KR102018723B1 - 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각을 기계화학적 설비를 이용하여 분쇄 및 혼합하는 제1단계; CaO를 혼합기에서 혼합하는 제2단계; 상기 기계화학적 설비 내의 혼합물을 상기 혼합기로 투입하여 혼합하는 제3단계;를 포함하되, 상기 제3단계에서 제강슬래그 및 폐석고를 투입하는 석탄바닥재를 이용한 성토재 제조방법 및 석탄바닥재 30 내지 50중량부, 페로니켈슬래그 20 내지 25중량부, 패각 1 내지 3중량부, CaO 7 내지 13중량부, 제강슬래그 0.1 내지 3중량부, 폐석고 5 내지 10중량부를 포함하는 석탄바닥재를 이용한 성토재를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 물리적 및 화학적 특성이 개선된 석탄바닥재 성토재를 제조함으로써 운반 및 포설작업시 비산분진을 억제할 수 있고 대량 사용하여 성토재 제조원가를 낮추어 식재용 상토로서 국내 수요자들에게 널리 공급하며, 발전소의 폐기물을 유용자원으로 활용함으로써 적치량을 감소시켜 환경오염을 예방하도록 하는 작용효과를 갖는다. 또한, 본 발명에서는 석탄바닥재를 대량 사용함으로써 통상적으로 사용하였던 고가의 무기광석 등을 대체할 수 있으며, 따라서 배합원료비를 감소시킬 수 있고, 성토재로 유용하게 대량 사용할 수 있도록 하는 작용효과를 갖는다. 특히 제철소의 부산물을 이용함으로써, 가용성 규산 및 석회성분이 다량 함유되며 고토 성분도 충분하여 그 자체로 비료 효과를 얻을 수 있도록 하는 작용효과를 갖는다. 그리고 패각은 천연의 탄산석회로서, 이를 사용함으로써 토양을 중화시키고 식물의 뿌리발육을 도우며, 펙틴과 결합하여 세포막을 강하게 하여 내병성을 증진시키고, 고온 소성 처리하여 제조하므로 미생물 오염의 위험성도 감소시키며, 빗물이 지표로 낙하시 혼입된 중금속을 여과하여 빗물을 정화할 수 있는 작용효과를 갖는다.

Description

석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법{Coal bottom ash using coal flooring and its manufacturing method}
본 발명은 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각 등을 분쇄 및 혼합하여 성토재로 재활용할 수 있도록 하는 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 석탄을 연소시키고 난 뒤에는 부산물로서 석탄재(coal ash, 탄회)가 남게 된다.
이러한 석탄재는 연소로 바닥이나 노벽에 남아 있는 바텀 애쉬(bottom ash, 저회)와 미분탄을 연소시킬 때 연도에서 다량 포집되는 플라이애쉬(flyash, 비산회)를 포함하는데, 이는 중금속은 물론 인체에 유해한 물질도 소량 포함되어 있는 것으로 알려져 있으며 아무런 조치 없이 버려질 경우 토양오염 및 수질오염을 유발할 수 있다.
그러나 석탄재는 산화철 등 금속 성분을 포함하고 있어 고강도이면서도 경량이므로 시멘트 혼합재 또는 콘크리트 혼화재 등으로의 활용성이 뛰어나다는 특징도 있다.
이와 같은 석탄재의 처리 방안으로는 매립이 이용되고 있는데 석탄재의 매립을 위한 장소 부족과 막대한 장소확보 비용으로 인해 장기적으로 석탄재를 처리하는 것에 대한 한계에 도달하고 있으며, 환경 오염을 비롯하여 매립 지역 부근의 민원 발생 등과 같은 문제들이 수반되고 있다.
따라서, 석탄재를 자원의 리사이클이라는 관점에서 유용한 이용 기술로 개발하고자 하는 요구가 증가하고 있다.
