KR102500049B1 - 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물 및 그 아스콘 조성물의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물 및 그 아스콘 조성물의 제조 방법에 관한 것으로, 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 폐유리섬유 1 중량부를 혼합해서 분쇄기를 통해서 분쇄하고, 이 분쇄된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 체가름으로 3㎜ 이하의 크기로만 선별하고, 선별된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유에 투입된 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서 통상 아스콘 79∼80 중량부를 교반한 아스콘 조성물이 구성되어, 이 아스콘 조성물을 도로포장재로 사용함에 따라, 알루미늄 블랙 드로스의 미세 기공으로 도로의 투습성이 우수하고, 알루미늄 블랙 드로스의 우수한 강도와 폐유리섬유의 우수한 인장력으로 무더위나 혹한의 환경에서도 도로의 변형이나 크랙이 발생하지 않고, 폐기되던 자원을 재활용하여 친환경적인 것이다.

Description

알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물 및 그 아스콘 조성물의 제조 방법{the asphalt concrete mixture composition with aluminium black dross and waste glass fiber and the manufacturing method thereof}

본 발명은 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물 및 그 아스콘 조성물의 제조 방법에 관한 것으로, 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 폐유리섬유 1 중량부를 3㎜ 이하 크기로 분쇄하고, 투입된 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 통상 아스콘 79∼80 중량부가 혼합된 아스콘 조성물이 구성되어, 이 아스콘 조성물을 도로포장재로 사용함에 따라, 알루미늄 블랙 드로스의 미세 기공과 강도에 의해 도로의 투습성과 내구성이 우수해지고, 폐유리섬유의 인장력으로 한더위나 혹한에도 도로포장재가 녹거나 어는 등의 변형이나 손상이 방지되며, 폐기되던 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유로 통상 아스콘 재료들을 대체할 수 있어 경제적이고 친환경적인 효과가 있다.

일반적으로 알루미늄을 이용한 주조 방법으로 부품을 만들기 위해서 알루미늄 소재를 용탕(溶湯)에서 녹이게 되며, 알루미늄 용융 과정에서 용탕 표면에는 산화물층이 형성되고, 이 산화물을 걷어낸 것을 알루미늄 드로스라 하며, 이 알루미늄 드로스 중에서 알루미늄 블랙 드로스는 금속 함량이 낮고 성분 분리가 어려워 대부분 매립처리하고 있으나, 물과 반응하면 가스와 발열 반응이 일어나므로 매립에 의한 토양오염 발생 우려가 있으므로, 이 알루미늄 블랙 드로스를 자원화하는 기술이 많이 개발되고 있다.

예를 들어, 대한민국특허등록 제10-2105859호에는, 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리를 혼합하여 수열합성으로 제올라이트를 제조하는 ‘폐자원을 이용한 제올라이트의 제조방법’에 대한 내용이 게시되어 있고, 또, 대한민국특허등록 제10-2075589호에는 알루미늄 블랙 드로스를 가수분해하고 포집기, 응축기, 트랩기 등에 의해서 가수분해 과정에서 발생하는 가스, 고형물 등을 채집하여, 알루미늄 알갱이, 가용성 고형분, 불용성 고형분 및 가수분해 가스로 재활용하는 ‘알루미늄 블랙 드로스 재활용 시스템’에 대한 내용이 게시되어 있다.

한편, 앞서 예시한 발명들에서는 자원화하기 어려운 알루미늄 블랙 드로스를 미립화하여 수열합성이나 가수분해로 자원화하는 방법이 게시되어 있으나, 이렇게 자원화된 물질들을 실제로 어떤 분야에 어떤 제품에 사용하는지 제시되지 않아서 어떻게 사용될지 미지수이며, 앞서 예시한 발명들은 알루미늄 블랙 드로스를 수열합성이나 가수분해 등의 처리 과정을 거쳐야 하므로, 그 과정에서 첨가해야되는 물질과 발생하는 성분(가스 등)을 잘 포집하고 처리해야 하며, 최종 성분들 중에는 다시 폐기 처분해야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 알루미늄 블랙 드로스를 처리하는데 최소한의 처리 방법으로 별도의 부산물을 발생하지 않으면서 정확한 용도로 사용할 수 있는 재활용 처리 방법의 개발이 필요하였다.

