KR20210077333A - 페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일 - Google Patents

페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페로니켈을 이용한 타일의 제조방법 및 이로부터 얻어진 타일에 관한 것으로서, 페로니켈 슬래그를 밀링하여 그 평균입도가 0.8 내지 1.2㎛인 페로니켈 슬래그 분말을 얻는, 밀링공정(S1); 상기 밀링 공정을 거친 페로니켈 슬래그 분말에 분산제 및 결합제를 혼합하여 소지를 제조하는, 혼합공정(S2); 상기 혼합공정으로부터 얻어진 소지를 체질하는, 분급공정(S3); 상기 분급공정으로부터 얻어진 소지를 성형하는, 성형공정(S4); 및 상기 성형공정으로부터 얻어진 성형체를 1,100 내지 1,200℃에서 1.8 내지 2.2시간 동안 소결하는, 소결공정(S5)을 포함하여, 주요 재료로서 폐자원인 페로니켈 슬래그만을 활용하여 소결 조건을 제어하는 간이한 방법을 통해 타일로 유용한 소결성형체를 제조할 수 있으며, 특히 경량이면서, 굴곡강도 및 압축강도 등에서 입체타일로서 적정한 수준을 나타내며, 특히 흡수율이 높아 인테리어용 타일로서 효과적인 습도조절 능력을 발휘할 수 있는 타일을 제공할 수 있는 발명을 개시한다.

Description

페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일{MANUFACTURING METHOD OF TILE USING A FERRO-NICKEL SLAG AND TILE}
본 발명은 페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법 및 이로부터 제조된 타일에 관한 것이다.
페로니켈 슬래그(ferro-nickel slag)는 스테인리스강의 주원료인 페로니켈(철 80%와 니켈 20%로 만들어진 합금) 제조를 위한 니켈광 제련시 발생하는 부산물을 말한다. 제강 공정 중 발생하는 공정 부산물로서 전기로 또는 로터리 킬름에서 제련하는 과정에서 생성되며, 이러한 페로니켈 슬래그는 상당량의 많은 이산화규소(SiO2) 및 산화마그네슘(MgO) 등의 유용한 금속자원을 함유한 상태로 필수적으로 발생된다. 통상적으로 니켈 1톤을 생산할 때 약 30톤의 페로니켈 슬래그가 발생되는바, 이러한 측면에서 페로니켈 슬래그의 재활용과 관련한 기술 및 산업화가 절실히 필요하다.
지금까지 페로니켈 슬래그의 재활용은 콘크리트용 골재, 노반재, 시멘트의 원료, 아스팔트용 골재 및 사문암 대체제 등으로의 활용이 주요하며, 대부분은 단순 매립에 의해 처리되고 있는 실정이다. 따라서 슬래그 내에 포함된 유용 성분들인 산화마그네슘, 이산화규소, 산화철 등이 충분히 활용되지 못하여 경제적인 손실이 따를 뿐만 아니라, 단순 매립에 의해 환경적인 문제도 대두되고 있다.
관련한 기술의 일예로, 국내특허 공개 10-2012-0066765호에는 페로니켈 슬래그를 이용한 시멘트 모르타르용 및 콘크리트용 잔골재 재활용 방법이 개시되어 있는데, 여기서는 페로니켈 슬래그를 수재하는 과정에서 발생한 슬래그를 체질하여 5mm미만의 슬래그를 천연모래의 대체재로 사용하거나 5mm이상의 입자는 재 분쇄하여 혼합하여 시멘트 모르타르용 세골재나 콘크리트용 세골재로 사용하는 방법을 개시하고 있다.
또 다른 일예로, 국내특허등록 10-1708399호에는 페로니켈 슬래그를 고화토로 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 구체적으로는 고화제와 하수 슬러지를 혼합 반죽하는 단계와, 혼합 반죽을 고화시켜 고화물을 얻는 단계를 포함하되, 상기 고화제는 페로니켈 제조 과정에서 얻어진 페로니켈 슬래그 분말, 제지 슬러지를 소각시켜 얻은 제지 슬러지 소각회 분말 및 수산화나트륨 분말이 혼합되고, 상기 페로니켈 슬래그 분말과 제지 슬러지 분말은 페로니켈 슬래그 분말 : 제지 슬러지 분말 = 30 : 70 중량부로 혼합된 것을 특징으로 하는 고화토의 제조 방법을 기재하고 있다.
