KR102216157B1 - 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폐슬레이트와 송이석을 기반으로 원하는 제품형태의 슬레이트 송이석을 제조함으로써, 종래 매립 처리되는 폐슬레이트를 재활용함에 따라 환경오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 상기와 같은 제품에 백화 방지 기능을 부여할 수 있도록 하며, 더욱이 폐슬레이트가 시멘트나 송이석층에 가두어지는 형태로 경화되어 재활용 됨에 따라 석면이 전혀 묻어나오지 않는 등 보다 더 친환경적으로 폐슬레이트를 재활용 할 수 있도록 하는, 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법{SLATE SCORIA FOR PREVENTING WHITENING EVENT USING THE WASTE SLATE}

본 발명은 폐슬레이트와 송이석을 기반으로 제조되는, 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법에 관한 것이다.

최근 우리나라 연안에는 대기온난화, 환경오염과, 방파제 공사 등 연안개발에 따른 대량의 시멘트계 호안블록 사용 및 콘크리트제 어초 대량 투하 현상과, 또한 난류의 강세 및 엘리뇨 현상, 기타 환경오염 등의 원인으로 인해서 기존 연안 해역에 서식하던 엽상형(葉狀形) 해조류인 미역, 다시마, 감태, 모자반 등 토착 해조류(海藻類)들이 사라지고, 시멘트와 같은 석회질로 된 딱딱한 홍조류인 무절석회조류가 대량으로 번식하여 암반을 뒤덮는 백화 현상(Whitening Event)이 크게 발생하고 있다.

이러한 백화 현상을 일으키는 무절석회조류는 홍조류에 속하는 해조류로서, 발생 초기에는 붉은색 또는 핑크색을 띠나 시간이 경과되어 사멸된 후에는 백색을 띠게 되며, 이는 무절석회조류가 탄산칼슘(CaCO₃)을 주성분으로 하고 있어 사멸된 후에는 석회석만 남게 되기 때문이다.

이와 같이 무절석회조류가 수명을 다하여 죽으면, 다른 식물처럼 소멸되지 않고, 무절석회조류의 성분인 탄산칼슘이 남아 바위표면을 시멘트처럼 하얗게 덮게 된다. 또한, 상기 무절석회조류는 옆으로 퍼지면서 번식하는 강한 특성과 함께 짧은 시간에 넓은 지역으로 번지는 특성을 갖고 있어 더욱 넓게 확산되고 있다.

이에 따라, 해저의 암반에 고착하는 각상의 홍조류인 무절석회조류가 우점하는 지역에서는 그 지역에서 서식하던 모조로부터 방출된 해조류의 포자들이 상기 무절석회조류에 의해 착생이 저해되어 해조류가 존재할 수 없게 되고, 결국 바다는 사막처럼 황폐해지는 백화현상을 일으킨다.

이러한 백화 현상은 우리나라 동해 및 남해안 전 연근해에 걸쳐 급속히 확산되고 있으며, 특허문헌 1 및 2 등에서와 같이 백화 현상을 방지하기 위한 수단이 제안되고 있으나 백화 현상을 방지하는 기능이 미비하여 실제 활용되지 못하고 있고, 그 결과로 해조숲에 의존하여 생활하는 새우, 전복, 소라 등은 자취를 감추고, 포란을 위해 모여들던 어류들도 서식처를 옮기게 되어 어업에도 막대한 피해를 끼치고 있고, 해양 먹이사슬 구조 변화 등 해양 생태계에도 상당한 영향을 미치고 있는 실정으로 백화 현상의 방지 수단이 절실히 필요한 실정이다.

한편, 슬레이트(Slate)는 통상 석면(石綿)으로 이루어지며 석면은 광물 조성상 크리소타일(chrysotile)을 주성분으로 하는 일종의 섬유 집합체이다. 이러한 석면은 인장내력과 유연성, 절연성, 가공성 등이 비교적 우수하여 건설 및 건축 자재로 널리 활용되고 있으며, 한국에서도 과거 새마을 운동의 일환으로 농촌의 초가 지붕을 모두 석면 슬레이트 지붕으로 교체한 바가 있다.

