KR20010073725A

KR20010073725A - 폐수 슬러지를 이용한 건자재의 제조방법

Info

Publication number: KR20010073725A
Application number: KR1020000002529A
Authority: KR
Inventors: 장상무
Original assignee: 최애선
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2001-08-01
Also published as: CN1311170A; KR100346102B1

Abstract

본 발명은 폐수 슬러지와 세노스페어를 이용한 건자재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 플루오르산이 함유된 폐수를 처리한 후 부생되는 슬러지를 안정화시켜 토목 및 건축용 건자재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제조된 인조자갈, 칼라세라볼 및 테라조타일은 흡수율이 낮고 압축 강도가 높으며, 특히 경량성이 우수하다. 따라서, 폐수 슬러지를 재활용함으로써 폐기물 처리 비용을 절감할 수 있어, 경제적이면서도 환경 오염을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 물성을 갖는 인조자갈, 칼라세라볼 및 테라조타일등을 제조할 수 있다.

Description

폐수 슬러지를 이용한 건자재의 제조방법{A Preparation for the Artificial Gravels and Terazotiles using Sludges of Waste Water}

본 발명은 폐수 슬러지와 세노스페어를 혼합 사용하여 건자재를 제조하는 방법에 관한 것으로서,보다 구체적으로는 중금석이 함유된 폐수를 처리한 후 부생되는 슬러지를 안정화시켜 건축 및 토목용 건자재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

철강 공장, 특수강 공장, 도금공장 비철금속 공장 등에서 배출되는 폐수에는 다량의 중금속이 함유되어 있으며, 이와 같은 폐수를 처리하여 중금속의 함량을 법정 허용 기준치 이하로 떨어뜨리기 위해서 통상 철염, 알루미늄염, 가성소다, 소석회, 유기 응집제 등을 사용하고 있다.

이와 같이 중금속 폐수의 처리시 부생되는 중금속이 함유된 슬러지는 폐수 처리제에 의해 침전 및 응집되어 생성된다. 이들 슬러지는 고온으로 가열시 중량이 감소되고, 이를 사용하여 건자재를 제조하는 경우 건자재의 균열이 일어나는 등 열화학적으로 불안정하므로 토목 및 건축용 건자재로서 재활용하는 것이 사실상 불가능하다. 이와 같은 중금속 폐수 슬러지의 배출량은 날로 증가되고 있지만 슬러지의 재활용에 관한 연구는 아직까지 만족할 만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 현재로서는 중금속 폐수를 처리한 후 부생되는 슬러지는 대부분 폐기물 형태로 처리되어 매립되고 있는 실정이다. 이와 같이 매립된 슬러지는 재용해되어 토양으로 스며들어 토양 뿐만 아니라 강과 바다도 오염시키는 2차적인 오염원이 되고 있다. 또한 이와 같은 슬러지의 처리에는 막대한 비용이 들어 제조 원가를 상승시키는 원인이 된다. 따라서, 반드시 슬러지를 재활용하여야 할 필요성이 있다.

이와 같이 본 발명에 사용된 대표적인 중금속 폐수의 슬러지 금속성분을 원자 흡수 분광기를 이용하여 측정한 결과는 하기 표1과 같다.

중금속 폐수 슬러지의 금속 성분 함량

성 분	함량(wt％)	성 분	함량(wt％)
Na	1.34	Ca	21.90
Al	0.18	Cr	6.16
Si	1.87	Fe	28.00
K	0.15	Mg	0.51

표1에서 Si, Cr 및 Fe는 특수강 등의 제조과정에서 폐수로부터 유래된 성분이며, Al, Ca, Na, K 및 Mg는 중금속 폐수를 처리하기 위하여 첨가된 침전제 및 응집제로부터 기원하는 성분이다. 이와 같은 슬러지로부터 생성이 가능한 화합물의 형태로는 통상적인 폐수 처리 공장을 예상하여 볼 때 Al(OH)₃, Fe(OH)₃, Na₂SO₄, Mg(OH)₂, Ca(OH)₂ 등을 들 수 있으며, 고온으로 가열하면 가장 안전한 화합물의 형태로 변화된다.

