KR20040020681A - 고상 폐기물을 이용한 저온소결 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌과 그 제조방법 - Google Patents

고상 폐기물을 이용한 저온소결 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고상폐기물인 석탄회 및 제지소각회를 이용한 저온소결 도자기질 점토벽돌로서, 소성결합이 강하고 고풍스러운 번짐무늬와 다양한 색상을 나타내는 환경친화적이고 인체에 유익한 내·외장용 점토벽돌 및 바닥점토벽돌에 관한 것이다.
본 발명의 점토벽돌은 고령토(백토), 고령토(흑점토), 장석 및 석탄회(fly ash), 제지소각회(paper ash)를 주원료로 하고, 발색제인 이산화망간(MnO2), 산화크롬(Cr2O3), 이산화티탄(TiO2), 산화동(CuO) 및 산화제이철(Fe2O3)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물로 구성되는 도자기질의 점토벽돌 및 바닥점토벽돌이다.
상기 점토벽돌의 제조방법은 점토벽돌의 주성분으로 백토 30~70중량부, 흑점토 10~30중량부, 장석 7~20중량부, 석탄회(fly ash) 2~45중량부 및 제지소각회 3~10중량부를 혼합·분쇄하는 단계 ; 상기 혼합·분쇄물 100중량부에 대하여 물 15~21중량부를 첨가하여 혼련하고 압출·성형 하는 단계 ; 상기 압출·성형된 벽돌을 30~250℃에서 건조시키는 단계 ; 상기 건조된 벽돌의 표면이 외부에 노출되게 적재하거나 또는 벽돌의 표면을 포개거나 맞대어 적재한 후, 터널요 또는 불연속요에서 1030~1150℃의 온도로 15~40시간 동안 소성하여 냉각시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

고상 폐기물을 이용한 저온소결 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌과 그 제조방법{LOW TEMPERATURE SINTERING CERAMIC CLAY BRICK AND FLOORING BRICK AND METHOD OF PRODUCING IT USING SOLID INDUSTRIAL WASTE}
본 발명은 소성결합이 강하고, 다양한 색상, 다양한 번짐 무늬, 다양한 반점무늬의 경량화된 고품질의 도자기질 점토 벽돌 및 바닥벽돌과 그 제조방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 주성분인 백토, 흑점토, 장석, 석탄회 및 제지소각회를 혼합·분쇄하고, 상기 혼합·분쇄물에 물을 첨가하여 혼련하고 압출·성형한 후, 상기 압출·성형된 벽돌을 건조시키고, 건조된 벽돌의 표면이 외부에 노출되게 적재하거나 또는 벽돌의 표면을 포개거나 맞대어 적재한 후, 터널요 또는 불연속요에서 1030~1150℃의 온도로 15~40시간 동안 중성(산화) 또는 환원분위기로 소성하여 냉각시킴으로써 제조되는 환경친화적이고 인체에 유익한 건축 내·외장용 및 시각장애인용 바닥재료로 사용하기에 적합한 저온소결 유색 점토 벽돌 및 바닥점토벽돌의 제조방법에 관한 것이다.
본래의 점토벽돌은 적점토 50~80중량부, 보명사(모래) 20~50중량부의 비율로 혼합 및 분쇄한 후 진공압출기로 성형하여 30~250℃로 건조한 후, 벽돌의 표면이 외부로 노출되게 적재하여 1,100~1,200℃의 온도에서 소성하여 제품화하는 유약(釉藥) 점토 벽돌이 있었다.
그러나, 무유벽돌은 색상이 적색계열의 단순한 색상이기 때문에 다양한 색상을 나타내지 못하였으며, 유약벽돌은 납유를 사용하는데 광택이나고 자연스럽지 못한 인위적인 느낌을 주는 결점을 가지고 있다. 또한, 건조 소지에 수분을 함유한 유약을 살포함으로 인한 크랙이 발생하여 수율이 70~80%에 불과하며 시유시설을 별도로 해야하고, 제조과정에서 중금속인 납의 오염이 문제되며 인력도 많이 소요되어 원가경쟁력을 갖지 못하는 문제가 있었다.
