KR20000043700A - 제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물 - Google Patents

Abstract

폐비닐을 이용하여 슬래그를 제품으로 한 성형품에 관한 것으로, 슬래그를 제품으로 성형품의 제조시, 1mm 이하의 제강 슬래그를 중량비 100%로 준비하고, 결합제로 사용한 폐비닐은 결합제로서 뿐만 아니라 슬래그가 수분이나 공기와 접촉하는 것을 차단시켜 산화칼슘에 의한 팽창과 철에 의한 녹이 발생하는 것을 방지하기 위해 슬래그 중량비에 10 ~ 55%로 첨가하고, 첨가제로서 조성물의 가공 흐름성을 향상시키기 위해 스테아린산을 폐비닐 중량비의 0 ~ 5%로, 제품의 색상을 위하여 안료를 폐비닐 중량비의 2 ~ 4%로 첨가하며, 기타 첨가제로 산화 방지제, 자외선 안정제 등이 첨가되어 내후성의 보강과 제품의 부가 가치를 높혀주는 효과를 나타낸다.

Description

제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물

본 발명은 제철소 폐기물인 제강 슬래그의 재활용 방안에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강 슬래그와 폐비닐을 이용하여 슬래그를 제품으로 한 성형품을 제조하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 제강 슬래그의 경우 제철소에서 폐기되어지는 부산물로서 전로나 전기로에서 선철, 철 스크랩, 생석회 등을 이용하여 강을 제조하는 과정에서 생성되는 부산물로서 그 양이 대단히 많으나 사용처가 거의 없는 실정으로 일부분이 시멘트 제조사에서 첨가제로 사용되어지고 대부분은 매립 골재로 이용되고 있다.

이와 같은 슬래그의 일반적인 주요 성분은 표 1과 같다.

구성 성분	Fe	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	MnO	P2O5	S	TiO2
함량(%)	16.4	46.1	14.8	1.5	6.3	5.4	1.7	0.08	1.5

상기 표1의 성분으로 구성된 슬래그는 마모성이 좋고, 압축 강도가 우수한 특성 때문에 도로용 미끄럼 방지제로서의 사용이 되고 있다. 그리고, 기존의 슬래그를 이용한 일반적인 가공 기술로는 한국 특허 공개 95-17803호 공보와 공개 95-700862호 공보에 개시된 시멘트 제조사에서 첨가제로 일부 사용되어 지거나, 아니면 한국 특허 공개 90-001617호 공보에 개시된 도로 공사시 골재 대신에 사용되어지거나, 콘크리트 골재, 지반 개량재, 파쇄 골재 등에 사용되어지는 것이 고작이고 대부분 매립되어 지고 있다.

한편, 실제 이 슬래그를 이용하여 타일 등의 용도로 만들 경우 다른 조성물과 혼합하여 1200℃ 이상의 고온에서 소결시켜 일부 사용하고자 시도하고 있다. 그러나, 이러한 제법은 너무나 고온에서 작업이 이루어지기 때문에 작업성의 한계가 있고, 또한, 성형품의 표면이 깨끗하지 못하다.

그리고, 제강 슬래그는 일반적으로 제조 공정과 제조 강종에 따라 화학적 조성에 차이가 있으나, 그 차이에 따른 물성의 변화보다 슬래그 입자 자체의 팽창으로 인한 붕괴하는 현상은 슬래그의 폐자원으로서의 재활용의 제한 요인이 된다. 이러한 팽창의 원인은 제강의 제련에 부원료로 사용하는 생석회 즉, 산화칼슘(CaO)이 충분히 슬래그화 되지 않은 상태로 슬래그 중에 남게 되는 데, 이 석회분은 보통 유리석회라고 부르며 아래 반응식과 같이 생석회는 물(H₂0)을 쉽게 흡수하여 수산화칼슘(Ca(OH)₂)으로 되고, 이에 따른 부피가 약 2배로 팽창하여 골재의 강도를 약화시키기 된다.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

한편, 상기 팽창 붕괴의 현상은 산화칼슘 성분이 물이나 공기중의 이산화탄소(CO₂)를 흡수하여 방해석(CaCO₃)을 생성하여 안정화되어 방지할 수 있으나, 시간이 많이 걸리는 한계가 있다. 따라서, 현재 팽창 붕괴의 현상을 방지하기 위하여 여러 가지 연구가 진행되고 있다.

