KR19990041268A - 소각회 혹은 슬러지를 이용한 인공경량골재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

제지 슬러지 소각회를 이용한 인공경량골재 및 이의 제조방법.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

고온의 소성과정 없이 저온에서 양생시켜 인공골재를 제조함으로써, 제조비 절감 및 인공골재의 성능을 향상시키고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

제지 슬러지 소각회와 상기 소각회의 부착을 돕기 위한 핵과 결합제를 믹서에 투입하여 상기 소각회가 상기 핵의 주위에 부착 및 치밀화되도록 상기 믹서를 회전시키고, 상기 결합재 및 소각회를 상기 믹서에 투입시키는 단계를 반복하여 원하는 소정크기의 구상체를 획득한 다음, 상기 구상체를 저온에서 소정의 기간동안 건조 양생시키고, 상기 양생된 구상체의 주위를 코팅처리한다.

4. 발명의 중요한 용도

인공경량골재의 제조에 이용됨.

Description

소각회를 이용한 인공경량골재 및 이의 제조방법

본 발명은 소각회를 이용한 인공경량골재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 원심력을 이용해 핵의 주위에 소각회를 부착하고, 이를 치밀화함으로써 고온에서 소성과정 없이 상온에서 제조 가능한 인공경량골재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

국내에서 플라이 애쉬, 제지 슬럿지 소각회, 소각장 소각회 등 소각잔재물의 배출량은 년간 400만톤이상으로 추정되고 있으며, 이 양의 일부분(약 30%정도)만이 재활용되고, 나머지는 매립(약 70%정도)되고 있는 실정이다.

또한, 재활용되는 약 30%정도의 소각회도 단순 활용되는 경우가 대부분이며, 부가가치가 높은 상품으로서 재활용 방법은 아직까지 부족하다.

아울러, 매립되는 약 70%의 각 종 소각회는 매립지의 부족과 소각회로부터 용출되는 유해물질로 인한 지하수 오염 등 여러 가지 문제를 야기시키고 있는 실정이다. 한편, 대도시 주변의 소각로로부터 배출되는 소각회는 중금속 함유량이 매우 높아 매립지의 반입이 거부되는 등 사회적인 문제가 되기도 했다.

소각회를 합리적으로 처리하는데 있어, 많은 양을 동시에 처리해야 하고(효율적인 처리방식), 재활용시 단가가 저렴해야 하며(경제성), 동시에 중금속의 용출문제를 해결해야 하는(환경문제) 3가지의 어려움이 따르고 있다.

이러한 소각회를 활용하는 종래의 방안으로 콘크리트·시멘트의 혼합재나, 2차제품(벽돌, 인터록킹 블록 등)의 생산에 소각회를 그대로 사용하는 단순혼합방법이 주를 이루고 있다. 그러나, 이 방법은 재활용의 효율과 경제성은 어느정도 확보가 가능하나, 소각회의 중금속 용출문제를 내포하고 있어 이의 활용성에 반론이 제기되고 있는 실정이다.

한편, 소각회를 이용하여 인공경량골재를 제조하는 방법이 제시되고 있다.

대한민국 공개특허 95-17859에는 제지슬러지 및 그 소각회를 소재로한 인공경량골재 및 그 제조방법에 관하여 기술되어 있다.

즉, 공개특허 95-17859에 기재된 인공경량골재는 벽돌용 점토를 주원료로 하고, 제지 슬러지 및/또는 제지 슬러지 및 그 소각회를 부원료로 하여 이들을 혼합 및 성형하고, 고온(약 1200 내지 1300℃)에서 소성하여 발포 팽창시킴으로써, 제조된다. 여기서, 인공경량골재 중의 제지 슬러지 및/또는 제지 슬러지 소각회의 함량이 10 내지 70중량%이고, 소성공정 중 승온속도는 분당 10 내지 20℃이다.

또한, 대한민국 공개특허 95-23625에는 제지공장의 폐슬러지를 주재료로한 인공경량골재의 제조방법에 대해 기재되어 있다.