그러나, 석면은 세계 보건 기구(WHO) 산하 국제 암 연구소(IARC)에서 지정한 1 급 발암 물질로 호흡을 통해 그 가루를 마시면 20 년에서 40 년의 잠복기를 거쳐 폐암이나 석면폐, 늑막이나 흉막에 암이 생기는 악성 중피종, 또는 흉막 비후 등을 일으킬 수 있다고 알려져 있으며 이러한 부정적인 영향을 감안하여, 2009 년 1 월 1 일부터 <산업 안전 보건법>에 의해 석면을 0.1% 이상 함유하는 건축 자재 등의 제품은 제조, 수입, 사용이 금지됐다. 더욱이, 2011 년 이후 석면을 1% 이상 함유하고 있는 모든 물질의 취급 및 이동 등은 불법이 되었다.

특히 기존에 적용되었던 석면 슬레이트에 대한 교체 및 폐기가 권장되고 있으며, 종래 많은 곳에서 사용되었던 폐슬레이트의 경우, 철거 등을 통해서 상당량이 아직까지도 폐기물로 발생되고 있으며, 이러한 폐기물의 경우 대부분 매립 처리되고 있어 심각한 환경오염을 유발시킬 수 있다. 따라서 이를 전처리하여 매립해야하지만 전처리 작업의 어려움, 고비용, 매립 후에도 환경 오염 물질로서의 노출 등의 문제가 있으므로, 석면 슬레이트에 대해 보다 친환경적으로 처리 또는 재활용하는 기술이 절실한 실정이다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-1259383호 "백화 방지용 시멘트 조성물" 특허문헌 2 : 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0097019호 "콘크리트 백화방지용 친환경 혼합시멘트 조성물"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐슬레이트와 송이석을 기반으로 원하는 제품형태의 슬레이트 송이석(예를 들면, 5톤 이상의 테트라포트)을 제조함으로써, 종래 매립 처리되는 폐슬레이트를 재활용함에 따라 환경오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 상기와 같은 제품에 백화 방지 기능을 부여할 수 있도록 함을 과제로 한다.

보다 구체적으로 송이석에 여러겹으로 적층되어 형성된 다공에 외부 물질(물과 산소)의 흡수, 흡착 및 배출이 반복적으로 이루어져 숨쉬는 송이석, 즉 기포가 발생되는 슬레이트 송이석을 제조함으로써, 시멘트의 발열과 송이석에서 발생되는 기포에 의해 무절석회조류가 해저의 암반 등에 고착되는 것을 방지 및 제거하여 백화 방지 기능을 수행할 수 있도록 하며, 이러한 슬레이트 송이석은 2주 ~ 1달 사이에 해초나 생물 포자가 붙고 자라면서 주위 백화현상이 발생된 다른 돌이나 구조물에 번져나가게 되어 백화현상을 종식시킬 수 있도록 함을 과제로 한다.

더욱이 본 발명은 폐슬레이트가 시멘트나 송이석층에 가두어지는 형태로 경화되어 재활용 됨에 따라 석면이 전혀 묻어나오지 않는 등 보다 더 친환경적으로 폐슬레이트를 재활용 할 수 있도록 함을 다른 과제로 한다.

본 발명은 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법에 있어서, 폐슬레이트를 분말화시킨 후, 이를 혼합하여 펠렛 형태의 슬레이트 자갈을 제조하는 단계(S100); 상기 슬레이트 자갈들을 혼합하여 1차 혼합뭉치를 제조하는 단계(S200); 상기 1차 혼합뭉치들을 혼합하여 2차 혼합뭉치를 제조하는 단계(S300); 및 상기 2차 혼합뭉치들을 혼합하여 원하는 형태의 슬레이트 송이석을 제조하는 단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법을 과제의 해결 수단으로 한다.

본 발명은 폐슬레이트와 송이석을 기반으로 원하는 제품형태의 슬레이트 송이석(예를 들면, 5톤 이상의 테트라포트)을 제조함으로써, 종래 매립 처리되는 폐슬레이트를 재활용함에 따라 환경오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 상기와 같은 제품에 백화 방지 기능을 부여할 수 있는 효과가 있다.

