KR20020005103A - 팽창퍼라이트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 팽창퍼라이트의 제조방법에 관한 것으로서, 퍼라이트, 흑요석, 진주암, 송지암, 경석, 질석 및 혈암으로 이루어진 군(이하, 퍼라이트 등이라 함)으로부터 선택된 것의 정석(재료를 그래뉼 형태로 만든 것)을 팽창시킴에 있어 정석을 입도별로 팽창시킨 후 용도에 따라 입도별 팽창퍼라이트를 배합하여 포장하는 공정을 거치되, 각 공정간 재료 이송이 중력 방향으로 이루어지도록 한 제조방법을 제공하며, 이는 퍼라이트 등의 팽창시 미(微)팽창 및 과(過)팽창 현상을 줄이고 동시에 공정진행 중 팽창된 퍼라이트 등의 재료 이송에 따른 입자 파손 현상을 최소화하여 최종 제품의 품질을 향상 및 안정화시킬 수 있다.

Description

팽창퍼라이트의 제조방법{Manufacturing method of expanded perlite}

본 발명은 팽창퍼라이트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 퍼라이트 등(혹은 흑요석, 진주암, 송지암, 경석, 질석 및 혈암 등 팽창성 미(未)팽창 화산석)의 정석(재료를 그래뉼 형태로 만든 것)을 팽창시킴에 있어 미(微)팽창 및 과(過)팽창 현상을 줄이고 동시에 공정진행 중 팽창퍼라이트의 재료 이송에 따른 입자 파손 현상을 감소시켜 최종 제품의 품질을 향상 및 안정화시킬 수 있도록 한 팽창퍼라이트의 제조방법에 관한 것이다.

팽창퍼라이트는 각종 건축재료, 경량토양 등에 널리 이용되는 것으로서, 그 개략적인 제조공정은 도 1에 나타낸 바, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

팽창퍼라이트를 제조하기 위해서는 먼저 퍼라이트 정석을 입도별로 분리하여 저장하고(S1), 만들고자 하는 제품 즉, 용도에 따라 입도별 정석을 일정비율로 공급받아 혼합한다(S2). 다음 팽창로에서 혼합된 퍼라이트 정석을 가열·팽창시키고(S3), 팽창된 퍼라이트를 저장·보관하다가(S4) 필요한 시기에 포장하여(S5) 소비자에게 공급하였다.

구체적인 종래 팽창퍼라이트의 제조방법은 도 3과 같은 장치를 이용하여 이루어지는 바, 각 구성요소가 수평적(일부는 수직적)으로 배열되어 있어 제조공정 중 팽창퍼라이트를 이송 라인을 통하여 수직 상승시켜야 되기 때문에 팽창된 퍼라이트 이송시 공기를 이용한 송풍기(101) 등을 사용할 수밖에 없었다. 이 때문에 팽창퍼라이트 입자간의 접촉 또는 배관의 곡관 부위(102)에 입자의 과격한 충돌에 의해 입자가 파손되는 현상이 극심하여 단위용적중량의 증가, 파쇄된 미세 분말의 과량 발생 등 문제점을 가지고 있었다.

또한 팽창퍼라이트의 용도에 따라 각 입도별 정석사일로(1, 2, 3, 4)에 보관된 입도별 퍼라이트 정석을 먼저 일정비율로 혼합하고, 하나의 팽창로(103)에서 혼합된 퍼라이트 정석을 팽창시켰기 때문에, 정석 입자크기가 작은 것과 큰 것이 모두 같은 팽창로(103)의 팽창조건하에서 팽창될 수 밖에 없었다. 따라서, 입자크기가 작은 것은 과(過)팽창 되어 입자의 강도가 약하게 되므로 이송 중 파쇄되며 미세 분말의 과량 발생을 유발하고, 입자크기가 큰 것은 미(微)팽창되어 단위용적중량의 증가 및 입자의 물리적 성능이 감소되는 현상을 발생하여 최종제품의 품질이 조악할 수밖에 없을 뿐만 아니라 제조원가의 상승을 초래하는 문제점이 있었다.

