KR102090748B1 - Preparing method for porous lightweight composition - Google Patents

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강일모
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노기민
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Abstract

The present invention provides a method for producing a porous lightweight composition, the method comprising: a first step of preparing a first, second or third mixture; a second step of selecting any of the first to third mixtures and curing the mixture to produce a cured body; a third step of firing the cured body to produce a fired body; and a fourth step of slowly cooling and recovering the fired body.

Description

다공성 경량 조성물 제조방법{Preparing method for porous lightweight composition}Preparation method for porous lightweight composition {Preparing method for porous lightweight composition}

본 발명은 다공성 경량 조성물 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화력발전소 산업부산물을 활용한 다공성 경량 조성물 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a porous lightweight composition, and more particularly, to a method for manufacturing a porous lightweight composition utilizing industrial by-products of a thermal power plant.

화력발전소 산업부산물은 주로 시멘트 및 콘크리트의 혼화제로 사용되고 있으나, 발전회를 비롯하여 다양한 종류의 산업부산물은 용도에 따라 구체적인 활용방안이 개발되지 못하고 있다. Industrial by-products of thermal power plants are mainly used as admixtures of cement and concrete, but various types of industrial by-products, including power generation meetings, have not been developed for specific uses.

플라이애쉬(Fly ash)는 화력 발전소에서 미분탄이 순간적으로 연소하고 비산하여 집진기에 포집되는 재이며, 화력발전 시 원탄에서 약 30 % 정도 발생한다. Fly ash is an ash that is burned and scattered by burning and scattering pulverized coal in a thermal power plant instantaneously, and generates about 30% of raw coal in thermal power generation.

플라이애쉬는 미연소탄소가 고 함량으로 포함되어 있기 때문에 혼화제로 사용하는 경우 시멘트 및 콘크리트의 강도가 저하되어 활용이 제한적이다. 플라이애쉬는 환경적인 문제를 발생시키는 산업폐기물이나, 마땅한 활용방법을 찾는데 어려움을 있으며, 최근에서야 플라이애쉬를 재활용하는 방안이 활발하게 연구되고 있다. Since fly ash contains high amounts of unburned carbon, its use is limited due to the reduced strength of cement and concrete when used as an admixture. Fly ash is an industrial waste that causes environmental problems, but it is difficult to find a suitable use method. Recently, a method of recycling fly ash has been actively studied.

현재 플라이애쉬 재활용율은 약 70 % 정도이며, 대부분 콘크리트 및 시멘트 원료로 사용되고 있으며, 이외 활용처로는 경량골재, 단열재, 조형물 등 건축자재에 일부 혼합하여 사용된다. At present, the recycling rate of fly ash is about 70%, and most of it is used as a raw material for concrete and cement, and other applications include a mixture of lightweight construction materials, insulation materials, and structural materials.

대한민국 특허 제1946888호 인조 현무암 제조용 조성물 및 이를 이용한 인조 현무암 조형물 제조 방법에서는 플라이애쉬를 이용하여 현무암을 모사한 인조 현무암 조형물을 제조하거나(특허문헌 1), 대한민국 특허 제0928418호 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조방법에서는 플라이애쉬를 이용하여 불연단열재를 제조하는 방법을 개시한다(특허문헌 2). In the Republic of Korea Patent No. 1946888, the composition for the production of artificial basalt and the method for manufacturing the artificial basalt sculpture using the same, use the fly ash to manufacture an artificial basalt sculpture that simulates basalt (Patent Document 1), or the Korean Patent No. 0928418, a non-flammable insulating material using fly ash In the manufacturing method, a method of manufacturing a non-combustible insulating material using fly ash is disclosed (Patent Document 2).

종래기술의 특징은 대부분 건축용 자재를 제조하는 방법이며, 산업폐기물인 플라이애쉬가 높은 pH를 나타내고, 다이옥신과 같은 환경 호르몬이 배출되는 문제가 있으므로 건축 자재로 사용하는 경우 안전에 우려가 있으나 이를 전혀 개선하지 못한다. Most of the features of the prior art are methods for manufacturing building materials, and fly ash, an industrial waste, has a high pH, and there is a problem that environmental hormones such as dioxins are released, so there is a concern for safety when used as building materials, but this is not improved at all. can not do.

한편 다공성 물질은 중금속 흡착제 등 오염성 물질을 제거하기 위하여 다양한 재료를 사용하고 있으나, 플라이애쉬를 이용한 다공성 물질의 제조 시 유해성을 감소시키고 경량으로 제조되어 활용성을 증가시킨 다공체의 제조방법은 개시된 바가 전혀 없다. On the other hand, the porous material uses a variety of materials to remove contaminants such as heavy metal adsorbents.However, a method of manufacturing a porous body that reduces harmfulness and manufactures lighter weight and increases usability when manufacturing a porous material using fly ash has not been disclosed. none.

따라서, 화력발전소 산업부산물의 유해성을 제거하여 활용성을 증가시키고, 특히 플라이애쉬의 용도를 확장하여 산업폐기물의 처리를 촉진하기 위한 새로운 다공성 경량 조성물의 제조방법의 개발이 시급한 실정이다. Accordingly, there is an urgent need to develop a method of manufacturing a new porous lightweight composition for promoting the treatment of industrial waste by increasing the utilization of fly ash by removing the harmfulness of industrial by-products, and in particular, by expanding the use of fly ash.

대한민국 특허 제1946888호(2019.02.11. 공고)Republic of Korea Patent No. 1946888 (2019.02.11. 대한민국 특허 제0928418호(2009.11.25. 공고)Republic of Korea Patent No. 0928418 (Announcement on November 25, 2009)

따라서, 본 발명은 활용 범위가 크지 않은 산업폐기물인 화력발전소 산업부산물 및 점토를 활용하여 안전성 및 경량성이 증가한 다공성 경량 조성물 제조방법을 제공하는데 있다. Accordingly, the present invention is to provide a method for manufacturing a porous lightweight composition with increased safety and lightness by utilizing industrial by-products and clays of thermal power plant, which is an industrial waste that has a small utilization range.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem (s) mentioned above, and another problem (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은In order to solve the above problems, the present invention

제1배합물 내지 제3배합물을 준비하는 단계(제1단계);Preparing a first mixture to a third mixture (first step);

상기 제1배합물 내지 제3배합물 중 어느 하나의 배합물을 선택하고 양생하여 양생체를 제조하는 단계(제2단계);Selecting a combination of any of the first to third mixtures and curing them to prepare a curing body (second step);

상기 양생체를 소성하여 소성체를 제조하는 단계(제3단계); 및Calcining the curing body to produce a calcined body (third step); And

상기 소성체를 서냉하여 회수하는 단계(제4단계);를 포함하는 다공성 경량 조성물 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a porous lightweight composition comprising a; (step 4) recovering by slowly cooling the fired body.

또한, 상기 제1배합물은 점토 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 20 중량부 및 물 0.1 내지 30 중량부를 혼합할 수 있다. In addition, the first mixture may be mixed with 0.1 to 70 parts by weight of clay, 0.1 to 20 parts by weight of water glass and 0.1 to 30 parts by weight of water.

또한, 상기 제2배합물은 화력발전소 산업부산물 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 30중량부 및 물 0.1내지 30 중량부를 혼합할 수 있다. In addition, the second mixture may mix 0.1 to 70 parts by weight of industrial by-products of a thermal power plant, 0.1 to 30 parts by weight of water glass, and 0.1 to 30 parts by weight of water.

또한, 상기 제3배합물은 화력발전소 산업부산물 0.1 내지 70, 점토 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 20 중량부 및 물 0.1 내지 30 중량부를 혼합할 수 있다. In addition, the third mixture may be mixed with 0.1 to 70 parts by weight of industrial by-products of thermal power plant, 0.1 to 70 parts by weight of clay, 0.1 to 20 parts by weight of water glass, and 0.1 to 30 parts by weight of water.

