KR20040096887A - 폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹의 제조방법에 관한 것으로써, 저온용 폐프리트, 폐연마슬러지, 더스트 등과 같은 폐자원 50 내지 80 중량 % 에 석회 광물 5 내지 15 중량 % 와 점토 광물 10 내지 25 및 발포제 0.1 내지 1 %를 혼합하여 750 내지 800 ℃ 로 소결 발포함으로써 밀도가 0.6 내지 1.2 g/cc 의 경량발포 세라믹을 제조하여 환경오염을 줄일 수 있고, 기존에 비해 낮은 온도에서 제조됨으로써 제조비용 및 시설비가 절약되는 특징이 있다.
본 발명은 크게 세 단계의 공정을 거쳐 완성되는 바, 법랑용 저온 폐프리트 유리와 폐연마슬러지, 폐석고, 점토 광물 및 발포제 등의 원료를 배합하는 배합공정(S1)과, 상기 배합된 배합물에 물을 첨가한 후 슬러리 형태로 만들고 볼 밀 등으로 미분쇄한 다음, 혼련시키면서 회전 속도와 슬러리의 점도 등을 조절하여 구형의 입자를 만드는 혼련 및 구형화 공정(S2)과, 상기 형성된 구형의 입자를 건조시킨 다음, 가마에 투입하고 일정한 가열속도로 승온하여 750 내지 800 ℃ 에서 30 내지 60분간 소성시킨 후, 냉각시킴으로써 다양한 크기의 폐기공이 형성된 경량 발포성 중공체 세라믹 골재를 얻을 수 있는 대략적인 구성을 갖는다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 저온용 폐프리트 10 내지 30 중량 % 와 연마 슬러지 20 내지 35 중량 % 및 더스트 10 내지 30 중량 % 로 구성된 혼합물에석회 광물 10 내지 25 중량 % 와 점토 광물 10 내지 25 중량 % 및 발포제 0.1 내지 1 중량 % 를 배합하여 물을 첨가한 상태에서 슬러리 형태로 만든 후, 점도를 조절하여 볼 밀(ball mill) 이나 스프레이 드라이어(spray drier)를 이용하여 구형으로 만든 다음 750 내지 800 ℃ 에서 충분히 유리화 및 발포시킴으로써 폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹 골재를 제작되는 효과가 있다.
또한, 소결온도가 기존에 비해 낮은 800 ℃ 이하에서 소결시킴으로써 기존 소각로와 같은 저온 소성용 마이크로 킬(micro kiln)에서도 발포 소성이 가능하므로 소성에 따른 시설비가 절감되고, 볼 밀을 통해 구형으로 형성한 다음 건조 및 소성 단계에서 저온형 로터리 킬(rotary kiln)을 이용하면 소성 후 파쇄 가공이 필요 없이 바로 경량 발포 세라믹 골재를 얻을 수 있어서 제작비용이 절감되는 또 다른 효과가 있다.

Description

폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹의 제조방법 { The manufacturing method of a lightweight foaming ceramic using of the recycling materials }
본 발명은 경량 발포 세라믹의 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게 설명하면, 저온용 폐프리트, 폐연마슬러지, 더스트 등과 같은 폐자원 50 내지 80 중량 % 에 석회 광물 5 내지 15 중량 % 와 점토 광물 10 내지 25 및 발포제 0.1 내지 1 %를 혼합하여 밀도가 0.6 내지 1.2 g/cc 의 경량발포 세라믹을 제조함으로써 환경오염을 줄일 수 있고, 기존에 비해 낮은 온도에서 제조됨으로써 제조비용 및 시설비가 절약되는 폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 발포 세라믹 골재 및 건축재의 제조방법은, 천연 화산재를 파쇄한 것과, 화산재에 점토 광물을 혼합하여 1200 내지 1300 ℃ 에 이르는 고온에서 발포시켜서 사용하였으나, 이는 융점이 낮은 폐슬러지 등이 먼저 녹아 과다하게 융착되어 내부의 기공이 불균일하고, 이를 또 한번의 파쇄과정을 거치지 않으면 골재로써 이용이 불가능한 문제점을 내포하고 있었다.