또한, 무연탄을 사용하는 국내화력발전소의 석탄회(fly ash)는 연간 450만톤 이상이고, 제지공장에서 발생하는 제지소각회(paper ash)는 년간 50만톤에 달하고 있으며 대부분 해양투기나 매립에 의존하고 있어 매립지의 확보와 침출수로 인한 2차 오염문제가 크게 대두되고 있어 재활용 방안의 연구가 시급한 실정이었다.
대한민국 특허 제1999-24186호의 "원적외선 방사율이 높고 표면에 환무늬와 흑색반점이 출현하는 벽돌 및 바닥벽돌의 제조방법"에서는 지오라이트, 고령토 및 점토를 주원료로 하고 이에 탄소를 첨가하여 소성 후 원적외선을 방사하고, 환무늬 및 흑색반점을 발생하는 건축용 내외장용 벽돌 및 바닥벽돌의 제조방법이 있었으나, 가소성(점력)의 과다로 공정 중 균열이 발생할 우려가 있다는 문제점이 있었다.
또한, 대한민국 특허 제2002-0038212호의 "건축용 유색벽돌 및 바닥재의 제조방법"은 무기착색제를 사용하여 반점무늬와 환무늬를 형성시키는 방법이 제시되어있으나, 착색제에 의한 소지 색상은 형성할 수 있으나, 환무늬는 형성할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명자는 저렴한 원가의 에너지 절약형 유색경량 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌을 제조하기 위하여 끊임 없는 연구와 실험을 거듭한 결과, 무연탄을 연료로 사용하는 국내 발전소에서 다량으로 발생하는 석탄회와 제지공정 중에 발생하는 제지소각회에 미연소탄소분과 소결온도를 낮출 수 있는 알칼리 산화물이 다량함유되어 있다는 점에 착안하여, 종래 점토벽돌의 원료인 백토, 흑점토, 장석 등에 제지소각회, 석탄회 및 기타 착색제 등을 첨가하여 혼합, 분쇄, 혼련, 성형, 건조, 소성 공정을 순차적으로 거쳐 환경친화적이고, 소성결합이 강하며, 고풍스러운 번짐 무늬와 다양한 색상의 반점이 표출되는 도자기질 점토 벽돌 및 바닥점토벽돌의제조방법을 제시하게 되었다.
또한, 본 발명은 소성결합이 강하여 수분의 흡수율이 적고, 압축강도가 높은 유색경량 도자기질 점토 벽돌 및 바닥점토벽돌을 제조하는 방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.,
또한, 본 발명은 다양한 색상의 번짐 무늬와 다양한 반점무늬가 발현되는 벽돌 및 바닥벽돌을 제조하는 방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 석탄회 및 제지소각회의 총함량에 따른 소성온도를 도시한 것이다.
도 2는 석탄회 및 제지소각회의 총함량에 따른 꺽임강도 및 압축강도를 도시한 것이다.
도 3은 석탄회 및 제지소각회의 총함량에 따른 부피비중 및 기공율을 도시한 것이다.
본 발명의 고상폐기물을 이용한 저온소결 도자기질 점토벽돌은 백토, 흑점토, 장석, 석탄회 및 제지소각회를 주성분으로 하고, 이산화망간, 산화크롬, 이산화티탄, 산화동, 산화제이철 등으로 이루어지는 군으로 부터 선택된 하나 이상의 첨가물로 구성된다.
또한, 상기 도자기질 점토 벽돌은 백토, 흑점토, 장석, 석탄회(fly ash) 및 제지소각회로 이루어지는 주성분을 혼합·분쇄하는 단계 ; 상기 혼합·분쇄물에 물을 첨가하여 혼련하고 압출·성형 하고, 상기 압출·성형된 벽돌을 30~250℃에서 건조시키는 단계 ; 상기 건조된 벽돌의 표면이 외부에 노출되게 적재하거나 또는 벽돌의 표면을 포개거나 맞대어 적재한 후, 터널요 또는 불연속요에서 1030~1150℃의 온도로 15~40시간 동안 소성하여 냉각시키는 단계를 통하여 제조된다.
이하에서는 상기 각각의 구성 성분 및 각각의 제조단계별로 나누어 상세히 설명한다.