이와 같은 슬러지는 중금속이 함유된 폐수에 침전제, 예를 들면 소석회, 응집제 예를 들면, 폴리염화알루미늄, 황산알루미늄, 염화철, 침강제 예를 들면, 폴리아크릴 아마이드 등의 첨가제를 가함으로써 화학적, 물리적 반응을 일으켜 생성된 슬러지로서, 입경이 미세하고 수분, 수산화물, 유기물 등을 다량으로 포함하고 있다. 따라서, 이들을 약1000℃이상의 고온으로 가열하는 경우 표1의 작열 감량으로부터 알 수 있는 바와 같이 수축이 너무 많이 일어나서 성형체에 균열, 굴곡 현상등이 일어날 뿐만 아니라 성형물의 내부와 외부의 불균형으로 인하여 불균형을 인하여 내부에 많은 기공이 생길 가능성이 있다. 따라서, 이와 같은 슬러지를 단독으로 사용해서는 토목 및 건축용 건자재 등을 제조하는 것이 사실상 불가능한 실정이다.

한편, 건축용 건자재인 테라조타일은 일반적으로 시멘트, 골재, 색자갈, 대리석 조각 등으로 이루어지며, 이러한 테라조타일에 색상을 부여하기 위해서는 색상을 띄는 자갈을 사용하고 있다. 그러나, 색상을 갖고 있는 자갈의 품귀 현상으로인하여 현재는 주로 칼라세라볼을 사용하고 있다.

일반적으로 칼라세라볼은 볼밀 등을 이용하여 미세하게 분말화시킨, 장석, 규석, 도석 등에 발색제인 안료를 첨가하여 혼합한 후 다양한 크기의 구형으로 성형하여 건조 과정을 거쳐서 약1200℃의 고온에서 소결시켜 제조하고 있다.

이와 같은 칼라세라볼을 건축용 내장재 및 외장재에 사용하여 바닥장식재를 시공하는 방법에는 일반적으로 2가지 방법이 있다. 첫 번째 방법은 장석, 도석, 규석 등을 분쇄하여 무기 안료와 혼합하여 구형의 입자를 성형한 후 이를 고온에서 소결하여 칼라세라볼을 제조한 다음, 이를 수지와 결합하여 콘크리트 표면에 직접 분무하여 시공하는 방법이며, 두 번째 방법은 칼라세라볼을 시멘트와 혼합하여 바닥에 시공한 후 물갈이 작업을 통하여 표면을 연마하여 마무리하는 방법이다. 그러나, 이들 방법은 건물의 수명을 단축시킬 우려가 있으며, 표면을 연마할 때 부생되는 폐수와 슬러지가 그대로 하수도로 흘러들어가므로 환경적인 측면에서 바람직하지 못하고, 건설 인건비의 상승과 공사 기간의 연장으로 인하여 표준 건축비가 상승하는 문제점을 안고 있다. 따라서, 서구에서는 테라조타일을 부착하는 방법을 이용하는 추세이며, 우리나라도 테라조타일 부착 방법으로 서서히 전환하고 있는 실정이다.

현재, 칼라세라볼은 천연 광석, 예를 들면 장석, 도석, 규석 등을 분쇄하여 무기 안료와 혼합하고 다양한 크기의 구형으로 성형한 후 고온에서 소결시켜 제조하고 있으며, 이와 같이하여 여러 종류의 색상을 갖는 칼라세라볼을 제조하고 있다. 테라조타일을 제조할 때 천연 광석을 이용하여 제조한 칼라세라볼을 사용하는경우, 천연 광석이 사용되고, 이로 인해 소결온도가 높기 때문에 연료비가 많이 든다. 따라서, 이와 같이 천연 광석이 사용된 테라조타일은 테라조타일과 같은 용도로 사용되는 고분자 수지 타일, 도자기 타일 등의 다른 건자재와의 가격 경쟁에서 우위를 점할 수가 없다.

따라서,상기 중금석 페수슬리지를 재활용하여 칼라세라볼 및 이들을 사용한 테라조 타일을 제조할 수 있다면, 다른 제품의 건자재와의 가격경쟁에서 우위를 점할 수 가 있다.

그러나,이와 같은 중금속 폐수 슬러지를 사용하는 경우, 칼라세라볼의 내부에 기공이 남아 있어 이들을 사용한 테라조타일을 연마하여 광택을 낼 때 테라조타일 내부 생성된 거대 기공이 밖으로 드러나서 제품이 불량하게 되고, 기공이 밖으로 드러나지 않더라도 테라조타일의 압축 강도가 저하되고 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 많은 연구자들이 이와 같이 중금속 폐수 슬러지를 재활용하여 칼라세라볼 및 테라조타일을 제조하는 방법의 개발에 노력을 기울여 왔지만 아직까지는 만족할만한 성과를 얻지 못하고 있다.