또한, 상기 파쇄과정을 거치게 될 시 입자면이 거칠게 되어 이를 이용하여 콘크리트 시공 시 사용하게 되면, 경량성과 단열성 등이 저하되는 문제점이 발생하였다.
뿐만 아니라 파쇄과정이 추가됨으로 인해 제품의 제작비용이 상승하게 됨은 물론, 1200 ℃ 이상의 고온에서 소결시킴으로써 연료비가 과다하게 소요되어 제품의 비용을 상승시키는 단점이 있었으며, 내화성 천연 원료가 다량으로 함유되어 있어서 충분한 발포가 이루어지지 않아 경량 골재라 하기에는 중량이 무거운 또 다른 문제점을 내포하고 있었다.
이러한 문제점들로 인해 화산재를 수거하여 파쇄하여 공급하였으나 구형의 입자 조절이 불가능함으로써 경량 건축물 골재 및 부피를 증량시키고 무게를 줄일 수 있는 중공체 형태의 공업용 경량 골재로는 부적절한 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로써, 저온용 폐프리트 10 내지 30 중량 % 와 연마 슬러지 20 내지 35 중량 % 및 더스트 10 내지 30 중량 % 로 구성된 혼합물에 석회 광물 10 내지 25 중량 % 와 점토 광물 10 내지 25 중량 % 및 발포제 0.1 내지 1 중량 % 를 배합하여 물을 첨가한 상태에서 슬러리 형태로 만든 후, 점도를 조절하여 볼 밀(ball mill) 이나 스프레이 드라이어(spray drier)를 이용하여 구형으로 만든 다음 750 내지 800 ℃ 에서 충분히 유리화 및 발포시킴으로써 폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹 골재를 제작함을 그 목적으로 한다.
또한, 소결온도가 기존에 비해 낮은 800 ℃ 이하에서 소결시킴으로써 기존 소각로와 같은 저온 소성용 마이크로 킬(micro kiln)에서도 발포 소성이 가능하므로 소성에 따른 시설비가 절감되고, 볼 밀을 통해 구형으로 형성한 다음 건조 및 소성 단계에서 저온형 로터리 킬(rotary kiln)을 이용하면 소성 후 파쇄 가공이 필요 없이 바로 경량 발포 세라믹 골재를 얻을 수 있어서 제작비용이 절감됨을 또 다른 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 공정 순서도
도 2는 본 발명에 사용되는 배합 원료의 열분석 곡선도
도 3은 본 발명에 의해 제조된 경량 발포 세라믹 골재의 확대 예시도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
S1 : 배합 공정 S2 : 혼련 및 구형화 공정
S3 : 소성 및 냉각 공정
본 발명은 폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹의 제조방법에 관한 것으로써, 저온용 폐프리트, 폐연마슬러지, 더스트 등과 같은 폐자원 50 내지 80 중량 % 에석회 광물 5 내지 15 중량 % 와 점토 광물 10 내지 25 및 발포제 0.1 내지 1 %를 혼합하여 밀도가 0.6 내지 1.2 g/cc 의 경량발포 세라믹을 제조함으로써 환경오염을 줄일 수 있고, 기존에 비해 낮은 온도에서 제조됨으로써 제조비용 및 시설비가 절약되는 특징이 있다.
본 발명은 크게 세 단계의 공정을 거쳐 완성되는 바, 법랑용 저온 폐프리트 유리와 폐연마슬러지, 폐석고, 점토 광물 및 발포제 등의 원료를 배합하는 배합공정(S1)과, 상기 배합된 혼합물에 물을 첨가한 후 슬러리 형태로 만들고 볼 밀로 미분쇄한 다음, 혼련시키면서 회전 속도와 슬러리의 점도 등을 조절하여 구형의 입자를 만드는 혼련 및 구형화 공정(S2)과, 상기 형성된 구형의 입자를 건조시킨 다음, 가마에 투입하고 일정한 가열속도로 승온하여 750 내지 800 ℃ 에서 30 내지 60분간 소성시킨 후, 냉각시킴으로써 다양한 크기의 폐기공이 형성된 경량 발포성 중공체 세라믹 골재를 얻을 수 있는 특징이 있다.
