KR102498605B1 - 폐자원을 활용한 건축자재 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐자원을 활용한 건축자재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기물로 분류되어 있는 폐펄라이트 및 폐합성수지를 재활용하여 환경오염을 막고, 폐기처리에 소요되는 비용을 절감하며, 경량화 및 열전도율 향상에 따라 친환경 건축물 마감재로 활용할 수 있도록 개선된 폐자원을 활용한 건축자재 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐자원을 활용한 건축자재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유해중금속이 기준치 이상으로 함유된 소각시 발생된 바닥재와, 석재 가공시 부수적으로 파생되는 폐석재 및 석재슬러지를 효용성있게 재활용하여 폐기처분량을 극소화시킴으로써 국가역량을 높이고, 갈수록 고갈되어 가는 자원을 재활용하여 자원 부족분을 해소하며, 불법 폐기로 인해 유발되는 환경오염의 문제까지 일거에 해소시킬 수 있도록 개선된 폐자원을 활용한 건축자재 제조방법에 관한 것이다.
생활폐기물 또는 산업폐기물을 소각할 때 바닥으로 배출되는 재(ash)는 바닥재라 하며, 대부분 회분(灰分)이기 때문에 중금속 농도가 비교적 낮아 일반폐기물로 분류되어 별도의 처리시설없이 바로 매립 폐기되는 것이 일반적이다.
그런데, 최근 바닥재에서도 납, 카드뮴, 수은 등의 유해중금속들이 기준치 이상으로 검출됨으로써 바닥재에 대한 매립지 반입제한 조치가 취해지고 있다.
이로 인해, 수도권 매립지에서는 각 소각장에 많은 양의 바닥재가 적치된 상태로 방치되고 있어 심각한 사회문제로 비화될 수 있는 상황이다.
뿐만 아니라. 천연원석을 가공하여 판석이나 경계석과 같은 석재 제품을 만드는 석재공장의 경우, 석재 가공시 발생되는 폐석재는 물론 석재슬러지가 다량으로 발생되고 있다.
그런데, 생산되는 폐석재나 석재슬러지 대비, 재활용되는 양이 현저하게 적기 때문에 폐기처리에 따른 많은 문제들이 상존하고 있는 상황이다.
한편, 지구환경 보존과 관련하여 국내에 부존하고 있는 천연자원의 개발이 제한 됨으로 인해 소성벽돌의 주원료인 점토와 고령토의 확보도 점차 어려워지고 있다.
그러다 보니, 이들 자원을 대체할 수 있는 물질의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 유해중금속이 기준치 이상으로 함유된 소각시 발생된 바닥재와, 석재 가공시 부수적으로 파생되는 폐석재 및 석재슬러지를 효용성있게 재활용하여 폐기처분량을 극소화시킴으로써 국가역량을 높이고, 갈수록 고갈되어 가는 자원을 재활용하여 자원 부족분을 해소하며, 불법 폐기로 인해 유발되는 환경오염의 문제까지 일거에 해소시킬 수 있도록 개선된 폐자원을 활용한 건축자재 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 주원료를 가공하는 제1단계; 가공된 주원료에 부원료를 혼련하는 제2단계; 혼련된 원료를 반죽하고 퍼그밀(pugmill)로 압축하는 제3단계; 압축된 반죽을 진공압출기로 반송하면서 공기를 빼내는 제4단계; 공기가 제거된 압축 반죽을 진공압출하는 제5단계; 진공압출물을 1차 절단하여 판재, 벽돌, 고형화 형태의 칼럼을 만드는 제6단계; 판재, 벽돌, 고형화 형태의 칼럼을 프레스가공하여 갤러리(기초 건축자재) 형태로 성형하는 제7단계; 갤러리(기초 건축자재) 형태로 프레스된 판재, 벽돌, 고형화 형태의 것을 건조로에 넣고 건조하는 제8단계; 건조된 판재, 벽돌, 고형화 형태의 것을 소성로에 넣고 소성하는 제9단계;를 포함하고, 상기 제1단계는 수거된 바닥재 