KR20050092937A

KR20050092937A - 감람석과 천연 제올라이트를 혼합 소성하여 얻어진 세라믹및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20050092937A
Application number: KR1020040018126A
Authority: KR
Inventors: 이용환; 조진규
Original assignee: 이용환; 최인호; 허순철; 조진규; 임수빈; 주식회사 신립
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-23

Abstract

본 발명은 감람석과 천연 제올라이트를 적절히 혼합 소성가공하여 수중에 함유된 인과 질소를 동시에 정화시키는데 적합한 세라믹 소재를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명은 감람석과 천연 제올라이트를 적절한 크기로 분쇄하여 혼합 반죽한 후 건조공정을 거치고, 건조된 성형물을 400℃ ~ 800℃ 온도에서 1시간 동안 소성함으로써 감람석과 천연 제올라이트가 혼합 성형된 세리믹 소재를 얻는 것으로, 이와 같이 얻어진 세라믹 소재를 수질정화에 사용함으로써 수중의 인과 질소를 정화할 수 있으며, 수중의 인과 질소를 제거한 후 회수되는 세라믹을 폐기시키지 않고 이를 파쇄하여 식물의 생육 촉진용 토양개량제로 재사용할 수 있도록 한 것이다.

Description

감람석과 천연 제올라이트를 혼합 소성하여 얻어진 세라믹 및 그 제조방법{Ceramic obtained from combustion after mixing olivine with natural zeolite and its production techniques.}

본 발명은 수중에 함유된 오염물질인 인과 질소성분을 동시에 제거함으로써 물을 정화 할 수 있는 소재(이하" 세라믹 "이라 칭함)를 제공하고자 한 것으로, 더욱 상세히는 감람석(Olivine)과 천연 제올라이트(Zeolite)를 혼합 소성하여 얻어진 세라믹 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 감람석은 주로 슬러그 개선재나 건축자재로 이용되어 왔으며, 근래에는 수중의 인제거를 위한 용도로 개발이 시도되고 있다.

또한, 천연 제올라이트는 그간 많은 연구가 되어 왔으며, 사용 용도 또한 그 폭이 넓다. 특히 천연 제올라트의 광물적 특성 중에서 양이온 교환특성(Cation Exchange Capacity)을 이용하여 수중의 질소 제거용도로서 사용이 시도되고 있다.

한편, 전술한 감람석은 사방정계에 속하는 주요 조암광물로서 굳기는 6.5 ~ 7.0 비중은 3.2 ~ 3.4 정도이고, 대체로 주상결정을 이루지만 결정이 분명하지 않는 것도 있으며, 하기의 표1과 같은 조성을 갖는다.

성 분	SiO₂	CaO	MgO	FeO₃	Al₂O₃
함 량(%)	39	3.3	35.0	11.2	1.5

또한, 후술한 천연 제올라이트는 화학조성상 주성분이 Si와 Al이며, 이외에 양이온으로 Na, K, Ca, Mg, Sr 및 Ba를 소량 함유하는 함수규산염 광물(hydrous aluminosilicate)이다.

결정 구조상으로는 규산염 광물의 기본단위의 하나인 (Si, Al)O4 사면체의 모든 산소들이 또 다른 사면체에 의해서 공유되면서 3차원적으로 연결되는 망상규산염 광물 (tectosilicate)에 속한다.

같은 망상규산염 광물인 석영과 장석군 광물들은 치밀한 구조를 이루는 데 비해서 제올라이트는 결정구조상의 공동(2.3∼7.5Å)이 형성될 정도로 엉성한 구조를 가지며 비중은 2.0∼2.3 정도로서 천연 제올라이트의 조성은 하기 표 2와 같은 조성을 갖는다.

성 분	SiO₂	CaO	MgO	FeO₃	Al₂O₃	K₂O	Na₂O
함 량(%)	66.6	1.7	0.4	0.7	13.1	4.78	1.44

그러나, 상기와 같이 감람석 및 제올라이트는 오염물질을 제거하는 우수한 능력이 있다는 점은 확인 되었지만 이들을 활용한 소재의 개발이 미흡하였으며, 특히 수중의 인과 질소의 동시 제거를 통한 물의 정화를 위한 개발이 아직 미흡한 실정이다.

한편, 수중의 인과 질소를 각각 제거하기 위한 종래의 기술은 물리화학적 처리기술 및 생물학적 처리기술등으로 크게 분류되며, 인과 질소를 동시에 제거하기 위한 기술로는 일반적으로 생물학적 처리기술등이 응용되고 있다. 그러나 상기한 물리화학적 처리기술 및 생물학적 처리기술등은 인과 질소를 제거하기 위한 별도의 공정을 필요로 하고 있으며, 그 공정 자체도 3단계 이상의 프로세스를 갖추어야 한다.