또한, 상기 제2단계에서 상기 양생은 100 내지 300 ℃에서 수행될 수 있다. In addition, the curing in the second step may be performed at 100 to 300 ℃.

또한, 상기 양생은 일정한 모양의 틀에서 수행될 수 있다.In addition, the curing can be performed in a certain shape frame.

또한, 상기 화력발전소 산업부산물은 미소구체를 함유하고 상기 미소구체는 양생을 통하여 휘발성분이 증발되어 1차 공극(Pore)이 형성될 수 있다. In addition, the thermal power plant industrial by-products may contain microspheres, and the primary pores may be formed by evaporation of volatile components through curing.

또한, 상기 휘발성분은 질소 또는 수증기인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the volatile component may be characterized in that the nitrogen or water vapor.

또한, 상기 화력발전소 산업부산물은 상기 미소구체를 0.1 내지 10 wt%로 함유하며, 미소구체 함량에 따라 경량성이 증가될 수 있다. In addition, the thermal power plant industrial by-products contain the microspheres in an amount of 0.1 to 10 wt%, and light weight may be increased according to the microsphere content.

또한, 상기 점토는 납석, 장석, 고령토, 도석, 산성백토, 벤토나이트, 반토혈암, 와목점토, 목절점토, 견운모, 운모, 질석, 활석, 불석, 및 규조토로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.In addition, the clay may be any one or more selected from the group consisting of pyrite, feldspar, kaolin, pottery, acidic clay, bentonite, alumina shale, woody clay, woody clay, sericite, mica, vermiculite, talc, fossil, and diatomaceous earth.

또한, 상기 제3단계에서 상기 소성은 1000 내지 1500 ℃에서 1~2시간 동안 수행되어 소성체를 형성할 수 있다. In addition, in the third step, the firing may be performed at 1000 to 1500 ° C. for 1 to 2 hours to form a fired body.

또한, 상기 소성은 5 내지 10 ℃/min 의 속도로 승온하여 소성온도에 도달할 수 있다. In addition, the firing may be heated at a rate of 5 to 10 ° C / min to reach the firing temperature.

또한, 상기 소성체는 물유리가 발포되어 마이크로 네트워크(Micro network)로 형성되어 2차 공극을 형성할 수 있다. In addition, the fired body may be formed of a micro network by foaming water glass to form secondary pores.

또한, 상기 소성체는 흡수성 또는 투수성을 가질 수 있다. In addition, the fired body may have water absorption or water permeability.

또한, 상기 소성체는 소성을 통하여 장석(Albite)류가 생성되어 함유될 수 있다. 되는 것을 In addition, the calcined body may contain and generate feldspar (Albite) through firing. Being

또한, 상기 소성체는 pH가 7~8의 중성일 수 있다. In addition, the fired body may have a neutral pH of 7 to 8.

또한, 상기 소성체는 환경호르몬이 제거될 수 있다. Also, the environmental hormone may be removed from the fired body.

또한, 상기 제4단계에서 회수된 소성체는 중금속을 포함하는 오염물질, 방사성 오염 물질, 유기물질, 또는 축산폐수의 정화 및 제염에 사용될 수 있다.In addition, the fired body recovered in the fourth step may be used for purification and decontamination of contaminants, radioactive contaminants, organic substances, or livestock wastewater containing heavy metals.

본 발명에 따르면, 활용이 용이하지 않은 화력발전소의 산업부산물을 활용하여 다양한 오염물질을 흡착 및 흡수할 수 있는 다공성 경량 조성물을 제조하여 화력발전소의 산업부산물의 활용성을 크게 증가시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to significantly increase the utilization of industrial by-products of thermal power plants by preparing porous lightweight compositions capable of adsorbing and absorbing various pollutants by utilizing industrial by-products of thermal power plants that are not easy to utilize.

또한, 강알칼리로 활용이 제한적인 물유리를 활용하여 중성이고 공극이 증가된 다공성 경량 조성물을 제조할 수 있다. In addition, it is possible to manufacture a neutral, porous lightweight composition with increased voids by utilizing water glass, which has limited utilization as strong alkali.

또한, 화력발전소 산업부산물인 플라이애쉬를 일정 온도 범위에서 틀에 양생하여 내부의 휘발성분을 급속도로 증발시켜 플라이애쉬 중 미소구체에 균열을 일으켜 내부에 공극을 형성하여 양생체를 제조할 수 있다. In addition, the fly ash, an industrial by-product of the thermal power plant, can be cured in a mold at a certain temperature range to rapidly evaporate the volatile components inside, thereby cracking the microspheres in the fly ash to form voids therein to produce a cured body.

또한, 상기 양생체를 일정 온도 범위에서 소성하여 소성체를 형성하는 경우 내부의 공극을 유지하면서도 경량으로 형성되어 사용성이 증가되고, 다공성 또한 증가되어 오염물질에 대한 흡착력을 크게 증가시킬 수 있다. In addition, in the case of forming the fired body by firing the curing body in a certain temperature range, it is formed to be lightweight while maintaining the voids therein, so that the usability is increased, and the porosity is also increased, which can greatly increase the adsorption capacity for contaminants.

또한, 다량의 오염수를 흡수시킨 후 가열하여 물을 증발시키고 오염물질만 흡착시킬 수 있어서, 중금속 오염수뿐만 아니라 방사능 오염수의 제염이 가능하다. In addition, it is possible to decontaminate not only heavy metal polluted water but also radioactive polluted water by absorbing a large amount of polluted water and heating to evaporate water and adsorb only pollutants.

또한, 화력발전소 산업부산물에 잔류하는 염화탄화수소 및 다이옥신과 같은 환경호르몬이 소성과정 중에 제거되어 다공성 경량 조성물의 안전성을 증가시킬 수 있다. In addition, environmental hormones such as hydrocarbon chloride and dioxins remaining in the by-products of the thermal power plant can be removed during the firing process to increase the safety of the porous lightweight composition.

또한, 물유리의 소성과정에서 생성되는 소성체가 입체적으로 마이크로 네트워크를 형성하고, 이에 따라 공극을 다수 형성하여 다공성을 증가시키기 때문에 피흡착물의 양을 매우 증가시킬 수 있다. In addition, since the sintered body produced in the firing process of the water glass forms a micro network in three dimensions, thereby forming a large number of pores to increase porosity, it is possible to increase the amount of the adsorbed material very much.

또한, 제조된 다공성 경량조성물은 다량의 유기물이 함유된 가축 폐수 또한 효과적으로 정화하여 처리할 수 있다. In addition, the prepared porous lightweight composition can also be effectively purified and treated with livestock wastewater containing a large amount of organic matter.