100중량부에 대해, 셀룰로오즈 나노파이버(Cellurose Nanofiber) 10-20중량부; 1,2-헥산다이올(1,2-Hexane diol) 5-10중량부를 첨가하여 균일하게 고속 교반하는 단계이고; 상기 제2단계에서 혼련되는 부원료는 50-100㎛ 입도를 갖는 폐석재 파쇄물과 석재슬러지가 동일 중량비로 혼합된 것이며; 상기 제1,2단계에서 사용되는 주원료와 부원료의 혼합비율은 2:1의 중량비를 유지하도록 혼합되어 혼련된 것을 특징으로 하는 폐자원을 활용한 건축자재 및 폐기물 고형화 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 제5단계는 10-35kg/㎠의 압력으로 압출성형되며; 상기 제8단계는 최초 30℃로부터 시간당 40-50℃의 속도로 서서히 승온시켜 최대 120℃를 유지한 채 48-60시간 동안 건조시키는 단계이고; 상기 제9단계는 1050-1180℃의 소성로에서 3-6시간 소성하는 단계;인 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 유해중금속이 기준치 이상으로 함유된 소각시 발생된 바닥재와, 석재 가공시 부수적으로 파생되는 폐석재 및 석재슬러지를 효용성있게 재활용하여 폐기처분량을 극소화시킴으로써 국가역량을 높이고, 갈수록 고갈되어 가는 자원을 재활용하여 자원 부족분을 해소하며, 불법 폐기로 인해 유발되는 환경오염의 문제까지 일거에 해소시킬 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 갤러리의 실제제품 사진.
본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 폐자원을 활용한 건축자재 및 폐기물 고형화 제조방법은 주원료를 가공하는 제1단계; 가공된 주원료에 부원료를 혼련하는 제2단계; 혼련된 원료를 반죽하고 퍼그밀(pugmill)로 압축하는 제3단계; 압축된 반죽을 진공압출기로 반송하면서 공기를 빼내는 제4단계; 공기가 제거된 압축 반죽을 진공압출하는 제5단계; 진공압출물을 1차 절단하여 건축자재인 판재, 벽돌, 고형화 형태의 칼럼을 만드는 제6단계; 판재, 벽돌, 고형화 형태의 칼럼을 프레스가공하여 갤러리(기초 건축자재) 형태로 성형하는 제7단계; 갤러리(기초 건축자재) 형태로 프레스된 판재, 벽돌, 고형화 형태의 것을 건조로에 넣고 건조하는 제8단계; 건조된 판재, 벽돌, 고형화 형태의 것을 소성로에 넣고 소성하는 제9단계;를 포함한다.
이때, 상기 제1단계에서 사용되는 주원료는 소각로에 수거된 바닥재지만, 점성이 약하기 때문에 압출성형상 어려움이 발생된다.
이것은 제2단계에서 사용되는 부원료인 폐석재 파쇄물 및 석재슬러지의 경우도 마찬가지이다.
이에, 본 발명에서는 압출성형이 가능하도록 상기 주원료인 바닥재에 바닥재 100중량부에 대해, 셀룰로오즈 나노파이버(Cellurose Nanofiber) 10-20중량부; 1,2-헥산다이올(1,2-Hexane diol) 5-10중량부를 첨가하여 균일하게 고속 교반하는 가공처리를 통해 압출성형 가능한 점도를 갖도록 하는데, 이것인 제1단계의 가공처리 특징이다.
이 경우, 상기 셀룰로오즈 나노파이버는 끊적이지 않으면서 점도를 증가시키는 것이 가능하며, 염에 강하고, pH에 영향을 크게 받지 않는다는 장점이 있다.
또한, 1,2-헥산다이올은 알콜기를 갖는 유기화합물로서, 소수성과 친수성을 모두 가지고 있어 계면에서 활성 가능하기 때문에 압출시 매끄럽게 압출물을 유동시키는 활주성을 제공하게 된다.
이와 같이, 제1단계를 통해 주원료를 가공처리한 상태에서 제2단계의 부원료를 혼련시킴으로써 비록 부원료도 점성이 약한 물성을 가지고 있지만, 주원료와의 혼련을 통해 압출에 필요한 충분한 점성을 얻을 수 있게 된다.