통상적으로 화력발전소에서 발생되는 석탄재는 습식 바텀애쉬로서 수급면에서는 용이하나, 해수를 이용하여 냉각, 배출하므로 염분 및 함수율이 높으며, 미연소탄분이 25%에 육박하는 등 재활용에 걸림돌이 되는 요소가 다수 존재한다.
반면, 공냉식을 적용하여 부산되는 건식 바텀애쉬는 염분 및 수분이 매우 적으며, 미연소탄분도 1%이하로 감소하여 재활용 자원으로서의 활용가치가 높다.
또한 건식 바텀애쉬는 고온 멸균과정을 거치므로, 내부에 기생하는 미생물에 의한 오염이 없어 성토재 소재로 사용하기에 적합하다.
특히 중간 석탄재 또한 성토재의 소재로 사용하기에 적합한 물성을 가지고 있다.
여기서 석탄바닥재의 주성분은 규소, 알루미늄, 철의 산화물로서,건식 석탄재중량을 기준으로 약 85%의 비중을 차지하고 있으며, 비료성분인 카리, 칼슘, 마그네슘의 산화물이 약 10중량부로서 성토재으로 사용할 경우 우수한 무기질 공급원이 될 수 있다.
일반적 성토재, 토양소재는 크게 무기광물질 소재등이 사용된다.
이러한 상기 무기광물질 소재들은 주성분이 규소, 알루미늄, 철분이며 비료성분으로서 미량의 칼륨, 칼슘, 마그네슘이 존재하고 이러한 성분들은 석탄바닥재에 충분히 포함된 성분이다.
특히 석탄재를 재활용하지 않는 경우 무기소재들은 대부분 외국에서 수입되므로 인공토양의 제조가격이 높아지며, 수입된 무기소재들에 포함되는 칼슘, 마그네슘은 석탄바닥재보다도 그 함량이 적다.
이러한 사항들을 감안하여 무기광물질 소재로 성토재로 사용하면, 저렴한 가격으로 발전소 석탄바닥재의 재활용으로 폐기물 발생량을 줄일 수 있다.
그럼에도, 이러한 석탄바닥재를 성토재로 적극적으로 사용하는 사례가 적은 실정이었다.
한국공개특허 제10-2011-0041172호(2011.04.21.) 한국공개특허 제10-2013-0013422호(2013.02.06.) 한국공개특허 제10-2016-0083533호(2016.07.12.)
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서,
본 발명은 종래의 성토재의 원료소재로 재활용했던 석탄바닥재보다 물리, 화학적 특성이 개선된 성토재에 대량 사용하여 제조원가를 낮추어 국내 수요자들에게 널리 공급하며, 발전소의 폐기물을 유용자원으로 활용함으로써 적치량을 감소시켜 환경오염을 예방할 수 있는 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 성토재 제조과정에서 고화성을 충분히 확보하여 기존에 바로 사용하는 석탄재 등의 운반 및 포설과정에서 비산먼지가 발생하는 것과는 달리 비산먼지의 발생을 억제할 수 있도록 하며, 따라서 시공참여자의 보건 및 안전, 주변 분진에 따른 민원 발생으로 인한 공기지연의 유발을 방지할 수 있는 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 페로니켈 생산과정에서 부산되는 페로니켈슬래그를 사용하여 토양의 개질을 유도할 수 있는 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 원료물질의 균일한 혼합과 고화가 가능하도록 제철부산물을 적절하게 조절할 수 있는 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 산성 폐석고를 사용하여 석탄바닥재의 pH특성을 개선하여 용출을 방지할 수 있는 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 석탄바닥재를 이용한 성토재 및 그 제조방법은,
석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각을 기계화학적 설비를 이용하여 분쇄 및 혼합하는 제1단계;
CaO를 혼합기에서 혼합하는 제2단계;