여기에서의 인공경량골재 제조방법은 제지공장의 폐슬러지 40∼60중량부, 황토(또는 점토류) 25∼35중량부, 플라이 애쉬(FLY-ASH) 15∼30중량부를 혼합한 후, 물을 15∼20중량부 첨가하여 혼련시킨 다음, 압출성형하여 절단하여 회전전조기를 통과시키면서 건조 및 구상체로 만든 후, 1,100∼1,200℃에서 연속회전 소성로에서 3 내지 5시간 소성한 다음 냉각시킴으로써 이루어진다.

그리고, 대한민국 공개특허 96-22344에는 인공경량골재 및 그의 제조방법에 대해 기술되어 있는데, 규석 광산 부산물 7∼40중량%과 화력발전소 부산물인 플라이 애쉬 40∼70중량%를 주원료로 하며, 부원료로서 백운석 광산 부산물 3∼5중량%, 석회석분 5∼10중량%, 장석분 2∼10중량% 및 물유리 4∼10중량%를 첨가하며, 물과 물유리를 결합제로 하여 혼련 후 조립, 건조하여 1200 내지 1300℃로 소성함으로써, 인공경량골재를 제조할 수 있다고 기술하고 있다.

상기와 같은 종래의 인공경량골재 제조방법은 모두 소성공정을 필요로 하며, 이 소성공정을 위해 소성로의 온도가 약 1,100℃이상 되어야 한다. 이러한 결과로 인해 인공경량골재를 제조하는데 있어, 고에너지가 투입되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 이러한 공정을 통해 제조된 인공골재의 품질면에서도 골재표면의 균열 및 물에 풀어짐 등의 여러 가지 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 소각회와 소각회를 결합시키기 위한 핵과 멜라민 수지를 투입하여 혼합, 회전시켜 구형화하고, 이를 상온에서 건조시킴으로써, 고에너지를 필요로 하지 않아 제조비를 절감시키고, 인공골재의 품질을 향상시킬 수 있는 인공경량골재 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명에 따른 인공경량골재의 단면도.

도2는 본 발명에 따른 인공경량골재 제조방법은 나타내는 흐름도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인공경량골재는, 소각회를 주원료로 하되, 핵과 결합재를 투입 회전시켜 상기 소각회가 상기 핵의 주위에 부착 및 치밀화되도록 하는 과정을 통해 소정의 크기를 갖는 구형체를 획득한 후, 저온에서 소정의 시간동안 양생시켜 코팅처리한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 소각회를 이용한 인공경량골재 제조방법은 소각회와 상기 소각회의 부착을 돕기 위한 핵과 결합재를 믹서에 투입하여 상기 소각회가 상기 핵의 주위에 부착 및 치밀화되도록 상기 믹서를 회전시키는 단계; 상기 결합재 및 소각회를 상기 믹서에 투입시키는 단계를 반복하여 원하는 소정 크기의 구상체를 획득하고, 상기 구상체를 저온에서 소정의 기간동안 건조 양생시키는 단계; 및 상기 양생된 구상체의 주위를 코팅처리하여 마감하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 먼저 본 발명에 이용되는 제지 슬러지 소각회와 결합재인 멜라민 수지의 특성에 대해 살펴본다.

제지 슬러지 소각회는 제지제조 공정중에 발생되는 슬러지를 소각하여 발생되는 최종 폐기물로서, 소각회의 성분은 종이의 종류, 소각로의 온도, 제지제조 공정중에 투입되는 각 종 혼합물 등에 따라 다르게 나타난다.

먼저, 소각회의 물리적 특성을 살펴보면, 제지 슬러지 소각회는 플라이 애쉬와 비교하여 입자크기가 더 크고 비표면적이 작은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 제지 슬럿지 소각회의 소각온도가 비교적 낮기 때문에 기인한 것으로 알려져 있다. 그러나, 최근에는 새로운 소각로가 도입되어 소각온도가 높아져 소각회의 입자형태가 구상으로 비교적 향상되었으나, 분석된 소각회의 입자형태는 판상과 막대모양으로 거칠며, 비표면적은 3,370㎠/g, 진비중은 2.45, 벌크비중은 0.51로 나타났다. 참고로 제지 슬러지 소각회의 용융점은 1,318℃였다.