한편, 테라조타일은 동일한 물성을 가진다면 경량성이 우수한 것이 제품의 생산, 보관, 수송, 시공 등 모든 면에서 유리하다. 그러나 테라조타일에 사용되는 천연자갈이나 무기재료를 이용한 일반적인 인공자갈은 경량성 면에서 고분자재질의 것보다 부족하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중금속 함유 폐수 슬러지와 세노스페어를 혼합 사용하여 인조자갈, 칼라세라볼 및 테라조타일등의 건자재를 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 경량성이 향상된 인조자갈 및 이를 이용한 테라조타일을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 다른 목적과 특징 및 잇점은 후술하는 본 발명의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 입체적으로 착색된 칼라세라볼을 나타내는 모식도.

도 2는 1000℃에서 2시간 동안 소성시킨 중금속 폐수의 슬러지 소성물의 X선 회절도.

도 3은 약 1000℃에서 2시간 동안 소성시킨 플루오르산 폐수 슬러지 소성물의 X선 회절도.

도 4는 중금속 폐수 슬러지에 산화철이 함유된 플루오르산 폐수의 슬러지를 40중량첨가하고 1100℃에서 2시간 동안 소성시킨 소성물의 X-선 회절도.

본 발명은 중금속 폐수슬러지(함수율 10중량기준, 이하 동일)에 안정화제로 산화철 또는 산화철을 함유하는 플루오르산 폐수슬러지를 10 내지 30중량, 장석, 점토, 백토, 카올린, 도석, 플라이 애쉬, 마그네사이트, 보오크사이트, 폐유리, 알루미나 및 폐주물사로 이루어진 군으로부터 선택된 소결촉진제 10 내지 30중량, 경량화제로 세노스페어 20 내지 40중량를 혼합한 후, 성형 및 건조소성시키는 것으로 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

중금속 폐수의 슬러지를 이용하여 칼라세라볼을 제조한 후 이를 이용하여 콘크리트 및 테라조타일로 재활용하기 위해서는 통상적으로 다음의 4가지 조건이 충족되어야 하며, 인조자같은 칼라세라볼과 제조 조건 및 특성이 거의 동일하므로 이하 인조자갈에 관한 설명은 생략하고 칼라세라볼에 대해서만 설명하기로 한다.

1)슬러지를 원형 및 파석 형태로 성형한 후에 고온에서 소결할 때 성형체의내부에 기공이 발생되지 않아야 한다.

2)제조된 칼라세라볼은 흡수율이 작고, 압축 강도가 커야 한다.

3)제조된 칼라세라볼은 미려한 색상을 가지며, 양호한 내후성을 갖고 있어야 한다.

4)칼라세라볼을 사용하여 제조된 테라조타일은 압축 강도와 경도가 크고 광택성이 우수하여야 한다.

본 발명은 상기 조건들을 모두 충족시키고, 본 발명에 따른 중금속 폐수의 슬러지를 사용한 칼라세라볼, 인조자갈 및 테라조타일을 제조하는 방법으로서, 이와 같은 본 발명에 따른 칼라세라볼의 제조방법은 슬러지를 소성에 의해 안정화시키는 방법과 슬러지에 안정화제를 첨가하여 안정화시키는 방법으로 대별된다.

본 발명에 사용되는 산화철은 칼슘, 알루미늄, 크롬, 마그네슘, 아연, 망간 등의 금속과 고온에서 반응하여 검정색을 갖는 난용성의 안정한 페라이트를 형성하므로 중금속 폐수의 슬러지에 산화철 또는 산화철을 다량으로 함유하는 플루오르산 폐수의 슬러지를 첨가하는 경우, 검정색의 색상이 우수할 뿐 만 아니라 중금속 이온이 물에 용출되지 않는 검정색 계통의 칼라세라볼을 얻을 수 있다.