(1)본 발명인 도자기질 점토 벽돌의 구성성분 및 그 작용
본 발명인 저온소결 도자기질 점토벽돌의 주요 구성성분은 백토 30~70중량부, 흑점토 10~30중량부, 장석 7~20중량부, 석탄회(fly ash) 2~45중량부 및 제지소각회 (paper ash) 3~10중량부 이다. 각각의 구성성분, 작용 및 필요한 함량은 이하에서 보다 구체적으로 살펴본다.
또한, 이산화망간(MnO2) 1~4중량부, 산화크롬(Cr2O3) 1.0~2.5 중량부, 이산화티탄(TiO2) 1.0~4.0 중량부 및 산화동(CuO) 0.5~2.0 중량부로 이루어지는 군으로 부터 선택된 하나 이상의 첨가물이 상기 주성분에 첨가된 다양한 색상의 점토벽돌에 있어서, 상기 각 첨가물의 작용 및 필요한 함량은 이하에서 보다 구체적으로 살펴본다.
또한, 노란 색상의 점토 벽돌은 이산화티탄 (1.0~2.5 중량부) 및 산화제이철 (0.5~4.0중량부)을 상기 주성분에 첨가함으로써 제조할 수 있다. 이하에서 보다 구체적으로 살펴본다.
백토(Kaolin)는 카올리나이트와 할로이사이트를 주원료로 하는 백색의 점토이다. 백토의 실리카 성분은 벽돌의 뼈대 역할을 하고 알루미나 성분은 내화성을 부여하여 소성범위를 넓게하는 작용을 할 뿐만 아니라, 화학작용, 마모 및 열충격에 대한 저항성이 우수하다.
백토의 함량이 30중량부 이하일 경우에는 소성강도가 약하며, 외부 환경에 대한 저항성이 약한 문제가 있고, 70중량부 이상일 경우에는 가소성이 떨어지고 건조시 건조강도가 저하되고, 소결시에는 소성강도가 저하되어, 압축강도가 떨어지고 흡수율이 높아지는 등 물성에 악영향을 미치게 된다. 전체적인 색상과 강도를 고려 할 때, 필요한 백토의 함량은 바람직하게는 주성분 총 중량의 30~70중량부이다.
흑점토의 주성분은 함수 알루미나 규산염광물의 집합체로서, 점토는 입도가 미세하여 물에 풀었을 때 부유할 수 있어야 하고 수분을 가하면 가소성이 발현되는 성질이 있다. 또한, 건조되면 굳어져 강성을 나타내고 고온으로 소성하면 굳게 소결 되는 특성이 있다. 점토 광물로서는 카올리나이트 ·디카이트 ·핼로이사이트 등의 카올린계 광물, 몬모릴로나이트 ·벤토나이트 ·산성백토 등의 몬모릴로나이트계 광물, 일라이트 ·해록석(海綠石) 등의 운모류 이외에도 녹니석류(綠泥石類) ·앨로판 등 여러가지가 있다.
주성분 총 중량의 10중량부 미만인 경우에는 강성과 강한 소결력을 보이는 점토의 특성을 발휘할 수 없고, 30중량부를 초과하는 경우에는 가소성은 증가하지만, 건조 수축 및 소성수축력이 증가하여 건조 및 소성시 벽돌의 균열 및 변형이 발생하는 문제점이 있기 때문에, 주성분 총 중량의 10~30 중량부가 바람직하다.
장석(feldspar)은 칼륨, 나트륨, 칼슘, 바륨의 알루미노 규산염 광물로써 화학성분은 (K, Na, Ca, Ba)(Al, Si)4O8이며, 장석의 대부분은 칼륨장석(KAlSi3O8), 나트륨장석(NaAlSi3O8), 칼슘장석(CaAl2Si2O8)의 세가지 단성분의 계열에 속하며 연속 고용체를 이루고 있다. 장석은 알칼리 성분을 비교적 많이 함유 하고 있어 소성시 융제 역할을 하여 소성온도의 범위를 좁히는 기능을 한다. 또한, 소결을 촉진하여소결시간을 단축하고, 소결강도 및 압축강도를 향상시키고, 흡수율을 저하시킬 뿐만아니라, 내후성과 투광성을 부여하는 기능을 한다.