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-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 제조방법의 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물 제조방법에 의해 제조된 다공성 경량 조성물의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물 제조방법에 있어서 양생체의 소성 전후의 X선 회절 분석 그래프이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 석탄회, 점토 및 물유리 배합물의 소성체의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 석탄회, 점토 및 물유리 배합물 소성체의 레진 및 연마 처리 후 횡단면의 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 미소구체의 양생 및 소성으로 인한 천공(Hollow)을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 물유리, 점토의 양생 및 소성 후 소성체의 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 물유리 및 석탄회의 양생 및 소성 후 소성체의 주사전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 물유리, 점토 및 석탄회의 양생 및 소성 후 소성체의 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 열중량/시차열 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 소성 전과 후의 비교 사진이다.
도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 소성 전과 후의 무게변화를 나타낸 그래프다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 제조방법에 따른 소성체가 오염물질을 흡수하는 과정의 모식도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물 제조방법에 따른 소성체가 잉크를 흡수하기 전과 흡수한 후 및 물을 증발시켜 건조한 후 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 오염수 흡착 후 증발속도와 물의 증발속도를 비교한 그래프이다.
1 is a process flow chart of a method for manufacturing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a porous lightweight composition prepared by a method for preparing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
3 is an X-ray diffraction analysis graph before and after firing of a curing agent in a method for preparing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
4 is a scanning electron microscope photograph of a fired body of a mixture of coal ash, clay and water glass of a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
5 is a scanning electron microscope photograph of a cross-section after resin and abrasive treatment of a calcined ash, clay and water glass blend fired body of a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
6 is a scanning electron microscope photograph showing the perforation (Hollow) due to curing and firing of the microspheres of the porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
7 is a scanning electron microscope photograph of a fired body after curing and firing of water glass and clay in a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
8 is a scanning electron microscope photograph of a fired body after curing and firing of water glass and coal ash in a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
9 is a scanning electron microscope photograph of a fired body after curing and firing of water glass, clay and coal ash in a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the results of thermal weight / differential thermal analysis of a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
11 is a comparative photo before and after firing in the porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the weight change before and after firing in the porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
13 is a schematic diagram of a process in which a fired body absorbs contaminants according to a method of manufacturing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a photograph of a fired body according to a method for preparing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention before and after absorbing ink and after drying by evaporating water.
15 is a graph comparing the evaporation rate and the evaporation rate of water after adsorption of contaminated water in a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

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.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same will be apparent with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited by the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, in the description of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted if it is determined that related well-known technologies may obscure the subject matter of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 제조방법의 공정순서도이다. 1 is a process flow chart of a method for manufacturing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다공성 경량 조성물 제조방법은 제1배합물 내지 제3배합물을 준비하는 단계(제1단계); Referring to Figure 1, the method for preparing a porous lightweight composition according to the present invention comprises the steps of preparing a first mixture to a third mixture (first step);

상기 제1배합물 내지 제3배합물 중 어느 하나의 배합물을 선택하고 양생하여 양생체를 제조하는 단계(제2단계);Selecting a combination of any of the first to third mixtures and curing them to prepare a curing body (second step);

상기 양생체를 소성하여 소성체를 제조하는 단계(제3단계); 및Calcining the curing body to produce a calcined body (third step); And

상기 소성체를 서냉하여 회수하는 단계(제4단계);를 포함한다. And slowly recovering the calcined body (fourth step).

우선 제1배합물 내지 제3배합물을 준비한다(S100). First, the first to third mixtures are prepared (S100).

상기 제1배합물 내지 제3배합물은 화력발전소 산업부산물 또는 점토 함유 여부에 따라 배합성분이 상이하다.The first to third mixtures have different formulation components depending on whether they contain industrial by-products or clay of thermal power plants.

우선 상기 제1배합물은 점토 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 20 중량부 및 물 0.1 내지 30 중량부를 혼합하여 준비할 수 있다.First, the first mixture may be prepared by mixing 0.1 to 70 parts by weight of clay, 0.1 to 20 parts by weight of water glass, and 0.1 to 30 parts by weight of water.

상기 배합 범위를 벗어나는 경우에는 소성 후 회수되는 다공성 경량 조성물의 흡수성이 낮아지는 문제가 발생될 수 있다. If it is out of the above mixing range, there may be a problem that the absorbency of the porous lightweight composition recovered after firing is lowered.

상기 제2배합물은 화력발전소 산업부산물 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 30중량부 및 물 0.1내지 30 중량부를 혼합하여 준비할 수 있다.The second mixture may be prepared by mixing 0.1 to 70 parts by weight of industrial by-products of a thermal power plant, 0.1 to 30 parts by weight of water glass, and 0.1 to 30 parts by weight of water.

상기 배합 범위를 벗어나는 경우에는 소성 후 회수되는 다공성 경량 조성물의 경량성 및 투수성이 낮아지는 문제가 발생될 수 있다. If it is out of the above mixing range, there may be a problem that the lightness and water permeability of the porous lightweight composition recovered after firing are lowered.

상기 제3배합물은 화력발전소 산업부산물 0.1 내지 70, 점토 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 20 중량부 및 물 0.1 내지 30 중량부를 혼합할 수 있다. The third mixture may be mixed with 0.1 to 70 parts by weight of industrial by-products of thermal power plant, 0.1 to 70 parts by weight of clay, 0.1 to 20 parts by weight of water glass, and 0.1 to 30 parts by weight of water.

상기 배합 범위를 벗어나는 경우에는 소성 후 회수되는 다공성 경량 조성물의 경량성 및 흡수성이 낮아지는 문제가 발생될 수 있으며, 다수의 공극이 형성되지 않아서 오염물질에 대한 흡착능력이 떨어지는 문제가 발생할 우려가 있다. If it is out of the above-mentioned blending range, a problem may arise in that the light weight and the absorbency of the porous lightweight composition recovered after firing are lowered, and there is a concern that the adsorption capacity for contaminants is lowered due to the lack of multiple pores. .

상기 화력발전소 산업부산물은 석탄회, 바닥재 및 플라이애쉬로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. The thermal power plant industrial by-products may be any one or more selected from the group consisting of coal ash, flooring and fly ash.

상기 화력발전소 산업부산물은 플라이애쉬인 것이 바람직하다. The thermal power plant industrial by-product is preferably a fly ash.

상기 화력발전소 산업부산물은 미소구체(Cenosphere)를 포함하며, 상기 미소구체는 조성물의 경량성을 증가시킬 수 있다. The thermal power plant industrial by-products include a microsphere, and the microsphere can increase the light weight of the composition.

상기 미소구체는 석탄 화력 발전소에서 연소 시 발생하는 다양한 입자 중에서 저비중 중공입자이다.The microspheres are low specific gravity hollow particles among various particles generated during combustion in a coal-fired power plant.

상기 미소구체는 내부에 공간이 형성된 중공 형태이기 때문에 미소구체의 함량을 증가시킬수록 다공성 경량 조성물의 경량성을 증가시킬 수 있는 장점을 갖는다.Since the microspheres have a hollow shape in which a space is formed, the microspheres have the advantage of increasing the light weight of the porous lightweight composition as the content of the microspheres increases.

상기 점토는 납석, 장석, 고령토, 도석, 산성백토, 벤토나이트, 반토혈암, 와목점토, 목절점토, 견운모, 운모, 질석, 활석, 불석, 및 규조토로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. The clay may be any one or more selected from the group consisting of pyrite, feldspar, kaolin, pottery, acidic clay, bentonite, alumina shale, yamwood clay, wood cutting clay, sericite, mica, vermiculite, talc, fossil, and diatomaceous earth.

상기 점토를 선택하는 것이 바람직하나, 통상적으로 점토라고 인식되는 자원과 법정 점토 광물로 다공성 물질이면 제한되지 않는다. It is preferable to select the clay, but it is not limited as long as it is a porous material made of resources and statutory clay minerals that are generally recognized as clay.

상기 점토와 물유리는 양생 및 소성을 통하여 소성체를 형성하고, 상기 소성체는 입체적으로 점토와 물유리가 결합된 마이크로 네트워크(Micro network)로 형성될 수 있다. The clay and water glass form a sintered body through curing and firing, and the sintered body may be formed of a micro network in which clay and water glass are combined in three dimensions.

상기 물유리는 규사(SiO2)와 소다회(Na2O)의 혼합물을 가열 용융한 것일 수 있다. The water glass may be a mixture of silica sand (SiO 2 ) and soda ash (Na 2 O) by heating and melting.

상기 물유리는 일정 온도 범위 내에서 소성하는 경우 발포되어 상기 점토 또는 화력발전소 산업부산물의 미소구체 외부와 결합되어 마이크로 네트워크를 형성할 수 있다. When the water glass is fired within a certain temperature range, it can be foamed and combined with the outside of the microspheres of the clay or thermal power plant industrial by-products to form a micro network.