또한 인과 질소를 동시에 제거하기 위한 생물학적 처리기술은 일정한 용존산소량, 영양물질량, pH 및 수온등 조건을 만족시켜야 하며 독성물질이 유입되어서는 안되므로 유지관리상의 어려운 점이 있다고 할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 공정 단축의 어려움 및 생물학적 처리와 같은 유지관리상의 어려움 그리고, 시설 투자 및 유지관리비 등의 과다소요 등을 고려할 때, 감람석 및 천연제올라이트의 적절한 혼합 사용이 요구되는데, 감람석은 접착력이 없어 성형화 하기가 어려운 단점이 있으며, 또한 질소 정화가 가능한 천연 제올라이트는 성형화하기는 용이하나 소성 후 수중에 투입했을 때 수중에서 곧바로 분리되거나 압축강도가 약하여 파쇄되는 단점이 있어 실제 성형 사용이 어려웠던 것이다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 감람석과 천연 제올라이트를 적절히 혼합 소성가공하여 수중에 함유된 인과 질소를 동시에 제거 정화하는데 적합한 새로운 소재의 세라믹을 제공하고자 한 것으로, 감람석과 천연 제올라이트를 적절한 크기로 분쇄하여 혼합 반죽한 후 건조공정을 거치고 건조된 성형물을 400℃ ~ 800℃온도에서 1시간 동안 소성함으로써 감람석과 천연 제올라트가 혼합 성형된 새로운 소재의 세라믹을 제공하고자 한 것이다.

본 발명의 감람석과 천연 제올라이트를 소성한 세라믹의 제조방법은 파쇄시킨 감람석과 천연 제올라이트를 부피기준 1:1의 비율(제거 대상물에 따른 비율조정)로 두재료를 혼합 반죽한 후 완전 건조를 행하고, 이어서 상기 완전 건조된 성형물을 400℃ ~ 800℃온도에서 1시간 동안 소성함으로써 새로운 소재의 세라믹을 얻고 이와 같이 얻어진 세라믹의 구성에 특징을 두고 있다.

이하, 본 발명의 제조방법을 각 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

〈제1공정〉감람석 및 천연 제올라이트 원재를 물로 세척한 후 파쇄기로 파쇄하여 직경 0.3mm 내외의 입경을 갖는 재료를 얻은 후 물로 세척을 한다.

이때, 이 물질이 없는 경우 세척하지 않아도 좋다.

한편, 수중의 오염물질을 제거하기 위해서는 물과의 접촉면이 클수록 처리효율이 증대되므로 오염수가 고농도이거나, 처리시간을 단축할 필요가 있는 경우 0.3mm 미만의 입경을 갖는 재료를 사용할 수 있으나, 입경이 작아지면 재료비가 높아지므로 입경은 0.3mm 내외로 하는 것이 바람직 스럽다.

〈제2공정〉상기와 같이 분쇄 선별된 감람석 및 천연 제올라이트를 부피기준 1:1의 비율로 하여 물을 넣어 혼합 반죽하여 원하는 형상으로 성형한 후 건조실에 넣어 완전 건조한다.

이때, 형상은 용도에 맞는 형상으로 성형하며, 입경 1mm 의 분말, 입상, 볼, 블록의 형태 등 형상에는 제한을 받지 않는다.

또한, 유속이 1mm/sec 이상인 곳에 사용하고자 할 때는(빠른 유속을 뜻함), 유속 조건에 따라 고압성형하는 것이 요구된다.

그리고, 감람석과 천연제올라이트를 혼합함에 있어서 그 혼합비는 상기한 실시예와 같이 1: 1로 하는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 인과 질소의 제거 오염물질의 비율에 따라 혼합비는 적절히 조절할 수도 있다.

〈제3공정〉완전 건조된 성형물을 400℃ ~ 800℃온도에서 1시간 동안 소성하여 새로운 소재의 완성된 세라믹을 얻는다.

이때, 유속이 1m/sec 이상인 곳에 사용하고자 할 때는(빠른 유속을 뜻함), 유속 조건에 따라 재벌구이 하는 것이 요구되며, 재벌구이의 유약은 감람석과 천연 제올라이트를 3이상 담가놓은 물을 사용하고 온도조건은 초벌구이 온도보다 200℃높은 온도에서 소성한다.

한편, 천연 제올라이트는 700℃ ~ 800℃에서 열적 안정성을 가지며, 300℃ ~ 400℃에서 완전 탈수가 이루어짐으로 두재료의 화학적 성질이 변하지 않는 조건하에서 소성하여야 한다.

〈제4공정〉완성된 세라믹은 수분 접촉시 오염물 제거율이 저하되므로 수분과 접촉하지 못하도록 수밀포장 후 보관 및 유통시킨다.

이와 같이 두재료의 혼합 및 소성에 의해 얻어진 세라믹은 천연 제올라이트의 특성에 의해 성형화가 가능해질 뿐만 아니라, 감람석의 특성에 압축강도가 강해져 차후 수중에서 분리되거나 파쇄되는 문제가 없이 안정된 상태에서 수중의 인과 질소를 정화시키게 되는 것이다.