보다 구체적으로 송이석에 여러겹으로 적층되어 형성된 다공에 외부 물질(물과 산소)의 흡수, 흡착 및 배출이 반복적으로 이루어져 숨쉬는 송이석, 즉 기포가 발생되는 슬레이트 송이석을 제조함으로써, 시멘트의 발열과 송이석에서 발생되는 기포에 의해 무절석회조류가 해저의 암반 등에 고착되는 것을 방지 및 제거하여 백화 방지 기능을 수행할 수 있도록 하며, 이러한 슬레이트 송이석은 2주 ~ 1달 사이에 해초나 생물 포자가 붙고 자라면서 주위 백화현상이 발생된 다른 돌이나 구조물에 번져나가게 되어 백화현상을 종식시킬 수 있도록 하는 것이다.

더욱이 본 발명은 폐슬레이트가 시멘트나 송이석층에 가두어지는 형태로 경화되어 재활용 됨에 따라 석면이 전혀 묻어나오지 않는 등 보다 더 친환경적으로 폐슬레이트를 재활용 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정을 도식화한 도면

상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하, 본 발명에 따른 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법에 있어서, 폐슬레이트를 분말화시킨 후, 이를 혼합하여 펠렛 형태의 슬레이트 자갈을 제조하는 단계(S100); 상기 슬레이트 자갈들을 혼합하여 1차 혼합뭉치를 제조하는 단계(S200); 상기 1차 혼합뭉치들을 혼합하여 2차 혼합뭉치를 제조하는 단계(S300); 및 상기 2차 혼합뭉치들을 혼합하여 원하는 형태의 슬레이트 송이석을 제조하는 단계(S400);를 포함하여 구성되는 제조방법을 특징으로 한다.

상기 S100 단계는 폐슬레이트를 분말화시킨 후, 이를 혼합하여 펠렛 형태의 슬레이트 자갈을 제조하는 단계로써, 슬레이트를 뜯어낸 후 분진방지용 천막속에서 자동 파쇄기 등을 이용하여 폐슬레이트를 100 ~ 200 메쉬의 입자크기로 분쇄시키 분말한 후, 상기 폐슬레이트 분말 100 중량부에 대하여, 경화제인 시멘트 50 ~ 150 중량부를 혼합하고, 이를 입자크기가 7 ~ 10mm인 펠렛형태로 압출하여 슬레이트 자갈을 제조한다.

여기서 폐슬레이트 분말의 입자크기나 경화제의 함량 및 슬레이트 자갈의 크기가 상기 범위를 벗어날 경우 후술되어질 1차 혼합뭉치로의 성형성이 저하될 우려가 있으나, 반드시 상기 범위에 한정되는 것은 아니고 슬레이트 송이석의 사용환경이나 원하는 크기 등에 따라 가변적으로 적용할 수 있다.

상기 S200 단계는 상기 슬레이트 자갈들을 혼합하여 1차 혼합뭉치를 제조하는 단계로써, 상기 슬레이트 자갈들에 급결방수제를 분사하면서 혼합하여 입자크기가 50 ~ 70mm인 1차 혼합뭉치를 제조한다.

여기서, 급결방수제는 규산소다, 시멘트, 에폭시 수지 등을 사용할 수 있으며, 자갈형태로의 가공은 일반적인 챗망, 격자망 또는 금형을 이용한 성형 등 일반적으로 공지된 다양한 제조방법의 적용이 가능하다.

한편, 금결방수제의 경우 분사되는 형태로써 그 함량은 특별히 한정하지 않으며, 1차 혼합뭉치의 입자크기가 상기 범위를 벗어날 경우, 후술되어질 2차 혼합뭉치로의 성형성이 저하될 우려가 있으나, 반드시 상기 범위에 한정되는 것은 아니고 슬레이트 송이석의 사용환경이나 원하는 크기 등에 따라 가변적으로 적용할 수 있다.

상기 S300 단계는 상기 1차 혼합뭉치들을 혼합하여 2차 혼합뭉치를 제조하는 단계로써, 상기 1차 혼합뭉치들 100 중량부에 대하여, 시멘트 100 ~ 150 중량부 및 입자크기 0.2 ~ 3mm의 송이석 분말 80 ~ 90 중량부를 혼합하여 입자크기가 500 ~ 1000mm인 2차 혼합뭉치를 제조한다.