한편, 국내특허 등록 10-1532667호에는 제련 공정 중 발생하는 슬래그와 산업부산물을 이용한 타일 및 그 제조방법이 개시되어 있는데, 여기서는 강의 생산 공정 중 발생하는 페로니켈 슬래그 및 전로 슬래그와, 산업 부산물인 플라이 애쉬를 마련하는 과정, 상기 페로니켈 슬래그 및 전로 슬래그와 상기 플라이 애쉬를 측량하고 조성비를 상기 페로니켈 슬래그 45 내지 55 중량%, 상기 전로 슬래그 10 내지 20 중량% 및 상기 플라이 애쉬 30 내지 40중량%의 비율로 제어하는 과정, 상기 페로니켈 슬래그 및 전로 슬래그와 상기 플라이 애쉬를 배합하여 성분비 45 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 10 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 12 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 5 내지 10 중량%의 칼슘 산화물(CaO) 및 16 내지 20 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 함유하도록 조성물을 마련하는 과정, 상기 조성물을 용융하는 과정, 용융물을 보온하는 과정, 용융물을 타일 형상으로 성형하는 과정; 및 성형물을 열처리하는 과정을 포함하는 타일 제조 방법이 개시되어 있다.
본 발명은 페로니켈 슬래그를 활용하여 타일로 제조하는 방법에 있어서, 보다 많은 페로니켈 슬래그만으로, 좋기로는 오로지 페로니켈 슬래그만으로 좀더 간이한 방법에 따라 우수한 물성을 갖는 타일을 제조하고자 하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 페로니켈 슬래그를 활용하여, 경량성을 발현하면서, 굴곡강도 및 압축강도 등에서 입체타일로서 적정한 수준을 나타내며, 특히 흡수율이 높아 인테리어용 타일로서 효과적인 습도조절 능력을 발휘할 수 있는 타일을 제공하고자 하는 데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 구현예는, 페로니켈 슬래그로부터 타일을 제조하는 방법에 있어서, 페로니켈 슬래그를 밀링하여 그 평균입도가 0.8 내지 1.2㎛인 페로니켈 슬래그 분말을 얻는, 밀링공정(S1); 상기 밀링공정을 거친 페로니켈 슬래그 분말에 분산제 및 결합제를 혼합하여 소지를 제조하는, 혼합공정(S2); 상기 혼합공정으로부터 얻어진 소지를 체질하는, 분급공정(S3); 상기 분급공정으로부터 얻어진 소지를 성형하는, 성형공정(S4); 및 상기 성형공정으로부터 얻어진 성형체를 1,100 내지 1,200℃에서 1.8 내지 2.2시간 동안 소결하는, 소결공정(S5)을 포함하는, 타일의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 의한 타일의 제조방법에 있어서, 상기 소결공정을 수행하기 이전에, 성형 공정으로부터 얻어진 성형체를 400℃에서 1.8 내지 2.2 시간 동안 유지하고, 600℃, 800℃ 및 1,000℃에서 각각 0.8 내지 1.2 시간 동안 유지하여 단계적으로 승온 열처리하는, 열처리 공정을 더 수행할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의한 타일의 제조방법에 있어서, 밀링공정은 어트리션 밀(attrition mill)을 사용하여 1,200 내지 1,400 rpm으로 0.8 내지 1.2시간 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의한 타일의 제조방법에 있어서, 혼합공정에 있어서 분산제는 전체 혼합물 중 1.8 내지 2.2중량%로 혼합되고, 결합제는 전체 혼합물 중 1.8 내지 2.2중량%로 혼합될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의한 타일의 제조방법에 있어서, 분급공정은 200 메쉬의 체질로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의한 타일의 제조방법에 있어서, 혼합공정에 있어서 결합제는 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA)이고, 분산제는 폴리카르복실산염일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 일 구현예들에 의한 제조방법에 따라 얻어지고, 페로니켈 슬래그의 소결체이며, KS F 2518에 근거하여 측정된 흡수율이 43 내지 71%이고, KS F 2518에 근거하여 측정된 밀도가 2.06 내지 2.32 g/㎤이고, KS M 3008에 의거하여 측정된 굴곡강도가 245 내지 532kgf/㎠이며, KS F 2519에 근거하여 측정된 압축강도가 940 내지 1831 kgf/㎠인, 타일을 제공한다.
