KR20110116468A - 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐건전지 분쇄분말을 이용한 투수기능성의 세라믹 바닥 벽돌 제조 방법에 관한 것으로, 폐 망간 전지 혹은 폐 알카리망간전지(이하 폐건전지)를 파쇄, 열분해, 분쇄, 자력 선별 과정을 거쳐 폐건전지의 유가물, 예컨대, 폐건전지의 외피용 철재 용기 조각, 금속아연, 탄소봉, 망간 및 아연 혼합분말(이하 폐건전지 분쇄분말)등으로 분리하고, 그 중에서 상기 "폐건전지 분쇄분말"을 유리분말과 천연모래와 함께 배합하여 골고루 분산되게 혼합한 뒤 가압 성형, 소성하게 되는데, 소성과정에서 폐건전지 분쇄분말과 유리분말의 화학적 반응으로 인해 가스를 방출하며 벽돌 내부에 미세한 통공들을 형성하게 되어 빗물이 잘 투과되는 세라믹-투수-바닥벽돌(흡수바닥벽돌이 아님)을 제조한다.
본 발명에 의하여 폐건전지-분쇄분말을 이용하여 다공성 세라믹-투수-바닥벽돌을 제조, 실용할 경우 폐건전지의 매립처리로인해 발생되는 환경오염을 예방할 수 있으며 나아가서 아파트단지내의 외부 마감재나 도심의 보도블럭으로 시공하면 토양이 숨을 쉬게 되어 토양 정화작용에 큰 친 환경적 개선이 기대되고 빗물을 투과 시키므로 여름철 집중호우시 미처 토양에 스며들지 못한 빗물의 순간적인 과다유입으로 인하여 발생하는 하수 역류현상 및 도심 물난리를 예방하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌 및 그 제조 방법{Permeable-Ceramic brick using waste batteries' powder and Method thereof}

본 발명은 인도 포장용 세라믹-바닥벽돌이나 조경용 바닥 마감재 재 등으로 사용되는 세라믹-바닥벽돌을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 폐건전지 분쇄분말을 유리분말과 천연모래와 함께 배합, 골고루 혼합한 후 프레스기로 가압성형하고 소성하여 제조하는 세라믹-투수-바닥벽돌 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 세라믹 벽돌은 점토(예컨대, 황토나 진흙 등)에 모래나 마사토를 혼합한 점토 혼합물을 곱게 분쇄하여 반죽한 후, 반죽된 점토 혼합물을 진공 압출 토련기를 사용하여 직사각형 등의 모양으로 압출하면서 특정 크기로 절단하여 성형한 다음, 건조 및 소성 가공하여 제조한다.

이러한 세라믹 벽돌은 흔히 적벽돌이라고 하여 건축의 외장재로 주로 사용되어져 왔으나 요즘은 바닥용 보도블럭으로 그 사용 용도가 점차 확대되었다.

바닥재 용도로 사용하니 건축 외장재와는 달리 시장에서는 더 큰 압축강도와 낮은 흡수율을 요구하게 되었고 이러한 요구사항을 해결하기 위하여 여러종류의 천연원료들의 배합비를 조절해가며 제조업자들은 압축강도가 센 바닥벽돌을 제조하고 있다.

바닥재 용도로 사용하게 되면서 또 한가지의 기능이 요구되는데 빗물 및 공기를 투과시키는 숨 구멍(기공)을 포함한 바닥재이다.

시공지역 하부 토양의 생태학적 균형이 유지되려면 평상시 통기성이 있어 공기 및 수분의 조절이 필요하고 우기철에는 특히 이러한 기공을 갖게 되면 빗물을 투과시켜 지하수 고갈을 방지하고 하수구의 하수 순간유입량을 완충하게 되어 도심 물난리 방지에 큰 효과가 기대되므로 몇몇 세라믹-투수-바닥벽돌 제조방법에 관한 선행 기술들이 연구되어져 왔다.

예를 들면 기존의 바닥벽돌의 원료배합시 톱밥등과 같은 가연성 분말을 혼합하여 소성하면 가연성 분말이 차지하고 있던 공간에 기공을 형성시키는 방법이 있는데 폐쇄된 기공이 아닌 관통된 기공을 만들려면 압축강도가 낮아져 바닥재의 기능을 할 수 없었다.

또한, 적벽돌,타일,도자기등의 파벽들을 다시 분쇄하여 일정크기 이상 및 이하의 입자로 선별,배합하고 유기 바인더와 혼합,교반하여 소성한다던지 상기 파벽에다 아연정광에서 배출된 아연슬래그를 혼합,교반하여 소성하는 방법등이 나왔으나 세라믹 벽돌산업의 특성상 주 원료는 대량으로 쉽게 구해져야 하는데 벽돌 및 타일등의 파벽은 대량구입이 어렵고 설혹, 제조한다 하더라도 공정상 돌-재질과 유사한 파벽들을 다시 분쇄하는데 들어가는 비용과 높은 물류비(완제품의 무게가 많이 나가기 때문에 발생)가 걸림돌이 된다.