여기서 상기 시멘트의 함량이나 송이석 분말의 입자크기, 함량 등이 상기 범위를 벗어날 경우 형태의 유지 및 후술되어질 제품화 공정에 불량이 발생할 우려가 있으나, 반드시 상기 범위에 한정되는 것은 아니고 슬레이트 송이석의 사용환경이나 원하는 크기 등에 따라 가변적으로 적용할 수 있다.

한편, 상기 송이석은 화산분출물의 여러 물질이 혼합되어 이루어진 화산성토로, 다수의 기공을 포함하여 표면적이 넓은 것이 특징이며, 우리나라 제주도에 넓게 분포하고 있다. 보다 구체적으로 상기 송이석은 붉은 빛을 띤 다공질의 천연세라믹으로서 화산이 폭발할 때 제일 처음 분출된 용암이 굳어져서 만들어진다. 송이석은 수많은 미세한 구멍을 포함한 다공질 구조로 만들어져 마치 참나무를 구운 숯처럼 강력한 천연의 흡착력을 가지고 있으며, 우리나라의 제주도는 화산활동으로 생성된 지형적 특성으로 인해 송이석이 기생화산(오름) 주변에 다량 산재해 있다. 아울러 상기 송이석은 다수의 기공을 포함하고 있어, 기공율이 34 내지 36%이며, 비중량은 0.9 내지 1.2 g/cm³로서 일반적인 모래의 비중량 1.60 내지 1.70 g/cm³에 비하여 가벼운 매질이다.

상기 S400 단계는 상기 2차 혼합뭉치들을 혼합하여 원하는 제품 형태의 슬레이트 송이석을 제조하는 단계로써, 상기 2차 혼합뭉치들 100 중량부에 대하여, 입자크기 0.2 ~ 3mm의 송이석 분말 10 ~ 20 중량부 및 물 100 ~ 110 중량부를 혼합하여 원하는 제품 형태의 슬레이트 송이석을 제조한다.

여기서 상기 송이석 분말의 입자크기, 함량 및 물의 함량 등이 상기 범위를 벗어날 경우 코팅층의 형성이 불량해질 우려가 있으나, 이 또한 반드시 상기 범위에 한정되는 것은 아니고 슬레이트 송이석의 사용환경이나 원하는 크기 등에 따라 가변적으로 적용할 수 있다.

한편, 상기 각 단계에서 시멘트나 송이석 분말이 포함될 경우 각각의 뭉치들은 이러한 시멘트나 송이석층에 가두어지는 형태가 되는데, 이를 구현하기 위해서는 시멘트나 송이석 분말의 혼합 시 레미콘 등을 이용하여 회전 및 진동을 가하며 혼합하는 것이 바람직하지만, 반드시 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다.

아울러, 원하는 제품 형태라 함은, 제조하고자 하는 제품의 형태를 의미하는 것으로 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이 5톤 이상의 테트라포트 제품 형태 등으로 제조하거나, 또는 구형이나 시트형으로 제작후 줄에 연결하여 사용하는 형태 등 다양한 형태를 포함한다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예에 반드시 한정되는 것으로 해석되어 져서는 아니된다.

1. 슬레이트 송이석의 제조

(실시예 1)

100 메쉬의 입자크기의 폐슬레이트 분말 100 중량부에 대하여, 경화제인 시멘트 50 중량부를 혼합하고, 이를 입자크기 7mm인 펠렛형태로 압출하여 슬레이트 자갈을 제조하였다(S100). 그리고 상기 슬레이트 자갈들에 급결방수제(규산소다)를 분사하면서 혼합하여 입자크기가 50mm인 1차 혼합뭉치를 제조하였다(S200). 또한 상기 1차 혼합뭉치들 100 중량부에 대하여, 시멘트 100 중량부 및 입자크기 0.2mm의 송이석 분말 80 중량부를 혼합하여 입자크기가 500mm인 2차 혼합뭉치를 제조하였다(S300). 아울러, 상기 2차 혼합뭉치들 100 중량부에 대하여, 입자크기 0.2mm의 송이석 분말 10 중량부 및 물 100 중량부를 혼합하여, 후술되어질 시험을 위한 시험편 형태로 제조하였다.

