KR20100111947A - 생활 오니 및 폐유리 분말을 이용한 초경량 저온 소성 인공경량골재 제조 방법 및 그에 따라 제조된 인공경량골재 - Google Patents

생활 오니 및 폐유리 분말을 이용한 초경량 저온 소성 인공경량골재 제조 방법 및 그에 따라 제조된 인공경량골재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공경량골재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 생활 오폐수에서 배출되는 오니와 폐유리 분말을 이용하여 저온에서 소성함으로써 초경량의 인공경량골재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인공경량골재의 제조 방법은, 오폐수 처리장에서 수거한 오니를 탈수 처리하여 수분을 제거하고, 폐유리를분쇄하여 분말화시키는 원료 준비 단계와; 주원료로서 탈수된 오니 및 폐유리 분말과, 보조원료로서 붕사와 불화규소나트륨 중 선택된 어느 하나를 혼합한 후, 물을 첨가하여 교반하는 원료 혼합 단계와; 혼합된 원료를 구형 과립으로 제조하는 제립 단계와; 제조된 구형 과립의 건조 단계와; 건조된 구형 과립의 소성 및 냉각 단계를 포함한다.
인공경량골재, 오니, 폐유리, 붕사, 불화규소나트륨

Description

생활 오니 및 폐유리 분말을 이용한 초경량 저온 소성 인공경량골재 제조 방법 및 그에 따라 제조된 인공경량골재{METHOD OF PRODUCING LIGHTWEIGHT AGGREGATE MATERIAL WITH SLUDGE AND GLASS POWDER}
본 발명은 인공경량골재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 생활 오폐수에서 배출되는 오니와 폐유리 분말을 이용하여 저온에서 소성함으로써 초경량의 인공경량골재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도시화와 지속적인 경제발전으로 인하여 도시의 오폐수는 대량으로 증가하고 있으며, 이에 따라, 도시 오폐수 처리장의 생활 오니도 대량으로 생성되고 있다. 오니란 하수처리 또는 정수 과정에서 생긴 침전물을 의미하는 것으로, 슬러지라고도 불리우며, 탈수처리 등을 거쳐 주로 매립 또는 소각에 의해 처리되고 있다. 그러나, 오니의 매립에 의한 2차 오염 피해가 커다란 환경 문제로 대두되고 있으며, 오니 중에는 75% 내지 85%의 수분이 함유되어 있는데, 이를 건조 소각 처리하여도 단지 50%의 수분만이 제거되고 건조가 잘 되지 않아 처리시 열에너지 소비량이 매우 크다. 따라서, 이러한 생활 오니를 효율적으로 처리하는 방법에 대한 연구가 계속되고 있다.
최근에는 이러한 생활 오니를 건축재료나 도로건설 재료로 활용하고자 하는 연구가 시도되고 있으며, 그 중, 인공경량골재가 일종의 생활 오니 처리의 수단으로 연구되고 있다.
인공경량골재란 점토 혹은 혈암을 주원료로 로터리 킬른에서 1200℃의 높은 열로 팽창 소성시킨 경량골재로서, 다수개의 단위입자가 스티로폼처럼 부풀어 올라 수많은 공혈 집단체를 형성하고 각기 구멍으로 독립되어 밀폐된 작은 방을 이루기 때문에 단열, 방수, 방음 및 방습 효과가 뛰어날 뿐만 아니라 경량이며, 공해물질이 전혀 포함되지 않아 위생적이고 실용적인 건축재료이다.
이러한 인공경량골재의 제조에 있어서 앞서 언급한 오니를 재활용하고자 하는 시도가 많이 있어 왔다. 그러나, 현존하는 오니를 이용한 인공경량골재들의 소성온도는 모두 1050℃ 이상이며, 심지어는 1250℃에서 소성되는 것들도 존재하는 등 대체로 소성온도가 높다는 단점이 존재한다.