그리고, 기존 아스콘은 한여름의 고온에 녹고 한겨울의 저온에는 얼어 변형이나 파손이 되는 문제점이 있어 개선이 필요하였고, 내구성이나 투수성도 떨어져 자주 새로 포장해야 하는 문제점이 있어 개선이 필요하였다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 폐유리섬유 1 중량부를 혼합해서 분쇄기를 통해서 분쇄하고, 이 분쇄된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 체가름으로 3㎜ 이하의 크기로만 선별하고, 선별된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유에 투입된 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서 통상 아스콘 79∼80 중량부를 교반한 아스콘 조성물이 구성되어, 이 아스콘 조성물을 도로포장재로 사용함에 따라, 알루미늄 블랙 드로스의 미세 기공으로 도로의 물 투과성이 우수하고, 알루미늄 블랙 드로스의 우수한 강도와 폐유리섬유의 우수한 인장력으로 도로의 변형이나 파손이 방지되도록 한다.

또한, 상기 체가름으로 선별되지 못한 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 분쇄기를 다시 투입되어 체가름으로 모두 선별되도록 하여, 투입되는 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 모두 활용될 수 있도록 하고, 선별된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유와 통상 아스콘의 교반 상태를 보면서 3㎜ 이하의 크기의 알루미늄 블랙 드로스 또는 통상 아스콘을 더 추가하여 최적화된 상태로 도포 포장재에 적용할 수 있도록 한다.

이와 같이 본 발명은, 3㎜ 이하 크기의 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 3㎜ 이하 크기의 폐유리섬유 1 중량부, 통상 아스콘 79∼80 중량부가 혼합된 아스콘 조성물이 구성되어, 이 아스콘 조성물을 도로포장재로 사용함에 따라, 알루미늄 블랙 드로스의 미세 기공으로 도로의 배수가 우수해지고, 알루미늄 블랙 드로스의 우수한 강도와 폐유리섬유의 우수한 인장력으로 뜨거운 여름이나 혹한의 겨울에도 도로포장재가 녹거나 어는 등의 변형이나 파손을 방지하는 효과가 있으며, 기존에 비용을 들여 폐기되던 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 통상 아스콘(모래, 자갈 등의 골재와 녹인 아스팔트를 혼합한 것)의 20％ 정도 대체할 수 있어 아스콘 제조비용을 20% 정도 절감할 수 있는 경제적인 효과와, 매립되던 폐자원을 재활용하므로 친환경적인 효과가 발생하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물의 제조 방법의 순서도.
도 2는 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물의 제조 과정을 보여주는 개략도.

본 발명은 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물 및 그 아스콘 조성물의 제조 방법에 관한 것으로, 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 폐유리섬유 1 중량부를 혼합하는 재료 혼합 단계(S1); 상기 준비된 재료를 분쇄기를 통해서 분쇄하는 분쇄 단계(S2); 상기 분쇄된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 체가름으로 3㎜ 이하의 크기로만 선별하는 체가름 단계(S3); 선별된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유에 투입된 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서 통상 아스콘(모래, 자갈 등 골재와 녹인 아스팔트) 79∼80 중량부를 투입하는 아스콘 투입 단계(S4); 상기 혼합한 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유 아스콘 조성물 및 통상 아스콘을 균일하게 교반하는 교반 단계(S5)로 아스콘 조성물의 제조가 완료되어, 이 아스콘 조성물을 도로포장재로 사용할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물을 설명하고, 그 아스콘 조성물의 제조 방법을 설명하며, 아스콘 조성물은 3㎜ 이하 크기의 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 3㎜ 이하 크기의 폐유리섬유 1 중량부, 통상 아스콘 79∼80 중량부가 혼합되어 구성한다.

한편, 아스콘 조성물을 구성하는 알루미늄 블랙 드로스(aluminum black dross)는 알루미늄 용융 시에 발생하는 산화물을 모은 것으로, 이 알루미늄 블랙 드로스는 분쇄기(200)나 파쇄기로 분쇄하여 3㎜ 이하 입자 크기를 적용하며, 폐유리섬유는 산업상 유리섬유가 적용되어 이용한 뒤 제거를 위해 수거한 유리섬유, 재단 후 자투리 유리섬유 등과 같이 폐기를 위해 수거된 유리섬유를 말하는 것으로, 이 유리섬유도 분쇄기(200)나 파쇄기 등을 통해 3㎜ 이하 크기를 적용한다.

또한, 아스콘은 일반적으로 도로포장재로 사용되는 아스팔트 콘크리트 혼합물을 말하는 것으로, 이 아스콘의 통상적인 재료는 굵은골재, 잔골재, 채움재 등에 적절한 양의 녹인 아스팔트를 포함하며, 필요 시 첨가재료가 추가되는데, 이 통상의 아스콘 재료는 적용되는 도로에 따라 적절한 혼합비를 가진다.