상기 마이크로 네크워크는 다수의 공극을 형성할 수 있다. The micro network can form a number of voids.

상기 양생 및 소성을 통하여 소성체를 제조할 수 있으며, 상기 소성체는 입체적으로 점토와 물유리가 결합된 마이크로 네트워크(Micro network)가 형성될 수 있다. The sintered body can be produced through the curing and firing, and the sintered body may be formed in a micro network in which clay and water glass are combined in three dimensions.

상기 화력발전소 산업부산물 또는 점토에 대한 물유리의 함량이 상기 배합 범위를 벗어나는 경우 물유리가 바인더의 역할을 수행할 수 없다. When the content of water glass for the industrial by-products or clay of the thermal power plant is outside the above-mentioned mixing range, water glass cannot serve as a binder.

상기 제1배합물 내지 제3배합물 중 어느 하나의 배합물을 선택하고 양생하여 양생체를 제조한다(S200). A cured product is prepared by selecting and curing one of the first to third blends (S200).

상기 양생은 100 내지 300 ℃에서 수행될 수 있다. The curing may be performed at 100 to 300 ℃.

상기 양생은 일정한 모양의 틀에서 수행될 수 있다.The curing can be performed in a certain shape frame.

상기 양생은 일정 모양의 틀에서 수행되는 경우 다공성 경량 조성물을 다양한 형태로 제조할 수 있으며, 펠릿이나 원통모양으로 제조하여 흡착제로 활용 시 보관 및 사용 편의성을 증가시킬 수 있다.When the curing is carried out in a certain shape of the mold, the porous lightweight composition can be prepared in various forms, and can be manufactured in pellets or cylindrical shapes to increase storage and ease of use when used as an adsorbent.

상기 화력발전소 산업부산물은 미소구체를 함유하고 상기 미소구체는 양생을 통하여 휘발성분이 증발되어 1차 공극(Pore)이 형성될 수 있다. The thermal power plant industrial by-products may contain microspheres, and the primary micropores may be formed by evaporation of volatile components through curing.

상기 휘발성분은 질소 또는 수증기인 것을 특징으로 할 수 있다. The volatile component may be nitrogen or water vapor.

상기 양생을 통하여 플라이애쉬 중 미소구체 내부의 휘발성분이 급속도로 증발하여 미소구체 표면에 균열이 발생하며, 1차 공극이 형성된다. Through the curing, the volatile components inside the microspheres in the fly ash rapidly evaporate to cause cracks on the microspheres surface, and primary voids are formed.

상기 1차 공극은 오염물질을 흡수 또는 흡착하여 보유할 수 있다. The primary pore may absorb or retain contaminants.

상기 화력발전소 산업부산물은 상기 미소구체를 0.1 내지 10 wt%로 함유하며, 미소구체 함량이 증가함에 따라 경량성이 증가된다. The thermal power plant industrial by-product contains the microspheres in an amount of 0.1 to 10 wt%, and light weight increases as the microsphere content increases.

상기 미소구체의 함량은 통상 화력발전소 산업부산물인 플라이애쉬 중 미소구체의 함량 범위를 나타내는 것이다. The content of the microspheres usually represents a range of the microsphere content in fly ash, a by-product of thermal power plants.

상기 미소구체의 함량이 상기 범위 내인 것이 바람직하나, 석탄 화력 발전소에서 배출되는 플라이애쉬의 경우 미소구체의 함량이 10 wt% 를 초과하기 어려우며, 10 wt%를 초과하도록 분급하는 경우 전체 공정의 효율이 매우 감소되는 문제가 발생될 우려가 있다. It is preferable that the content of the microspheres is within the above range, but in the case of fly ash discharged from a coal-fired power plant, it is difficult for the content of the microspheres to exceed 10 wt%, and when classifying to exceed 10 wt%, the efficiency of the entire process is There is a concern that a very reduced problem may occur.

상기 미소구체의 함량이 상기 범위 내에서 미소구체의 함량이 증가되는 경우 경량성이 증가되고, 상기 범위에 미치지 못하는 경우 다공성을 확보하기 어렵다. When the content of the microspheres is increased within the above range, the light weight is increased, and if it does not reach the range, it is difficult to secure porosity.

상기 양생을 수행하지 않고 이후 소성을 진행하는 경우 소정과정에서 혼합물이 매우 팽창하는 문제가 발생할 수 있다. If the subsequent calcination is performed without performing the curing, a problem in which the mixture is very expanded in a predetermined process may occur.

상기 양생체를 소성하여 소성체를 제조한다(S300).The sintered body is fired to prepare a sintered body (S300).

상기 소성은 1000 내지 1500 ℃에서 1~2시간 동안 수행되어 소성체를 형성할 수 있다. The firing may be performed at 1000 to 1500 ° C. for 1-2 hours to form a fired body.

상기 온도 범위를 벗어나는 경우 점토와 물유리가 결합된 마이크로 네트워크를 형성하기 어려우며, 제조된 다공성 경량 조성물의 pH를 7 내지 8의 중성 범위로 변화시키기 어렵고, 점토 또는 물유리가 함유하는 불순물을 제거하지 못하는 문제가 있다.If it is outside the temperature range, it is difficult to form a micro network in which clay and water glass are combined, and it is difficult to change the pH of the prepared porous lightweight composition to a neutral range of 7 to 8, and it is impossible to remove impurities contained in the clay or water glass. There is.

상기 물유리는 건축자재 성형 시 바인더로 주로 사용되나 강알칼리로 사용이 제한적이므로, 상기 소성을 통하여 pH를 7 내지 8의 중성에 가깝게 변화시켜 안전성 및 사용성을 증가시킬 수 있다. The water glass is mainly used as a binder in molding construction materials, but since its use is limited to strong alkalis, it is possible to increase the safety and usability by changing the pH close to neutral of 7 to 8 through the firing.

상기 1차 공극이 형성된 이후에 소성을 통하여 물유리가 발포되며, 점토 또는 미소구체와 입체적으로 연결된다. After the primary pores are formed, water glass is foamed through firing, and three-dimensionally connected to clay or microspheres.

상기 소성체는 물유리가 발포되어 마이크로 네트워크(Micro network)로 형성되어 2차 공극을 형성할 수 있다. The fired body may be formed of a micro network by foaming water glass to form secondary pores.

상기 물유리와 점토 또는 미소구체가 입체적으로 결합되어 마이크로 네트워크를 형성하면 다수의 2차 공극이 형성된다. When the water glass and the clay or microspheres are three-dimensionally combined to form a micro network, a number of secondary pores are formed.

상기 1차 공극과 2차 공극을 통하여 오염물질을 흡수 또는 흡착할 수 있으며, 중금속 및 방사성 원소를 함유하는 오염수와 같은 액체뿐만 아니라 미세입자를 포함하는 기체에서 미세입자를 포집하여 보유할 수 있다. Contaminants can be absorbed or adsorbed through the primary pores and secondary pores, and microparticles can be collected and retained in a gas containing microparticles as well as liquids such as contaminated water containing heavy metals and radioactive elements. .

상기 소성은 5 내지 10 ℃/min 의 속도로 승온하여 소성온도에 도달할 수 있다. The firing may be heated at a rate of 5 to 10 ° C / min to reach the firing temperature.

상기 속도 범위를 벗어나는 경우 물유리가 제대로 발포되지 않아서 마이크로 네트워크를 형성하지 못하는 문제가 있으며, 과도한 에너지가 소모되는 문제가 발생할 수 있다. If it is outside the above speed range, there is a problem in that water glass is not properly foamed to form a micro network, and excessive energy consumption may occur.

상기 소성체를 서냉하여 회수한다(S400).The sintered body is slowly cooled and recovered (S400).