본 발명은 주요 재료로서 폐자원인 페로니켈 슬래그만을 활용하여 소결 조건을 제어하는 간이한 방법을 통해 타일로 유용한 소결성형체를 제조할 수 있으며, 특히 경량이면서, 굴곡강도 및 압축강도 등에서 입체타일로서 적정한 수준을 나타내며, 특히 흡수율이 높아 인테리어용 타일로서 효과적인 습도조절 능력을 발휘할 수 있는 타일을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제조방법에서 타일의 원료로 사용된 페로니켈 슬래그의 SEM 이미지(배율별).
도 2는 본 발명의 페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법에 있어서, 페로니켈 슬래그를 분쇄하여 그 평균입도가 제어된 분말로 제조한 이미지 사진.
도 3은 소결처리 온도가 낮은 경우(비교예 1, 비교예 2)의 소결체의 외관 사진(좌) 및 이것이 부스러짐을 확인한 사진(우).
도 4는 실시예 1에 따른 소결체의 외관 사진(좌) 및 비교예 3에 따른 소결체의 외관 사진(우).
도 5는 실시예 1에 따라 얻어진 소결체의 SEM 이미지(배율별).
도 6은 비교예 3에 따라 얻어진 소결체의 SEM 이미지(배율별).
도 7은 원료인 페로니켈 슬래그, 실시예 1에 따라 얻어진 소결체 및 비교예 3에 따라 얻어진 소결체의 XRD 분석 결과 그래프.
도 8은 실시예 1에 따라 실제 타일 크기로 성형시, 소결 전후의 외관 사진.
도 9는 본 발명의 타일을 활용할 수 있는 입체타일의 일예들을 도시한 사진.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 페로니켈 슬래그로부터 타일을 제조하는 방법에 있어서, 페로니켈 슬래그를 밀링하여 그 평균입도가 0.8 내지 1.2㎛인 페로니켈 슬래그 분말을 얻는, 밀링공정(S1); 상기 밀링공정으로부터 얻어진 페로니켈 슬래그 분말을 체질하는, 분급 공정(S2); 상기 분급 공정을 거친 페로니켈 슬래그 분말에 분산제 및 결합제를 혼합하여 소지를 제조하는, 혼합공정(S3); 상기 혼합공정으로부터 얻어진 소지를 성형하는, 성형 공정(S4); 및 상기 성형 공정으로부터 얻어진 성형체를 1,100 내지 1,200℃에서 1.8 내지 2.2시간 동안 소결하는, 소결 공정(S5)을 포함하는, 페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법을 제공한다.
페로니켈이란 철 80%와 니켈 20%로 만들어진 합금을 말하며, 페로니켈 슬래그는 페로니켈 제조를 위한 니켈광 제련시 발생하는 부산물을 말한다.
페로니켈의 원료는 사문암을 모암으로 하는 산화 니켈광으로 니켈의 품위는 약 2 내지 3%로 상당히 낮고, 그 외의 함유물인 SiO2, MgO, FeO, CaO 등이 상당량 포함되어 제련시 대부분은 슬래그로 생성된다. 따라서 니켈 1톤 생산시 약 30톤이라는 어마어마한 양의 페로니켈 슬래그가 발생하게 된다.
본 발명에서는 이러한 페로니켈 슬래그를 재활용하기 위한 일환으로, 타일로 제조하는 방법을 모색한 것으로, 재활용되는 페로니켈 슬래그는 그 한정이 있는 것은 아니며, 본 발명의 일 구현예들에서 사용된 페로니켈 슬래그는 다음 표 1로 나타낸 바와 같은 성분들로 이루어진 것일 수 있다. 다음 표 1의 성분 분석은 X-선 형광분석기(X-ray fluorescence, XRF)에 의한 분석결과로, 통상 페로니켈 제조를 위한 니켈광 제련시 발생되는 부산물인 페로니켈 슬래그들은 대등한 정도의 성분 조성을 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
이와 같은 성분 구성을 갖는 페로니켈 슬래그는 그 입자분포가 주사전자현미경(SEM) 분석에 따르면(도 1 참조), 10 내지 50㎛의 평균입도를 가질 수 있다.