퍼라이트와 관련한 국내의 종래기술을 살펴보면 모두 팽창퍼라이트를 이용하는 기술분야가 대부분으로, 팽창퍼라이트를 제조하는 보다 효과적인 방법에 대한 구체적인 사례가 전무한 실정이며, 외국의 경우를 살펴보면, 일본특허공개 평11-5976호는 퍼라이트 정석을 화염에 분산시키는 방법, 일본특허공개 평9-263460호는 큰 입자의 퍼라이트를 제조하는 방법, 일본특허공개 소47-34607호 및 소53-22520호는 알카리 혹은 알카리토금속의 화합물로 처리하여 양호한 팽창퍼라이트를 제조하는 방법 등과 같이 팽창퍼라이트를 제조하는 방법에 있어서 혼합입도상에서 화학처리를 하여 팽창성을 양호하게 하는 방향으로 그 방법이 모색되어지고 있었다.

또한 미국특허 제 4,290,749호는 팽창로에서 팽창을 양호하게 하기 위하여 예열과정을 발명의 요지로 하였으며, 미국특허 제 6,045,913호는 팽창로의 내부에 부착되는 용융잔유물의 방지, 미국특허 제 4,931,211호는 흑요석 팽창 방법에 있어서 2개의 화염을 이용한 방법, 미국특허 제 4,179,264호는 연소가스와 공기의 적절한 조절비 등을 언급하고 있다. 이들 기술은 팽창퍼라이트를 보다 적정하고 양호하게 팽창시키는 새로운 공정의 발명에 대한 접근은 상당부분 진행되긴 하였으나, 기본적인 제조방법상에서의 공정흐름에 있어서의 변혁를 근본적으로 꽤하지는 못하여 과(過)팽창 및 미(微)팽창에 대한 근본적인 해결방안을 제시하지는 못하였다.

또한 용도별(예로서, 건축용, 농원예용)로 팽창퍼라이트의 팽창배율을 조정할 수 있어야 최종제품에 적합한 특성(예를들어, 단위용적중량, 공극율, 유효수분,입자강도, 흡수율 등)을 가지는 팽창퍼라이트를 얻을 수 있다. 그러나, 종래기술은 혼합된 퍼라이트 정석을 사용하므로 얻고자 하는 특성의 적정한 팽창퍼라이트 외에 과(過)팽창 및 미(微)팽창된 팽창퍼라이트가 다량 포함됨으로써 용도별 팽창퍼라이트에 적합한 제품을 제조하는데 많은 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 제조공정 라인에서 팽창된 퍼라이트의 입자 파손율이 적고 또한 퍼라이트 정석의 과(過)팽창 또는 미(微)팽창을 억제하여 최종제품의 질을 향상 및 안정화시킬 수 있도록 한 팽창퍼라이트의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

이와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 팽창퍼라이트의 제조방법은, 퍼라이트 정석을 입도별로 팽창시킨 후 용도에 따라 입도별 팽창퍼라이트를 배합 포장하는 공정을 포함하며, 각 공정간 재료 이송이 중력 방향으로 이루어지도록 한 데에 그 특징이 있다.

도 1은 종래 팽창퍼라이트 제조공정의 개략적인 순서도이고,

도 2는 본 발명에 따른 팽창퍼라이트 제조공정의 개략적인 순서도이고,

도 3은 종래 팽창퍼라이트 제조공정의 원료 및 제품의 공정흐름도이고,

도 4는 본 발명에 따른 팽창퍼라이트 제조공정의 원료 및 제품의 공정흐름도이며,

도 5는 미(微)팽창된 팽창퍼라이트의 단면을 나타낸 현미경 사진(×200)이고,

도 6은 과(過)팽창된 팽창퍼라이트의 단면을 나타낸 현미경 사진(×200)이고,

도 7은 적정 팽창된 팽창퍼라이트의 단면을 나타낸 현미경 사진(×200)이고,

도 8은 퍼라이트 정석의 단면을 나타낸 현미경 사진(×200)이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

