KR20230174818A - 레드머드를 이용한 세라믹 볼 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 레드머드, 점토 분말 및 유리 분말의 혼합물을 성형하여 소성한 것을 특징으로 하는 세라믹 볼 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 산업 폐기물인 레드머드를 재활용하기 때문에 친환경적이고 자원 절약도 가능할 수 있다. 또한, 철(Fe2O3) 성분을 다량 함유하고 있는 레드머드를 이용한 세라믹 볼을 해양에 첨가하게 되면 해양 내 미세조류의 광합성 빈도를 증가시켜 대기 중 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 이에 따라 탄소중립에 조금이나마 기여할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 레드머드를 재활용한 세라믹 볼 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업 폐기물인 레드머드를 재활용하기 때문에 친환경적이고 자원 절약도 가능한 세라믹 볼 및 그 제조방법에 관한 것이다.
레드머드(Red mud)는 보크사이트(Bauxite)를 원료로 알루미나를 제조하는 공정에서 발생하는 적색의 공정산출물이다. 현재 산업의 발달로 인해 알루미나 수요량이 증가함에 따라 레드머드의 발생량도 비례하여 증가하고 있는 상황이다.
하지만, 레드머드의 발생량에 비해 처리 및 처분의 실적은 제한적이어서 재활용의 필요성 또한 높아지고 있다. 현재 국내외적으로 레드머드를 재활용하기 위한 많은 기술들이 시도되고 있지만 발생량에 비해 재활용 되는 양이 극히 적은 편이다.
알루미나 제조공정 부산물인 레드머드는 여러가지 유용한 자원을 포함하고 있음에도 불구하고 아직까지 재활용되지 않고 있어 환경문제를 야기하고 있다. 우리나라에서 레드머드가 매년 약 20만톤 이상 생산되고 있으나 그 대부분은 야적되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 산업 폐기물인 레드머드를 재활용하기 때문에 친환경적이고 자원 절약도 가능한 세라믹 볼 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 레드머드, 점토 분말 및 유리 분말의 혼합물을 성형하여 소성한 것을 특징으로 하는 세라믹 볼을 제공한다.
상기 레드머드는 Fe2O3 35∼45 중량%, Al2O3 18∼26 중량%, SiO2 8∼20 중량%, TiO2 1∼12 중량%, CaO 0.5∼12 중량% 및 Na2O 0.1∼10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 점토 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 소다석회 유리는 Na2O 8∼25 중량%, CaO 8∼25 중량% 및 SiO2 60∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있다.
상기 알루미노실리케이트 유리는 Na2O 8∼22 중량%, RO 80∼22 중량%, Al2O3 8∼22 중량% 및 SiO2 38∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있고, 상기 RO에서 'R'은 Ca, Mg 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 소성은 1000∼1300℃의 온도에서 이루어진 것일 수 있다.
또한, 본 발명은, 출발원료로 레드머드, 점토 분말, 유리 분말 및 물(H2O)을 혼합하여 슬러리 상태로 만드는 단계와, 슬러리 상태의 혼합물을 스프레이 건조(spray drying)하여 과립분말을 수득하는 단계와, 상기 과립분말을 원하는 형태로 성형하고 건조하는 단계 및 성형된 결과물을 소성하는 단계를 포함하는 세라믹 볼의 제조방법을 제공한다.
상기 레드머드는 Fe2O3 35∼45 중량%, Al2O3 18∼26 중량%, SiO2 8∼20 중량%, TiO2 1∼12 중량%, CaO 0.5∼12 중량% 및 Na2O 0.1∼10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 점토 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 소다석회 유리는 Na2O 8∼25 중량%, CaO 8∼25 중량% 및 SiO2 60∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있다.