이와 같이 입도범위가 넓고 그 입자크기가 조대한 상태로는 소결체를 제조하는 것이 어렵고 원료분체의 입도 및 입도분포는 최종 소결체의 미세구조에 영향을 미쳐 기계적 특성을 결정하게 되는바, 본 발명에 따른 타일의 제조방법에서는 우선 페로니켈 슬래그를 밀링하여 그 평균입도가 0.8 내지 1.2㎛인 페로니켈 슬래그 분말을 얻는, 밀링공정(S1)을 수반한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서 밀링공정은 특히 어트리션 밀(attrition mill)을 사용하여 수행될 수 있는데, 어트리션 밀은 볼밀(Ball mill)과 함께 오랜 역사를 가진 밀링 장치인 어트리터를 이용하는 것으로, Pin type에 의한 각반 milling 장치로서 물질에 가하는 전단력 및 충격에너지가 강하여 분쇄력이 우수하고, 본 발명과 같이 초기 입도가 비교적 큰 물질의 분쇄기로 적합하며, 밀링공정 후 결과물은 고른 입도 분포도를 보이는 점에서 바람직하다. 이러한 밀링공정은 전단속도 1,200 내지 1,400 rpm으로 0.8 내지 1.2시간 동안 수행하여, 목적한 평균입도를 갖는 페로니켈 슬래그의 분말을 얻을 수 있다(도 2의 사진 참조).
다음으로, 본 발명의 페로니켈 슬래그를 이용한 타일 제조방법은 상기 밀링공정으로부터 얻어진 페로니켈 슬래그 분말에 분산제 및 결합제를 혼합하여 소지를 제조하는, 혼합공정(S2)을 수반한다.
본 발명의 페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법에 있어서 전반적인 성형공정은 습식 성형공정에 따르는 바, 먼저 페로니켈 슬래그 분말에 분산제 및 결합제 등을 첨가하여 소지를 제조한다.
페로니켈 슬래그 분말을 이용하여 건식 성형하는 것에 비하여 분산제 및 결합제를 첨가하여 습식 성형하는 것이 분말 입자들간의 균질한 혼합으로 응집체(결함)를 제어할 수 있고, 최종 소결체의 결함을 최소화한다는 점에서 보다 유리할 수 있다.
이러한 측면에서, 본 발명의 페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법에서는 페로니켈 슬래그 분말에 분산제 및 결합제를 첨가하여 소지를 제조하는, 혼합공정(S3)을 수반한다. 이때의 분산제 및 결합제는 세라믹스의 습식 성형공정에서 사용되는 알려진 분산제 및 결합제이면 그 한정이 있는 것은 아니나, 바람직하기로는 분산제는 폴리카르복실산염(PCA)일 수 있고, 결합제는 폴리비닐알코올(PVA)일 수 있다.
한편, 혼합공정에 있어서 분산제 및 결합제의 함량은 통상의 세라믹스 습식 성형법에서의 사용량에 따를 수 있으나, 바람직하기로는 분산제는 전체 혼합물 중 1.8 내지 2.2중량%로 혼합되고, 결합제는 전체 혼합물 중 1.8 내지 2.2중량%로 혼합될 수 있다.
상기 혼합공정을 통해 얻어진 소지를 성형공정에 바로 이용할 수 있으나, 좋기로는 소지를 체질하는, 분급공정(S3)을 선행하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 소지를 일정한 입자군으로 분류하는 공정으로, 200 메쉬 이상의 큰 입자들을 걸러내는 공정에 해당된다. 원료 분체의 균일성 또한 최종 소결체의 미세구조에 영향을 주며 기계적 특성에 영향을 미치므로, 분급공정을 수반하는 것이 바람직할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법은, 상기 분급공정을 통해 얻어진 소지를 성형하는, 성형 공정(S4)을 수반한다.
여기서의 성형은 주입이나 압출 등 목적에 맞는 성형방법에 의해 성형체를 제작하는 것을 의미한다.
마지막으로, 상기 성형 공정으로부터 얻어진 성형체를 1,100 내지 1,200℃에서 1.8 내지 2.2시간 동안 소결하는, 소결 공정(S5)을 수반한다.