장석의 함량이 주성분 총 중량의 7중량부 미만인 경우에는 장석 첨가에 의한 효과를 볼 수 없고, 20중량부를 초과할 경우에는 장석 첨가에 의한 가속된 효과를 볼 수 없기 때문에, 바람직하게는 알칼리장석 또는 사장석주성분 7~20중량부가 적당하다.
석탄회(Fly Ash)는 화력발전소에서 나오는 폐기물로서 탄소성분과 회성분을 많이 함유 하고 있다. 석탄회는 벽돌의 제조시 원가절감은 물론 수분조절에 유용하게 사용되고, 소성시에는 연료비가 절감된다. 또한, 석탁회는 수분과 수화하여 포졸란 반응을 일으켜 건조강도를 증가시키고, 소성시 소결강도를 증가시키는 역할을 하여 벽돌의 압축강도, 흡수율 및 벽돌의 경량화에 많은 영향을 끼친다. 또한, 벽돌의 제조에 있어서는 미연탄카본에 의한 환원소성시에 반점 및 환무늬를 표출시키는 작용을 한다. 석탄회의 함량이 2중량부 미만인 경우에는 석탄회의 첨가에 의한 효과를 기대하기 어렵고, 45중량부 초과할 경우에는 벽돌의 성형이 어렵고, 소결시 많은 기공이 발생하여 벽돌의 기본적인 물성에 악영향을 끼친다는 문제가 있으며, 바람직한 석탄회의 함량은 2~45중량부 인것이 바람직하다.
제지소각회(Paper Ash)는 제지의 제조에 있어서 발생하는 폐기물로써, 그 구성 성분은 이산화규소, 산화알루미늄, 산화망간, 이산화티탄, 산화나트륨, 산화칼륨, 아황산, 수분, 미연카본 등이 있다. 제지소각회는 석탄회 보다는 입자가 더 작으며 석탄회와 더불어 흡수율 및 소성강도 등 벽돌의 기본적인 물성을 향상시키는작용을 한다. 제지소각회의 함량이 3중량부 미만인 경우에는 제지소각회 첨가에 의한 효과를 기대할 수 없고, 10중량부를 초과하는 경우에는 제지소각회 첨가에 의한 물성향상의 가속된 효과가 나타나지 않을 뿐만 아니라 벽돌의 성형에 불리하게 작용하므로, 제지소각회의 함량은 3~10중량부인 것이 바람직하다.
이산화망간(MnO2)은 발색에 영향을 미치는 검은색의 발색 보조제이며, 소결성을 향상시키는 기능을 한다. 이산화 망간의 첨가량이 주성분 100중량부에 대하여 1중량부 미만인 경우에는 이산화망간 첨가에 의한 효과를 기대하기 어렵고, 4중량부를 초과하는 경우에는 너무 진한 검은색 계통의 발색을 나타낼 뿐만 아니라, 소성시 제품이 녹아 내리는 등 문제가 있을 수 있기 때문에, 1~4중량부 인 것이 바람직하다.
또한, 미립의 이산화망간을 첨가함으로써 소지의 입자와 입자사이가 충진되면서 촉매역할을 하여 소성결합이 좋아져 압축강도가 증가되고 흡수율을 저하시켜 고강도의 물성을 만들 수 있고, 소성한 후 제품의 기본색상이 이산화망간에 의한 연회색 바탕에 검은색 계열의 타원형의 반점이 나타나게 된다.
이산화티탄(TiO2)은 백색의 원료로서 발색을 보조하는 발색 보조제이다. 이산화티탄은 산화철과 같이 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 산화철의 함유량이 높으면 짙은 노랑색으로 발색되고, 산화철의 함량이 적으면 밝은 노랑색으로 발색된다. 또한, 이산화티탄은 소결강도를 높이는 작용을 한다. 이산화티탄의 함량은 주성분 100중량부에 대하여 1.0~4.0 중량부 만큼 첨가하는 것이 바람직하다.