이하 본 발명의 실시 예를 도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제조 방법의 공정 순서도를 나타낸 것으로써, 모두 세 단계의 공정을 거쳐 완성되는 바, 우선 제 1공정은 본 발명에 사용되는 원료를 일정한 비율로 혼합하는 공정으로써, 저온용 폐프리트 10 내지 30 중량 % 와 연마 슬러지 20 내지 35 중량 %, 더스트 10 내지 30 중량 %, 석회 광물 10 내지 25 중량 %,점토 광물 10 내지 25 중량 % 및 발포제 0.1 내지 1 중량 % 로 배합하는 배합공정(S1)을 완료한다.
상기 사용되는 폐프리트는 법랑 유약 시유 후 발생되는 폐기물을 이용한 것이고, 폐연마슬러지는 TV 브라운관 연마 및 반도체 표면 연마 후 발생되는 폐기물을 이용하며, 더스트(dust)는 주로 발전소 굴뚝에서 포집되는 회분찌꺼기를 이용하여 배합물이 구성되도록 한다.
또한, 석회 광물은 폐석고 또는 석회 원료 등을 이용하며, 점토 광물은 적점토 혹은 제오라이트(zeolite) 등을 이용하고, 발포제는 주로 탄화물계 원료, 탄소(C), 탄화붕소(B4C), 탄화규소(SiC) 등을 주로 이용한다.
상기 사용되는 폐프리트, 연마 슬러지 및 더스트의 화학 분석치는 아래 < 표 1 > 에 나타난 바와 같은 구성을 갖는다.
SiO 2 Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O MgO,CaO ZnO,BaO CeO 2 Fe 2 O 3 B 2 O 3 합계
페프리트 35.1 3.6 16.5 8.2 8.5 9.4 · · 18.5 100
연마슬러지 47.5 16.7 2.6 2.7 2.8 5.5 6.5 11.5 4.2 100
더스트 24.5 · 2.5 5.0 66.2 · · 1.8 · 100
그 후 행해지는 제 2공정은, 상기 배합된 배합물에 물을 첨가하되, 40 내지 60 중량 %에 해당하는 물을 첨가한 다음 볼 밀(ball mill)에서 4시간 이상 충분히혼련 및 미분쇄한 후 일단 건조시키고 다시 수분을 30 내지 35 중량 % 범위에서 적절히 첨가하면서 슬러리(slurry) 상태로 만든 다음 수평 회전형의 볼 밀(ball mill) 이나 패스트 밀(fast mill)에서 회전 속도를 조절하여 원심력에 의하여 구형의 입자를 얻은 다음, 얻어진 구형의 입자들을 건조시키는 혼련 및 구형화 공정(S2)을 완료한다.
그런 다음 제 3공정은, 이형제(Al2O3power, MgCO3, dolomite powder 등)를 살포한 멀라이트(mullite) 붕판 위에 놓고 승온 속도 5 내지 10 ℃/min으로 750 내지 800 ℃ 까지 승온시켜 30 내지 60분간 발포 팽창시킨 후 600 내지 650 ℃ 까지 10 내지 15 ℃/min으로 급냉시킨 후 250℃ 까지 서냉시키는 소성 및 냉각공정(S3)을 완료한다.
이후 250 ℃ 에서 노출시키면 밀도 0.6 내지 1.2 정도의 가볍고, 내부 폐기공이 균일하면서 표면 광택과 평활성이 우수한 경량 발포 세라믹 골재가 제조되며, 표면의 광택과 평활성은 저온용 프리트와 연마 슬러지의 배합조건이고 표면의 색상은 연마 슬러지 내 철분과 더스트 내 불순물의 영향으로 적갈색, 흑갈색, 또는 진한 황토색의 색상을 얻을 수 있다.
한편, 상기 제 1실시 예에서와 같은 배합 조건과 소성 조건으로 만들어진 경량 세라믹 골재는 체 분리하여 입자크기 별로 용도에 맞게 분류하는 바, 입경이 1mm 이하, 2 내지 5 mm, 10 내지 20 mm, 30 mm 이상 등으로 분류할 수 있으며, 또한, 상기 입자크기 별로 분류된 골재 중에서도 그에 형성된 폐기공의 크기에 영향을 받아 밀도별로 분류할 수 있도록 구성된다.