상기 알루미노실리케이트 유리는 Na2O 8∼22 중량%, RO 80∼22 중량%, Al2O3 8∼22 중량% 및 SiO2 38∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있고, 상기 RO에서 'R'은 Ca, Mg 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 소성은 1000∼1300℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 산업 폐기물인 레드머드를 재활용하기 때문에 친환경적이고 자원 절약도 가능하다. 알루미나를 제조하는 공정에서 발생하는 적색의 공정산출물을 재활용할 수 있으므로 환경 오염을 막을 수 있고 자원 절약도 가능하다. 레드머드를 효율적으로 자원 재활용함으로써 레드머드의 처리에 소요되는 막대한 비용을 절감할 수 있고, 자원을 효율적으로 재활용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 레드머드를 이용한 세라믹 볼은 철(Fe2O3) 성분을 다량 함유하고 있는데, 상기 세라믹 볼을 해양에 첨가하게 되면 해양 내 미세조류의 광합성 빈도를 증가시켜 대기 중 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 이에 따라 탄소중립에 조금이나마 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 국내 ㈜KC에서 생산된 레드머드의 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 볼은, 레드머드, 점토 분말 및 유리 분말의 혼합물을 성형하고 소성하여 형성한 것이다.
상기 레드머드는 Fe2O3 35∼45 중량%, Al2O3 18∼26 중량%, SiO2 8∼20 중량%, TiO2 1∼12 중량%, CaO 0.5∼12 중량% 및 Na2O 0.1∼10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 점토 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 소다석회 유리는 Na2O 8∼25 중량%, CaO 8∼25 중량% 및 SiO2 60∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있다.
상기 알루미노실리케이트 유리는 Na2O 8∼22 중량%, RO 80∼22 중량%, Al2O3 8∼22 중량% 및 SiO2 38∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있고, 상기 RO에서 'R'은 Ca, Mg 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 소성은 1000∼1300℃의 온도에서 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 볼의 제조방법은, 출발원료로 레드머드, 점토 분말, 유리 분말 및 물(H2O)을 혼합하여 슬러리 상태로 만드는 단계와, 슬러리 상태의 혼합물을 스프레이 건조(spray drying)하여 과립분말을 수득하는 단계와, 상기 과립분말을 원하는 형태로 성형하고 건조하는 단계 및 성형된 결과물을 소성하는 단계를 포함한다.
상기 레드머드는 Fe2O3 35∼45 중량%, Al2O3 18∼26 중량%, SiO2 8∼20 중량%, TiO2 1∼12 중량%, CaO 0.5∼12 중량% 및 Na2O 0.1∼10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 점토 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 소다석회 유리는 Na2O 8∼25 중량%, CaO 8∼25 중량% 및 SiO2 60∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있다.
상기 알루미노실리케이트 유리는 Na2O 8∼22 중량%, RO 80∼22 중량%, Al2O3 8∼22 중량% 및 SiO2 38∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있고, 상기 RO에서 'R'은 Ca, Mg 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 소성은 1000∼1300℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 볼을 더욱 구체적으로 설명한다.
파리협정(16년 발효), UN 기후정상회의(19.9) 이후 121개 국가가 기후목표 상향동맹에 가입하면서 2050 탄소중립은 글로벌 의제화되고 있다.
탄소중립(Carbon Neutrality)이란 이산화탄소(CO2)로 대표되는 온실가스(GHG : Greenhouse Gas)의 배출을 줄이는 동시에 이 과정에서 배출된 온실가스는 포집, 저장, 활용(CCUS : Carbon Capture, Utilization and Storage )하여 순배출 제로(Netzero)화를 달성한다는 의미이다.
파리 협정 채택 이후 각국은 1.5℃로 지구온도 상승을 제한하기 위해서는 "넷 제로 배출(net-zero emission)" 정책이 필요하며 이를 위해서는 "배출흡수(negative emission)"를 위한 정책을 펼쳐야 한다고 강조하고 있다.
'배출흡수 기술(negative emission technology)' 중에는 해양 생산성 강화가 있는데, 이는 철 혹은 질소를 해양에 첨가하여 해양 내 미세조류의 광합성 빈도를 증가시켜 대기 중 이산화탄소를 제거하는 것을 의미한다.