한편, 산업폐기물로서 각종 폐유리가 대량으로 발생되고 있는 바, 이러한 폐유리의 재활용 방법에 대한 강구도 시급한 문제로 대두되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 생활 오니와 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 이용하여 인공경량골재를 저온에서 소성 제조함으로써 에너지 절감 및 자원 절감, 그리고 환경 보호 효과를 달성할 수 있을 뿐만 아니라 경량이고 흡수율이 낮은 우수한 품질의 인공경량골재 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적 및 장점들은 이하 더욱 상세히 설명될 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인공경량골재의 제조 방법은, 오폐수 처리장에서 수거한 오니를 탈수 처리하여 수분을 제거하고, 폐유리를분쇄하여 분말화시키는 원료 준비 단계와; 주원료로서 탈수된 오니 및 폐유리 분말과, 보조원료로서 붕사와 불화규소나트륨 중 선택된 어느 하나를 혼합한 후, 물을 첨가하여 교반하는 원료 혼합 단계와; 혼합된 원료를 구형 과립으로 제조하는 제립 단계와; 제조된 구형 과립의 건조 단계와; 건조된 구형 과립의 소성 및 냉각 단계를 포함한다.
여기서, 상기 원료는 주원료로서 오니 20 내지 70중량%와, 폐유리 분말 25 내지 75중량%, 그리고 보조원료로서 붕사와 불화규소나트륨 중 선택되는 어느 하나 의 성분 2 내지 5중량%를 포함한다.
그리고, 상기 원료 혼합 단계에서 물 첨가에 따른 최종 수분 함량은 전체 원료 중량 대비 20 내지 35중량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 건조 단계에서 구형 과립은 300 내지 600℃에서 20 내지 50분간 건조되며, 20℃/min의 속도로 건조온도를 상승시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 소성 단계에서는 850 내지 950℃에서 8 내지 20분 동안 유지하여 소성을 수행하고, 건조온도에서 소성온도까지는 15℃/min의 속도로 상승시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각 단계에서는 온도가 700℃ 이상일때는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하며, 700 내지 500℃일 때에는 10℃/min의 속도로 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 냉각하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 인공경량골재는, 주원료로서 오니 20 내지 70중량%와, 폐유리 분말 25 내지 75중량%, 그리고 보조원료로서 붕사와 불화규소나트륨 중 선택되는 어느 하나의 성분 2 내지 5중량%를 수분 첨가하에서 혼합한 후 건조 소성하여 제조된다.
여기서, 소성 온도는 850 내지 950℃인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 생활 오니와 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 이용하여 인공경량골재를 저온에서 소성 제조함으로써 에너지 절감 및 자원 절감, 그리고 환경 보호 효과를 달성할 수 있을 뿐만 아니라 경량이고 흡수율이 낮은 우수한 품질의 인공경량골재를 제조할 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 참조로 본 발명에 따른 인공경량골재의 제조 방법 및 그에 따라 제조된 인공경량골재에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 에는 본 발명에 따른 인공경량골재 제조 방법의 공정 순서도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인공경량골재의 제조 방법은 원료 준비 단계(S1), 원료 혼합 단계(S2), 제립 단계(S3), 건조 단계(S4), 소성 단계(S5), 그리고 냉각 단계(S6)를 포함한다.
제 1 단계로서 원료 준비 단계(S1)에서는, 본 발명에 따른 인공경량골재의 주원료로서 오니와 폐유리를 수거 및 전처리하여 준비한다. 상기 오니는 오폐수 처리장에서 수거한 후 탈수 처리를 거쳐 수분을 제거하고, 폐유리는 오니와의 혼합 및 소성 후 제립이 용이하도록 분쇄기를 이용하여 분말화한다.
여기서, 상기 오니는 인공경량골재 제조에 필요한 산화물 조성을 제공하는 주원료로서, 점결제와 변성제로서도 작용하며, 또 다른 원료인 폐유리에서 부족한 가소성을 보충해줄 뿐만 아니라, 다량의 유기성분을 포함하고 있어 소성 과정에서 연소됨에 따라 발열량을 증가시키는 역할을 수행한다. 또한, 다른 한편으로는 오니속에 포함된 유기성분의 소성시 유기가스를 발생시킴으로써 발포제로서의 역할도 수행하여 인공경량골재의 주원료로서 매우 적합하다.
준비된 생활 오니의 화학 성분 및 함량 범위는 표 1 에 기재된 바와 같고, 소실량의 범위는 28.86 내지 54.81% 였다.