산화제이철(Fe2O3)은 붉은 색이며 화학적으로 안정하고, 내후성과 흡착력이 우수하여 다른 안료와의 혼합성이 좋으며, 수지와 용제와는 거의 반응하지 않는 발색제이다. 산화제이철의 함량이 높을수록 진한 적갈색을 띄게 되며, 벽돌의 강도와 소결성도 높아 진다.
노란색을 얻기 위한 산화티탄과 산화철의 함량은 주성분 100중량부에 대하여 산화티탄 1.0~2.5중량부 및 산화철 0.5~4.0중량부를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
산화크롬(Cr2O3)의 색은 일반적으로 녹색이다. 그리고 저화도의 알칼리 유약에서는 황색을 나타내며, 납 유약에서는 적색을 얻을 수 있다. 또 특수한 색으로는 크롬주석핑크가 있는데, 여기에서는 적은 양의 크롬으로 핑크 또는 진한 자적색(紫赤色)의 정색을 보이므로 붉은 계통의 채료로도 널리 쓰인다. 벽돌의 제조시에는 발색보조제로 쓰이며 주성분 100중량부에 대하여 산화크롬 1.0~2.5중량부로 혼합하여 발색을 한다. 너무 지나치게 비율이 많을 시에는 제품의 내화도 및 색상에 악영향을 끼친다.
산화동(CuO)의 일반적인 색상은 청녹색이며, 알칼리유약에서는 청색을 나타내고, 연유에서는 녹색을 나타낸다. 동의 특이한 정색은 적색인데, 환원소성분위기에서 발색된다. 산화크롬과 마찬가지로 벽돌 제조시 발색보조제로 쓰이며, 주성분 100중량부에 대하여 산화동 1.0~2.0중량부로 혼합하여 발색을 한다.
(2) 본 발명인 상기 도자기질 점토 벽돌 및 바닥점토 벽돌의 제조방법
본 발명인 도자기질 점토벽돌의 제조는 주성분인 고령토(백토) 30~70 중량부, 고령토(흑점토) 10~30중량부, 장석 7~20중량부, 석탄회 2~45 중량부, 제지소각회 3~10중량부를 혼합·분쇄하여 혼련함으로써 시작된다. 상기 분쇄는 롤밀을 통하여 평균직경이 0.7~1.0mm 이하가 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 주성분인 혼합·분쇄물 100중량부에 대하여 물 15~21중량부를 첨가하여 혼련하고 벽돌의 형상으로 압출·성형을 하고, 압출·성형된 벽돌을 30~250℃에서 건조시킨다. 상기 물의 함량이 15중량부 이하일 경우에는 성형이 되지 않고, 21중량부 이상일 경우에는 벽돌의 형태가 유지되지 않으며 제품규격의 치수오차가 커지는 문제가 있다. 또한, 발색제 1~8중량부를 첨가하는 것도 가능하다.
상기 성형은 유압프레스에 의한 성형방법이 아닌, 소지속의 공기를 완전히 제거한 후 진공토련하여 압출성형하는 방법을 사용하였다. 이러한 성형방법은 점토를 많이 사용할 때 활용하는 성형방법으로서 프레스 제품보다 조직이 치밀하고 흡수율 및 소결강도를 향상시킬 수 있는 방법이다. 또한, 상기 건조는 30~250℃의 건조로에서 건조시키는 것이 바람직하다.
마지막으로 상기와 같이 성형 건조된 벽돌을 충분히 건조시킨 후, 벽돌 표면이 노출되게 적재하거나, 표면을 서로 포개거나 맞대어 적재하고, 1030~1150℃의 터널가마 또는 불연속가마에서 15~40시간 동안 소성한 후 서서히 냉각시킴으로써 본 발명인 도자기질 점토 벽돌 및 바닥점토벽돌은 제조된다.
상기 방법으로 제조된 벽돌은 표면이 노출되게 적재하는 경우에는 새로운 색상의 벽돌만을 생산하고 표면을 포개거나 맞대어 적재한 경우에는 적재된 벽돌면 사이의 경계부분에서 번짐무늬와 반점무늬가 현출되는 점토벽돌 및 바닥점토벽돌이 생산된다.