S1, S11 - 입도별 정석의 저장 S2 - 입도별 정석의 혼합

S3 - 혼합 정석의 팽창 S4 - 혼합 팽창퍼라이트 저장

S5, S51 - 혼합 팽창퍼라이트 포장 S21 - 입도별 정석의 팽창

S31 - 입도별 팽창퍼라이트 저장 S41 - 입도별 팽창퍼라이트 혼합

1, 2, 3, 4, 201, 201', 201'' - 입도별 정석 사일로

101, 211 - 송풍기(블로어) 102 - 배관의 곡관 부위

103, 202, 202', 202'' - 팽창로 104, 214 - 집진기

105 - 혼합 입도 정석 사일로

106, 204 - 혼합 팽창퍼라이트 사일로 115, 205 - 포장

116, 206 - 컨베어벨트

203, 203', 203'' - 입도별 팽창퍼라이트 사일로

207 - 연소가스 배출로

이와같은 본 발명의 팽창퍼라이트의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 팽창퍼라이트 제조방법을 블록도로서 개략적으로 도시하였다. 이에 따라 먼저 팽창퍼라이트의 제조방법을 설명하면, 본 발명에서는먼저 입도별로 저장된(S11) 퍼라이트 정석을 한번에 하나의 입도만을 공급받아 팽창시킨다(S21).

종래에는 먼저 입도별 퍼라이트 정석을 배합한 혼합 퍼라이트 정석을 팽창시켰던 바, 이에 비해 본 발명의 방법은 용도에 따라 팽창배율의 조정이 용이하고, 입도별 퍼라이트 정석 각각에 대한 최적의 화염온도 등 팽창 공정의 최적조건을 설정할 수 있게 된다. 결과적으로, 퍼라이트 정석의 팽창정도가 균일하여 과(過)팽창 또는 미(微)팽창을 최대로 억제할 수 있게 된다.

상기와 같이 입도별로 팽창된 퍼라이트를 입도별로 별도의 저장사일로 등에 일시 저장·보관하고(S31), 제품의 출하시기에 맞추어 입도별 팽창퍼라이트를 일정비율로 혼합한 다음(S41), 혼합된 팽창퍼라이트를 포장(S51)하여 소비자에게 공급하게 된다.

이러한 전체 공정은 재료의 이동 및 이송시 파괴 또는 파손되는 현상을 줄이기 위해 재료 이송이 수평 또는 중력방향으로 이루어지도록 한다.

도 4에는 본 발명에 따른 팽창퍼라이트 제조공정의 원료 및 제품의 공정흐름도를 도시하였다. 도면을 참조하면, 제조공정 전체가 수직형으로 배열되어 있는 것이 그 특징이라 하겠다. 구체적으로 빌딩(고층건물)의 윗층에서 아래층으로 공정에 따른 각 단위공정이 배치되어 있다.

본 발명에 따른 팽창퍼라이트의 제조방법은, 2가지 이상의 입자크기로 구분되는 입도별 퍼라이트 정석이 입고·저장되어 있는 다수의 입도별 정석 사일로(201)로부터 각 입도별 퍼라이트 정석을 공급받아 팽창로(202)에서 팽창시키고, 여기서 생산된 입도별 팽창퍼라이트를 입도별 팽창퍼라이트 사일로(203)에서 일시 저장한다. 그 다음, 각각의 사일로로부터 입도별 팽창퍼라이트를 용도에 따라 입도별 일정비율로 공급받아 혼합하여 포장직전에 일시적으로 혼합 팽창퍼라이트 사일로(204)에 보관하여 둔다. 마지막으로, 혼합 팽창퍼라이트를 포장라인(205)을 거쳐 포장하면 제품이 출하된다. 이들 각 단위공정의 장치들은 빌딩의 윗층에서 아래층으로 순서적으로 배치되어 있다.

통상의 경우 팽창로에서 사일로로의 이동중 팽창퍼라이트가 냉각되어 별 문제가 없으나 하절기와 같이 외부 기온이 높을 경우 사일로에 유입되는 팽창퍼라이트가 온도가 높을 수 있는데, 이러한 경우 사일로의 수명이 감소될 수 있으므로 사일로에 유입되는 팽창퍼라이트의 온도를 좀더 감소시킬 필요가 있다. 이를 위하여 팽창로(202)와 입도별 팽창퍼라이트 사일로(203) 사이에 공냉식, 수냉식 혹은 혼합식의 냉각 공정을 추가할 수도 있다.

혼합 및 포장 공정에서는 팽창퍼라이트가 쓰이는 용도에 따라 각 입도별 팽창퍼라이트를 혼합하여 포장한다. 입도별 팽창퍼라이트 사일로(203)의 하부에서 배출되는 각 입도별 팽창퍼라이트는 요구되는 입도분포로 제조하기 위하여 각각의 입도별 팽창퍼라이트 사일로(203)로부터 일정비율로 순차적으로 컨베어벨트(206)에 배출되고 혼합 팽창퍼라이트 사일로(204)에 일시적으로 저장되면서 혼합되며, 혼합 팽창퍼라이트는 출하시 포대포장 및 벌크포장 포장공정(205)을 거쳐 제품으로 출고된다. 이때 혼합 팽창퍼라이트의 균일한 입도분포를 위하여 하나의 팽창퍼라이트 입도에 대하여 2개 이상의 입도별 팽창퍼라이트 사일로(203)로부터 퍼라이트를 공급받아 혼합하는 것이 바람직하다.