이러한 소결공정의 처리 조건에 따라서 최종적으로 얻어진 소결체의 미세구조 내지 성분 조성이 변화되며, 궁극적으로 최종적인 물성이 달라질 수 있는바, 소결온도가 상기 범위보다 낮은 경우 실질적으로 소결이 이루어지지 않을 수 있다. 반면에 소결온도가 상기 범위보다 높은 경우는 소결체의 물성에 있어서 강도적 특성은 향상되나 흡수성이 현저히 떨어지고 변색이 일어나서, 특히 습도조절이 가능한 인테리어용 타일로 적용하기에 불리하다.
이러한 측면에서 가장 좋은 소결온도는 1,100 내지 1200℃이며, 그 처리시간은 1.8 내지 2.2시간이면 적정할 수 있다.
한편, 본 발명의 페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법에 따르면, 상기 소결 공정을 수행하기 이전에, 성형 공정으로부터 얻어진 성형체를 400℃에서 1.8 내지 2.2 시간 동안 유지하고, 600℃, 800℃ 및 1,000℃에서 각각 0.8 내지 1.2 시간 동안 유지하여 단계적으로 승온 열처리하는, 열처리 공정을 더 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 열처리 공정은 소결 이전에 1차적으로 성형체를 건조 및 탈지하는 공정으로, 건조 및 탈지하는 공정이 제대로 이루어지지 않으면 소결 과정에서 기공 또는 크랙 등의 결함이 발생할 수 있어 그 조건을 상기와 같이 최적화 하는 것이 바람직하다.
상술한 일련의 공정을 통해 얻어진 타일은 페로니켈 슬래그의 소결체이며, KS F 2518에 근거하여 측정된 흡수율이 43 내지 71%이고, KS F 2518에 근거하여 측정된 밀도가 2.06 내지 2.32 g/㎤이고, KS M 3008에 의거하여 측정된 굴곡강도가 245 내지 532kgf/㎠이며, KS F 2519에 근거하여 측정된 압축강도가 940 내지 1831 kgf/㎠인 특성을 나타내는바, 이러한 측면에서 본 발명에 따라 얻어진 페로니켈 슬래그를 이용한 타일은 도 9의 이미지로 나타낸 것과 같은, 인테리어용 입체타일로서 유용할 수 있으며, 특히 자체적으로 습도조절능력을 갖는 에코타일로서 유용하다.
한편, 타일로 제조하는 데 있어서 타일의 표면을 광촉매 처리하여 살균력을 향상시킬 수 있다. 광촉매 기능은, 그 전도대와 가전자대의 밴드 갭 에너지보다 큰 빛에너지가 조사되면 여기상태(勵起狀態)가 되어, 전자-정공대를 생성하여 산화 및 환원반응을 일으키는 촉매물질(광반도체물질)이 가지는 기능을 의미한다. 광촉매 중에서도 특히 이산화티타늄(TiO2), 즉, 루틸형의 결정구조를 가지는 이산화티타늄 입자를 이용한 광촉매는 저렴하고 화학적 안정성이 뛰어나며, 또한 높은 촉매활성을 가지고 있어, 그 강력한 유기물 분해활성에 의해 세균의 균체와 동시에 그램음성균의 세포벽 외벽성분인 엔도톡신이나 세균이 생산하는 독소(예를 들면, 병원성 대장균이 생산하는 베로독소) 등의 유해물질을 함께 분해할 수 있고, 또한 광촉매 자체는 인체에 무해하다는 이점을 가지고 있다. 이러한 광촉매 기능을 갖는 피막을 타일의 표면에 형성하는 방법에 한정이 있는 것은 아니며, 일예로 광촉매 입자를 포함하는 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 용사하여 피막을 형성하는 방법을 들 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
상기 표 1로 나타낸 것과 같은 성분 조성 및 도 1로 도시한 것과 같은 입도분포를 갖는 페로니켈 슬래그를 어트리션 밀(attrition mill)을 사용하여 1,300 rpm으로 1시간 밀링하여 그 평균입도가 0.9㎛인 페로니켈 슬래그 분말을 얻었다(도 2 사진 참조).
상기 밀링 공정을 거친 페로니켈 슬래그 분말에 분산제로 폴리카르복실산염 및 결합제로 폴리비닐알코올를 혼합하여 소지를 제조하였다. 이때, 분산제는 전체 혼합물 중 2.0중량%로 혼합하였고, 결합제는 전체 혼합물 중 2.0중량%로 혼합하였다.