표 1 : 생활 오니의 화학 성분 및 함량 범위

SiO2

Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O+K2O

18.75∼40.84
7.10∼18.24
4.80∼7.50
0.90∼10.68
0.46∼10.69
1.79∼5.65
상기 폐유리 분말은 생활 오니와 마찬가지로 인공경량골재의 제조에 필요한 산화물들을 다량 함유하고 있으며, 특히, 연화온도가 낮아 인공경량골재의 소성 온도를 낮추는 역할을 한다. 준비된 폐유리의 화학 성분 및 함량 범위는 표 2 에 기재된 바와 같다.
표 2 : 폐유리 분말의 화학 성분 및 함량 범위

SiO2

Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O+K2O

68.0∼74.5
1.3∼4.5
0.15∼0.27
5.8∼8.9
1.4∼4.0
12.8∼15.7
제 2 단계로서 원료 혼합 단계(S2)에서는 준비된 주원료인 생활 오니와 폐유리 분말을 혼합하고, 여기에 추가적인 보조원료를 혼합한다. 여기서, 상기 보조원료는 용제성분으로서 주원료인 생활 오니와 폐유리 분말에서 부족한 점성, 발포력, 강도 등을 보강하기 위한 보조원료이며, 붕사와 불화규소나트륨 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 붕사는 변성제로서 인공경량골재의 소성시 발포력을 향상시키고, 냉각시 표면을 단단하게 강화시켜 강도를 보강시켜주는 역할을 수행하여 골재가 찢어지는 현상을 방지할 수 있게 된다. 그리고, 상기 불화규소나트륨은 점결재로서 점착력이 부족한 주원료들의 점성을 유지시켜 점착력을 향상시키며, 소성 온도를 약 20 내지 50℃ 정도 낮추어주는 역할을 수행한다.
본 단계에서 인공경량골재 제조를 위한 원료의 혼합 비율은, 생활 오니 20 내지 70중량%, 폐유리 분말 25 내지 75중량%, 그리고 보조원료(붕사와 불화규소나트륨 중 어느 하나) 2 내지 5중량%인 것이 바람직하다.
생활 오니의 함량이 20중량% 미만인 경우에는 점성 및 점결력이 미약 하고, 70중량%를 초과하는 경우에는 용융되어 결구형상이 발생하여 바람직하지 못하다. 또한, 폐유리 분말의 함량이 25중량% 미만인 경우에는 발포력이 미약 하고, 75중량%를 초과하는 경우에는 로벽에 결권현상이 발생하여 바람직하지 못하다. 그리고, 상기 보조원료의 함량이 2중량% 미만인 경우에는 점성이 부족하고, 5중량%를 초과하는 경우에는 용융되기 쉬워 바람직하지 못하다.
이러한 주원료와 보조원료를 상기한 비율로 예비혼합 믹서기에 넣어 혼합하고, 동시에 분무 형식으로 물을 첨가 교반하여, 최종 수분 함량이 전체 원료 중량 대비 20 내지 35중량%가 되도록 한다. 여기서, 수분을 첨가하는 이유는 시료를 구형 상으로 만들기 위한 점성 증가용으로서, 상기 최종 수분 함량이 20중량% 미만인 경우에는 점성이 부족하여 시료를 구형상으로 만들기 어려우며, 35중량%를 초과하는 경우에는 시료가 깨어지거나 납작하게 되어 바람직하지 못하다.
제 3 단계로서 제립 단계(S3)에서는, 수분 첨가하에 고르게 혼합된 원료를 제립기에 넣어 자갈 형태와 유사하게 구형의 과립 형태로 제조한다.
제 4 단계로서 건조 단계(S4)에서는, 제 3 단계에서 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 충분히 건조시킨다. 본 단계에서 건조는 비교적 저온에서 수행된다. 구체적으로, 상기 구형 과립은 300 내지 600℃에서 20 내지 50분간 건조되며, 20℃/min의 속도로 건조온도를 상승시키는 것이 바람직하다.
제 5 단계로서 소성 단계(S5)에서는 850 내지 950℃에서 8 내지 20분 동안 유지하여 소성을 수행하고, 건조온도에서 소성온도까지는 15℃/min의 속도로 상승시키는 것이 바람직하다.
제 6 단계로서 냉각 단계(S6)에서는 소성된 구형 과립을 냉각시키되, 온도가 700℃ 이상일때는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하며, 700 내지 500℃일 때에는 10℃/min의 속도로 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 냉각한다.