상기 소성체는 흡수성 또는 투수성을 가질 수 있다. The fired body may have absorbency or water permeability.

상시 소성체가 점토 및 물유리를 포함하는 배합물로 소성되는 경우에는 흡수성을 나타내어 오염수와 같은 오염물질을 흡수할 수 있으며, 플라이애쉬 및 물유리를 포함하는 배합물로 소성되는 경우에는 공극이 증가되어 투수성을 갖는다. When the fired body is always fired with a mixture containing clay and water glass, it can absorb water and absorb contaminants such as contaminated water. When fired with a mixture containing fly ash and water glass, pores are increased to increase water permeability. Have

상기 소성체가 투수성이 증가되는 경우 도로포장재, 콘크리트용 담채 등으로 활용이 가능한 장점을 갖는다. When the permeability of the fired body is increased, it has the advantage that it can be used as a pavement for roads, concrete, etc.

상기 소성체는 소성을 통하여 장석(Albite)류가 생성되어 함유될 수 있다.The calcined body may contain and generate feldspar (Albite) through firing.

상기 소성을 통하여 양생체의 성분이 변화되며, 특히 상기 온도 범위 내에서 소성하는 경우 멀라이트(Mullite)가 결정화되어 장석류가 형성되고 물성이 변화되어 다공성 경량 조성물이 형성될 수 있다. The composition of the curing body is changed through the calcination, and in particular, when calcined within the temperature range, mullite is crystallized to form feldspar and physical properties are changed to form a porous lightweight composition.

상기 소성체는 pH가 7~8의 중성일 수 있다. The calcined body may have a neutral pH of 7 to 8.

상기 온도범위에서 소성은 강알카리인 물유리의 pH를 감소시켜 전체 다공성 경량 조성물의 pH를 매우 안전하게 중성에 가깝게 낮출 수 있다. In the temperature range, the firing can reduce the pH of the strong alkali water glass to lower the pH of the total porous lightweight composition very safely to near neutrality.

상기 소정을 통하여 별도의 중화과정 없이 pH가 낮아지게 되어 매우 효과적이다. It is very effective that the pH is lowered without a separate neutralization process through the predetermined.

상기 소성체는 환경호르몬이 제거될 수 있다. The environmental hormone may be removed from the calcined body.

상기 환경호르몬은 염화탄화수소, 다이옥신 또는 이 들의 혼합물일 수 있다. The environmental hormone may be hydrogen chloride, dioxin, or a mixture thereof.

상기 종류의 환경호르몬은 상기 소성 온도 범위에서 매우 효과적으로 제거되어 다공성 경량 조성물의 사용 편의성 및 사용 안정성을 증가시킬 수 있다. The environmental hormone of this kind can be very effectively removed in the firing temperature range to increase the ease of use and stability of the porous lightweight composition.

상기 소성 과정에서 환경호르몬이 제거되어, 상기 다공성 경량 조성물은 실내에서 오염된 공기의 미세입자를 포집하는 데 효과적으로 사용될 수 있다. In the firing process, environmental hormones are removed, and the porous lightweight composition can be effectively used to trap fine particles of contaminated air in the room.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are only intended to illustrate the present invention and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1. 다공성 경량 조성물 제조Example 1. Preparation of porous lightweight composition

구분division 물유리water glass 점토clay 석탄회Coal ash 물water 실시예Example 0.5 g0.5 g 5 g5 g 10 g10 g 7 g7 g 조성비 (중량부)Composition ratio (parts by weight) 0-200-20 0-700-70 0-700-70 0-300-30

상기 표 1에 따라 점토 5 g, 물유리 0.5 g 및 물 7 g을 배합하여 제1배합물을 준비하였다. According to Table 1, the first mixture was prepared by mixing 5 g of clay, 0.5 g of water glass, and 7 g of water.

석탄회 10 g, 물유리 0.5 g 및 물 7 g을 배합하여 제2배합물을 준비하였다. A second mixture was prepared by mixing 10 g of coal ash, 0.5 g of water glass, and 7 g of water.

석탄회 10 g, 점토 5 g, 물유리 0.5 g, 및 물 7 g 로 배합하여 제3배합물을 준비하였다. A third mixture was prepared by mixing 10 g of coal ash, 5 g of clay, 0.5 g of water glass, and 7 g of water.

상기 석탄회는 약 5 wt%의 미소구체를 함유하였다. The coal ash contained about 5 wt% of microspheres.

상기 미소구체를 활용하여 다공성 경량조성물의 밀도를 낮추어 경량성을 확보할 수 있다. By utilizing the microspheres, the density of the porous lightweight composition can be lowered to secure the lightweight.

상기 배합물을 틀에 투입하고 100 ℃에서 1시간 동안 양생하여 펠렛 형상(이하 'FA펠렛')으로 제조하였다. The formulation was put into a mold and cured at 100 ° C. for 1 hour to prepare a pellet shape (hereinafter “FA pellet”).

제1배합물 내지 제3배합물은 양생하여 형상이 변화되었다. The first to third mixtures were cured to change their shape.

제2배합물과 제3배합물은 양생을 통하여 미소구체 내에 휘발성분을 급속도로 증발시켜 미소구체 내에 1차 공극을 확보하였다.The second mixture and the third mixture rapidly evaporated volatile components in the microspheres through curing, thereby securing the primary voids in the microspheres.

상기 틀을 제거한 이후에 전기로에서 5 ℃/min의 속도로 승온하여 1000 ℃에 도달하면 1시간 동안 온도를 유지하여 소성하였다. After removing the mold, the temperature was raised at a rate of 5 ° C./min in an electric furnace, and when it reached 1000 ° C., the temperature was maintained for 1 hour and fired.

소성과정에서 물유리가 발포되어 점토 또는 석탄회 외주면과 입체적으로 결합되어 마이크로 네트워크를 형성하고, 2차 공극이 형성되었다. During the firing process, water glass was foamed and three-dimensionally combined with the outer circumferential surface of clay or coal ash to form a micro network, and secondary pores were formed.

소성체를 상온으로 서냉하여 다공성 경량 조성물을 회수하였다. The sintered body was slowly cooled to room temperature to recover the porous lightweight composition.

실험예 1. 다공성 경량 조성물 구조Experimental Example 1. Porous lightweight composition structure

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물 제조방법에 의해 제조된 다공성 경량 조성물의 모식도이다. 2 is a schematic view of a porous lightweight composition prepared by a method for preparing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 좌측 모식도에서 본 발명의 실시예에 따른 다공성 경량 조성물은 소성 전 미소구체(100)의 내부에 1차 공극(110)이 형성되고 배합물(400)이 미소구체 주위에 소성체를 형성한 것이다. Referring to Figure 2, the porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention in the left schematic diagram is the primary pores 110 are formed inside the microspheres 100 before firing and the blend 400 is fired around the microspheres It is formed.

우측 모식도에서 소성 후 미소구체 주위에 소성체(600)가 형성되어 미소구체가 잘 보존되는 것을 알 수 있으며, 점토(200)와 물유리(300)가 결합하면서 물유리가 발포되어 마이크로 네트워크를 형성하고 2차 공극(500)을 형성하는 것을 알 수 있다. In the schematic diagram on the right, after firing, it can be seen that the fired body 600 is formed around the microspheres and thus the microspheres are well preserved. As the clay 200 and the water glass 300 are combined, the water glass foams to form a micro network, and 2 It can be seen that the secondary pores 500 are formed.