상기 기계화학적 설비 내의 혼합물을 상기 혼합기로 투입하여 혼합하는 제3단계;를 포함하되,
상기 제3단계에서 제강슬래그 및 폐석고를 투입하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 기계화학적 설비는 상부에 투입구를 구비하고 하부에 배출구를 구비하는 제1본체; 상기 제1본체의 내측 상부에 서로 맞닿아 회전하여 혼합물을 분쇄하는 한 쌍의 1차 분쇄롤러; 상기 제1본체의 내측 중간에 서로 맞닿아 회전하되 외경에 방사상으로 분쇄돌기를 마련하여 혼합물을 2차 분쇄하는 한 쌍의 2차 분쇄롤러; 상기 제1본체의 내측 하부에 형성하여 분쇄물을 입도별로 선별하는 메쉬망; 상기 배출구와 연결하여 상기 메쉬망을 통과하는 분쇄물을 저장하는 저장탱크; 상기 제1본체의 일측에 연결하여 상기 메쉬망을 통과하지 못하는 분쇄물을 공급받는 제2본체; 상기 제2본체의 내측에 삽입하여 분쇄물과 충돌하여 분쇄하는 다수개의 분쇄볼; 상기 분쇄볼을 통과하는 분쇄물을 배출하는 배출공; 상기 제2본체의 일측에 연결하여 상기 배출공을 통과하는 분쇄물을 공급받는 제3본체; 상기 제3본체의 내측면과 맞닿아 회전하면서 분쇄물을 분쇄하는 분쇄롤러; 상기 분쇄롤러를 회전시키는 구동부; 상기 제3본체의 하부에 형성하여 상기 분쇄롤러를 통과하는 분쇄물을 배출하는 배출구; 상기 제1본체와 제3본체의 외측에 각각 형성하는 탄성체; 상기 탄성체의 외측에 결합하는 지지구; 상기 지지구의 하부를 지지하여 상하로 이동시키는 진동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 메쉬망의 일측은 상기 제1본체의 내부 일측에 형성하는 회동축을 중심으로 상하방향으로 회전하고, 타측은 상기 제1본체의 내부 타측에 형성하는 스프링과 연결하는 것을 특징으로 한다.
특히 상기 제3본체의 내측면에는 분쇄판을 형성하여 상기 분쇄롤러와 맞닿을 수 있도록 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 진동유닛은 상부와 하부에 상기 지지구의 하부를 지지하기 위한 지지롤러를 각각 형성하는 것을 특징으로 한다.
한편, 석탄바닥재를 이용한 성토재는 석탄바닥재 30 내지 50중량부, 페로니켈슬래그 20 내지 25중량부, 패각 1 내지 3중량부, CaO 7 내지 13중량부, 제강슬래그 0.1 내지 3중량부, 폐석고 5 내지 10중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 페로니켈슬래그는 페로니켈생산공정에서 발생하는 페로니켈슬래그를 이용하는 것을 특징으로 한다.
아울러 상기 석탄바닥재의 고화를 위해 pH를 조절하기 위하여 산성 폐석고를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 CaO에 다공성의 제오라이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 물리적 및 화학적 특성이 개선된 석탄바닥재 성토재를 제조함으로써 운반 및 포설작업시 비산분진을 억제할 수 있고 대량 사용하여 성토재 제조원가를 낮추어 식재용 상토로서 국내 수요자들에게 널리 공급하며, 발전소의 폐기물을 유용자원으로 활용함으로써 적치량을 감소시켜 환경오염을 예방하도록 하는 작용효과를 갖는다.
또한, 본 발명에서는 석탄바닥재를 대량 사용함으로써 통상적으로 사용하였던 고가의 무기광석 등을 대체할 수 있으며, 따라서 배합원료비를 감소시킬 수 있고, 성토재로 유용하게 대량 사용할 수 있도록 하는 작용효과를 갖는다.
특히 제철소의 부산물을 이용함으로써, 가용성 규산 및 석회성분이 다량 함유되며 고토 성분도 충분하여 그 자체로 비료 효과를 얻을 수 있도록 하는 작용효과를 갖는다.