또한, 상기 점토벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 첨가물로서 이산화망간(MnO2) 1~2 중량부, 산화크롬(Cr2O3) 1~2.5중량부, 이산화티탄(TiO2) 1.0~4.0중량부 및 산화동(CuO) 0.5~2.0중량부로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 첨가물로써 혼합함으로써 다양한 색상의 저온소결 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌을 제조할 수도 있다.
또한, 상기 점토벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 첨가물로써 이산화티탄(TiO2) 1.0~2.5중량부 및 산화제이철(F2O3) 0.5~2중량부를 첨가물로써 혼합하여, 노란색상의 저온소결 도자기질 점토 벽돌 및 바닥점토벽돌을 제조할 수도 있다.
하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는 것이지, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
(실시예 1)
주원료인 고령토(백토) 50중량부, 고령토(흑점토) 25중량부, 장석 7중량부, 석탄회 15중량부, 제지소각회 3중량부를 혼합하여 분쇄한 후, 상기 주성분 100중량부에 대하여 물17중량부를 혼합, 혼련하여 진공 압출성형기로 성형하여, 180℃에서 약 50시간동안 건조시키고, 건조시킨 점토벽돌의 표면을 서로 포개거나 맞대어 적재하여 1100℃에서 39시간 환원(중성) 분위기로 소성하여 냉각시킴으로써, 벽돌이 서로 포개거나 맞대어진 면에서 붉은 색 계열의 번짐 무늬 및 반점 무늬가 현출된 점토 벽돌 및 바닥점토벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1과 같다.
(실시예 2)
주원료인 고령토(백토) 50중량부, 고령토(흑점토) 25중량부, 장석 7중량부, 석탄회 15중량부, 제지소각회 3중량부를 혼합하여 분쇄한 후, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 산화망간 2중량부 및 물 17중량부를 혼합, 혼련하여 진공압출기로 성형하여 180℃에서 약 50시간 건조시키고, 건조시킨 바닥점토벽돌의 표면을 서로 포개거나 맞대어 적재하여 1100℃에서 39시간동안 환원(중성)분위기로 소성하여 냉각시킴으로써, 벽돌이 서로 포개진 면에서 회색바탕에 검은색 계열으ㅢ 번짐무늬 및 반점무늬가 현출되는 점토벽돌 및 바닥점토벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1과 같다.
(실시예 3)
주원료인 고령토(백토) 50중량부, 고령토(흑점토) 25중량부, 장석 7중량부, 석탄회 15중량부, 제지소각회 3중량부를 혼합하여 분쇄한 후, 혼합물 100중량부에 대하여 산화동 0.7중량부 및 물 17중량부를 혼합, 혼련하여 진공압출기로 성형하여, 180℃에서 약 50시간 건조시키고, 건조시킨 점토 벽돌의 표면을 서로 포개거나 맞대어 적재하여 1100℃에서 39시간 환원(중성)분위기로 소성하여 냉각시킴으로써,벽돌이 서로 포개거나 맞대어진 면에서 청녹색 계열의 번짐무늬 및 반점무늬가 있는 점토벽돌 및 바닥점토벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1과 같다.
(실시예 4)
주원료인 고령토(백토) 68중량부, 고령토(흑점토) 25중량부, 장석 7중량부를 혼합하여 분쇄한 후, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 산화티탄 2.5중량부, 산화제이철 1중량부 및 물 17중량부를 혼합, 혼련하여 진공압출기로 성형하여, 180℃에서 약 50시간 건조시키고, 건조시킨 점토 벽돌의 표면을 포개거나 맞붙이지 않고 적재하여 1175℃에서 39시간 동안 산화분위기로 소성하여 냉각시킴으로써 고강도의 밝은 노랑의 색상을 나타내는 점토벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1과 같다.
(실시예 5)
주원료인 고령토(백토) 68중량부, 고령토(흑점토) 25중량부, 장석 7중량부를 혼합하여 분쇄한 후, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 첨가물로서 산화크롬 2.5중량부 및 물 17중량부를 혼합, 혼련하여 진공압출기로 성형하여, 180℃에서 약 50시간동안 건조시키고, 건조시킨 벽돌 또는 바닥벽돌을 포개거나 맞붙이지 않고 적재하여 1175℃에서 39시간 동안 산화분위기로 소성하여 냉각시킴으로써 고강도의 녹색계통을 나타내는 점토벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1과 같다.