이와 같이, 가온 및 냉각 속도를 온도 구간별로 다르게 하는 이유는 급격한 온도차로 인하여 제품이 파열되는 것을 방지하기 위함이다.
상술한 바와 같은 공정 단계를 통하여 인공경량골재가 완성된다. 도 2 에는 본 발명에 따라 제조된 인공경량골재의 외관 사진이 제시된다. 본 발명에 따라 최종적으로 완성된 인공경량골재는 오니의 유기물 함량이 높기 때문에 소성 과정에서 연료의 소모를 현저하게 낮춰줄 수 있고, 폐유리 분말로 인해 낮은 온도에서 소성이 가능하며, 단위용적중량과 비중, 그리고 흡수율이 낮은 장점을 가지고 있다.
지금까지 본 발명에 따른 인공경량골재의 제조 방법의 각 공정 단계에 대하여 설명하였는 바, 이하에서는, 본 발명에 따른 인공경량골재 제조 방법의 구체적인 실시 방법 및 그에 따라 제조된 인공경량골재의 물성에 대해 설명한다.
실시예 1
오폐수 처리장으로부터 수거 후 탈수된 생활 오니와, 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 수거하여 분쇄한 폐유리 분말, 그리고 붕사를 각각 20 : 75 : 5 의 중량비율로 볼밀(ball mill)에 넣어 8시간 동안 래핑하여 원료를 미분말화시켰다. 미분말화된 원료에 전체 원료 중량 대비 20 중량%의 물을 넣고 충분히 혼합한 후 제형기에 투입하여 구형 과립 형태로 제형하였다. 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 105℃ 아래에서 2시간 건조한 다음 전기로에 넣어 소성하였다. 소성 단계에서는, 구체적으로, 상온에서 300℃까지 가열시 20℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 300℃에서 50분간 유지시킨후, 300℃에서 850℃까지 가열시 15℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 850℃에서 20분 동안 유지시켜 소성하였다. 냉각 단계에서는, 850℃에서 700℃까지는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하고, 700℃에서 500℃까지는 10℃/min의 속도로 천천히 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 빠르게 냉각하여 최종적으로 인공경량골재를 완성하였다.
완성된 인공경량골재에 대한 물성을 측정한 결과, 단위용적중량은 592.4kg/m3, 비중은 0.86으로 나타났다. 통상적인 인공경량골재의 경우 단위용적중량이 평균 700kg/m3 정도이고, 비중은 1 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에 따른 인공경량골재의 경우 매우 경량인 것으로 확인되었다. 또한, KS 건축자재 측정 규정에 따라 침수 방법으로 흡수율을 측정한 결과 4%로 통상적인 인공경량골재의 흡수율인 8% 보다 현저히 낮아 품질이 우수한 것으로 판명되었다.
실시예 2
오폐수 처리장으로부터 수거 후 탈수된 생활 오니와, 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 수거하여 분쇄한 폐유리 분말, 그리고 붕사를 각각 40 : 58 : 2 의 중량비율로 볼밀(ball mill)에 넣어 8시간 동안 래핑하여 원료를 미분말화시켰다. 미분말화된 원료에 전체 원료 중량 대비 30 중량%의 물을 넣고 충분히 혼합한 후 제형기에 투입하여 구형 과립 형태로 제형하였다. 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 105℃ 아래에서 2시간 건조한 다음 전기로에 넣어 소성하였다. 소성 단계에서는, 구체적으로, 상온에서 500℃까지 가열시 20℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 500℃에서 30분간 유지시킨후, 500℃에서 950℃까지 가열시 15℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 950℃에서 8분 동안 유지시켜 소성하였다. 냉각 단계에서는, 950℃에서 700℃까지는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하고, 700℃에서 500℃까지는 10℃/min의 속도로 천천히 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 빠르게 냉각하여 최종적으로 인공경량골재를 완성하였다.
완성된 인공경량골재에 대한 물성을 측정한 결과, 단위용적중량은 584.7kg/m3, 비중은 0.82로 나타났다. 통상적인 인공경량골재의 경우 단위용적중량이 평균 700kg/m3 정도이고, 비중은 1 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에 따른 인공경량골재의 경우 매우 경량인 것으로 확인되었다. 또한, KS 건축자재 측정 규정에 따라 침수 방법으로 흡수율을 측정한 결과 6%로 통상적인 인공경량골재의 흡수율인 8% 보다 현저히 낮아 품질이 우수한 것으로 판명되었다.