또한 혼합 공정 상에서 강제적인 힘이 가해지지 않는 수평적 이동의 컨베어벨트를 이용하여 혼합하는 것이 가장 바람직하다. 특히 수분보유력의 증대를 위하여 팽창배율을 높게 하여 제조하게 되는 농원예용 팽창퍼라이트의 경우, 종래기술의 블로워 방식의 공정 이송을 적용하게 되면 최종 포장후의 제품에 파손된 입자가 과량 발생하여 최종 제품의 특성이 열악하게 된다. 따라서, 농원예용 팽창퍼라이트를 제조할 경우에 수평적 이동의 컨베어벨트를 이용한 혼합공정이 더욱 더 적합하다.

퍼라이트 정석이 팽창되는 과정을 살펴보면, 팽창로(202)에 투입된 퍼라이트 정석의 입자가 팽창로 내의 화염과 접촉하면서 점도가 하강하여 유리와 비슷한 특성으로 팽창할 수 있는 조건에 도달하게 되고, 이와 동시에 퍼라이트의 내부에 포함된 팽창성 물질(결정수 및 휘발성분)의 급격한 기화로 인하여 내부의 압력이 증가되어 팽창성 물질의 외부를 감싸고 있는 고형물을 팽창시키는 현상을 일으키게 된다.

이러한 조건을 고찰하여 보면, 팽창로의 화염을 통과하는 특정의 퍼라이트 정석 단일입자는 통상 낙하와 같은 방법으로 화염과 접촉하게 되는데 이러한 시간은 입자의 크기와 무관하게 거의 일정한 시간을 가지게 된다.

상기와 같은 조건이기 때문에 종래와 같이 큰 입자와 작은 입자가 동일한 조건을 가진 팽창로의 화염과 접촉할 경우 입자의 크기별로 정석 고형물의 점도가 차이가 나게 되고 이로써 팽창되는 정도에 차이가 생기게 된다. 즉 큰 입자는 좀더높은 온도의 화염이 필요하고, 작은 입자는 좀더 낮은 온도의 화염이 필요하게 되는 것이다.

이와같은 점에 착안하여 본 발명에서는 상기와 같이 퍼라이트 정석의 입자를 여러 가지 크기의 입자로 구분하고 구분된 특정 입자들에 가장 적절한 팽창로의 조건, 특히 화염의 온도를 달리함으로써 균일하면서도 물리적 성능이 우수한 팽창 퍼라이트를 제조할 수 있도록 하였다.

따라서, 본 발명의 제조방법에 따르면 종래와 같이 먼저 입도별 퍼라이트 정석을 배합한 혼합 퍼라이트 정석을 팽창시킬 경우에 비해 퍼라이트 정석 입도에 따른 최적의 화염온도, 투입속도 등 팽창 공정의 조건을 특정 입도에 적절하게 설정할 수 있게 된다. 이는 퍼라이트 정석의 팽창정도를 균일하게, 그리고 조절 가능하게 할 수 있도록 하며 결과적으로 과(過)팽창 또는 미(微)팽창을 최대로 억제할 수 있게 된다.

일례로서, 입경 5∼2.38mm이 7∼15vol.%, 입경 2.37∼1.19mm이 24∼44vol.%, 입경 1.18∼0.59mm이 29∼44vol.%, 입경 0.58∼0.30mm이 1∼13vol.%, 입경 0.29∼0.15mm이 7vol.% 이하 및 입경 0.14mm 이하가 3∼12vol.%인 입도구성을 갖는 팽창퍼라이트를 제조하기 위해서는 우선, 각각 입자크기 2.0∼1.41mm, 1.40∼0.50mm, 0.49∼0.30mm로 구분되는 입도별 퍼라이트 정석이 입고·저장되어 있는 3개의 입도별 정석 사일로(201, 201', 201'')로부터 각 입도별 퍼라이트 정석을 공급받아 각각의 팽창로(202, 202', 202'')에서 팽창시킨다.