상기 혼합공정으로부터 얻어진 소지를 성형공정에 도입하기 전에, 200메쉬(mesh) 체로 체질하고, 도 4로 도시한 것과 같은 원기둥 형태로 성형하였다.
상기 성형 공정으로부터 얻어진 성형체를 400℃에서 2시간 유지, 600℃, 800℃ 및 1000℃에서 각각 1시간 유지하는 조건으로 열처리를 수행하였다.
마지막으로, 1,200℃에서 2시간 동안 소결을 진행하여 소결체를 얻었다.
얻어진 소결체의 외관은 도 4로 도시한 것과 같다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 소결체를 제조하되, 다만 최종 소결처리를 1,100℃에서 1시간 동안 진행하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 소결체를 제조하되, 다만 성형 공정으로부터 얻어진 성형체를 소결온도를 400℃에서 1시간 유지하는 열처리를 수행하고, 700℃에서 1시간 동안 소결을 진행하였다.
얻어진 소결체의 외관은 도 3과 같다.
비교예 2
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 소결체를 제조하되, 다만 최종 소결처리를 1000℃에서 1시간 동안 진행하였다.
얻어진 소결체의 외관은 도 3에 도시한 것과 같으며, 이는 도 2의 우측에 도시한 것과 같이 소결체로 성형되지 않고 부스러졌다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 소결체를 제조하되, 다만 최종 소결처리를 1,300℃에서 2시간 동안 진행하였다.
얻어진 소결체의 외관은 도 4에 도시한 것과 같이, 검정색이 강해짐을 육안으로도 확인할 수 있다.
상기 비교예 1 내지 2의 경우 실질적으로 소결체로 얻어졌다 볼 수 없고, 소결체로서 대비될 수 있는 일예로 비교예 3의 시편과 상기 실시예 1에 의한 시편을 선별하여, 소결 전 후의 수축율을 평가하여 그 결과를 다음 표 2로 나타내었다.
실시예 1 비교예 3
수축율(%) 25 28
한편, 실시예 1 및 비교예 3에 따라 얻어진 소결체에 대해 그 미세구조를 확인하기 위하여 주사전자현미경(SEM)에 의해 관찰한 결과를 각각 도 5 내지 도 6으로 나타내었다.
도 5는 실시예 1에 따라 얻어진 소결체에 대한 배율별 SEM 이미지를 도시한 것이고, 도 6은 비교예 3에 따라 얻어진 소결체에 대한 배율별 SEM 이미지를 도시한 것이다. 도 5 내지 도 6을 참조할 때, 소결온도가 1,200℃인 것과 소결온도가 1,300℃인 것은 그 미세구조를 명확히 달라지게 했음을 파악할 수 있고, 특히 비교예 3에 의한 소결체의 경우 그 소결입자가 급격하게 조대해짐(grain growth)을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1 및 비교예 3에 따라 얻어진 소결체에 대해 결정화 정도를 파악하기 위하여 XRD 분석하여 그 결과를 도 7로 나타내었다. 도 7에는 원료로 사용된 페로니켈 슬래그의 XRD 결과 그래프와, 실시예 1의 소결체의 XRD 결과 그래프 및 비교예 3의 소결체의 XRD 결과 그래프를 도시하였다. 도 7의 결과로부터, 원료인 페로니켈 슬래그가 소결전 powder상태에서는 Intensity가 낮아 약간의 비정질 상태인 것으로 보이며, 이는 페로니켈슬래그가 고온에서 급격하게 빠른 속도로 냉각되는 과정을 거치면서 결정화가 이루어지지 않은 결과라 할 수 있다. 반면, 본 발명에 따른 제조방법을 거쳐 1200℃, 1300℃로 소결 온도가 높아질수록 Intensity가 높아지고 결정화가 많이 이루어지는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같은 외관적 변화, 미세구조의 변화 및 상변화가 궁극적으로 타일의 제반 물성에 미치는 영향을 확인하기 위해, 도 8로 나타낸 것과 같은 규격으로 타일을 제작하여 타일의 밀도, 흡수율, 굴곡강도 및 압축강도를 평가하여 그 결과를 다음 표 3으로 나타내었다.
구체적인 측정방법은 다음과 같다.