더욱 어려운 점은 기공을 많이 형성하여 투수율을 높이려면 그 기공들이 압축강도를 떨어뜨리게 되므로 일정수준 이상의 압축강도를 유지하며 일정수준 이상의 투수율을 유지하고 동시에 일정수준 이하의 제조원가를 유지해야만 시장에서 상용화가 된다는 것이다.

이러한 이유가 현재 세라믹-투수-바닥벽돌이 시장에서 활성화 되지 못하는 걸림돌이다.

최근에 와서 시멘트를 사용한 투수-바닥벽돌이 시장에 적용되고 있어 투수기능을 실현하고 있지만 당 제품은 그 특성상 시멘트의 강 알카리성분이 빗물에 녹아들어 토양을 정화하기보다 토양 및 지하수를 오염시킬 개연성이 많아 역기능이 우려되어 실제로 환경단체들에 의해 문제 제기되고 있다.

이러한 문제점들을 해결코자 본 발명은 아래와 같이 연구되었다.

상기와 같은 천연원료를 사용하여 투수기능을 지닌 다기공성 바닥벽돌을 제조하기 위해서 톱밥등과 같은 가연성 분말을 혼합하여 소성하면 다기공의 제품을 생산할 수 있지만 다기공의 형성으로 인하여 완제품의 압축강도가 현저히 떨어지게 되므로 바닥벽돌로서의 기능을 할 수 없다.

또한, 일정 크기 이상의 천연모래를 일정비율 이상 배합하여 세라믹-바닥벽돌을 제조할 경우에는 투수율, 압축강도 문제들을 차제하고라도 모래의 특성상 가압성형할 지라도 건조 및 소성대차에 적재하여 소성가마에 투입하기 까지 그 형상을 유지해 줄 방법이 없어 불가능하다.

따라서, 시장에서는 투수-바닥벽돌의 강한 수요가 있음에도 불구하고 천연원료소재를 사용하여 기존의 세라믹-투수-바닥벽돌을 제조하려면 제품의 압축강도와 투수효과가 상호 배타적인 관계로 실용화의 딜레마에 빠지게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐건전지를 파쇄, 열분해, 분쇄, 자력 선별 과정을 거쳐 기타 유가물(예컨대, 폐건전지의 외피용 철재 용기 조각, 금속아연, 탄소봉 등)을 별도 분리하고 남은 폐건전지 분쇄분말이 이산화망간 화합물과 아연화합물을 주로 포함한다는 점에 착안하여 그 성분들의 점착특성과 소성시 유리분말과의 결합반응 특성을 활용하기 위하여 폐건전지 분쇄분말을 유리분말과 천연모래와 함께 배합, 혼합, 가압성형, 소성하면 개스를 발생시키며 다기공의 통공을 형성하여 투수율이 높으면서도 기준치 이상의 압축강도를 유지하는 세라믹-투수-바닥벽돌 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같이 기존의 세라믹-투수-바닥벽돌의 생산 시도는 투수율을 높이려면 압축강도가 약해지고 또한 모래를 사용할 경우 생산 공정상 성형이 어려우나 본 발명에서는 폐건전지 분쇄분말의 점성을 십분 이용하여 가압성형 후 이송시 형상을 지속적으로 유지시켜 주고 고온 소성과정에서는 폐건전지 분쇄분말을 구성하는 이산화망간 화합물과 아연화합물이 유리분말과 함께 반응하여 개스를 발생시켜 약 50% 정도의 통공을 형성시켜주게 하고 동시에 천연모래와 화학적 결합반응을 하도록 유도하여 수축이 없이 기준치 이상의 압축강도를 실현한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌 및 그 제조 방법은, 천연모래 40~60중량%와 폐건전지 분쇄분말 30~50중량% 및 유리분말 5~15중량%를 배합하여 골고루 분산되게 혼합하는 제1과정과;

상기 혼합된 혼합물을 수분함량이 6~12%가 되도록 물을 첨가하여 혼수,혼련하는 제2과정;

상기 혼수,혼련된 혼합물을 금형에 투입하여 프레스기로 가압 성형하는 제3과정; 및

상기 가압 성형된 벽돌을 가마의 저온부에 투입하여 1000℃ 이상의 고온부로 서서히 이동시키면서 건조 후 소성하고 다시 상온부로 이동시켜 냉각하는 제4과정;

으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌 및 그 제조 방법을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 이산화망간화합물과 아연화합물을 주로 포함하는 폐건전지 분쇄분말을 세라믹-바닥벽돌의 성형과정에서 혼합하여 소성하면 투수기능을 갖는 통공성 세라믹-바닥벽돌을 제조할 수 있으므로, 세라믹-투수-바닥벽돌을 제조, 실용할 경우 1),폐건전지의 매립처리로인해 발생되는 환경오염을 예방할 수 있으며 2),아파트단지내의 외부 마감재나 도심의 보도블럭으로 시공하여 토양이 숨을 쉬게 함으로 인해 토양 정화작용에 큰 친환경 효과가 기대되며 3),기존의 바닥벽돌 시공으로 인하여 발생되는 여름철 집중호우시 미처 토양에 스며들지 못한 빗물의 순간적인 과다유입으로 인하여 발생되는 하수역류현상 및 도심 물난리를 예방할 수 있으며 4),시멘트 바닥벽돌로 인하여 발생2되는 강 알카리수의 토양 오염을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