이때, 작은 입자를 팽창시키는 팽창로에서는 화염중심의 온도가1,150∼1,250℃에서 1∼2초 동안 팽창시키도록 하고, 가장 큰 입자를 팽창시키는 팽창로에서는 화염중심의 온도가 1,250∼1,350℃에서 2∼3초 동안 팽창시키도록 한다.

여기서 생산된 입도별 팽창퍼라이트를 상기한 바와 같이 각각의 입도별 팽창퍼라이트 사일로(203, 203', 203'')에서 일시 저장한다. 그 다음, 각각의 사일로로부터 입도별 팽창퍼라이트를 용도에 따라 상기한 바와 같은 입도별 일정비율로 공급받아 혼합하여 포장직전에 일시적으로 혼합 팽창퍼라이트 사일로(204)에 보관하여 둔다. 마지막으로, 혼합 팽창퍼라이트를 포장라인(205)을 거쳐 포장하면 제품이 출하된다.

적정의 온도에서 적정 시간동안 최적으로 팽창된 퍼라이트의 단면을 주사전자현미경을 사용하여 단면을 촬영한 결과는 도 7과 같다. 그리고 동일한 주사전자현미경을 사용하여 퍼라이트 정석의 단면을 촬영한 모양은 도 8과 같다.

반면, 종래와 같이 입도별 퍼라이트를 미리 혼합하고 단일 팽창로에서 팽창시켰을 때 발생되는 문제점인 퍼라이트 정석의 미(微)팽창된 팽창퍼라이트와 과(過)팽창된 팽창퍼라이트의 단면을 주사전자현미경을 사용하여 촬영한 결과는 각각 도 5 및 도 6과 같다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 미(微)팽창된 팽창퍼라이트는 입자자체가 가지고 있는 벌집 모양의 기공량이 감소됨으로써 투수계수는 큰 변화가 없으나 유효수분은 감소되며, 또한 입자표면의 벌집 모양이 적게 형성됨으로써 입자간의 가교력이 감소되어 식물 식재 후 수목의 지지력도 감소하게 된다.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 과(過)팽창된 팽창퍼라이트는 입자자체가 가지고 있는 벌집 모양의 기공들이 과대하게 커지거나 기공이 파괴됨으로써 수분을 저장하는 능력이 감소되어 유효수분이 감소하고, 또한 입자의 강도가 취약해져 입자 표면의 벌집 모양이 대부분 파괴되어 일정기간이 경과하면서 토양의 침하 현상이 발생되어 토양층의 깊이가 낮아져 식물의 생육에도 문제를 발생시킨다. 또한, 파괴된 입자 표면의 팽창퍼라이트가 토양층의 공극을 막게 되어 투수계수가 급격히 감소하는 현상을 초래하게 되는 문제점을 가지게 된다.

본 발명의 방법에 따라 얻어진 도 7과 같은 단면을 갖는 적정 팽창한 팽창퍼라이트는 그 벌집 모양이 휴머스(humus, 토양유기물)와 유사하며 그 구조는 단일 입자의 표면적이 극대화됨으로써 수분 보유력이 뛰어나고, 또한 통기성 및 배수성이 우수하다.

이하 본 발명에 따른 팽창퍼라이트 제조방법에 대해 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

입도별로 저장된 퍼라이트 정석을, 한번에 하나의 입도만을 공급받아 팽창시켰으며, 이때 입도별 퍼라이트 정석에 따른 최적의 화염온도(화염중심온도 1,150∼1,350℃) 등 팽창 공정의 최적조건을 적용하여 팽창정도가 균일한 입도별 팽창퍼라이트를 입도별 팽창퍼라이트 사일로에 보관하였다.

그 다음, 다음 표 1과 같은 입도분포를 가지는 혼합 팽창퍼라이트를 제조하기 위하여 입도별 팽창퍼라이트 사일로로부터 각각의 입도별 팽창퍼라이트의 일정비율로 사일로의 하부로 배출시켰다. 그리고 나서, 혼합을 위해 컨베어벨트에 배출하여(이때 최소한 특정 입도의 팽창퍼라이트는 2개 이상의 사일로로부터 공급되도록 하였음), 포장을 위한 혼합 팽창퍼라이트 사일로로 일시로 보관하고 곧이어 혼합 팽창퍼라이트 사일로 하부로부터 혼합 팽창퍼라이트를 채취하였다.