이렇게 본 발명에 따른 아스콘 조성물은 통상의 아스콘 재료에 알루미늄 블록 드로스와 폐유리섬유가 포함된 것으로, 그 제조 방법을 도1의 순서도를 따라 설명하면 다음과 같다.

먼저, 재료 준비 단계(S0)는, 아스콘 혼합물 제조에 필요한 알루미늄 블랙 드로스, 폐유리섬유, 통상 아스콘을 준비하는 단계로, 알루미늄 블랙 드로스는 앞서 설명한 바와 같이, 알루미늄 용융시에 발생한 부산물로 준비되며 균일하지 않는 크기로 제공되며, 폐유리섬유는 수거된 형태로 제공되는데, 어느 정도는 너무 크거나 길지 않고 적절한 크기로 준비하는 것이 바람직한다.

그리고 통상 아스콘은 일반적으로 도로포장재에 사용되는 아스팔트 콘크리트로 다양한 크기 및 종류의 골재, 녹인 아스팔트, 기타 첨가재료가 사용되며, 적용하는 도로의 사정에 따라 적절한 재료와 혼합비를 가진다.

그리고 재료 혼합 단계(S1)는, 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 폐유리섬유 1 중량부를 혼합하는 단계로, 알루미늄 블록 드로스와 폐유리섬유는 무게 비율(중량 비율)미리 혼합하여 다음 공정을 위한 분쇄기(200)로 투입하거나, 또는, 각 무게 비율로 계량된 알루미늄 블록 드로스와 폐유리섬유를 분쇄기(200)에 같이 투입하면서 혼합할 수 있다.

다음으로, 분쇄 단계(S2)는 혼합된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 3㎜ 이하 크기로 분쇄하는 것으로, 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 분쇄기(200)나 파쇄기에 의해서 적절한 크기로 분쇄되는데, 분쇄기(200)나 파쇄기는 적절한 입자 크기를 얻기 위해 적절한 것을 하나 이상 선택하여 적용하는데, 도2에는 호퍼(100)를 통해 투입된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 파쇄하기 위하여 분쇄기(200)로 롤밀(roll mill)의 개략도를 표시하였으며, 이렇게 한 번 또는 그 이상의 분쇄 과정을 통해서 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 분쇄한다.

이어지는, 체가름 단계(S3)는 분쇄된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 체가름(스크리닝, screening)를 통해서 3㎜ 이하 크기의 입자만을 수집하는 단계로, 체가름은 한 번에 원하는 크기로 선별할 수도 있지만, 단계별로 체가름을 통해서 원하는 입자 크기를 얻을 수 있도록 하며, 선별되지 못해 체(300)에 남는 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 다시 분쇄기(200)로 투입되어 분쇄한 뒤에 체(300)를 통과시켜 다음 공정에 모두 적용할 수 있도록 한다.

또한, 통상 아스콘 투입 단계(S4)는, 3㎜ 이하 크기의 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유에 통상 아스콘을 투입하는 단계로, 통상 아스콘은 투입된 알루이늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서 79 내지 80 중량부를 투입한다.

그리고 통상 아스콘은 앞서 설명한 바와 같이, 일반 도로포장재에 사용되는 것으로, 도로 여건에 맞는 골재, 아스팔트 같은 재료를 적절한 혼합비로 사용되며, 기능 개선을 위해 첨가재료가 더 포함되기도 하는데, 이 통상 아스콘은 미리 혼합된 상태에서 앞서 준비된 3㎜ 이하 크기의 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유가 혼합될 수 있고, 또한, 3㎜ 이하 크기의 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유와 통상 아스콘의 재료들이 같이 혼합될 수 있다.

마지막으로, 교반 단계(S5)는, 혼합된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유 및 통상 아스콘을 교반하여 균일하게 혼합하는 단계로, 혼합된 재료들은 교반기나 믹서기(400) 등을 통해서 균일하게 혼합하며, 이 교반 과정을 거치면 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물의 제조가 완료된다.

한편, 교반 단계(S5)에서는 교반 상태 상태를 보면서 3㎜ 이하 크기의 알루미늄 블랙 드로스 또는 통상 아스콘이 더 추가될 수 있는데, 이것은 알루미늄 블랙 드로스가 부산물이기 때문에 성분이나 품질이 균일할 수 없기 때문에 최종적으로 도로 포장에 사용되는 아스콘 조성물로 적용하기 위한 최적의 상태를 맞추는 것이 바람직하다.