먼저,본 발명에 따른 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌은 폐건전지로부터 이산화망간화합물과 아연화합물을 주로 포함하는 분말을 선별, 추출하게 되는데 통상의 망간 전지는 양극작용 물질로 이산화망간(MnO₂)을 사용하고 음극 작용 물질로 편상의 금속아연(Zn)을 사용하며 전해액으로 염화암모늄(NH₄Cl) 또는 염화 아연(ZnCl₂) 등의 중성염 수용액을 사용한다. 또한 알카리망간전지는 양극 작용물질로 이산화망간을 포함하고 음극작용물질로 겔상의 아연을 사용하고 전해액으로 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용한다.

이러한 폐건전지 구성물질들로부터 그 형상에 따라 적합한 해체방법을 적용하여 파쇄, 열분해, 분쇄, 선별공정을 통해 폐건전지의 외피용 철재 용기 조각, 금속아연, 탄소봉등을 별도 선별, 추출하고 나머지 분말을 회수게 되는데 이 분말이 전지의 양극물질인 이산화망간과 음극물질인 아연이 전해액과 혼합되면서 화학반응을 하여 주로 망간화합물과 아연화합물이 혼재된 일명"폐건전지 분쇄분말"인 것이다.

상기 "폐건전지 분쇄분말"은 주로 망간화합물과 아연화합물을 포함하는 분말이며, 그 제조방법은 실제로 본 발명자가 기 출원, 등록한 대한민국 특허등록 제10-0898076호,"폐망간전지 및 알카라인전지 재활용 장치 및 방법"을 준용한다.

상기한 방법대로 폐건전지로부터 벽돌원료용 분쇄분말을 회수하는 공정과 병행하여 유리 또한 분쇄하여 입경 1mm이하의 원료(이하 유리분말)만 선별추출하여 준비하고 천연모래는 자연상태 그대로 매쉬를 통과시켜 입경 2mm이하의 원료(이하 천연모래)만 선별,추출하여 준비한다.

다음으로 상기의 준비된 각 원료들을 수요자가 요구하는 투수율과 압축강도에 맞도록 그 배합비를 유동성 있게 조절하는 바, 대략 천연모래 40~60중량%와 폐건전지 분쇄분말 30~50중량% 및 유리분말 5~15중량%의 배합비면 투수율과 압축강도요건을 충족시킨다.

다음으로 상기의 비율대로 배합된 원료를 골고루 분산되게 혼합하고 수분이 약 8%정도 되도록 물을 첨가하며 혼련한 뒤 금형에 투입하여 프레스기로 가압성형한 후 가마의 저온부로부터 1000℃ 이상의 고온부로 서서히 이동시키고 다시 후단의 저온부로 이동시키면서 벽돌을 건조> 소성> 냉각하여 제조 완료한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌 제조 방법의 실시예 및 그에따른 제품의 자체 시험 결과를 나타내었다.

[실시 예]

본 발명에 따른 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌 제조 방법의 실시예 및 그에따른 제품의 자체 시험 결과와 일반 시멘트-투수-바닥벽돌의 시험결과의 비교는 다음과 같았다.

투수계수(Kp): (Cm/sec)

L: 바닥벽돌 높이

A: 용기 단면적 a: 투수 단면적

t2-t1: 투수시간

h1: 시험 개시전 수위

h2: 시험 종료시 수위

이상의 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌 제조 방법의 실시예)의 비교 분석표에 따라 투수계수 및 압축강도, 흡수율을 고려한 본 발명에 따른 가장 바람직한 실시예는 천연모래 50중량%에 폐건전지 분쇄분말 40중량%과 유리분말 10중량%의 배합비라는 결론을 얻었지만 상기 가장 바람직한 배합비에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.

Claims (2)

1. 천연모래 40~60중량%와 폐건전지 분쇄분말 30~50중량% 및 유리분말 5~15중량%를 배합하여 골고루 분산되게 혼합하는 제1과정과;
   상기 혼합된 혼합물을 수분함량이 6~12%가 되도록 물을 첨가하여 혼수,혼련하는 제2과정;
   상기 혼수,혼련된 혼합물을 금형에 투입하여 프레스기로 가압 성형하는 제3과정; 및
   상기 가압 성형된 벽돌을 가마의 저온부에 투입하여 1000℃ 이상의 고온부로 서서히 이동시키면서 건조 후 소성하고 다시 상온부로 이동시켜 냉각하는 제4과정;
   으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐건전지 분쇄분말을 이용한 세라믹-투수-바닥벽돌 및 그 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1과정에서는
   천연모래는 입경 2mm 이하로 분리선별되고 폐건전지 분쇄분말과 유리분말은 입경 1mm 이하로 분쇄 및 분리, 선별된 원료만을 사용한 세라믹-투수-바닥벽돌 및 그 제조 방법.