그리고 패각은 천연의 탄산석회로서, 이를 사용함으로써 토양을 중화시키고 식물의 뿌리발육을 도우며, 펙틴과 결합하여 세포막을 강하게 하여 내병성을 증진시키고, 고온 소성 처리하여 제조하므로 미생물 오염의 위험성도 감소시키며, 빗물이 지표로 낙하시 혼입된 중금속을 여과하여 빗물을 정화할 수 있는 작용효과를 갖는다.
도 1은 본 발명 석탄바닥재를 이용한 성토재 제조방법의 실시예를 나타내기 위한 공정도.
도 2는 본 발명에서 기계화학적 설비의 구조를 나타내기 위한 단면도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예와 첨부되는 도면을 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서의 석탄바닥재는 발전소 연소로 바닥재(바텀애쉬, bottom ash) 것을 사용하거나, 바텀애쉬와 플라이애쉬 중간층에서 발생되는 애쉬(중간 석탄재, 미들애쉬)를 사용한다. 즉, 바텀애쉬와 미들애쉬(middle ash)가 모두 대상이 된다.
여기서 습식 바텀애쉬는 해수 냉각 운반과정에 의해 염분함량이 높아져 재활용하려면 담수 세척 및 폐수처리 등을 해야하며, pH도 9~11로 높아서 인공토양으로 사용하기 위하여 산성성분이 있는 산성중화석고를 사용하는 등의 pH강하제를 필수적으로 추가해야만 한다.
다만, 미들애쉬의 경우 상한을 별도로 5.0mm로 제한할 필요는 없다.
본 발명에서 석탄바닥재를 활용한 성토재를 제조하기 위하여 사용하는 원료소재들은 무기질 광물질로는 제철소의 페로니켈슬래그와 패각을 일부 첨가 혼합하고, 고화 보충제로는 CaO함유 부산물을 사용하며, 제강슬래그, pH조절용으로 산성폐석고를 소량 첨가하여 배합한 성토재를 제조한다.
이때 패각은 굴패각이나 꼬막패각을 고온 소성하여 파쇄한 것으로 분진 방지 및 투입 용이성을 고려하여 2 ~ 5mm 입상 제품을 소량 첨가 사용하며, 패각에 포함된 석회분은 토양을 중화시키고 식물의 뿌리발육을 돕고 펙틴과 결합하여 세포막을 강하게하여 내병성을 증진시키며 미생물 오염의 위험성도 감소시킨다. 상기 패각의 입도의 임계적 의의는 무기물질의 입도의 임계적 의의와 동일하다.
폐석고는 (주)남해화학의 인산비료 생성과정에서 발생하는 것으로 물성이 산성을 나타내며 ph=3~5 까지 나타내는 경우가 많다. 따라서 pH조절제와 고화능향상을 위해 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 성토재의 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 석탄바닥재: 패각을 중량부를 기준으로 45:12:3로 혼합기에 투입 혼합하였다.
여기서 석탄바닥재는 화력발전소에서 연소로 바닥으로 배출되는 것 중에서 분쇄 선별공정을 거쳐 평균입도 0.15 내지 5.0mm인 것으로 투입하거나, 바텀애쉬와플라이애쉬 중간층에서 발생되는 애쉬분(중간 석탄재)중 평균 입도 0.15mm이상의 애쉬를 사용하였다.
이때 석탄바닥재의 pH는 10이하, EC는 0.1이하 이며, 무기질 조성은 아래 표 1과 같다.
Figure 112018040870024-pat00001
또한, 성토재로 무기질광물질소재인 CaO 함유부산물, 페로니켈슬래그 등 3종의 무기질 주성분Si, Al, Fe 함량은 석탄바닥재와 유사점이 많으며 상기 3종의 무기질소재는 석탄바닥재로 대부분 대체할 수 있고, 패각은 비료성분의 석회분을 보충할 수 있으며, 이에 대한 화학성분은 아래 표 2와 같다.
Figure 112018040870024-pat00002
특히 석탄바닥재의 중금속 안정성은 널리 사용되고 있는 펄라이트 보다 우수하였으며, 이에 대한 토양 오염 공정시험결과(단위 mg/kg)는 아래 표 3과 같다.