(비교예 )
고령토(백토) 68중량부, 고령토(흑점토) 25중량부, 장석 7중량부를 혼합하여 분쇄한 후, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 물 17중량부를 첨가하여 혼합, 혼련하고, 진공 압출기로 성형하여 180℃에서 약 50시간 건조시키고, 1175℃에서 39시간 동안 환원(중성)분위기로 소성하여 냉각시킴으로써 점토벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1과 같다.
하기 표 1은 도자기질 점토 벽돌 및 바닥점토 벽돌의 물성을 나타낸 것이다.
표 1. 도자기질 점토 벽돌 및 바닥 점토 벽돌의 물성
항목 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예
주원료대체 및첨가물 석탄회제지소각회 석탄회제지소각회산화망간 석탄회제지소각회산화동 산화티탄산화제이철 산화크롬 없음
압축강도(Kgf/cm2) 350 380 360 330 320 250
흡수율(%) 7.3 7.0 7.0 7.4 7.5 9.0
꺽임강도(Kgf/cm2) 84 87 85 81 83 70
부피비중(g/cm3) 1.82 1.85 1.84 2.20 2.10 2.10
색상 아이보리색 계통의 바탕에 핑크색무늬 연회색계통의 바탕에 검은색무늬 청녹색 계통의 바탕에 청색무늬 밝은노란색 계통 녹색계통 아이보리색 계통의 단색
무늬 번짐+반점 번짐+반점 번짐+반점 무늬없음 무늬없음 무늬없음
기공율(%) 27 25 25.5 19 20 21
중금속용출시험 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출 불검출
내마모성(g) 0.03 0.02 0.02 0.04 0.03 0.05
내동해성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
※ 중금속용출시험항목 : Hg, Cu, Cr+α, Pb, Cd, As, CN-(mg/L)
하기 표 2는 본 발명의 원료인 백토, 흑점토, 장석, 석탄회 및 제지소각회의 성분을 분석한 자료이다.
표 2. 주요원료의 성분분석
구분 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O TiO2 MnO2 P2O5 C Ig-loss
고령토(흑점토) 63.2 17.5 0.60 0.90 3.36 3.05 1.22 - - - - 9.50
고령토(백토A) 48.6 30.5 4.91 0.36 1.73 1.51 2.39 - - - - 9.76
고령토(백토B) 49.7 31.1 7.66 0.28 0.83 1.09 3.16 - - - - 6.09
고령토(백토C) 48.2 30.3 4.87 0.32 1.70 1.48 2.31 - - - - 9.71
고령토(백토D) 72.8 16.1 0.09 0.12 0.97 4.84 0.28 0.03 0.09 0.02 - 4.12
장석 70.5 16.2 0.29 0.12 0.73 5.55 2.83 - - - - 3.59
석탄회 56.86 27.74 2.12 1.73 5.05 3.57 0.48 1.75 - - 4.74 5.14
제지소각회 46.0 17.1 16.6 7.1 2.4 0.6 0.57 0.8 - 0.4 1.0 7.3
하기 표 3은 소성분위기에 따른 발색제의 정색변화를 나타낸 것이다.
표 3. 소성분위기에 따른 발색제의 정색변화
발색원료 소성분위기
산화 환원 중성
산화망간 갈색(흑색) 적갈색 갈색(흑색)
산화티탄 오렌지색 암오렌지색 오렌지색
산화철 적갈색 청색 적갈색
산화크롬 황록색(홍색) 녹색(청록색) 녹색(청록색)
산화동 청색,녹색 적색 청색, 녹색
산화티탄+산화철 노란색 오렌지색 노란색
하기 표 4는 석탄회 및 제지소각회가 주성분 총중량의 40중량부로 혼합된 경
우벽돌의 소성전 후의 조성을 분석한 자료이다.