한편, 감람석과 천연 제올라이트의 혼합에 의해 성형된 세라믹은

1〉수중의 인과 질소를 동시 제거가 가능하며,

2〉세라믹의 성형 형태에 제한을 받지 않으며 원하는 모양으로 성형화 할 수 있고,

3〉물에 분해되지 아니하므로 회수가 간편하며,

4〉물의 정화시 세라믹 자체 표면에 인과 질소가 흡착되므로 미생물처리가 별도 필요로 하지 않고,

5〉인과 질소가 세라믹에 흡착되므로 물속의 미생물이 부착하기 용이하여 담체(Support Carrier)로 이용할 수 있는 것이다.

그리고, 상기의 실시예에서는 파쇄시킨 감람석과 천연 제올라이트를 혼합시 사용하는 물은 일반적인 정수를 뜻하고 있으나, 필요시 감람석과 제올라이트를 물에 3일이상 담가 놓은 후 그 물을 사용하거나, 제2공정에서 완성된 성형물의 표면에 그 물을 발라줌으로서, 그 효과가 배가되는 것으로 이는 제조자가 임의로 선택 사용할 수 있으며, 이와 같이 3일이상 담가 놓은 물을 사용하는 것은 본 발명의 범주내에 속한다 할 것이다.

이와 같이 방법에 의해 얻어진 세라믹의 사용 용도를 예로서 살펴보면, 정수장, 분뇨처리장, 하수처리장이나 폐수처리장의 인과 질소를 제거하기 위한 공정에 사용할 수 있으며, 하천, 호수, 저수지등 수중의 인과 질소를 제거하기 위하여 세라믹을 볼이나 블럭 형태로 성형하여 거치할 수 있고, 농업용수로, 오폐수관로 및 U형 측구등 필터의 여재(Filter Media), 담체(Support Carrier) 및 역간접촉산화법의 접촉제 등으로 광범위하게 수질 정화용으로 사용될 수 있는 것이다.

또한, 상기한 바와 같이 수중에서 인과 질소가 흡착된 세라믹은 회수하여 용도에 맞도록 파쇄 한 후 이를 재 사용할 수 있는데, 이때는 별도의 인과 질소가 포함된 비료를 사용하지 않고 수질정화용으로 사용이 완료된 세라믹을 적절히 파쇄하여 골프장의 페어웨이(fairway) 및 그린 등에 사용하거나 혹은 채소작물 생육촉진용 토양개량제로 사용할 수 있는 것으로 재활용이 가능한 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 파쇄시킨 감람석과 천연 제올라이트를 부피기준 1:1의 비율로 하여 혼합 반죽한 후 완전 건조를 거쳐 건조된 성형물을 400℃ ~ 800℃온도에서 1시간 동안 소성하여 얻어지는 것으로, 압축강도가 강해져 수중에 분해됨이 없어 사용 후 회수가 가능해질 뿐만 아니라 수중의 인과 질소를 동시에 정화할 수 있는 것으로 물의 정화에 획기적이고 수질정화에 다용도로 사용될 수 있는 것으며, 물의정화에 사용된 세라믹을 파쇄하여 식물의 생육촉진용 토양개량제로 사용할 수 있는 것으로 그 활용범위가 넓다 할 것이다.

또한, 본 발명의 세라믹소재는 수중에 적치하기만 하면 되므로 종래와 같이, 별도의 공정이 필요치 않고 , 생물학적 처리와 같은 유지관리상의 어려움이 없으므로 시설비 투자 및 유지관리비가 저렴한 획기적인 발명이라 할 것이다.

도1은 본 발명에 따른 공정도.

Claims

감람석과 천연 제올라이트를 원재로 하여 직경 0.3mm내외의 입경을 갖도록 파쇄 선별하는 제1공정;

상기와 같이 파쇄 선별된 감람석 및 천연 제올라이트를 부피기준 1:1비율로 하여 물로 혼합 반죽 성형한 후 완전 건조시키는 제2공정;

건조된 성형물을 400℃~800℃온도에서 1시간 소성하여 완성품인 세라믹을 얻는 제3공정;

세라믹 완성품을 수분접촉을 방지하기 위한 수밀포장하는 제4공정; 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 감람석과 천연 제올라이트를 혼합 소성하여 얻어진 세라믹의 제조방법.
제1항에 있어서,

감람석 및 천연제올라이트의 혼합비율은 인과 질소의 제거오염물질의 비율에 따라 혼합비를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 감람석과 천연 제올라이트를 혼합 소성하여 얻어진 세라믹의 제조방법.
제1항에 있어서,

감람석 및 천연제올라이트는 유속 조건에 따라 고압성형 또는 재벌구이 하도록 한 것을 특징으로 하는 감람석과 천연 제올라이트를 혼합 소성하여 얻어진 세라믹의 제조방법.
파쇄시킨 감람석 및 천연 제올라이트를 부피기준 1:1비율로 혼합한 후 건조 및 400℃~800℃ 온도에서 1시간 동안 소성함으로써 압축강도가 높고 수중에 분해되지 않는 세라믹으로 성형된 것을 특징으로 하는 감람석 과 천연 제올라이트를 혼합 소성하여 얻어진 세라믹.