Figure 112018040870024-pat00003
또한, 석탄바닥재 입도는 5mm이하의 평균 입도를 갖는 건식 석탄재를 추가 분쇄하여 측정하였으며, 구간별 입도분포는 차이는 그리 크지 않았으며, 이에 대한 입도분포는 아래 표 4와 같다.
Figure 112018040870024-pat00004
최종적으로 성토재 제조를 위하여 무기질 토양과 유기질토양에 함께 혼합시 폐석고를 첨가한 후 전체를 혼합하여 석탄바닥재를 활용한 성토재를 제조하였으며, 이에 대한 기건 용적밀도와 포화 용적밀도 및 포화 함수율은 아래 표 5와 같다.
Figure 112018040870024-pat00005
이하에서는 본 발명 석탄바닥재를 활용한 성토재 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 석탄바닥재를 이용한 성토재 제조방법의 실시예를 나타내기 위한 공정도를 도시하였다.
본 발명 석탄바닥재를 활용한 성토재 제조방법은,
석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각을 기계화학적 설비를 이용하여 분쇄 및 혼합하는 제1단계;
CaO를 혼합기에서 혼합하는 제2단계;
상기 기계화학적 설비 내의 혼합물을 상기 혼합기로 투입하여 혼합하는 제3단계;를 포함하되,
상기 제3단계에서 제강슬래그 및 폐석고를 투입하는 것을 특징으로 한다.
특히 상기 제1단계는 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각을 기계화학적 설비를 이용하여 분쇄 및 혼합하여 표면적이 증가하여 에너지 활성화를 향상시킬 수 있다.
이때 상기 석탄바닥재는 화력발전소에서 연소로 바닥으로 배출되는 것 중에서 분쇄 선별공정을 거쳐 2 내지 5mm의 입도를 갖는 것을 사용하였다.
또한, 상기 패각분말은 150℃ 이상에서 30분 내지 1시간 동안 건조하고 200입도 이하로 분쇄하여 비표면적 500 내지 1000㎠/g으로 활성화하여 다른 성분들과 혼합효율 및 작업공정의 효율성을 확보할 수 있다.
아울러 상기 기계화학적 설비의 내부에 석탄바닥재의 산성도를 조절하기 위하여 질소 또는 인산을 더 첨가할 수 있다.
또한, 상기 기계화학적 설비(100)는 도 2에 도시한 바와 같이 상부에 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각을 투입하기 위한 투입구(111)를 구비하고 하부에 배출구(112)를 구비하는 제1본체(110); 상기 제1본체(110)의 내측 상부에 서로 맞닿아 회전하여 혼합물을 분쇄하는 한 쌍의 1차 분쇄롤러(113); 상기 제1본체(110)의 내측 중간에 서로 맞닿아 회전하되 외경에 방사상으로 분쇄돌기를 마련하여 혼합물을 2차 분쇄하는 한 쌍의 2차 분쇄롤러(114); 상기 제1본체(110)의 내측 하부에 형성하여 분쇄물을 입도별로 선별하는 메쉬망(115); 상기 배출구(112)와 연결하여 상기 메쉬망(115)을 통과하는 분쇄물을 저장하는 저장탱크(118); 상기 제1본체(110)의 일측에 연결하여 상기 메쉬망(115)을 통과하지 못하는 분쇄물을 공급받는 제2본체(120); 상기 제2본체(120)의 내측에 삽입하여 분쇄물과 충돌하여 분쇄하는 다수개의 분쇄볼(121); 상기 분쇄볼(121)을 통과하는 분쇄물을 배출하는 배출공(122); 상기 제2본체(120)의 일측에 연결하여 상기 배출공(122)을 통과하는 분쇄물을 공급받는 제3본체(130); 상기 제3본체(130)의 내측면과 맞닿아 회전하면서 분쇄물을 분쇄하는 분쇄롤러(131); 상기 분쇄롤러(131)를 회전시키는 구동부(132); 상기 제3본체(130)의 하부에 형성하여 상기 분쇄롤러(131)를 통과하는 분쇄물을 배출하는 배출구(133); 상기 제1본체(110)와 제3본체(130)의 외측에 각각 형성하는 탄성체(141); 상기 탄성체(141)의 외측에 결합하는 지지구(140); 상기 지지구(140)의 하부를 지지하여 상하로 이동시키는 진동유닛(150);을 포함한다.