표 4. 석탄회 및 제지소각회가 40중량부로 혼합된 경우, 벽돌의 소성 전 후의 조성분석
구분 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O TiO2 MnO2 P2O5 C Ig-loss
소성전 51.5 29.6 3.13 0.76 3.11 1.17 1.17 0.65 0.11 0.04 4.74 5.14
소성후 54.7 33.1 3.92 0.80 2.94 2.10 1.98 0.59 0.06 0.03 0.02 0.11
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 점토벽돌 및 바닥점토벽돌의 주재료인 백토, 흑점토, 장석을 대신하여, 산업폐기물인 고체상태의 석탄회 및 제지소각회를 사용함으로써, 회에 포함된 6중량%내외의 알칼리성분으로 인한 저온소결 효과와 탄소를 포함한 가연성 성분(8~16중량%)의 연소로 인한 열에너지를 얻을 수 있으므로 최대 약 40% 까지의 연료비 절감 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 폐기물을 자원화, 에너지 화함으로써 자원의 효율적으로 이용하고, 공해유발을 사전에 차단시킬 뿐만 아니라, 본 발명의 방법으로 생산된 도자기질 점토벽돌은 완전결합에 의한 고형화, 안정화된 것이어서, 침출수로 인한 이차오염을 염려할 필요가 없는 환경친화적이고 인체에 유익한 우수한 점토벽돌이다.
본 발명에서의 저온소결은 기존의 소결 온도보다 약 100℃ 정도 낮은 온도에서 소결이 이루어지는데 이러한 저온 소결은 아주 획기적인 것일 뿐만 아니라, 본 발명에서는 폐기물을 원료로 사용함으로써 원료비용을 약 50%까지 대폭 절감시킬수 있다. 이렇듯, 폐기물을 자원으로 재활용하여 원료 및 연료를 회수함으로써 원가 경쟁력을 높이고, 생명을 위협하는 물질을 배출을 사전에 차단하는 복지 선진국 기반구축에 크게 기여하는 초석이 되는 우수한 발명이다.

Claims (6)

  1. 점토 벽돌의 주성분으로 백토 30~70중량부, 흑점토 10~30중량부, 장석 7~20중량부, 석탄회(fly ash) 2~45중량부 및 제지소각회(paper ash) 3~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 점토벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 첨가물로서 이산화망간(MnO2) 1~2 중량부, 산화크롬(Cr2O3) 1~2.5중량부, 이산화티탄(TiO2) 1.0~4.0중량부 및 산화동(CuO) 0.5~2.0중량부로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 점토벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 첨가물로서 이산화티탄(TiO2) 1.0~2.5중량부 및 산화제이철(F2O3) 0.5~2중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌.
  4. 점토벽돌의 주성분으로 백토 30~70중량부, 흑점토 10~30중량부, 장석 7~20중량부, 석탄회(fly ash) 2~45중량부 및 제지소각회 3~10중량부를 혼합·분쇄하는 단계 ; 상기 혼합·분쇄물 100중량부에 대하여 물 15~21중량부를 첨가하여 혼련한 후 압출·성형 하는 단계 ; 상기 압출·성형된 벽돌을 30~250℃에서 건조시키는 단계; 상기 건조된 벽돌의 표면이 외부에 노출되게 적재하거나 또는 벽돌의 표면을 포개거나 맛대어 적재한 후, 터널요 또는 불연속요에서 1030~1150℃의 온도로 15~40시간 동안 소성하여 냉각시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 점토벽돌 주성분의 혼합·분쇄는, 점토벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 이산화망간(MnO2) 1~4 중량부, 산화크롬(Cr2O3) 1~2.5중량부, 이산화티탄(TiO2) 1.0~4.0중량부 및 산화동(CuO) 0.5~2.0중량부로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물을 더 포함하여 혼합·분쇄하는 것을 특징으로 하는 도자기질 점토벽돌 및 바닥점토벽돌의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 점토벽돌 주성분의 혼합·분쇄는, 점토벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 첨가물로서 이산화티탄(TiO2) 1.0~2.5중량부 및 산화제이철(F2O3) 0.5~4.0중량부를 더 포함하여 혼합·분쇄하는 것을 특징으로하는 도자기질 점토벽돌및 바닥점토벽돌의 제조방법.
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