실시예 3
오폐수 처리장으로부터 수거 후 탈수된 생활 오니와, 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 수거하여 분쇄한 폐유리 분말, 그리고 붕사를 각각 47 : 47 : 6 의 중량비율로 볼밀(ball mill)에 넣어 8시간 동안 래핑하여 원료를 미분말화시켰다. 미분말화된 원료에 전체 원료 중량 대비 30 중량%의 물을 넣고 충분히 혼합한 후 제형기에 투입하여 구형 과립 형태로 제형하였다. 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 105℃ 아래에서 2시간 건조한 다음 전기로에 넣어 소성하였다. 소성 단계에서는, 구체적으로, 상온에서 600℃까지 가열시 20℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 600℃에서 20분간 유지시킨후, 600℃에서 900℃까지 가열시 15℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 900℃에서 15분 동안 유지시켜 소성하였다. 냉각 단계에서는, 900℃에서 700℃까지는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하고, 700℃에서 500℃까지는 10℃/min의 속도로 천천히 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 빠르게 냉각하여 최종적으로 인공경량골재를 완성하였다.
완성된 인공경량골재에 대한 물성을 측정한 결과, 단위용적중량은 580.4kg/m3, 비중은 0.81로 나타났다. 통상적인 인공경량골재의 경우 단위용적중량이 평균 700kg/m3 정도이고, 비중은 1 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에 따른 인공경량골재의 경우 매우 경량인 것으로 확인되었다. 또한, KS 건축자재 측정 규정에 따라 침수 방법으로 흡수율을 측정한 결과 6%로 통상적인 인공경량골재의 흡수율인 8% 보다 현저히 낮아 품질이 우수한 것으로 판명되었다.
실시예 4
오폐수 처리장으로부터 수거 후 탈수된 생활 오니와, 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 수거하여 분쇄한 폐유리 분말, 그리고 붕사를 각각 70 : 25 : 5 의 중량비율로 볼밀(ball mill)에 넣어 8시간 동안 래핑하여 원료를 미분말화시켰다. 미분말화된 원료에 전체 원료 중량 대비 35 중량%의 물을 넣고 충분히 혼합한 후 제형기에 투입하여 구형 과립 형태로 제형하였다. 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 105℃ 아래에서 2시간 건조한 다음 전기로에 넣어 소성하였다. 소성 단계에서는, 구체적으로, 상온에서 600℃까지 가열시 20℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 600℃에서 40분간 유지시킨후, 600℃에서 950℃까지 가열시 15℃/min의 속도로 온 도를 상승시키고, 950℃에서 20분 동안 유지시켜 소성하였다. 냉각 단계에서는, 950℃에서 700℃까지는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하고, 700℃에서 500℃까지는 10℃/min의 속도로 천천히 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 빠르게 냉각하여 최종적으로 인공경량골재를 완성하였다.
완성된 인공경량골재에 대한 물성을 측정한 결과, 단위용적중량은 575.3kg/m3, 비중은 0.79로 나타났다. 통상적인 인공경량골재의 경우 단위용적중량이 평균 700kg/m3 정도이고, 비중은 1 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에 따른 인공경량골재의 경우 매우 경량인 것으로 확인되었다. 또한, KS 건축자재 측정 규정에 따라 침수 방법으로 흡수율을 측정한 결과 8%로 품질이 우수한 것으로 판명되었다.
실시예 5
오폐수 처리장으로부터 수거 후 탈수된 생활 오니와, 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 수거하여 분쇄한 폐유리 분말, 그리고 불화규소나트륨을 각각 20 : 75 : 5 의 중량비율로 볼밀(ball mill)에 넣어 8시간 동안 래핑하여 원료를 미분말화시켰다. 미분말화된 원료에 전체 원료 중량 대비 20 중량%의 물을 넣고 충분히 혼합한 후 제형기에 투입하여 구형 과립 형태로 제형하였다. 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 105℃ 아래에서 2시간 건조한 다음 전기로에 넣어 소성하였다. 소성 단계에서는, 구체적으로, 상온에서 300℃까지 가열시 20℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 300℃에서 50분간 유지시킨후, 300℃에서 850℃까지 가열시 15℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 850℃에서 20분 동안 유지시켜 소성하였다. 냉각 단계에서는, 850℃에서 700℃까지는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하고, 700℃에서 500℃까지는 10℃/min의 속도로 천천히 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 빠르게 냉각하여 최종적으로 인공경량골재를 완성하였다.