이때 상기 제1본체(110)는 내부로 투입하는 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각이 상기 1차 분쇄롤러(113)와 2차 분쇄롤러(114)를 순차적으로 통과하면서 분말형태로 분쇄작업을 진행한다.
특히 상기 1차 분쇄롤러(113)는 외경이 매끄러운 형태로 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각을 분쇄하고, 상기 2차 분쇄롤러(114)는 외경에 방사상으로 분쇄돌기를 마련하여 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각의 분쇄효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 메쉬망(115)은 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각을 입도별로 선별하기 위한 수단으로, 상기 메쉬망(115)을 통과하는 분쇄물은 상기 저장탱크(118)로 공급하고, 입도가 커서 통과하지 못한 분쇄물은 상기 제2본체(120)의 내측으로 공급할 수 있다.
여기서 상기 메쉬망(115)의 일측은 상기 제1본체(110)의 내부 일측에 형성하는 회동축(116)을 중심으로 상하방향으로 회전하고, 타측은 상기 제1본체(110)의 내부 타측에 형성하는 스프링(117)과 연결하여 상기 메쉬망(115)이 상하로 흔들리면서 분쇄물을 입도별로 원활하게 선별할 수 있다.
한편, 상기 제2본체(120)의 내측으로 공급하는 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각이 다수개의 상기 분쇄볼(121)과 충돌하면서 분쇄된다.
이때 상기 분쇄볼(121)의 지름은 분쇄효율에 따라서 다양한 지름을 갖도록 형성할 수 있다.
이렇게 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각의 분쇄물은 상기 배출공(122)을 통과하여 상기 제3본체(130)의 내측으로 공급한다.
특히 상기 제3본체(130)의 내측으로 공급하는 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각의 분쇄물은 회전하는 상기 분쇄롤러(131)의 외경과 상기 제3본체(130)의 내측면의 사이를 통과하면서 미세하게 분쇄됨과 동시에 표면적이 증가하여 에너지 활성화가 이루어진다.
이때 상기 제3본체(130)의 내측면에는 분쇄판(134)을 형성하여 상기 분쇄롤러(131)와 맞닿을 수 있도록 구비할 수 있다.
아울러 상기 진동유닛(150)은 상기 제1본체(110)와 제3본체(130)의 외측에 각각 형성하는 탄성체(141) 및 지지구(140)를 상하로 이동시켜 진동을 유발함으로써 분쇄효율을 향상시킬 수 있다.
이때 상기 탄성체(141)는 스프링 등을 사용하여 상기 진동유닛(150)의 작동으로 상하 및 좌우로 흔들릴 수 있도록 유도한다.
여기서 상기 진동유닛(150)은 상부와 하부에 상기 지지구(140)의 하부를 지지하기 위한 지지롤러(151,152)를 각각 형성하여 상기 캠(150)을 회전시켜 상기 지지롤러(151,152)의 위치에 따라서 상기 지지구(140)를 상하로 이동시킬 수 있다.
이때 상기 지지롤러(151,152)는 서로 지름을 다르게 형성하여 상기 캠(150)의 회전작동에 따라서 상기 지지구(140)를 상하로 이동시키는 위치를 다르게 설정할 수 있다.
이렇게 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각의 분쇄물은 표면적을 증가시켜 화학 반응 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 제2단계 및 제3단계는 보수력을 향상시켜 상기 제1단계에서 분쇄되는 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각의 수분을 흡수하여 체적팽창을 하게 되며 지속적으로 수분을 유지하고 성토재로 활용하는 과정에서 별도의 관수가 필요없이 건조피해를 최소화할 수 있다.