다음, 소각회의 화학적 특성을 살펴보면, 소각회의 종류별로 화학적 특성은 서로 다르게 나타나는데, 이는 종이의 종류가 서로 다르기 때문이다. 인쇄용지는 SiO₂+Al₂O₃+CaO+MgO의 주요 4성분의 함유량이 95%인데 비하여 골판지의 소각회는 67%로 낮게 나타나고 있다. 특히, 골판지 소각회의 강열감량이 현저하게 높은데, 이러한 미연소탄분은 결합재의 선정에 영향을 미치게 된다. 미연소탄분은 목재의 특성을 지니고 있으므로 결합재에는 현재 목재계 접착제로 많이 활용되고 있는 멜라민 수지가 적합하다.

본 발명에서는 소각회의 효율적 이용과 경제성, 그리고 용출문제를 해결하기 위해 결합재로 멜라민 수지를 사용하는데, 멜라민 수지는 가격이 타 수지보다 1/3정도 저렴하고, 특히 점도가 높지 않아 결합재료로서 그 역할이 충분하며, 기계적 강도가 크다는 장점을 가지고 있다.

멜라민 수지는 일반적으로 섬유화장판 등의 합성에 많이 이용되고 있고, 이러한 제지 슬럿지 소각회의 목질 성분은 잘 결합시켜주는 특성을 지니고 있어 가장 적합한 결합재이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 인공골재를 제조하기 위해 본 발명의 주원료인 소각회, 결합재인 멜라민 수지, 소각회가 부착되는 핵을 투입하는 각각의 투입기와, 상기 각각의 투입기에서 투입된 재료를 혼합하고, 원심력에 의해 핵이 회전하면서 핵의 주위에 소각회가 부착되도록 하는 가경식 믹서와, 상기 가경식 믹서에 의해 형성된 소정의 크기를 갖는 구형체를 건조 양생하는 건조조와, 상기 건조조에 의해 양생된 골재의 주위를 마감처리하기 위해 코팅처리하는 코팅처리조를 구비한다.

이러한 본 발명을 제조하기 위한 제조장치는 일반적인 구성요소를 이용하여 구성이 가능하며, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명 및 도면을 생략하기로 한다.

도1은 본 발명에 따른 인공경량골재의 단면도를 나타낸다.

본 발명의 인공경량골재는 구상입자가 성장하는 출발점이 되는 핵(1)이 중앙에 위치하며, 이 핵(1)의 주위에 멜라민 수지가 뭍혀진 상태에서 소각회(2)가 투입되고, 믹서가 회전하면서 원심력에 의해 핵(1)의 주위에 소각회(2)가 부착됨과 동시에 구름동작을 통해 치밀화 및 구형화되게 된다. 그리고, 다시 멜라민 수지를 투입하고, 소각회(2)를 투입하여 상기와 같은 과정을 소정 크기의 구형이 될 때까지 반복한다.

이러한 과정을 통해 구형 골재가 생성되면 이를 상온에서 건조 양생시키고, 이 양생된 골재를 코팅처리함으로써 본 발명의 인공경량골재를 획득할 수 있다.

여기서, 핵(1)의 재료로 잔골재 혹은 스치로폼 입자를 사용할 수 있다.

도2는 본 발명에 따른 인공경량골재의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 본 발명에서는 소정의 경사각으로 기울어져 있는 가경식 믹서내에 핵과 결합재로 멜라민 수지가 투입되어 핵의 주위에 멜라민 수지가 충분히 뭍혀지도록 한다. 그리고, 이 상태에서 제지 슬러지 소각회가 믹서내에 투입되고, 믹서의 회전에 의해 핵이 회전하면서 핵의 주위에 소각회가 부착된다. 그리고, 계속적인 회전에 의해 핵의 주위에 부착된 소각회는 치밀화된다. 본 발명에서는 핵과 멜라민 수지, 그리고 소각회를 투입하여 회전시키는 동작을 약 30초동안 실시하였다. 이와 같이 한번의 소각회 부착 및 치밀화 동작이 끝나면 다시 멜라민 수지와 소각회를 투입시켜 믹서를 약 30초동안 회전시킨다. 이러한 동작을 반복하면서 원하는 크기의 초기 구상 골재를 획득한다.