완성된 인공경량골재에 대한 물성을 측정한 결과, 단위용적중량은 583.2kg/m3, 비중은 0.82로 나타났다. 통상적인 인공경량골재의 경우 단위용적중량이 평균 700kg/m3 정도이고, 비중은 1 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에 따른 인공경량골재의 경우 매우 경량인 것으로 확인되었다. 또한, KS 건축자재 측정 규정에 따라 침수 방법으로 흡수율을 측정한 결과 6%로 통상적인 인공경량골재의 흡수율인 8% 보다 현저히 낮아 품질이 우수한 것으로 판명되었다.
실시예 6
오폐수 처리장으로부터 수거 후 탈수된 생활 오니와, 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 수거하여 분쇄한 폐유리 분말, 그리고 불화규소나트륨을 각각 40 : 58 : 2 의 중량비율로 볼밀(ball mill)에 넣어 8시간 동안 래핑하여 원료를 미분말화시켰다. 미분말화된 원료에 전체 원료 중량 대비 30 중량%의 물을 넣고 충분히 혼합한 후 제형기에 투입하여 구형 과립 형태로 제형하였다. 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 105℃ 아래에서 2시간 건조한 다음 전기로에 넣어 소성하였다. 소성 단계에서는, 구체적으로, 상온에서 500℃까지 가열시 20℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 500℃에서 30분간 유지시킨후, 500℃에서 950℃까지 가열시 15℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 950℃에서 8분 동안 유지시켜 소성하였다. 냉각 단계에서는, 950℃에서 700℃까지는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하고, 700℃에서 500℃까지는 10℃/min의 속도로 천천히 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 빠르게 냉각하여 최종적으로 인공경량골재를 완성하였다.
완성된 인공경량골재에 대한 물성을 측정한 결과, 단위용적중량은 578.1kg/m3, 비중은 0.81로 나타났다. 통상적인 인공경량골재의 경우 단위용적중량이 평균 700kg/m3 정도이고, 비중은 1 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에 따른 인공경량골재의 경우 매우 경량인 것으로 확인되었다. 또한, KS 건축자재 측정 규정에 따라 침수 방법으로 흡수율을 측정한 결과 7%로 통상적인 인공경량골재의 흡수율인 8% 보다 현저히 낮아 품질이 우수한 것으로 판명되었다.
실시예 7
오폐수 처리장으로부터 수거 후 탈수된 생활 오니와, 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 수거하여 분쇄한 폐유리 분말, 그리고 불화규소나트륨을 각각 47 : 47 : 6 의 중량비율로 볼밀(ball mill)에 넣어 8시간 동안 래핑하여 원료를 미분말화시켰다. 미분말화된 원료에 전체 원료 중량 대비 30 중량%의 물을 넣고 충분히 혼합한 후 제형기에 투입하여 구형 과립 형태로 제형하였다. 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 105℃ 아래에서 2시간 건조한 다음 전기로에 넣어 소성하였다. 소성 단계에서는, 구체적으로, 상온에서 600℃까지 가열시 20℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 600℃에서 20분간 유지시킨후, 600℃에서 900℃까지 가열시 15℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 900℃에서 15분 동안 유지시켜 소성하였다. 냉각 단계에서는, 900℃에서 700℃까지는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하고, 700℃에서 500℃까지는 10℃/min의 속도로 천천히 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 빠르게 냉각하여 최종적으로 인공경량골재를 완성하였다.
완성된 인공경량골재에 대한 물성을 측정한 결과, 단위용적중량은 573.6kg/m3, 비중은 0.79로 나타났다. 통상적인 인공경량골재의 경우 단위용적중량이 평균 700kg/m3 정도이고, 비중은 1 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에 따른 인공경량골재의 경우 매우 경량인 것으로 확인되었다. 또한, KS 건축자재 측정 규정에 따라 침수 방법으로 흡수율을 측정한 결과 7%로 통상적인 인공경량골재의 흡수율인 8% 보다 현저히 낮아 품질이 우수한 것으로 판명되었다.