특히, 배합조건에서 폐프리트의 함량을 증가시키면 밀도가 0.6 내지 0.95 정도의 물에 충분히 부유하는 발포성 경량 골재를 얻을 수 있으며, 또한 밀도 1.0 내지 1.2 정도의 경량 골재는 강도가 우수하여 시공 후 벽체의 강도에도 상당한 영향을 줄 수 있는 구성을 갖는다.
한편, 도 2는 본 발명에 사용되는 충분히 배합된 조건에서 건조 시료의 열분석 곡선으로, 연화점이 720 ℃ 이고 발포 유리화되는 온도가 780 ℃ 정도에서 발포유리화 되는 바, 750 내지 800 ℃ 에서 충분히 발포 유리화시킬 수 있음을 보여주는 것이다.
또한, 도 3은 780 ℃ 에서 30분 소결된 시편의 파단면을 전자 현미경으로 측정한 사진으로써 본 발명의 경량 발포 세라믹 골재는 균질한 내부의 미세 폐기공을 갖는 중공체 형태의 경량 골재이며, 저온용 프리트의 충분한 유리화로 인해 표면의 평활성 등은 기존 천연 화산재를 파쇄한 경량 골재나 천연 원료와 발포제만으로 고온에서 무리하게 발포시킨 경량 골재의 단점을 보완한 발포성 경량 세라믹 골재를 제조할 수 있는 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 저온용 폐프리트 10 내지 30 중량 % 와 연마 슬러지 20 내지 35 중량 % 및 더스트 10 내지 30 중량 % 로 구성된 혼합물에 석회 광물 10 내지 25 중량 % 와 점토 광물 10 내지 25 중량 % 및 발포제 0.1 내지 1 중량 % 를 배합하여 물을 첨가한 상태에서 슬러리 형태로 만든 후, 점도를 조절하여 볼 밀(ball mill) 이나 스프레이 드라이어(spray drier)를 이용하여 구형으로 만든 다음 750 내지 800 ℃ 에서 충분히 유리화 및 발포시킴으로써 폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹 골재를 제작되는 효과가 있다.
또한, 소결온도가 기존에 비해 낮은 800 ℃ 이하에서 소결시킴으로써 기존 소각로와 같은 저온 소성용 마이크로 킬(micro kiln)에서도 발포 소성이 가능하므로 소성에 따른 시설비가 절감되고, 볼 밀을 통해 구형으로 형성한 다음 건조 및 소성 단계에서 저온형 로터리 킬(rotary kiln)을 이용하면 소성 후 파쇄 가공이 필요 없이 바로 경량 발포 세라믹 골재를 얻을 수 있어서 제작비용이 절감되는 또 다른 효과가 있다.
또한, 건축용 경량 골재뿐만 아니라 천장 타일, 파이프 단열재, 석고 판재, LNG 저장 탱크용 단열재, 여과조제, 원예용, 도료 및 지점토 등과 같은 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 최근에는 폐유 제거용 부요제로도 사용이 가능한 또 다른 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 경량 발포 세라믹 골재의 제조 방법에 있어서,
    저온용 폐프리트 10 내지 30 중량 % 와 연마 슬러지 20 내지 35 중량 %, 더스트 10 내지 30 중량 %, 석회 광물 10 내지 15 중량 %, 점토 광물 10 내지 25 중량 % 및 발포제 0.1 내지 1 중량 % 를 배합하는 배합공정(S1)과,
    상기 배합된 배합물 중량의 30 내지 35 중량 %에 해당하는 물을 첨가하여 슬러리 형태로 만들고 이를 볼 밀(ball mill)을 이용하여 혼련 및 미분쇄하는 혼련 및 구형화 공정(S2)과,
    이형제를 살포한 멀라이트(mullite) 붕판 위에 상기 구형화된 배합물을 올려놓고 분당 5 내지 10 ℃ 의 속도로 750 내지 800 ℃ 까지 승온시켜 30 내지 60분간 발포 팽창시킨 후, 600 내지 650 ℃ 까지 분당 10 내지 15 ℃ 의 속도로 급냉시킨 다음, 250℃ 까지 공냉시키는 소성 및 냉각공정(S3)으로 구성됨을 특징으로 하는 폐자원을 이용한 경량 발포 세라믹의 제조방법.
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