이러한 과정을 통해 원하는 크기의 구상 골재가 생성되면 이 초기 구상 골재는 양생단계를 거치기 위해 소정의 조건에서 소정의 기간동안 건조된다. 본 발명의 실시예에서는 상온에서 약 3일 동안 건조시켰다. 한편, 건조시 온도는 약 상온에서 80℃이내를 유지할 수도 있다.

이와 같은 조건에서 양생된 구상 골재는 최종 처리공정인 코팅처리 과정을 거치게 된다. 이러한 골재의 코팅처리는 중금속의 용출거동 및 흡수특성을 제어하는데 도움이 된다. 본 발명에서는 이 코팅 처리를 하는데 있어서, 재료로 폴리 아크릴 고분자(PAE Polymer)를 사용하였다.

본 발명의 실시예에서는 골재의 핵으로 약 5mm이하의 잔골재 혹은 스치로폼 입자를 사용하였다.

여기서, 잔골재를 핵으로 사용한 인공골재는 비중이 약간 높아 일반 콘크리에도 사용가능하고, 스치로폼 입자를 핵으로 사용한 골재는 단열 등을 처리하는데 이용된다.

상기와 같은 본 발명에 의해 얻어지는 효과를 골재의 성능 및 제조원가 측면에서 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 인공경량골재의 품질 성능을 [표 1]에 나타내었다. 이 품질 실험에서는 종래의 방법을 통해 제조된 국내산, 외국산 2종의 인공골재와 본 발명에 따른 제조공정을 통해 제조된 2종류의 인공골재를 상호 비교하였다. 본 발명에서 A형은 핵으로 잔골재를 사용한 것이며, B형은 핵으로 스치로폼을 사용한 것이다.

[표 1]을 통해 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 골재의 경우 비중, 입도, 흡수율, 10% 파쇄하중, 실적율 등의 경량골재 관련 성능에서 종래의 골재와 비교하여 품질이 우수한 것으로 나타났으며, 특히 흡수율의 경우 종래 골재의 1/3수준으로 나타나 매우 뛰어난 것으로 나타났다.

[표 1]

또한, 본 발명과 종래의 인공경량골재의 제조비를 비교해 본 결과, 본 발명은 종래의 인공경량골재에 비해 약 25∼35%정도의 원가를 절감할 수 있는 것으로 나타났다.

Claims (6)

1. 소각회를 주원료로 하되, 핵과 결합재를 투입 회전시켜 상기 소각회가 상기 핵의 주위에 부착 및 치밀화되도록 하는 과정을 통해 소정의 크기를 갖는 구형체를 획득한 후, 상온 내지 약 80℃의 온도에서 소정의 시간동안 양생시켜 코팅처리한 것을 특징으로 하는 인공경량골재.
2. 소각회를 이용한 인공경량골재 제조방법에 있어서,

   소각회와 상기 소각회의 부착을 돕기 위한 핵과 결합재를 믹서에 투입하여 상기 소각회가 상기 핵의 주위에 부착 및 치밀화되도록 상기 믹서를 회전시키는 단계;

   상기 결합재 및 소각회를 상기 믹서에 투입시키는 단계를 반복하여 원하는 소정 크기의 구상체를 획득하고, 상기 구상체를 상온 내지 약 80℃의 온도에서 소정의 기간동안 건조 양상시키는 단계; 및

   상기 양생된 구상체의 주위를 코팅처리하여 마감하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 소각회는 제지 제조 공정을 통해 발생된 슬러지를 소각한 재료인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 핵은 약 5mm이하의 잔골재인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 핵은 스치로폼 입자인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 결합재는 멜라민 수지인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.