실시예 8
오폐수 처리장으로부터 수거 후 탈수된 생활 오니와, 산업폐기물로서 버려지는 폐유리를 수거하여 분쇄한 폐유리 분말, 그리고 불화규소나트륨을 각각 70 : 25 : 5 의 중량비율로 볼밀(ball mill)에 넣어 8시간 동안 래핑하여 원료를 미분말화시켰다. 미분말화된 원료에 전체 원료 중량 대비 35 중량%의 물을 넣고 충분히 혼합한 후 제형기에 투입하여 구형 과립 형태로 제형하였다. 제조된 구형 과립을 건조기에 넣어 105℃ 아래에서 2시간 건조한 다음 전기로에 넣어 소성하였다. 소성 단계에서는, 구체적으로, 상온에서 600℃까지 가열시 20℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 600℃에서 40분간 유지시킨후, 600℃에서 950℃까지 가열시 15℃/min의 속도로 온도를 상승시키고, 950℃에서 20분 동안 유지시켜 소성하였다. 냉각 단계에서는, 950℃에서 700℃까지는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하고, 700℃에서 500℃까지는 10℃/min의 속도로 천천히 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 빠르게 냉각하여 최종적으로 인공경량골재를 완성하였다.
완성된 인공경량골재에 대한 물성을 측정한 결과, 단위용적중량은 568.3kg/m3, 비중은 0.77로 나타났다. 통상적인 인공경량골재의 경우 단위용적중량이 평균 700kg/m3 정도이고, 비중은 1 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에 따른 인공경량골재의 경우 매우 경량인 것으로 확인되었다. 또한, KS 건축자재 측정 규정에 따라 침수 방법으로 흡수율을 측정한 결과 8%로 품질이 우수한 것으로 판명되었다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 인공경량골재 제조 방법의 공정 순서도이고,
도 2 는 본 발명에 따라 제조된 인공경량골재의 외관 모습이 나타난 사진이다.

Claims (8)

  1. 오폐수 처리장에서 수거한 오니를 탈수 처리하여 수분을 제거하고, 폐유리를분쇄하여 분말화시키는 원료 준비 단계와;
    주원료로서 탈수된 오니 및 폐유리 분말과, 보조원료로서 붕사와 불화규소나트륨 중 선택된 어느 하나를 수분 첨가하에서 혼합 교반하는 원료 혼합 단계와;
    혼합된 원료를 구형 과립으로 제조하는 제립 단계와;
    제조된 구형 과립의 건조 단계와;
    건조된 구형 과립의 소성 및 냉각 단계를 포함하는 인공경량골재의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    혼합되는 원료는 주원료로서 오니 20 내지 70중량%와, 폐유리 분말 25 내지 75중량%, 그리고 보조원료로서 붕사와 불화규소나트륨 중 선택되는 어느 하나의 성분 2 내지 5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 원료 혼합 단계에서 수분 첨가에 따른 최종 수분 함량은 전체 원료 중량 대비 20 내지 35중량%인 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 건조 단계에서 구형 과립은 300 내지 600℃에서 20 내지 50분간 건조되며, 20℃/min의 속도로 건조온도가 상승되는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소성 단계에서는 850 내지 950℃에서 8 내지 20분 동안 유지하여 소성을 수행하고, 건조온도에서 소성온도까지는 15℃/min의 속도로 상승시키는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 단계에서는 온도가 700℃ 이상일때는 20℃/min의 빠른 속도로 냉각하며, 700 내지 500℃일 때에는 10℃/min의 속도로 냉각하고, 500℃ 이하에서는 20℃/min의 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조 방법.
  7. 주원료로서 오니 20 내지 70중량%와, 폐유리 분말 25 내지 75중량%, 그리고 보조원료로서 붕사와 불화규소나트륨 중 선택되는 어느 하나의 성분 2 내지 5중량%를 수분 첨가하에서 혼합한 후 건조 소성하여 제조된 인공경량골재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    소성 온도는 850 내지 950℃인 것을 특징으로 하는 인공경량골재.
KR20090030445A 2009-04-08 2009-04-08 생활 오니 및 폐유리 분말을 이용한 초경량 저온 소성 인공경량골재 제조 방법 및 그에 따라 제조된 인공경량골재 KR101123278B1 (ko)

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