실험예 2. 다공성 경량 조성물 조성Experimental Example 2. Composition of porous lightweight composition

소성에 따른 배합물의 조성을 XRD를 통하여 분석하였다. The composition of the formulation according to firing was analyzed through XRD.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물 제조방법에 있어서 양생체의 소성 전후의 X선 회절 분석 그래프이다. 3 is an X-ray diffraction analysis graph before and after firing of a curing agent in a method for preparing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 준비한 양생체를 소성한 후 규산염 광물인 조장석(Albite)이 형성되고, 석영의 함량이 증가하여 소성에 따라 성분이 변화된 소성체가 형성된 것을 확인하였다. Referring to FIG. 3, after firing the prepared curing body, it was confirmed that a silicate mineral, Albite, was formed, and the content of quartz increased to form a sintered body whose components were changed according to firing.

실험예 3. 다공성 경량 조성물의 공극 확인Experimental Example 3. Porosity check of porous lightweight composition

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 석탄회, 점토 및 물유리 배합물의 소성체의 주사전자현미경 사진이다. 4 is a scanning electron microscope photograph of a fired body of a mixture of coal ash, clay and water glass of a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 좌측 사진(A)에서 석탄회 중 미소구체를 존재를 확인할 수 있으며, 우측 사진(B)에서 상기 미소구체 주위에 점토 및 물유리가 소성체를 형성하여 입체적으로 결합되며, 마이크로 네트워크를 형성하였다. Referring to FIG. 4, it is possible to confirm the presence of microspheres in the coal ash in the left photo (A), and in the right photo (B), clay and water glass form a fired body and are combined three-dimensionally, thereby forming a micro network. Formed.

상기 마이크로 네트워크는 다수의 공극을 형성하는 것을 확인하였다. It was confirmed that the micro network formed a number of pores.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 석탄회, 점토 및 물유리 배합물 소성체의 레진 및 연마 처리 후 횡단면의 주사전자현미경 사진이다. 5 is a scanning electron microscope photograph of a cross-section after resin and abrasive treatment of a calcined ash, clay and water glass blend fired body of a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 좌측 사진(C)에서 미소구체 주위에 다수의 공극이 형성된 것을 확인하였고, 우측 사진(D)에서 특히 미소구체의 일부의 표면에 균열이 형성된 것을 확인하였다. Referring to FIG. 5, it was confirmed that a number of voids were formed around the microspheres in the left photo (C), and that cracks were formed on the surface of a part of the microspheres in the right photo (D).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 미소구체의 양생 및 소성으로 인한 천공(Hollow)을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 6 is a scanning electron microscope photograph showing the perforation (Hollow) due to curing and firing of the microspheres of the porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 양생 과정에서 석탄회 중 미소구체의 균열로 천공이 형성되고, 개방되어 다공성을 가질 수 있는 것을 확인하였으며, 소성 후에도 상기 천공이 유지되는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 6, during the curing process, it was confirmed that perforation was formed by cracking of microspheres during coal ash, and that the perforation was maintained after opening, and the perforation was maintained even after firing.

양생 및 소성을 통하여 1차 공극 및 2차 공극을 형성하고 다공성을 크게 증가시킬 수 있는 것을 확인하였다. Through curing and firing, it was confirmed that primary and secondary pores can be formed and porosity can be significantly increased.

한편 조성 성분에 따라 마이크로 네트워크가 형성되어 다공성을 유지하는 지 확인하였다. On the other hand, it was confirmed that a micro network was formed according to the composition component to maintain porosity.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 물유리, 점토의 양생 및 소성 후 소성체의 주사전자현미경 사진이다. 7 is a scanning electron microscope photograph of a fired body after curing and firing of water glass and clay in a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 양생 및 소성을 통하여 물유리가 발포되어 마이크로 네트워크가 형성되어 다공성을 갖는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 7, it was confirmed that water glass was foamed through curing and firing to form a micro network and thus have porosity.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 물유리 및 석탄회의 양생 및 소성 후 소성체의 주사전자현미경 사진이다.8 is a scanning electron microscope photograph of a fired body after curing and firing of water glass and coal ash in a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 미소구체에 따른 1차 공극과, 물유리의 발포에 의한 마이크로 네트워크가 2차 공극을 형성하는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 8, it was confirmed that the primary pores according to the microspheres and the micronetwork by foaming of water glass form secondary pores.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 물유리, 점토 및 석탄회의 양생 및 소성 후 소성체의 주사전자현미경 사진이다.9 is a scanning electron microscope photograph of a fired body after curing and firing of water glass, clay and coal ash in a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 마찬가지로 공극이 형성되어 다공성을 갖는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 9, it was confirmed that pores were formed and have porosity.

Bd
(g/cm3)B d
(g / cm 3 ) Pd
(g/cm3)P d
(g / cm 3 ) Porosity(공극율)
(%)Porosity
(%) 0.9 ~ 1.20.9 ~ 1.2 2.602.60 60-62%60-62%

Bd: Bulk density, Pd: Particle density,상기 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 경량 및 다공성을 확인한 것이다. B d : Bulk density, P d : Particle density, Table 2 shows the light weight and porosity of the porous light weight composition according to the embodiment of the present invention.

모든 실시예에서 부피밀도(Bulk density)가 0.9 ~ 1.2 범위였으며, 공극율은 약 60 % 이상으로 확인되었다. In all examples, the bulk density was in the range of 0.9 to 1.2, and the porosity was confirmed to be about 60% or more.

실험예 4. 열중량시차열 분석Experimental Example 4. Thermal weight differential thermal analysis

열중량/시차열 분석(TGA/DTA)을 통하여 소성에 따른 성분 변화를 확인하였다. Thermal weight / differential thermal analysis (TGA / DTA) confirmed changes in the composition according to firing.

종래 석탄회를 활용하기 위하여 주로 사용하는 상온에서 알칼리 반응을 통하여 경화시켜 제조된 석탄회 지오폴리머와 비교하였다. Compared with the coal ash geopolymer prepared by curing through an alkali reaction at room temperature, which is mainly used to utilize conventional coal ash.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 열중량/시차열 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 10 is a graph showing the results of thermal weight / differential thermal analysis of a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물은 양생 및 소성 과정을 통하여 400 내지 600 ℃ 사이에서 탄질이 모두 제거(온도에 따른 중량 감소는 녹색선으로 표시)되어 지오폴리머와 상이한 열중량을 나타내는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 10, the porous light weight composition according to an embodiment of the present invention removes all the carbonaceous substances between 400 and 600 ° C. through curing and firing processes (the weight decrease according to temperature is indicated by a green line) and the geopolymer and It was confirmed that it showed different thermal weights.

실험예. 5 소성 중량 분석Experimental example. 5 Plastic gravimetric analysis

열중량 분석을 통하여 질소 조건에서 산화시켜 탄질이 제거되는 것을 확인하였으나, 다공성 경량 조성물을 실제 환경에서 제조하는 경우에도 경량성이 나타나는지 확인하기 위하여 대기 중 소성을 통하여 탄질이 제거되어 중량이 무게가 변화되는지 확인하였다. Although it was confirmed that the carbonaceous material was removed by oxidizing under nitrogen conditions through thermogravimetric analysis, the carbonaceous material was removed through calcination in the air to confirm that the light weight appeared even when the porous light weight composition was manufactured in a real environment, and the weight changed. Was confirmed.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 소성 전과 후의 비교 사진이다. 11 is a comparative photo before and after firing in the porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물에 있어서, 소성 전과 후의 무게변화를 나타낸 그래프다. 12 is a graph showing the weight change before and after firing in the porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 11 및 도 12를 참조하면, 소성에 따라 탄질이 제거되어 색이 변화되었으며, 무게 또한 3.58 % 감소되는 것을 확인하여, 실제 대기 중 소성을 통하여서도 경량성을 증가시킬 수 있는 것을 확인하였다. 11 and 12, it was confirmed that the color was changed by removing the carbonaceous material according to firing, and the weight was also reduced by 3.58%, thereby confirming that the light weight can be increased even through firing in the air.