이때, 본 발명에 의한 효과를 알아보기 위하여 팽창로에서 입도별 팽창퍼라이트를 채취하고, 중력방향으로 위치한 입도별 팽창퍼라이트 사일로, 혼합 팽창퍼라이트 제조를 위한 컨베어벨트 및 혼합 팽창퍼라이트 사일로를 통과한 혼합 팽창퍼라이트를 채취하여 입자의 파손을 측정하였다. 그 결과는 다음 표 1과 같다.

혼합 팽창퍼라이트 입도분포의 측정은 KS A 5101에 따라 No. 100(0.15mm)의 체를 이용하여 체가름하여 측정하였으며, 단위용적중량은 KS F 3701에 의하여 측정하였다.

비교예 1

실시예 1과 같은 본 발명에 의한 팽창퍼라이트를 제조하여 종래기술에 의한 팽창로 이후의 공정, 구체적으로는 송풍기에 의해 도 3과 같은 공정을 적용하여 입자의 파손을 측정하였다. 그 결과는 다음 표 1과 같다.

그리고, 체가름 및 단위용적중량은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하였다.

비교예 2

도 3에 나타낸 바와 같은 종래기술에 의하여, 혼합된 퍼라이트 정석을 최적의 화염온도(1,200∼1,300℃) 등 팽창 공정의 최적조건을 적용하여 혼합 팽창퍼라이트를 제조하여 혼합 팽창퍼라이트를 채취하였으며, 이때 팽창로에서 혼합 팽창퍼라이트를 채취하고, 포장공정에서 혼합 팽창퍼라이트를 채취하여 입자의 파손을 측정하였다. 그 결과는 다음 표 1과 같다.

그리고, 혼합 팽창퍼라이트 입도분포의 측정은 KS A 5101에 따라 No. 100(0.15mm)의 1종류의 체를 이용하여 입도별로 체가름하여 측정하였으며, 단위용적중량은 KS F 3701에 의하여 측정하였다.

입경(mm)	실시예 1	비교예 1	비교예 2
	팽창로채취시료	포장후채취시료	팽창로채취시료	포장후채취시료	팽창로채취시료	포장후채취시료
vol%	5∼0.15mm	95.4	94.1	95.3	92.5	92.7	87.5
	0.14mm 이하	4.6	5.9	4.7	7.5	7.3	12.5
단위용적중량 (g/cc)	0.101	0.106	0.102	0.114	0.113	0.131
단위용적중량의 증가량(상대적 비율)	0.005(1.0)	0.012(2.4)	0.018(3.6)
0.14mm 이하의 증가량(상대적 비율)	1.3(1.0)	2.8(2.2)	5.2(4.0)

상기 표 1의 결과로부터, 팽창로에서 직접 받은 시료와 포장공정 이후의 시료에 있어서, 단위용적중량의 증가는 종래기술(비교예 2)의 경우는 본 발명에 비하여 증가량이 3.6배임을 알 수 있다. 그리고, 0.14mm 이하의 입자크기를 갖는 팽창퍼라이트 입자의 증가량을 살펴보면, 본 발명에 비하여 종래기술은 증가량이 4.0배로 팽창로 이후의 공정진행시 입자의 파손이 본 발명에 비하여 많다는 것을 알 수 있다.

이러한 입자 파손은 공극율 및 경량성에 악영향을 미치는 요인으로 작용하며, 특히 팽창퍼라이트 경량토양으로 이용할 경우에는 파손된 미세분말에 의한 공극의 막힘 현상으로 인하여 투수계수 등도 급격한 성능저하를 초래하게 된다.

한편, 본 발명에 의한 팽창퍼라이트를 제조하여 송풍기에 의한 종래기술(비교예 1)의 제조공정배치에 따른 공정진행시, 본 발명에 의한 중력식 제조방법의 입자 파손 정도가 적게 나타나고 있으며, 이는 종래기술에 비하여 본 발명에 의한 중력식 제조방법이 우수하다는 것을 보여주고 있다.