또한, 상기 표1에 나타난 바와 같이 슬래그 성분 중에 20%에 가까운 철(Fe) 성분은 함량이 많아서 시멘트 블록처럼 성형시 표면에서 녹물이 발생하여 제품으로서의 부가 가치를 낮게 함으로써, 이러한 슬래그 중의 철을 회수하기 위한 기술이 연구되고 있다.

이와 같이 제철소의 폐기물인 슬래그가 대부분 재활용되지 못하고 매립되고, 이를 재활용하더라도 고온에서의 작업으로 인한 작업성에 한계가 있고, 팽창으로 인한 붕괴 현상과 철에 의한 녹의 발생 등의 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 슬래그를 재활용할 경우, 작업 온도를 낮추어 작업을 간편하게 하고, 슬래그 중의 산화칼슘 성분과 수분이 반응하는 것을 방지하여 팽창으로 인한 붕괴를 방지하며, 철에 의한 녹이 발생하는 것을 방지하는 것이다.

도 1은 기존 콘크리트 블록을 기준으로 본 발명 성형품의 폐비닐 함량 변화에 따른 압축강도의 변화 비교도.

도 2는 기존 콘크리트 블록을 기준으로 본 발명 성형품의 폐비닐 함량 변화에 따른 굴곡강도의 변화 비교도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제강 슬래그를 제품으로 성형품의 제조시, 미분의 제강 슬래그를 중량비 100%로 준비하고, 여기에 결합제로서 용융점이 낮은 폐비닐을 이용하여, 작업 온도를 낮추고 산화칼슘에 의한 팽창과 철에 의한 녹이 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

상기 제강 슬래그의 입자의 입경은 1mm 이하인 것이, 상기 폐비닐의 혼합비는 슬래그 중량비에 10 ~ 50%인 것이 각각 적당하다.

상기 제조시 첨가제로서 조성물의 가공 흐름성을 향상시키기 위해 스테아린산을 폐비닐 중량비의 0 ~ 5%로, 기타 첨가제로 제품의 색상을 위하여 안료를 폐비닐 중량비의 2 ~ 4%로, 내후성의 보강과 제품의 부가 가치를 높혀주기 위해 산화 방지제, 자외선 안정제 등을 각각 첨가할 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

상기 슬래그를 분쇄기나 파쇄기에서 파쇄하여 직경 1mm 이하의 입자만 선별하여 사용하고 1mm 이상의 입자는 다시 분쇄하여 사용한다. 이는 입자가 1mm 이상이 될 경우에는 수지인 폐비닐과의 혼합에도 문제가 있고, 성형품의 조밀함이 떨어지고 강도의 감소, 가공성의 어려움 등의 문제가 제기 될 수 있기 때문이다.

상기 결합제로서 폐비닐을 사용한 것은 일반적으로 사용되어지는 폐비닐의 경우 60 ~ 70%가 폴리에틸렌으로 이루어져 가공 온도는 120 ~ 200℃ 전후로 이루어져 작업 온도를 낮추고, 연간 발생량이 10만톤 이상이 되기 때문에 원료 수급에 문제가 없기 때문이다. 또한, 폐비닐이 슬래그의 표면을 완전히 감싸서 코팅이 되게 함으로써, 슬래그가 수분이나 공기와의 접촉이 차단되어 산화칼슘에 의한 팽창과 철에 의한 녹이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 폐비닐의 함량을 슬래그 중량비에 10 ~ 55%로 한정하였는 데, 그 이유는 폐비닐의 함량이 10% 이하로 첨가될 경우 슬래그와의 균일한 혼합이 어렵고, 55% 이상으로 첨가될 경우 혼합 가공성은 좋아지나 플라스틱의 느낌이 너무 많이 나기 때문에 제품으로서의 가치가 떨어져 좋지 않다.

상기 스테아린산의 함량을 폐비닐 중량비의 0 ~ 5%로 한정하였는 데, 이것은 전혀 들어가지 않은 상태에서 가공시 많은 양의 슬래그가 포함되기 때문에 점도가 높아 가공에 어려운 점이 발생하고, 5% 이상 첨가시 5% 이하 첨가시와 비교하여 가공성의 향상을 보이지 않기 때문에 5% 이하로 제한한 것이다.

상기 안료의 함량을 폐비닐 중량비의 2 ~ 4%로 한정하였는 데, 그 이유는 안료의 함량을 폐비닐 중량비의 2% 이하로 첨가될 경우 안료의 효과를 나타낼 수 없고, 4% 이상일 경우 색상은 진하게 나타나지만 4% 포함시와 비교시 큰 차이가 없기 때문에 4% 이하로 제한 한 것이다.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.