중금속 폐수슬러지에 첨가되는 산화철은 슬러지 내에 존재하는 칼슘, 크롬 원소와 2 : 1 의 몰비를 이루는 것이 바람직하다. 산화철을 슬러지 내에 함유되어 있는 금속 농도보다 몰비를 기준으로 2배가 넘게 혼합하게 되면 여분의 산화철에 의하여 칼라세라볼은 검붉은 색으로 발색되고, 산화철의 혼합량이 상기 범위 미만의 경우에는 검정색으로 발색은 되지만 칼슘, 크롬과 같은 원소들이 불안정하게 존재하게 되므로 물에 용출되기 쉽다.

본 발명에서 사용되는 산화철을 함유하는 페수슬러지로는 플루오르산을 처리할 때 부생되는 플루오르산 함유 폐수슬러지이며, 철 성분이 많이 함유되어 있는 전자관 공장, 반도체 공장, 철강공장, 유리공장, 비료공장, 전구공장 등에서 폐수 처리시 부생된다. 대표적인 플루오르산 페수슬러지의 성분분석표는 하기 표2와 같다.

플루오르산 폐수의 슬러지의 금속 성분 함량

성 분	함량(wt％)	성 분	함량(wt％)
Si	3.21	K	0.12
Al	4.51	Na	0.99
Fe	21.30	Mg	0.51
Ca	23.90	Mg	0.51

이와 같이 본 발명에 사용되는 플루오르산 폐수의 슬러지는 가열할 때 플루오르산이 발생하여 심각한 공해를 일으키므로 이를 반드시 포집하여야만 한다. 중금속 폐수의 슬러지에 플루오르산 폐수의 슬러지를 첨가하는 경우, 소량의 회장석이나 소석회를 병용하면 플루오르산 폐수를 가열할 때 발생되는 플루오르산이 회장석이나 소석회에 들어 있는 산화칼슘과 반응하여 CaF₂로 변화되므로 플루오르산의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 방법에 있어서 칼라세라볼의 강도를 증가시키기 위하여 장석, 점토, 백토, 카올린, 도석, 플라이 애쉬, 마그네사이트, 보오크사이트, 폐유리, 알루미나 및 폐주물사로 이루어진 군으로부터 선택된 소결촉진제 10 내지 30중량첨가하는 것이 필요하다. 이들의 첨가량이 상기 범위 미만의 경우에는 얻어진 칼라세라볼의 내화도가 낮아서 성형체가 1100℃의 온도에서도 용융반응이 일어나며, 첨가량이 상기 범위를 초과할 경우에는 내화도는 증가하지만 검정색의 강도가 약해진다.

칼라볼에 경량성을 부여하기 위하여는 플라이 애쉬의 부유물질인 세노스페어를 함수량 10중량인 것을 기준으로 10 내지 40중량첨가하는 것이 필요하다. 세노스페아는 석탄이 연소된 후에 집진기에 포집된 플라이 애쉬가 비산되는 것을 방지하기 위하여 바다에 방죽을 설치하여 만들어진 회사장(ash pond)에 매립된 후, 수면위로 떠오른 비중이 0.3 내지 1.0인 내부에 폐쇄기공이 형성되어 있는 물질이다. 그 구성 성분은 플라이 애쉬와 유사하나 입자 내부에 폐쇄기공이 있어 비중이 낮다는 차이점이 있다.

이와 같은 세노스페아는 회사장의 수면 위를 떠 다니다가 밀물 또는 썰물시 회사장의 방죽을 넘어가서 주변의 해양이나 어장 또는 김이나 미역 양식장을 오염시키므로 그 처리가 쉽지 않은 환경 오염물질이다. 그러나 내부에 형성되어 있는 미세한 폐쇄기공으로 인하여 경량성이 매우 우수하므로 이를 20 내지 40중량첨가하게 되면 얻어진 제품의 다른 물성에는 악영향을 미치지 아니 하면서 경량성을 부여할 수 있다.

사용되는 세노스페아의 비중에 따라 차이가 있겠으나 30중량를 첨가할 경우 대략 30정도로 비중을 감소시킬 수 있다. 통상의 경량성 광물질(예컨대, 퍼라이트)을 사용하면 소성시 수축현상이 일어나게 되어 실질적인 비중 감소효과를 기대할 수 없다.

본 발명의 실시예는 아래와 같다.