실험예 6. 소성에 따른 물성 변화Experimental Example 6. Changes in physical properties according to firing

실시예 1에 따른 제1 내지 제3배합물을 소성한 다공성 경량 조성물에 공극이 형성되었는지 확인하기 위하여 물의 투수실험을 통하여 흡수성과 투수성을 확인하였다. In order to confirm that voids were formed in the porous lightweight composition calcined the first to third mixtures according to Example 1, water absorption and water permeability were confirmed through water permeation experiments.

배합물Formulation 화력발전소 산업부산물Thermal power plant industrial by-products 점토clay 물유리water glass 소성Firing 효과effect 1One ○○ ○○ ○○ 경량성, 흡수성Light weight, absorbency 22 ○○ ○○ ○○ 경량성, 투수성Light weight, water permeability 33 ○○ ○○ ○○ ○○ 경량성, 흡수성Light weight, absorbency

상기 표 3은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 투수실험 결과이다. Table 3 is the results of the water permeation experiment of the porous lightweight composition according to the embodiment of the present invention.

상기 표1을 참조하면 화력발전소 산업부산물인 플라이애쉬를 포함하는 배합물의 소성체에서 흡수성이 증가하고 점토를 포함하는 배합물의 소성체가 투수성이 증가되는 것을 확인하였다. Referring to Table 1, it was confirmed that the water absorbency is increased in the fired body of the formulation containing fly ash, a by-product of the thermal power plant, and the water permeability of the fired body of the formulation containing clay is increased.

[수학식 1] [Equation 1]

흡수율 = (흡수 후 무게 - 흡수 전 무게) / 흡수 전 무게 x 100(%)Absorption rate = (weight after absorption-weight before absorption) / weight before absorption x 100 (%)

여기서, 흡수 후 무게 = 다공성 경량 조성물 무게 + 물 무게임.Here, the weight after absorption = the weight of the porous lightweight composition + the weight of water.

상기 수학식 1에 따라 흡수성을 확인한 결과 물 흡수율의 범위는 25 내지 45 % 에 달하는 것을 확인하였다. As a result of checking the water absorption according to Equation 1, it was confirmed that the range of the water absorption rate reached 25 to 45%.

실험예 7. 오염물질 흡착능 분석Experimental Example 7. Analysis of pollutant adsorption capacity

다공성 경량 조성물의 오염물질 흡착 성능을 실험하였다. The adsorption performance of pollutants of the porous lightweight composition was tested.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 제조방법에 따른 소성체가 오염물질을 흡수하는 과정의 모식도이다. 13 is a schematic diagram of a process in which a fired body absorbs contaminants according to a method of manufacturing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 소성체로 제조된 다공성 경량 조성물은 가축분뇨, 중금속, 오염수, 방사능 오염수 등 액상 오염수에 투입되는 경우 오염물질이 효과적으로 흡착되며, 다공성 경량 조성물은 오염물질을 흡착하여 보유할 수 있고, 건조 후 오염물질은 다공성 경량 조성물에 흡착된 상태로 유지될 수 있다. Referring to Figure 13, the porous lightweight composition made of a fired body is effectively adsorbed when pollutants are introduced into liquid polluted water such as livestock manure, heavy metals, polluted water, radioactive polluted water, and the porous lightweight composition adsorbs and retains pollutants After drying, the contaminants may remain adsorbed to the porous lightweight composition.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물 제조방법에 따른 소성체가 잉크를 흡수하기 전과 흡수한 후 및 물을 증발시켜 건조한 후 사진이다. FIG. 14 is a photograph of a fired body according to a method for preparing a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention before and after absorbing ink and after drying by evaporating water.

도 14를 참조하면, 우선 잉크를 오염물질로 가정하고 잉크 용액 중에 실시예 1의 소성체를 침지하였다. Referring to FIG. 14, first, assuming ink as a contaminant, the fired body of Example 1 was immersed in an ink solution.

소성체가 잉크 용액을 전부 흡수한 이후에 90 ℃에서 건조하였다. After the sintered body absorbed all the ink solution, it was dried at 90 ° C.

건조 후 소성체의 색이 변화되어 잉크 내 물질이 소성체에 흡수된 것을 확인하였다. After drying, the color of the fired body was changed, and it was confirmed that the substances in the ink were absorbed by the fired body.

따라서 다공성 경량 조성물은 오염수를 흡수하여 수용액에 용해되어 있는 중금속, 이온 등을 흡착하고, 이를 증발시키면 물을 제거하고 오염물질을 잔류되어 분리할 수 있는 것을 확인하였다. Therefore, it was confirmed that the porous lightweight composition absorbs contaminated water, adsorbs heavy metals, ions, and the like dissolved in an aqueous solution, and evaporates it to remove water and remove contaminants.

한편 중금속이 포함된 오염수의 정제 능력을 확인하기 위하여, 10 ppm 카드뮴(Cd) 오염수 0.5 ml을 1.5 g 다공성 경량 조성물에 분주한 후 110 ℃ 오븐에서 건조한 후 파쇄하여 산처리 하고 ICP-MS로 분석하였다. Meanwhile, in order to confirm the purification ability of contaminated water containing heavy metals, 0.5 ml of 10 ppm cadmium (Cd) contaminated water was dispensed into a 1.5 g porous lightweight composition, dried in an oven at 110 ° C., crushed, and acid treated with ICP-MS. Analysis.

종류Kinds CdCD 제거효율Removal efficiency 95-99%95-99% 단위 무게당 오염물질 제거능(mg/kg, 오염물/다공성 경량 조성물)Pollutant removal capacity per unit weight (mg / kg, pollutant / porous lightweight composition) 0.317-0.3270.317-0.327

상기 표 4는 다공성 경량 조성물의 오염물질 제거능력을 나타낸 것이다. 실험 대상 오염물질로 선택한 카드뮴을 95 % 제거할 수 있는 것을 확인하여 다공성 경량조성물이 중금속을 효과적으로 제거할 수 있는 것을 확인하였다. Table 4 shows the ability of the porous lightweight composition to remove contaminants. It was confirmed that 95% of the cadmium selected as a contaminant to be tested can be removed, and thus the porous lightweight composition was able to effectively remove heavy metals.

실험예 8. 오염수 분리 속도Experimental Example 8. Contamination water separation rate

실제 오염수를 흡착하고 다공성 경량 조성물에서 물을 얼마나 빠르게 제거할 수 있는지 증발속도 실험을 수행하였다. An evaporation rate experiment was performed to see how quickly water can be removed from the porous lightweight composition by adsorbing actual contaminated water.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 경량 조성물의 오염수 흡착 후 증발속도와 물의 증발속도를 비교한 그래프이다. 15 is a graph comparing the evaporation rate and the evaporation rate of water after adsorption of contaminated water in a porous lightweight composition according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 물 0.5 ml와 0.5 ml의 오염수를 흡착한 다공성 경량 조성물을 80 ℃에서 각각 증발시켰다. Referring to FIG. 15, porous lightweight compositions adsorbing 0.5 ml of water and 0.5 ml of contaminated water were evaporated at 80 ° C, respectively.

약 20분 이후 물은 약43 %가 잔존하였으며, 대조군인 FA 펠렛은 약20 %의 수분이 잔존하여 실시예 1의 다공성 경량 조성물의 증발 속도가 매우 빨라서 오염수 흡착제로 사용할 때 매우 유리한 것을 확인하였다. After about 20 minutes, about 43% of water remained, and the control FA pellet was found to be very advantageous when used as a pollutant adsorbent because the evaporation rate of the porous lightweight composition of Example 1 was very fast because about 20% of moisture remained. .