실시예

먼저, 1mm 이하의 제강 슬래그를 중량비로 100%로 준비하고, 여기에 폐비닐을 슬래그 중량비의 10 ~ 55%, 스테아린산을 폐비닐 중량비의 0 ~ 5%, 안료를 폐비닐 중량비의 2 ~ 4%로 변화시키면서 열을 이용한 기계식 혼합기에 넣고 균일하게 혼합하였다. 그리고, 균일하게 혼합되어진 슬래그 혼합 조성물을 성형틀에 넣고 120 ~ 200℃에서 3 ~ 6톤의 압력으로 가압한 후 해압시켜 성형품을 얻었다.

상기 결과로 얻어진 성형품의 특성이 폐비닐의 함량에 따라 변화하는 것을 도 1과 도 2에 나타나 있다.

도 1의 폐비닐의 함량 변화에 따른 압축 강도 변화 관계에서는 폐비닐의 함량이 증가됨에 따라 강도의 감소 현상이 발생한다. 이러한 현상은 전체 조성에서 보강재로 사용되고 있는 슬래그의 함량이 감소되기 때문에 발생되는 현상으로 설명될 수 있다. 한편, 콘크리트 블록이나 벽돌의 제조시 포틀란트 시멘트만을 가지고 만들 경우 본 발명품과 비교시 초기 강도에서 약하고 최대 강도의 하중을 받았을 때 성형품의 형상을 그대로 유지하지 못하는 단점이 있다. 그러나, 본 발명품의 경우 최대 강도 이상의 하중에서도 그 형상을 그대로 유지하면서 최대 강도가 연장된다. 참고로 기존의 콘크리트 블록의 압축 강도는 50 kg/cm², 소성 적벽돌의 압축 강도는 100 ~ 200kg/cm²이고, 본 발명의 경우 콘크리트 블록과 비교시 최고 700% 이상의 강도 향상을 보이고 적벽돌의 강도보다는 약 100 ~ 200%의 강도 향상을 보인다.

따라서, 폐비닐의 함량이 증가됨에 따라 강도의 감소는 발생하나 폐비닐의 함량이 슬래그 중량비에 10 ~ 55%인 범위에서는 기존 제품으로 사용되는 벽돌이나 바닥재 등의 강도인 50kg/cm²값 보다 3 ~ 7배의 강도 향상을 보여 제품으로서 사용은 전혀 이상이 없을 것으로 본다.

또한, 도 2의 폐비닐의 함량 변화에 따른 굴곡 강도 변화 관계에서도 폐비닐 함량이 증가함에 따른 강도의 감소 현상이 발생한다. 그러나, 폐비닐의 함량이 슬래그 중량비에 10 ~ 55%인 범위에서는 강도의 급격한 감소 현상은 없고, 기존 콘크리트 블록의 기준값인 50 kg/cm²보다 훨씬 높은 값을 유지하여 제품으로 사용에 지장이 없다.

이와 같이 본 발명은 기존의 1200℃에서 소결의 형태로 작업을 하던 것을 플라스틱 가공 공정 시스템과 동일한 작업을 하게 됨으로써 작업의 간편함과 기존 콘크리트 블록의 7일에서 28일간의 양생 기간이 생략되기 때문에 공정을 단축시킬 수 있고, 폐기물인 슬래그를 재활용하여 실내의 바닥재, 블록, 타일 등의 고부가가치의 성형품을 제조함으로써 환경적인 효과와 더불어 경제적인 효과까지도 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 슬래그를 이용한 성형품에 있어서,

   미분의 제강 슬래그 입자와, 상기 제강 슬래그의 결합제로써 상기 미분 상태의 제강 슬래그 입자를 피복하는 폐비닐을 가열 혼합하여 성형하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제강 슬래그 입자의 입경이 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 폐비닐의 혼합비는 상기 슬래그 중량비에 10 ~ 55%인 것을 특징으로 하는 제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물에 조성물의 가공 흐름성을 향상시키기 위해 스테아린산을 폐비닐 중량비의 0 ~ 5%로 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물에 제품의 색상을 위하여 안료를 폐비닐 중량비의 2 ~ 4%로, 내후성의 보강과 제품의 부가 가치를 높여 주기 위해 산화 방지제, 자외선 안정제 등을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그와 폐비닐을 이용한 블록 성형물.