(실시예 2)

200 메쉬의 입자크기의 폐슬레이트 분말 100 중량부에 대하여, 경화제인 시멘트 150 중량부를 혼합하고, 이를 입자크기 10mm인 펠렛형태로 압출하여 슬레이트 자갈을 제조하였다(S100). 그리고 상기 슬레이트 자갈들에 급결방수제(규산소다)를 분사하면서 혼합하여 입자크기가 70mm인 1차 혼합뭉치를 제조하였다(S200). 또한 상기 1차 혼합뭉치들 100 중량부에 대하여, 시멘트 150 중량부 및 입자크기 3mm의 송이석 분말 90 중량부를 혼합하여 입자크기가 1000mm인 2차 혼합뭉치를 제조하였다(S300). 아울러, 상기 2차 혼합뭉치들 100 중량부에 대하여, 입자크기 3mm의 송이석 분말 20 중량부 및 물 110 중량부를 혼합하여, 후술되어질 시험을 위한 시험편 형태로 제조하였다.

(비교예 1)

비교예로써 시멘트 블럭을 사용하였다. 여기서 시멘트의 주성분은 탄산칼슘으로써 무절석회조류의 영양분인 탄산칼슘이 녹아나와 임의로 백화가 발생되도록 함으로써, 상기 실시예의 백화 방지기능을 평가하기 위한 비교예로 채택하였다.

2. 슬레이트 송이석의 백화 방지 기능 평가

상기 실시예 및 비교예에 따른 시험편은 가로 30cm, 세로 30cm, 높이 10cm의 블럭형태로 제조하여 시험하였다. 구체적으로 가로, 세로 및 높이가 각각 1m인 수조에 상기 실시예 및 비교예에 따른 시험편 블럭을 설치한 후 해수를 충전하였다. 시험편은 해수에 2주간 침지시켰으며, 2주 후 백화발생 여부를 육안으로 평가하였고, 그 결과는 아래 [표 1]에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1
백화발생여부	×	×	○
× : 백화 발생되지 않음 △ : 시험편의 일부분(약 1/3 면적)을 덮을 정도로 백화 발생 ○ : 시험편의 대부분 덮을 정도로 백화 발생

상기 [표 1]에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 슬레이트 송이석은 백화 방지 기능이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법에 있어서,
   폐슬레이트를 분말화시킨 후, 이를 혼합하여 펠렛 형태의 슬레이트 자갈을 제조하는 단계(S100);
   상기 슬레이트 자갈들을 혼합하여 1차 혼합뭉치를 제조하는 단계(S200);
   상기 1차 혼합뭉치들을 혼합하여 2차 혼합뭉치를 제조하는 단계(S300); 및
   상기 2차 혼합뭉치들을 혼합하여 원하는 형태의 슬레이트 송이석을 제조하는 단계(S400);를 포함하되,
   상기 S100 단계는 상기 폐슬레이트 분말 100 중량부에 대하여, 경화제인 시멘트 50 ~ 150 중량부를 혼합하고, 이를 입자크기가 7 ~ 10mm인 펠렛형태로 압출하여 슬레이트 자갈을 제조하고,
   상기 S200 단계는 상기 슬레이트 자갈들에 급결방수제를 분사하면서 혼합하여 입자크기가 50 ~ 70mm인 1차 혼합뭉치를 제조하며,
   상기 S300 단계는 상기 1차 혼합뭉치들 100 중량부에 대하여, 시멘트 100 ~ 150 중량부 및 입자크기 0.2 ~ 3mm의 송이석 분말 80 ~ 90 중량부를 혼합하여 입자크기가 500 ~ 1000mm인 2차 혼합뭉치를 제조하고,
   상기 S400 단계는 상기 2차 혼합뭉치들 100 중량부에 대하여, 입자크기 0.2 ~ 3mm의 송이석 분말 10 ~ 20 중량부 및 물 100 ~ 110 중량부를 혼합하여 원하는 제품 형태의 슬레이트 송이석을 제조하는 것을 특징으로 하는, 폐슬레이트를 이용한 백화 현상 방지용 슬레이트 송이석의 제조방법.
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