따라서, 본 발명에 따른 다공성 경량 조성물은 산업폐기물과 건축자재 이외에 활용이 제한적인 화력발전소 산업부산물이 저비중으로 중공인 미소구체를 함유하는 것을 확인하고, 양생을 통하여 미소구체에 1차 공극을 형성하고, 물유리를 함유하는 배합물을 일정 온도에서 소성하여 마이크로 네트워크를 형성함으로써 다시 2차 공극을 형성함으로써 밀도가 감소되어 경량이고 다공성이 증가된 다공성 경량 조성물의 제조방법을 제공한다. Therefore, the porous lightweight composition according to the present invention confirms that the industrial by-products of thermal power plant, which are limited in use in addition to industrial wastes and construction materials, contain hollow microspheres with low specific gravity, and form primary pores in microspheres through curing. And, by forming the micro-network by firing the mixture containing water glass at a constant temperature to form secondary pores again, the density is reduced to provide a method for producing a lightweight and porous porous composition with increased porosity.

이에 따라 제조된 다공성 경량 조성물은 중금속, 방사성 원소가 함유된 오염수 및 다양한 유기물질을 함유하는 가축폐수 등 각종 오염수에 투입하여 오염수를 흡착하고 물을 신속하게 증발시킬 수 있어서 오염물질 흡착제로 활용이 가능할 뿐만 아니라 미세입자를 함유하는 오염기체까지 정화할 수 있다. The porous lightweight composition prepared accordingly can be introduced into various contaminated water such as heavy metals, contaminated water containing radioactive elements, and livestock wastewater containing various organic substances to adsorb contaminated water and quickly evaporate water, thereby making it a contaminant adsorbent. Not only can it be utilized, it can also purify contaminated gases containing fine particles.

지금까지 본 발명에 따른 다공성 경량 조성물의 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.So far, specific examples of the method for producing a porous lightweight composition according to the present invention have been described, but it is apparent that various implementation modifications are possible within the limits without departing from the scope of the present invention.

그러므로 본 발명의 범위는 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 limited to the described embodiments, but should be defined not only by the claims to be described later, but also by the claims and equivalents.

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.That is, the above-described embodiment is illustrative in all respects, and should be understood as not limiting, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and It should be construed that any altered or modified form derived from the equivalent concept is included in the scope of the present invention.

100 : 미소구체쉬 110 : 1차 공극
200 : 점토 300 : 물유리
400 : 배합물 500 : 2차 공극
600 : 소성체100: microspheres 110: primary void
200: clay 300: water glass
400: formulation 500: secondary void
600: fired body

Claims (18)

점토 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 20 중량부 및 물 0.1 내지 30 중량부를 혼합한 제1배합물;
화력발전소 산업부산물 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 30 중량부 및 물 0.1 내지 30 중량부를 혼합한 제2배합물; 또는
화력발전소 산업부산물 0.1 내지 70, 점토 0.1 내지 70 중량부, 물유리 0.1 내지 20 중량부 및 물 0.1 내지 30 중량부를 혼합한 제3배합물을 준비하는 단계(제1단계);
상기 제1배합물 내지 제3배합물 중 어느 하나의 배합물을 선택하고 100 내지 300 ℃에서 양생하여 양생체를 제조하는 단계(제2단계);
상기 양생체를 5 내지 10 ℃/min의 속도로 승온하여 1000 내지 1500 ℃의 소성온도에서 1 내지 2시간 동안 소성하여 pH 7 내지 8인 중성의 소성체를 제조하는 단계(제3단계); 및
상기 소성체를 서냉하여 회수하는 단계(제4단계);를 포함하는 오염물질 정화 및 제염을 위한 다공성 경량 조성물 제조방법으로,
상기 제4단계에서 회수된 소성체는 중금속을 포함하는 오염물질, 방사성 오염 물질, 유기물질, 또는 축산폐수의 정화 및 제염에 사용되는 것을 특징으로 하는 오염물질 정화 및 제염을 위한 다공성 경량 조성물 제조방법.
A first mixture of 0.1 to 70 parts by weight of clay, 0.1 to 20 parts by weight of water glass and 0.1 to 30 parts by weight of water;
A second mixture of 0.1 to 70 parts by weight of industrial by-products of a thermal power plant, 0.1 to 30 parts by weight of water glass and 0.1 to 30 parts by weight of water; or
Preparing a third mixture of 0.1 to 70 parts by weight of industrial by-products of thermal power plant, 0.1 to 70 parts by weight of clay, 0.1 to 20 parts by weight of water glass, and 0.1 to 30 parts by weight of water (first step);
Selecting a combination of any of the first to third mixtures and curing at 100 to 300 ° C. to prepare a cured body (second step);
Heating the curing agent at a rate of 5 to 10 ° C./min and calcining at a firing temperature of 1000 to 1500 ° C. for 1 to 2 hours to prepare a neutral fired body having a pH of 7 to 8 (third step); And
A method of manufacturing a porous lightweight composition for purification and decontamination of pollutants, including the step of (4th step) recovering the sintered body by slow cooling,
The fired body recovered in the fourth step is a method for manufacturing a porous lightweight composition for contaminant purification and decontamination, characterized in that it is used for purification and decontamination of contaminants, radioactive contaminants, organic substances, or livestock wastewater containing heavy metals. .
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양생은 일정한 모양의 틀에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
According to claim 1,
The curing method of manufacturing a porous lightweight composition, characterized in that is performed in a frame of a certain shape.
제1항에 있어서,
상기 화력발전소 산업부산물은
미소구체를 함유하고 상기 미소구체는 양생을 통하여 휘발성분이 증발되어 1차 공극(Pore)이 형성되는 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
According to claim 1,
The thermal power plant industrial by-products
A method for producing a porous lightweight composition comprising microspheres, wherein the primary pores are formed by evaporation of volatile components through curing.
제7항에 있어서,
상기 휘발성분은
질소 또는 수증기인 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
The method of claim 7,
The volatile component
Method for producing a porous lightweight composition, characterized in that it is nitrogen or water vapor.
제7항에 있어서,
상기 화력발전소 산업부산물은
상기 미소구체를 0.1 내지 10 wt%로 함유하며, 미소구체 함량에 따라 경량성이 증가되는 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
The method of claim 7,
The thermal power plant industrial by-products
Method for producing a porous light weight composition comprising the microspheres in an amount of 0.1 to 10 wt%, and increased light weight according to the microsphere content.
제1항에 있어서,
상기 점토는
납석, 장석, 고령토, 도석, 산성백토, 벤토나이트, 반토혈암, 와목점토, 목절점토, 견운모, 운모, 질석, 활석, 불석, 및 규조토로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
According to claim 1,
The clay
Preparation of a porous lightweight composition characterized by at least one selected from the group consisting of pyrite, feldspar, kaolin, pottery, acidic clay, bentonite, alumina, lumber clay, wood-clay, sericite, mica, vermiculite, talc, fossil, and diatomaceous earth Way.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 소성체는
물유리가 발포되어 마이크로 네트워크(Micro network)가 형성되어 2차 공극을 형성하는 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
According to claim 1,
The fired body
A method of manufacturing a porous light weight composition, characterized in that water glass is foamed to form a micro network to form secondary pores.
제1항에 있어서,
상기 소성체는
흡수성 또는 투수성을 가지는 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
According to claim 1,
The fired body
Method for producing a porous lightweight composition, characterized in that it has absorbency or water permeability.
제1항에 있어서,
상기 소성체는
소성을 통하여 조장석(Albite)이 생성되어 함유되는 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
According to claim 1,
The fired body
Method for producing a porous lightweight composition, characterized in that jangseok (Albite) is generated and contained through firing.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 소성체는
환경호르몬이 제거된 것을 특징으로 하는 다공성 경량 조성물 제조방법.
According to claim 1,
The fired body
Method of manufacturing a porous lightweight composition, characterized in that the environmental hormone is removed.
삭제delete
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