여기서 상기 CaO는 고화 보충제로써 자연 보습기능을 함유하는 다공성의 제오라이트를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제3단계에서 제강슬래그 및 폐석고를 투입하여 고화능 향상시키고, 물과 혼합할 경우 수화반응을 일으키면서 수축 팽창을 적절하게 조절하여 성토재의 균열을 최소화할 수 있다.
그리고 본 발명 석탄바닥재를 이용한 성토재는,
석탄바닥재 30 내지 50중량부, 페로니켈슬래그 20 내지 25중량부, 패각 1 내지 3중량부, CaO 7 내지 13중량부, 제강슬래그 0.1 내지 3중량부, 폐석고 5 내지 10중량부로 이루어진다.
본 발명에서 석탄바닥재는 발전소의 연소로에서 발생하는 바닥재 및 애쉬를 사용한다.
여기서 상기 석탄바닥재는 해수를 통해서 냉각이 이루어지므로 염분함량을 저하시켜 재활용할 수 있도록 질소 또는 인산을 사용한다.
이때 석탄바닥재의 산성도(pH)는 통상 8 내지 15이므로 질소 또는 인산을 첨가하여 산성도를 5 이하로 조절함이 바람직하다.
특히 상기 석탄바닥재는 2 내지 5mm의 입도를 갖도록 형성함이 바람직한데, 이는 2mm 미만일 경우 통기성이 저하되고, 반대로 5mm 초과할 경우 다른 조성물질과 혼합율이 떨어지는 한계를 갖는다.
아울러 상기 석탄바닥재는 30 내지 50중량부를 사용함이 바람직하다.
이러한 이유는 상기 석탄바닥재가 30중량부 미만일 경우에는 분쇄작업에 따른 비용이 상승하고, 반대로 상기 석탄바닥재가 50중량부를 초과하면 다른 성분과의 상호 교반이 원활하지 않을 뿐만 아니라 제품의 균질도가 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명에서 상기 페로니켈슬래그는 100℃ 내지 150℃ 범위에서 10분 내지 30분 동안 건조하여 페로니켈슬래그에 남아있는 수분을 제거한다.
특히 상기 페로니켈슬래그는 20 내지 25중량부를 사용함이 바람직하다.
이때 상기 페로니켈슬래그가 20중량부 미만일 경우에는 페로니켈슬래그 내에 존재하는 활성 미네랄 성분의 화학적 성질이 저하되고, 반대로 페로니켈슬래그가 20중량부 초과할 경우 페로니켈슬래그 및 패각, 제강슬래그와 반응하지 못한 잉여량이 존재하여 오히려 강도가 저하되는 한계를 갖는다.
본 발명에서 상기 패각분말은 고온 소성하여 파쇄한 것으로 분진 방지 및 투입 용이성을 고려하여 소량 첨가 사용하며, 패각에 포함된 석회분은 토양을 중화시키는 역할을 수행한다.
이때 상기 패각은 150℃ 이상에서 30분 내지 1시간 동안 건조하고 200입도 이하로 분쇄하여 비표면적 500 내지 1000㎠/g으로 활성화하는 과정을 선행한다.
여기서 상기 패각은 1 내지 3중량부를 사용함이 바람직하다.
특히 상기 패각이 1중량부 미만일 경우에는 투입량에 비해 원료물질 혼합시 작업성이 불량하며, 반대로 상기 패각이 3중량부 초과할 경우 초과하는 양에 비례하여 결속력이 증가하지 않는 한계를 갖는다.
본 발명에서 CaO은 고화 보충제로 사용한다.
특히 상기 CaO이 7중량부 미만일 경우에는 고화효율이 미비하여 보충제의 역할을 수행할 수 없고, 반대로 상기 CaO이 13중량부 초과할 경우 입자표면의 유효 단면적이 감소하는 한계를 갖는다.
본 발명에서 상기 제강슬래그 및 폐석고는 고화능 향상을 위해 사용한다.