실시예 2∼5

상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조된 팽창퍼라이트를 포장공정에서 채취하여 단위용적중량, 공극율, 유효수분 및 압축저항성을 측정하였으며 제조된 혼합 팽창퍼라이트 입도분포의 측정은 KS A 5101에 따라 No. 8(2.38mm), No. 16(1.19mm), No. 30(0.59mm), No. 50(0.3mm), No. 100(0.15mm)의 5종류의 체를 이용하여 입도별로 체가름하여 측정하였으며, 단위용적중량은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

본 발명에 의한 팽창퍼라이트의 유효수분을 측정하기 위하여 KS F 2345(1995) '비점성토의 상대밀도 시험방법'에 의거, 진동수 60Hz, 진폭 0.55∼65mm, 하중추 10.99kg, 진동시간 8분의 조건을 만족하는 진동다짐기를 제작하여 시료를 제작하였으며, 일본 농림성의 '토양물리성 측정방법'에 따라 pF 1.5 및 pF 4.2 상태의 수분량을 측정하여 다음 식에 따라 유효수분(%)을 측정하였다

유효수분(%) = 최대포장용수량(vol%, pF 1.5) - 위조점에서의 수분량 (vol%, pF 4.2)

공극율은 일본 농림성의 '토양물리성 측정방법'에 따라 pF 0를 흡인법에 따라 측정하였다.

입자강도는 압축저항성으로서 측정하였는 바, 압축저항성은 Perlite Institute의 시험법(PI designation : 306-80)에 의하여 팽창퍼라이트를 측정하였다. 시험기구는 Hydraulic tester, test cylinder, sample settling device 등으로 구성되며 준비된 시료를 시험 실린더의 1/2까지 채운 후, compacted density machine을 이용하여 수평한 곳에 놓아 25번 정도 두드려서 실린더에 채운다. 시험 실린더 위에 flanged collar를 맞춘 후, 시료를 더 첨가하여 flanged collar의 1/2 높이가 되도록 채운 다음, flanged collar를 제거한 후 시험 실린더 높이의 위쪽에 있는 팽창퍼라이트는 straight edge를 이용하여 제거한다. 시료를 넣은 실린더를 그램 단위로 무게를 잰다. 시료를 압축하여 bypass 벨브를 잠근 후, 실린더를 천천히 압축(1 stroke/4-5sec)한다. 게이지는 피스톤이 1인치를 표시하는 순간 읽게 되고, 시료 압축은 팽창퍼라이트 컬럼의 2인치를 표시할 때까지 반복하여 계속하며 아래와 같이 압축저항성을 산출한다.

압축저항(lb/in²) = (load on the ram, lb + weight of piston, lb) / area of cylinder(7.1), in²

비교예 3∼6

다음 표 2와 같이 비교예 2와 같은 종래기술의 방법으로 제조된 팽창퍼라이트를 포장공정에서 채취하여 단위용적중량, 공극율, 유효수분 및 압축저항성을 상기 실시예 2와 동일한 방법과 조건으로 측정하였다

입경(mm)	실시예2	비교예3	실시예3	비교예4	실시예4	비교예5	실시예5	비교예6
vol%	5∼2.38mm	11.2	8.7	7.1	5.0	9.3	6.7	50.2	43.5
	2.37∼1.19mm	33.8	30.3	31.5	27.5	40.1	37.2	34.9	33.1
	1.18∼0.59mm	37.6	38.8	31.3	32.4	43.9	45.7	10.0	15.2
	0.58∼0.29mm	7.5	8.9	13.0	14.2	2.2	3.1	4.9	8.2
	0.28∼0.15mm	3.9	5.3	7.0	8.5	1.1	2.4	-	-
	0.14mm 이하	6.0	8.0	10.1	12.4	3.4	4.9	-	-
단위용적중량 (g/cc)	0.107	0.126	0.105	0.129	0.108	0.121	0.144	0.161
공극율(vol%)	94.5	83.9	91.4	82.5	91.3	81.6	94.1	82.7
유효수분(vol%)	44.2	36.4	40.3	31.2	40.2	30.9	22.0	17.2
압축저항성(t/㎡)	15.1	12.2	14.2	13.4	16.2	12.5	39.3	30.7

