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was analyzed by ASTM-C20 standard test method. The results are shown in FIG.

도 3을 참조하면, 본원발명의 실시예들은 모두 겉보기 기공률이 72-80% 범위에 속한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the embodiments of the present invention all have an apparent porosity ranging from 72% to 80%.

《실험예 2》 기공 크기 분석&Quot; Experimental Example 2 " Pore size analysis

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 다공성 세라믹의 기공 크기를 Micro-CT 장비를 통해 분석하였으며, 기공의 평균 입경(D50)을 표 2에 나타내었다.The pore sizes of the porous ceramics prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were analyzed by a Micro-CT apparatus, and the average particle size (D50) of the pores is shown in Table 2.

구분division D50(㎛)D 50 (占 퐉) 적니Redness 115115 최적 실시예 1Optimum Embodiment 1 156156 최적 실시예 2Optimal Embodiment 2 161161 실시예 3Example 3 172172 실시예 4Example 4 153153 광미Tailings 198198

표 2에 나타난 바와 같이, 본원발명의 실시예들은 146-172 ㎛ 크기의 미세 기공이 형성된 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, it can be seen that the embodiments of the present invention formed fine pores having a size of 146-172 탆.

《실험예 3》 열 전도도 분석&Quot; Experimental Example 3 " Thermal conductivity analysis

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 다공성 세라믹의 열 전도도를 Hot-disk 장비를 통해 분석하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.The thermal conductivities of the porous ceramics prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were analyzed by a hot-disk instrument. The results are shown in FIG.

도 4를 참조하면, 최적 실시예의 경우 열 전도도가 0.11-0.18 W/mK 를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the thermal conductivity of the optimum embodiment is 0.11-0.18 W / mK.

지금까지 본 발명의 일 양태에 따른 적니 및 광미를 통한 다공성 세라믹 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.Although the present invention has been described with respect to a specific embodiment of a method for manufacturing a porous ceramic through red mud and tail spill according to an embodiment of the present invention, it is apparent that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the following claims.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is to be understood that the foregoing embodiments are illustrative and not restrictive in all respects and that the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

Claims (13)

(a) 적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자 및 계면활성제를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 혼합용액에 유기용매를 첨가하고, 냉동하는 단계;
(c) 상기 냉동된 물질을 해동시키고, 제1열처리하는 단계; 및
(d) 상기 제1열처리된 물질을 제2열처리하고, 소결하는 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계의 혼합용액은 상기 적니 및 광미가 1 : 0.25 내지 0.67의 중량비로 포함된 것을 특징으로 하는, 다공성 세라믹 제조방법.
(a) preparing a mixed solution comprising red mats, tailings, ceramic fibers, a water-soluble polymer, and a surfactant;
(b) adding an organic solvent to the mixed solution and freezing it;
(c) thawing the frozen material and subjecting it to a first heat treatment; And
(d) subjecting the first heat treated material to a second heat treatment and sintering,
Wherein the mixed solution of step (a) comprises the red mud and the tail mud at a weight ratio of 1: 0.25 to 0.67.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계의 세라믹 섬유는,
실리카, 알루미나, 알루미노실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 뮬라이트, 유리섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 제조방법.
The method according to claim 1,
The ceramic fiber in the step (a)
Wherein the porous ceramics comprises one selected from the group consisting of silica, alumina, aluminosilicate, aluminoborosilicate, mullite, glass fiber, and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계의 수용성 고분자는,
폴리비닐알코올인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 제조방법.
The method according to claim 1,
The water-soluble polymer of step (a)
Wherein the porous ceramic material is polyvinyl alcohol.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계의 혼합용액은,
상기 적니 및 광미의 혼합물 100 중량부 대비 6 내지 10 중량부의 세라믹 섬유가 포함된 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 제조방법.
The method according to claim 1,
The mixed solution of step (a)
And 6 to 10 parts by weight of ceramic fibers based on 100 parts by weight of the mixture of red mud and tail mud.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 유기용매 첨가 전, 상기 혼합용액을 0.05-0.2 atm으로 감압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (b)
And reducing the mixed solution to 0.05-0.2 atm before adding the organic solvent.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계의 냉동은,
-30 ℃ 내지 -10 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 제조방법.
The method according to claim 1,
The freezing of step (b)
Lt; RTI ID = 0.0 > 30 C < / RTI > to < RTI ID = 0.0 > -10 C. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계의 제1열처리는,
40-80 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 제조방법.
The method according to claim 1,
The first heat treatment in the step (c)
Lt; RTI ID = 0.0 > 40-80 C. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 제2열처리는,
300-600 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 제조방법.
The method according to claim 1,
The second heat treatment in the step (d)
Lt; RTI ID = 0.0 > 300-600 C. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 소결은,
1200-1350 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 제조방법.
The method according to claim 1,
The sintering in the step (d)
Lt; RTI ID = 0.0 > 1200-1350 C. < / RTI >
적니, 광미, 세라믹 섬유, 수용성 고분자, 계면활성제 및 유기용매를 포함하고,
상기 적니 및 광미가 1 : 0.25 내지 0.67의 중량비로 포함된 것을 특징으로 하는, 냉동 및 열처리를 통한 다공성 세라믹 제조용 조성물.
Red mud, mineral wool, ceramic fibers, water-soluble polymers, surfactants and organic solvents,
Wherein said red mud and tail mud are contained in a weight ratio of 1: 0.25 to 0.67.
삭제delete 제1항의 방법으로 제조되어,
겉보기 기공률이 72-80 % 이고, 평균 기공 크기가 146-166 ㎛인, 다공성 세라믹.
5. A process for the preparation of a compound according to claim 1,
A porous ceramic having an apparent porosity of 72-80% and an average pore size of 146-166 탆.
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