<실시예 1>

슬러지의 안정화 확인 시험

Ca 21.90 중량％, Fe 28.00 중량％, Cr 6.16 중량％, Si 1.87 중량％, Na 1.34중량％, Mg 0.51중량％, Al 0.18 중량％ 및 K 0.15 중량％의 금속이 함유되어 있는 중금속 폐수의 슬러지를 1000℃에서 2시간 동안 소성시팀 중금속 폐수의 슬러지 소성물의 결정상을 Ｘ-선 회절 시험(리가꾸사(Rigaku)wp Ｘ-선 회절기 D/Max.ⅡA)을 통해 조사하였으며, Ｘ-선 회절기에 내장된 JCPDS(Joint Committe on Power Diffraction Standards) 카드를 사용하여 CaFe₂0₄결정을 검사한 결과를 ??도 2에 도시하였다. 도2로부터 알 수 있는 바와 같이, 중금속 폐수 슬러지는 안정한 화합물인 Ca-페라이트의 결정상 형태로 존재하고 있다는 것을 알 수 있다.

Ca와 Cr이 안정하게 존재하는 지를 확인하기 위하여, 1000℃에서 2시간 동안 소성시킨 소성물을 5g식 취하여 Cr 용출 시험과 유리 칼슘 존재 여부를 시험하였다. 먼저 소성물 5g을 0.1N 염산 용액 50ml에 넣고 30분간 가열한 후, 염산 용액에 용출되어 나온 Cr을 원자흡수분광기로 분선한 결과 100ppm의 Cr이 용출되어 나왔음을 확인하였다. 또한, 소성물을 에틸렌글리콜에 넣고 65℃에서 2시간 동안 유지시키면 유리 칼슘이 에틸렌글리콜에 용해되어 나오는 원리를 이용하여 소성물 5g을 에틸렌글리콜 100ml에 넣은 후에 65℃에서 2시간 유지시킨 후 용출되어 나온 칼슘을 원자흡수분광기로 분석한 결과 300ppm의 칼슘이 용출되었음을 확인하였다.

따라서, 슬러지를 단독으로 소성하면 1000℃에서는 Ca가 Ca-페라이트를 100％ 형성하지 않고, Fe의 일부는 Fe₂O₃로 존재하며, Cr이 용출??되어 나오므로, 슬러지는 안정화되지 않는다는 것을 알 수 있었다.

게다가, 소성 온도를 1100℃로 상승시켰을 때도 Cr이 갖고 있는 녹색은 사라지고 소성물 전체가 검정색으로 변하였지만, 용출 시험에서 크롬이 용출되어 나오고 유리 칼슘도 존재하므로 철강 공장 슬러지 단독으로는 안정화되지 않는다는 것을 알 수 있었다.

<실시예 2>

슬러지의 가열 온도에 따라 무게 감량 시험

수분 함량이 10 중량％인 중금속 폐수의 슬러지의 무게 감량을 열분석기(DTA,TGA(세이코사(Seico)제 5200))로 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 3에 기재하였다.

슬러지의 가열 온도에 따른 무게 감량

가열온도(℃)	400	500	600	700	800	900	1000	1100
감량(중량％)	15	18	19	20	21	22	23	23

상기 표 3으로부터, 가열 온도가 400℃까지는 수분과 유기물의 분해가 일어나고, 그 이후부터는 침전물 형태로 존재하는 화합물의 분해가 일어나며, 800℃에서는 슬러지의 무게 감량이 거의 완료되었으며, 그 이후의 온도에서는 산화물들의 고상 반응이 일어난다는 것을 알 수 있었다.

<실시예 3>

안정화제의 첨가 시험

수분 함량이 약 50 중량％인 중금속 폐수 슬러지를 수분 함량이 10 중량％가 되도록 건조시키고, 건조시킨 슬러지에 슬러지의 중량을 기준으로 하여 산화철을 5 중량％ 간격으로 5 중량％ 내지 50 중량％ 첨가하여 균일하게 혼합한 후, 혼합물을 직경이 약 2cm인 구형으로 성형시킨 다음, 1000℃ 및 1100℃에서 2시간 및 4시간 동안 소성하여 칼라세라볼을 제조하였다. 각 경우의 칼라세라볼을 분쇄하여 중금속용출 시험과 건자재를 붕괴시키는 원인이 되는 유리 칼슘의 존재 여부를 시험하였다.