여기서 상기 제강슬래그 0.1중량부, 폐석고 5중량부 미만일 경우에는 분쇄작업에 따른 비용이 상승하고, 운반 및 혼합시 비산문제가 발생하는 한계를 갖게 되고, 반대로 상기 제강슬래그 3중량부, 폐석고 10중량부 초과할 경우 고화능이 과대하여 표면 강도가 약해져 제품화 과정에서 쉽게 부서지는 한계를 갖는다.
이처럼 상기와 같이 본 발명의 실시한 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시한 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 포함되는 것은 당연하다.
100: 기계화학적 설비
110: 제1본체 111: 투입구
112: 배출구 113: 1차 분쇄롤러
114: 2차 분쇄롤러 115: 메쉬망
116: 회동축 117: 스프링
118: 저장탱크
120: 제2본체 121: 분쇄볼
122: 배출공
130: 제3본체 131: 분쇄롤러
132: 구동부 133: 배출구
134: 분쇄판
140: 지지구 141: 탄성체
150: 진동유닛 151, 152: 지지롤러

Claims (9)

  1. 석탄바닥재, 페로니켈슬래그, 패각을 기계화학적 설비를 이용하여 분쇄 및 혼합하는 제1단계;
    CaO를 혼합기에서 혼합하는 제2단계;
    상기 기계화학적 설비 내의 혼합물을 상기 혼합기로 투입하여 혼합하는 제3단계;를 포함하되,
    상기 제3단계에서 제강슬래그 및 폐석고를 투입하며,
    상기 기계화학적 설비는 상부에 투입구를 구비하고 하부에 배출구를 구비하는 제1본체; 상기 제1본체의 내측 상부에 서로 맞닿아 회전하여 혼합물을 분쇄하는 한 쌍의 1차 분쇄롤러; 상기 제1본체의 내측 중간에 서로 맞닿아 회전하되 외경에 방사상으로 분쇄돌기를 마련하여 혼합물을 2차 분쇄하는 한 쌍의 2차 분쇄롤러; 상기 제1본체의 내측 하부에 형성하여 분쇄물을 입도별로 선별하는 메쉬망; 상기 배출구와 연결하여 상기 메쉬망을 통과하는 분쇄물을 저장하는 저장탱크; 상기 제1본체의 일측에 연결하여 상기 메쉬망을 통과하지 못하는 분쇄물을 공급받는 제2본체; 상기 제2본체의 내측에 삽입하여 분쇄물과 충돌하여 분쇄하는 다수개의 분쇄볼; 상기 분쇄볼을 통과하는 분쇄물을 배출하는 배출공; 상기 제2본체의 일측에 연결하여 상기 배출공을 통과하는 분쇄물을 공급받는 제3본체; 상기 제3본체의 내측면과 맞닿아 회전하면서 분쇄물을 분쇄하는 분쇄롤러; 상기 분쇄롤러를 회전시키는 구동부; 상기 제3본체의 하부에 형성하여 상기 분쇄롤러를 통과하는 분쇄물을 배출하는 배출구; 상기 제1본체와 제3본체의 외측에 각각 형성하는 탄성체; 상기 탄성체의 외측에 결합하는 지지구; 상기 지지구의 하부를 지지하여 상하로 이동시키는 진동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄바닥재를 이용한 성토재 제조방법.
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  3. 청구항 1에 있어서, 상기 메쉬망의 일측은 상기 제1본체의 내부 일측에 형성하는 회동축을 중심으로 상하방향으로 회전하고, 타측은 상기 제1본체의 내부 타측에 형성하는 스프링과 연결하는 것을 특징으로 하는 석탄바닥재를 이용한 성토재 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제3본체의 내측면에는 분쇄판을 형성하여 상기 분쇄롤러와 맞닿을 수 있도록 구비하는 것을 특징으로 하는 석탄바닥재를 이용한 성토재 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 진동유닛은 상부와 하부에 상기 지지구의 하부를 지지하기 위한 지지롤러를 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 석탄바닥재를 이용한 성토재 제조방법.
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