상기 표 2로부터, 얻어진 팽창퍼라이트를 비교하면 유사한 입도분포를 보여줄 경우에 있어서, 종래기술은 본 발명에 비하여 단위용적중량이 증가하는 문제점을 잘 보여주고 있다. 이것은 혼합 퍼라이트 정석을 하나의 팽창로에서 팽창시키는 종래기술에서는, 팽창로의 화염온도를 혼합 퍼라이트 정석 중에서 중간 크기의 퍼라이트 정석에 설정할 수 밖에 없기 때문이다. 구체적으로는, 큰 입자의 경우 팽창이 충분히 일어나는 화염온도 이하이기 때문에 도 5에 나타낸 바와 같은 미(微)팽창 퍼라이트 입자가 발생된다. 반면 작은 입자의 경우 화염온도가 필요이상으로 높게 될수 밖에 없기 때문에 적정 팽창을 초과하여 도 6에 나타낸 바와 같이 과(過)팽창되어 팽창퍼라이트 입자의 표면이 모두 파쇄되어 버리거나 파쇄되지 않더라도 팽창퍼라이트 입자의 격자 막이 얇아져 팽창퍼라이트 입자의 강도가 취약해지는 결과를 초래하게 된다.

한편, 얻어진 팽창퍼라이트를 팽창퍼라이트 경량토양으로서 이용할 경우에는 경량토양의 유효수분이 중요한 인자인 바, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이 종래기술에 따라 얻어진 팽창퍼라이트는 본 발명에 비하여 유효수분 성능이 감소됨을 보여주고 있다. 이것은 앞에서의 설명과 같이 미(微)팽창 단일 퍼라이트 입자의 경우충분한 팽창이 이루어지지 않아 기공율이 감소하고, 과(過)팽창 단일 퍼라이트 입자의 경우 적정 팽창을 초과하여 입자 격자 막의 파손으로 인한 기공의 파괴에 기인한다. 또한 이러한 과(過)팽창 입자는 압축저항성이 급격히 감소하는 현상을 보여주게 된다. 이렇게 미(微)팽창 및 과(過)팽창 입자들은 기공율이 적어짐으로써 단위용적중량의 증가, 공극율의 감소, 유효수분의 감소 및 압축저항성의 감소 등을 초래하는 등 많은 문제점을 가지게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 각 단위공정순에 따라 수직형으로 배치되어 있으므로 각 공정간 재료 이송이 강제식이 아니고 중력에 의해 중력방향으로 이송되므로 재료 이송시 파쇄율이 매우 적고, 또한 퍼라이트 정석을 입도별로 각각의 팽창로에 공급하여 팽창시킨 후 원하는 입도구성에 따라 조합하게 되므로 입도별 퍼라이트 정석별로 팽창조건을 달리할 수 있어 퍼라이트 정석의 과(過)팽창 및 미(微)팽창을 억제할 수 있게 되어, 결과적으로 최종제품의 질을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 퍼라이트 정석을 2가지 이상의 입도별로 각각의 입도별 퍼라이트 정석 사일로에 저장하는 단계;

   상기 입도별로 저장된 퍼라이트 정석을 다수의 입도별 퍼라이트 팽창로로 이송하여 팽창시키는 단계;

   상기 각각의 팽창로에서 입도별로 팽창된 퍼라이트를 이송하여 각각의 입도별 팽창퍼라이트 사일로에 저장하는 단계;

   상기 입도별로 저장된 팽창퍼라이트를 목적하는 입도분포에 의해 혼합하여 혼합 팽창퍼라이트를 제조하는 단계; 및

   상기 혼합 팽창퍼라이트를 포장하는 단계를 포함하는 팽창퍼라이트의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 단계간 재료이송은 중력 방향으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 팽창퍼라이트의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 팽창로와 입도별 팽창퍼라이트 사일로 사이에 선택적으로 공냉식, 수냉식 및 혼합식 중에서 선택된 냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로하는 팽창퍼라이트의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 다수의 팽창로는 이송된 퍼라이트 정석의 입도에 따라 최적 화염온도와 팽창시간이 각기 설정되는 것을 특징으로 하는 팽창퍼라이트의 제조

   방법
5. 퍼라이트 정석을 2가지 이상의 입도별로 각각의 입도별 퍼라이트 정석 사일로에 저장하는 단계;

   상기 입도별로 저장된 퍼라이트 정석을 혼합시키는 단계;

   상기 혼합된 정석을 이송하여 퍼라이트 팽창로에서 팽창시키는 단계;

   상기 팽창된 팽창퍼라이트를 이송하여 사일로에서 저장시키는 단계;

   상기 저장된 팽창퍼라이트를 포장하는 단계를 포함하되, 각 단계간 재료이송은 중력방향으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 팽창퍼라이트의 제조방법.