특히, 상기 제2단계에서 혼련되는 부원료는 50-100㎛ 입도를 갖는 폐석재 파쇄물과 석재슬러지가 동일 중량비로 혼합된 것을 사용한다. 여기에서, 이하 설명되는 본 발명의 분말중 특별히 그 입도를 한정하지 않은 것은 50-100㎛ 입도를 갖는 것으로 이해하면 된다.
뿐만 아니라, 상기 제1,2단계에서 사용되는 주원료와 부원료의 혼합비율은 2:1의 중량비를 유지하도록 혼합되어 혼련된 것에 특징이 있다.
이때, 부원료를 더 적게 넣는 이유는 주원료와 대응하거나 혹은 그 보다 많게 첨가되게 되면 수축율이 심하게 발생하면서 변형에 따를 성형불량이 초래되기 때문이다.
아울러, 상기 제3단계는 혼련된 원료를 반죽하고 퍼그밀(pugmill)로 압축하는 단계이다.
이때, 원료를 반죽할 때 반죽 원료 100중량부에 대해, 질화붕소 15중량부, 세리사이트 분말 10중량부, 이소시아누레이트 5중량부, 탈탄륨 분말 15중량부, 탄화규소 분말 15중량부, 피로메트리산 10중량부를 더 혼합 반죽한 후 퍼그밀로 압축하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 성형될 벽돌의 내침식성, 균열억제성, 조직간 치밀성, 내열성을 증대시켜 내구성을 강화시키기 위함이다.
예컨대, 질화붕소는 벽돌의 열전도율을 높여 열을 효과적으로 반사시키고 이를 통해 방열성을 유지하여 내열성을 강화시키기 위해 첨가된다.
그리고, 세리사이트(Sericite)는 표면에 대한 접착면적을 넓혀주어 부착력을 배가시키는 친수성 광물로서 바인딩성을 강화시켜 내구성을 증대시키기 위해 첨가된다
또한, 이소시아누레이트(Isocyanurate)는 반죽물의 기포 생성을 최소화시고 기포을 제거하며, 내충격성 및 내후성을 증대시키기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 탈탄륨(Tantalum)은 전이금속으로서 내산기능을 가지고 있어 오염방지성과 내침식성을 강화시킨다.
아울러, 탄화규소는 방열점착성 강화시키고, 특히 성형시 수축변형성을 억제하기 첨가되고, 피로메트리산은 열수축성을 억제하고 슬립성을 강화시켜 원료 성형시 성형성을 좋게 하고, 내구성을 증진시키기 위해 첨가된다.
한편, 상기 제4단계는 압출전에 반죽에 잔류된 공기를 진공 흡착방식으로 완전히 빼내어 성형시 기포로 인한 성형불량을 방지하기 위한 단계이다.
그리고, 상기 제5단계는 진공압출 성형단계로서 특히, 판재, 벽돌 또는 고형화 형태의 것을 제조하기 위한 규격을 만족시키기 위해 반드시 10-35kg/㎠의 압력으로 압출성형해야 한다.
상기 7단계에서 갤러리는 다양한 형태의 기초 건축자재로 일례로 도 1에서와 같은 형태가 될 수 있다.
또한, 제8단계는 일종의 양생과정으로서, 유무기물이 서서히 팽창, 수축, 휘발하는 과정을 거쳐 결속조직 구조를 갖추도록 최초 30℃로부터 시간당 40-50℃의 속도로 서서히 승온시켜 최대 120℃를 유지한 채 48-60시간 동안 건조시키는 단계이다.
이때, 너무 급하게 승온시키게 되면 균열이 발생하고, 크랙에 따른 갈라짐이 생기는 불량이 야기되므로 반드시 주의하여야 한다.
뿐만 아니라, 제9단계는 소성하는 단계로서, 1050-1180℃의 소성로에서 3-6시간 소성하여 유해성분을 고정화시켜 제거하고, 판재 또는 벽돌 또는 고형화 형태의 것 내부에서 조직을 치밀화시키는 유리질이 형성되어 내구성, 강도 및 경도를 증대시키며, 소성품으로 완성되게 하는 단계이다.