시험 결과, 1000℃에서는 산화철을 10 중량％ 첨가하였을 때 유리 칼슘은 존재하지 않았으나, 중금속의 용출은 모든 실험에서 확인되었으며, 1100℃에서는 산화철을 10 중량％ 첨가하고 2시간 소성하였을 때 중금속이 용출되지 않았고, 유리 칼슐도 확인되지 않았다. 그리고, 산화철을 30 중량％ 이상 첨가하면, 소성물이 붉은색을 띄기 시작하였고 50 중량％를 첨가하면 소성물의 색상은 완전히 검붉은색으로 변화하였다.

또한, 산화철 대신에 산화철을 다량으로 함유하는 플루오르산 폐수의 슬러지(포 2)를 첨가한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 칼라세라볼을 제조하였다. 상기 플루오르산함유 페수의 슬러지의 첨가량은 20, 30, 40, 50 중량％로, 소성 온도는 900℃, 1000℃, 1100℃로, 소성 시간은 2시간, 4시간으로 하여 중금속 용출 시험을 수행하였다. 그 결과, 플루오르산함유 폐수 슬러지를 40 중량％,50 중량％ 첨가하고 1100℃에서 2시간, 4시간 소성시킨 소성물에서 중금속이 용출되지 않았다. 그리고, 소성물에 존재하는 유리 칼슘을 확인한 결과 플루오르산함유 폐수 슬러지를 30, 40, 50, 중량％ 첨가하고 1100℃에서 2시간, 4시간 소성시킨 소성물에서는 유리 칼슘이 확인되지 않았다.

이러한 중금속 용출 시험과 유리 칼슘 시험의 결과로부터, 가장 적합한 조건은 플루오르산함유 폐수 슬러지를 40 중량％ 첨가하고, 1100℃에서 2시간 소성한 조건이라는 것을 알 수 있었다. 따라서, 1100℃에서 2시간 소성시킨 소성물의 결정상을 확인하기 위하여 소성물을 분쇄하여 Ｘ-선 회절 시험을 행하였다.

도 3은 산화물이 다량으로 함유된 플루오르산 폐수 슬러지를 1000℃에서 2시간 동안 소성시켜 그 결정상을 조사한 Ｘ]-선 회절도로서, 이로부터 주 결정형이 CaF₂와 Fe₂O₃이라는 것을 알 수 있었다.

또한, 철강 공장에서 배출되는 중금속 폐수 슬러지에 산화철이 함유되어 있는 플루오르산함유 폐수의 슬러지를 40 중량％ 첨가하고 1100℃에서 2시간 동안 소성시킨 소성물의 결정형을 확인하기 위하여 Ｘ-선 회절기에 내장된 JCPDS(Joint Committee on Power Diffraction Standards) 카드를 사용하여 소성물을 검사한 결과를 도 4에 도시하였다. Cr_1.3Fe_0.7O₃은 도 2의 Ca-페라이트와 거의 같은 위치에서 확인되고 있음을 알 수 있었다. 따라서, 두 종류의 슬러지를 혼합하여 1100℃에서 2시간 동안 소성시킨 소성물의 결정형은 CaF₂, Fe₂O₃, Ca-페라이트, Cr_1.3Fe_0.7O₃이라는 것을 알 수 있었다.

또한, 중금속 폐수 슬러지에 플루오르산 폐수 슬러지와 점토 및 세노스페어를 첨가하여 1100℃에서 2시간 동안 소성시켜 제조한 칼라세라볼의 압축 강도 및 흡수율을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

제조 방법에 따른 칼라세라볼의 물성

칼라세라볼의 제조 방법	흡수율(중량％)	압축 강도(Kg_f/cm²)	비중
중금속 폐수 슬러지에 플루오르산 폐 수슬러지를 40 중량％ 첨가, 1100℃ 에서2시간 소성	8	370	2.7
중금속 폐수 슬러지에 플루오르산 폐 수 슬러지 40 중량％, 점토 30 중 량％첨가, 1100℃에서 2시간 소성	5	390	2.8
중금속 폐수 슬러지에 플루오르산 폐 수 슬러지 40 중량％, 점토 15 중량％, 세노스페어 15 중량％ 첨가, 1100℃ 에서 2시간 소성	4	380	2.2

표 4의 시험 결과로부터, 본 발명에 따라 흡수율과 압축 강도가 우수한 칼라 셀라볼이 제조되었다는 것을 알 수 있고, 점토를 30 중량％ 첨가하고 1100℃에서 2시간 동안 소성시킨 칼라세라볼의 물성이 점토를 첨가하지 않고 제조한 칼라세라볼 보다 제반 물성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.