이와 같은 방법으로 제조되는 아스콘 조성물은, 도포 포장에 사용되는데, 통상 아스콘에 포함되는 골재와 더불어 알루미늄 블랙 드로스에 미세기공이 포함되어 있어서 비가 내리더라도 물(수분)을 빨리 흡수하고 배출하므로 빠른 물 빠짐으로 도로의 상태를 최적으로 유지하는 특징이 있으며, 알루미늄 블랙 드로스의 우수한 강도와 폐유리섬유의 우수한 인장력으로 내구성과 내마모성이 우수하며, 여름철의 고온의 날씨에 녹거나 변형되는 현상이 현저하게 줄어들며 겨울철 혹한의 수분 침투로 인한 갈라지는 현상이 방지되는 뛰어난 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따른 아스콘 조성물에 포함하는 알루미늄 블랙 드로스는 다른 처리 없이 분쇄만으로 그대로 적용하므로 별도의 처리 시간과 비용이 많이 필요하지 않고, 그대로 모두 사용될 수 있는 특징이 있으며, 또한, 부산물이고 폐기되던 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 사용하므로 자원을 재활용하는 친환경적 의의가 크고, 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유의 우수한 특성을 도로포장재로 적용하면서 도로포장재의 기능성과 수명을 높여주는 효과가 있다.

또한, 경제적인 부분에서도 비용을 지급하고 폐기 처분해오던 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 유용한 아스콘 재료로 사용하고, 통상 아스콘의 20％를 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유가 대체하면서 도로포장재의 제조 비용이 절감되고, 이는 폐기되는 자원을 회수하는 비용까지 포함하면 경제적으로 매우 뛰어난 효과가 있으며, 더욱이, 매립될 수밖에 없었던 자원을 재활용하여 자연을 보호하는 친환경적인 효과가 있다.

한편, 본 발명에 따른 아스콘 조성물에 적용되는 알루미늄 블랙 드로스에 대한 중금속 등의 검출 등을 확인하기 위해서, 경상북도보건환경연구원에 알루미늄 블랙 드로스를 시료로 하는 폐기물공정시험기준에 의해 시험한 결과는 아래 [표 1] 과 같다.

검사항목	기준	결과	단위
납(Pb)	3 이하	불검출	㎎／Ｌ
구리(Cu)	3 이하	불검출	㎎／Ｌ
비소(As)	1.5 이하	불검출	㎎／Ｌ
수은(Hg)	0.005 이하	불검출	㎎／Ｌ
카드뮴(Cd)	0.3 이하	불검출	㎎／Ｌ
6가크롬(Cr+6)	1.5 이하	불검출	㎎／Ｌ
시안(CN)	1 이하	0.05	㎎／Ｌ
기름성분	5 이하	불검출	％
판정	기준적

위 [표 1]에 따르면 알루미늄 블랙 드로스에 도로포장재인 아스콘 조성물에 적용되더라도 토양오염이나 환경오염에 문제가 없는 친환경적인 재료임을 알 수 있다.

100: 호퍼 200: 분쇄기
300: 체 400: 믹서기

Claims (3)

1. 3㎜ 이하 크기의 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 3㎜ 이하 크기의 폐유리섬유 1 중량부, 통상 아스콘 79∼80 중량부가 혼합된 아스콘 조성물을 구성하여,
   그 아스콘 조성물을 도로포장재로 사용함을 특징으로 하는 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물.
   
2. 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서, 폐유리섬유 1 중량부를 혼합하는 재료 혼합 단계(S1); 상기 준비된 재료를 분쇄기를 통해서 분쇄하는 분쇄 단계(S2); 상기 분쇄된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 체가름으로 3㎜ 이하의 크기로만 선별하는 체가름 단계(S3); 선별된 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유에 투입된 알루미늄 블랙 드로스 20 중량부에 대해서 통상 아스콘 79∼80 중량부를 투입하는 아스콘 투입 단계(S4); 상기 혼합한 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유 아스콘 조성물 및 통상 아스콘을 균일하게 교반하는 교반 단계(S5)로 아스콘 조성물을 제조함을 특징으로 하는 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물의 제조 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 체가름 단계(S3)에서는 선별되지 못한 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유는 다시 분쇄기로 넣어 모두 선별되는 크기로 사용되도록 하고,
   상기 교반 단계(S5)에는 알루미늄 블랙 드로스나 통상 아스콘이 더 추가됨을 특징으로 하는 알루미늄 블랙 드로스와 폐유리섬유를 포함하는 아스콘 조성물의 제조 방법.

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