이 단계를 거치게 되면, 건축자재로 사용되는 판재 또는 벽돌 또는 고형화 형태의 것 내부조직의 결속력이 강화되어, 강한 강도와 경도를 얻게 되며, 내구성이 현저히 증가되게 된다.
이때, 상기 소성로는 터널식 가마 혹은 불연속가마일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 소성품의 내구성을 확인하기 위해 재가열수축율(%), 압축강도(kg/㎠), 열전도율(kcal/mh℃)을 확인한 결과, 재가열수축율은 0.09%로 거의 수축이 일어나지 않은 우수제품으로 확인되었으며, 압축강도는 19.8kg/㎠로서 기준치인 10kg/㎠ 보다 월등하게 우수하였고, 열전도율도 0.20kcal/mh℃로서 내열성이 뛰어난 것으로 확인되었다.
Claims (2)
- 주원료를 가공하는 제1단계; 가공된 주원료에 부원료를 혼련하는 제2단계; 혼련된 원료를 반죽하고 퍼그밀(pugmill)로 압축하는 제3단계; 압축된 반죽을 진공압출기로 반송하면서 공기를 빼내는 제4단계; 공기가 제거된 압축 반죽을 진공압출하는 제5단계; 진공압출물을 1차 절단하여 판재, 벽돌, 고형화 형태의 칼럼을 만드는 제6단계; 판재, 벽돌, 고형화 형태의 칼럼을 프레스가공하여 갤러리(기초 건축자재) 형태로 성형하는 제7단계; 갤러리(기초 건축자재) 형태로 프레스된 판재, 벽돌, 고형화 형태의 것을 건조로에 넣고 건조하는 제8단계; 건조된 판재, 벽돌, 고형화 형태의 것을 소성로에 넣고 소성하는 제9단계;를 포함하고, 상기 제1단계는 수거된 바닥재 100중량부에 대해, 셀룰로오즈 나노파이버(Cellurose Nanofiber) 10-20중량부; 1,2-헥산다이올(1,2-Hexane diol) 5-10중량부를 첨가하여 균일하게 고속 교반하는 단계이고; 상기 제2단계에서 혼련되는 부원료는 50-100㎛ 입도를 갖는 폐석재 파쇄물과 석재슬러지가 동일 중량비로 혼합된 것이며; 상기 제1,2단계에서 사용되는 주원료와 부원료의 혼합비율은 2:1의 중량비를 유지하도록 혼합되어 혼련된 폐자원을 활용한 건축자재 제조방법에 있어서;
상기 제3단계에서 원료를 반죽할 때 반죽 원료 100중량부에 대해, 질화붕소 15중량부, 세리사이트 분말 10중량부, 이소시아누레이트 5중량부, 탈탄륨 분말 15중량부, 탄화규소 분말 15중량부, 피로메트리산 10중량부를 더 혼합 반죽하고;
상기 제5단계는 10-35kg/㎠의 압력으로 압출성형되며; 상기 제8단계는 최초 30℃로부터 시간당 40-50℃의 속도로 서서히 승온시켜 최대 120℃를 유지한 채 48-60시간 동안 건조시키는 단계이고; 상기 제9단계는 1050-1180℃의 소성로에서 3-6시간 소성하는 단계;인 것을 특징으로 하는 폐자원을 활용한 건축자재 제조방법. - 삭제
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| KR20090131210A (ko) * | 2008-06-17 | 2009-12-28 | ㈜익성텍 | 내화성(耐火性)을 갖는 압출(壓出) 성형법에 적합한비내력(非耐力)벽체용 조성물 및 내화 판넬 압출 성형 방법및 그에 의한 판넬 |
| KR101056448B1 (ko) | 2009-02-09 | 2011-08-11 | 강원대학교산학협력단 | 도시 쓰레기 소각재인 소각비산재와 바닥재를 혼합한 무기바인더의 제조 방법 |
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2022
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