또한, 세노스페어를 첨가할 경우, 압축강도는 점토만을 첨가하였을 경우와 큰 차이가 없으나 흡수율이 다소 줄어들 뿐만 아니라, 특히 경량성이 현저하게 증가함을 알 수 있다.

<실시예 4>

칼라세라볼을 입체적으로 착색시키는 방법

중금속 폐수의 슬러지와, 각각 산화철 및 산화철을 다량으로 함유하고 있는플루오르산 폐수의 슬러지(Fe 함량 : 21.30중량％) 30 중량％ 및 50 중량％를 혼합하여 구형 및 파석 형태로 성형한 후 성형물에 도자기 공장에서 사용되는 기존의 푸른 색상의 유약을 코팅하였다. 이와 같은 성형물을 각각 1100℃, 1000℃에서 2시간 동안 소성하여, 안쪽은 검정색을 띄고 바깥쪽은 푸른 색상을 띄는 입체적인 칼라세라볼을 제조하였다.

이와 같이 제조한 칼라세라볼을 시멘트와 혼합하여 테라조타일을 만들고 이를 연마하자 칼라세라볼은 도 1에 도시한 바와 같이 안쪽은 검정색을 띄고 바깥쪽은 푸른 색상을 띄는 입체적인 무늬를 나타내었다.

<실시예 5>

칼라세라볼의 내구성 실험

상기 실시예 3에서 제조한 3종의 칼라세라볼이 기후 변화에 대해 어떠한 내구성을 갖는지를 시험하기 위하여 칼라세라볼을 물 속에 10분간 담근 후에 -50℃에서 60℃를 60분 간격으로 바로바로 이동시키면서 48시간 동안 유지시켜 압축 강도를 시험하였다. 그 결과, 3종의 칼라세라볼은 압축 강도의 벼니화가 전혀 없음을 알 수 있었다.

본 발명에 따르면, 중금속 폐수의 슬러지를 사용하여 인조자갈 및 칼라세라볼을 제조하고, 이와 같이 제조된 칼라세라볼을 사용하여 건축용 바닥재로 사용되는 테라조타일을 제조할 수 있으며, 본 발명에 따라 제조된 인조자갈 및 칼라세라볼은 흡수율이 낮고 압축 강도가 놓으며, 경량성이 우수하다. 또한, 입체적인 색상을 갖는 칼라세라볼 및 이를 사용한 테라조타일을 제조할 수도 있다. 따라서, 자연산 검정색 암석을 사용하지 않고 중금속 폐수의 슬러지를 재활용함으로써 폐기물 처리 비용을 절감할 수 있어, 경제적이면서도 환경오염을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 우수한 물성을 갖는 검정색 계통의 인조자갈, 칼라세라볼 및 테라조타일을 제조할 수 있다. 그리고 인조자갈의 원리를 이용하여 시멘트원료가 되는 석회석에 중금속 폐수 슬러지를 10 중량％ 내지20 중량％를 혼합하여 1300℃의 고온에서 소성하면 우수한 물성을 갖는 클링카가 형성됨을 확인할 수가 있었고 이를 분쇄하여 시멘트로 사용하였을 때 기존으로 판매하고 있는 시멘트와 동일한 물성을 나타내었음을 확인할 수가 있었다.

Claims

중금속 폐수슬러지(함수율 10 중량％ 기준, 이하 동일)에 세노스페어 20 40, 안정화제로 산화철 또는 산화철을 함유하는 플루오르산 폐수슬러지를 10 내지 30 중량％, 장석, 점토, 백토, 카올린, 도석, 플라이 애쉬, 마그네사이트, 보오크사이트, 폐유리, 알루미나 및 폐주물사로 이루어진 군으로부터 선택된 소결촉진제 10 내지 30 중량％, 혼합한 후 성형 및 건조 소성시키는 것을 특징으로 하는 건자재의 제조방법.
제 1항에 있어서, 성형물의 소성전에 성형물을 코팅용액으로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건자재의 제조방법.
제 1항에 있어서, 소성온도는 900 내지 1200℃인 것을 특징으로 하는 건자재의 제조방법.