(1) 밀도: KS F 2518
(2) 흡수율: KS F 2518
(3) 굴곡강도: KS M 3008
(4) 압축강도: KS F 2519
실시예 1 실시예 2 비교예 3
밀도(g/㎤) 2.32 2.06 2.62
흡수율(%) 43 71 6
굴곡강도(kgf/㎠) 532 245 865
압축강도(kgf/㎠) 1831 940 2556
상기 표 3의 결과로부터, 밀도가 높을수록 굴곡강도, 압축강도도 높아지는 것을 볼 수 있고, 흡수율은 반대로 낮아지는 것을 볼 수 있었다.
비록 밀도와 굴곡강도 및 압축강도 측면에서 비교예 3의 소결체로 얻어진 타일이 우수한 결과를 보였으나, 흡수율이 지나치게 떨어지고, 도 6에서 보듯이 급격한 결정립성장(grain growth)이 일어났으며, 도 4에서 보듯이 과소결에 의한 진회색으로 색깔이 변화된 것으로부터 비교예 3의 소결체는 타일로서 바람직하지 않음을 확인할 수 있다.
또한 일반적인 타일 강도는 약 1,500 kgf/cm2 이상이면 충분한 강도를 가졌다고 볼 수 있어, 소결공정에 있어서 소결온도를 1200℃ 보다 더 높은 온도로 설정할 실익은 없음을 확인할 수 있다.
한편, 상기 표 3의 결과에 따르면 실시예 2의 경우는 실시예 1과 대비하여 밀도가 낮아 상대적으로 압축강도도 낮은바, 가장 바람직하기로는 실시예 1에 따라 얻어진 소결체가 타일로서 최적한 것임을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 산업폐기물로 다량 생산되는 페로니켈 슬래그를 이용하여 비교적 간이한 공정을 통해 타일을 제조할 수 있음으로써 산업적 측면에서 경제적이며, 산업폐기물의 매립량을 줄여줄 수 있을 뿐만 아니라 타일 자체로서 습도조절이 가능해지므로 친환경적인 기술이다.

Claims (7)

  1. 페로니켈 슬래그로부터 타일을 제조하는 방법에 있어서,
    페로니켈 슬래그를 밀링하여 그 평균입도가 0.8 내지 1.2㎛인 페로니켈 슬래그 분말을 얻는, 밀링공정(S1);
    상기 밀링 공정을 거친 페로니켈 슬래그 분말에 분산제 및 결합제를 혼합하여 소지를 제조하는, 혼합공정(S2);
    상기 혼합공정으로부터 얻어진 소지를 체질하는, 분급공정(S3);
    상기 분급 공정으로부터 얻어진 소지를 성형하는, 성형공정(S4); 및
    상기 성형 공정으로부터 얻어진 성형체를 1,100 내지 1,200℃에서 1.8 내지 2.2시간 동안 소결하는, 소결공정(S5)을 포함하는,
    페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소결공정을 수행하기 이전에, 성형공정으로부터 얻어진 성형체를 400℃에서 1.8 내지 2.2 시간 동안 유지하고, 600℃, 800℃ 및 1,000℃에서 각각 0.8 내지 1.2 시간 동안 유지하여 단계적으로 승온 열처리하는, 열처리 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는,
    페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 밀링공정은 어트리션 밀(attrition mill)을 사용하여 1,200 내지 1,400 rpm으로 0.8 내지 1.2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는,
    페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 혼합공정에 있어서 분산제는 전체 혼합물 중 1.8 내지 2.2중량%로 혼합되고, 결합제는 전체 혼합물 중 1.8 내지 2.2중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는,
    페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 분급공정은 200 메쉬의 체질로 수행되는 것을 특징으로 하는,
    페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 혼합공정에 있어서 결합제는 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA)이고, 분산제는 폴리카르복실산염인 것을 특징으로 하는,
    페로니켈 슬래그를 이용한 타일의 제조방법.
  7. 제 1 항의 제조방법에 따라 얻어지고,
    페로니켈 슬래그의 소결체이며,
    KS F 2518에 근거하여 측정된 흡수율이 43 내지 71%이고, KS F 2518에 근거하여 측정된 밀도가 2.06 내지 2.32 g/㎤이고, KS M 3008에 의거하여 측정된 굴곡강도가 245 내지 532kgf/㎠이며, KS F 2519에 근거하여 측정된 압축강도가 940 내지 1831 kgf/㎠인,
    타일.
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