본 발명의 발명자들은 레드머드를 이용하여 세라믹 볼을 제조하고, 배출흡수 기술로써 상기 세라믹 볼을 이용하여 해양 생산성 강화를 도모하고자 하여 연구를 진행하였다. 레드머드를 이용한 세라믹 볼은 철(Fe2O3) 성분을 다량 함유하고 있는데, 세라믹 볼을 해양에 첨가하게 되면 해양 내 미세조류의 광합성 빈도를 증가시켜 대기 중 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 이에 따라 탄소중립에 조금이나마 기여할 수 있는 효과가 있다.
레드머드에는 헤마타이트(Hematite)(35∼40 중량% Fe2O3), 알루미나 수화물(Hydrate Alumina)(15∼20 중량% Al2O3·xH2O), 소달라이트(sodalite)(5∼10 중량% Na2O2·SiO2·Al2O3), 칼슘미네랄(Calcium minerals)(5∼10 중량% CaO, CaCO3), 쿼츠(5∼10 중량% SiO2), 제올라이트(Zeolite)(5∼10 중량% Cancrinite) 등의 주요 성분과 기타 소량의 희소금속 광물질이 포함되어 있다.
유가성의 희소금속 성분이 포함되어 있음에도 효율적인 금속 회수 방법을 찾지 못해 기존에는 대부분 육상 매립 및 해양 투기로 처리되어 왔다. 현재는 해양투기 금지로 인하여 육상에 매립하는 것이 대부분이고, 국내의 경우에도 야적하고 있으며 조만간 포화상태에 이를 것으로 판단된다. 야적된 레드머드는 산화철 성분이 많아 붉은 색을 나타내고 있으며, 알칼리 처리 공정에 의하여 고 알칼리성을 나타내고 있어 환경적으로 문제가 되고 있다.
레드머드를 재활용하기 위하여 국내외에서 다각적으로 기술개발이 시도되고 있다. 하지만 발생량에 비해 재활용되는 레드머드의 양은 상대적으로 적은 형편이다. 그러므로 지속적으로 증가하고 있는 발생량에 대비하여 재활용에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다. 초기에 레드머드는 토목 및 건축 자재로 재활용하는 분야가 폭넓게 연구되어 왔다. 최근에는 소재의 특성상 희소금속 등 유가 금속 회수 관련 연구도 진행되고 있다.
보크사이트(Bauxite)는 알루미늄을 환원하기 위한 주요 광물이다. 보크사이트는 알루미늄 산화물이 대략 40% 이상 함유되어 있으나, 광산에 따라 화학 성분 및 물리적 성질이 서로 다른 특성이 있다. 일반적으로 보크사이트는 알루미나 이외에 철, 실리콘, 티타늄 등이 산화물 형태로 존재하고 있으며, 알루미나는 광물학적 특성에 따라 깁사이트(gibbsite), 베마이트(boehmite), 다이어스포어(diaspore)의 형태로 존재한다.
바이어법(Bayer process)은 전해 환원 이전에 보크사이트광에서 알루미나를 추출하는 방법이다. 우선, 보크사이트를 가성소다로 처리하여 알루미나를 가용성으로 변화시켜 잔류 레드머드를 여과하여 제거한 후, 수산화알루미늄(Al2O3·xH2O)을 침전시켜 이것을 여과하고 하소시켜 알루미나를 만든다. 즉, 보크사이트를 수산화나트륨 용액에 용해시켜 모액을 만들고, 이 모액에 수산화알루미늄 시드를 첨가하여 수산화알루미늄을 침전시킨다. 이러한 공정으로 제조된 수산화알루미늄은 물리적 성질과 화학적인 특성이 우수하고 용도가 다양하여 공업적으로 활용도가 높은 원료이다.
국내의 경우 ㈜KC에서 연간 약 30만 톤 (수분포함) 이상의 레드머드 슬러지가 발생하고 있다. 그러나, 대부분 매립, 폐기되거나 성토 등 단순용도로만 사용되고 있으며, 이 중 약 1% (2,500 톤/년)만이 고부가가치 건설소재로 활용되고 있는 실정이다.
레드머드는 알루미나 1 톤을 생산하는데 약 1.5 ~ 2.0 톤 정도가 발생하는데, 전 세계적으로 레드머드는 매년 약 1억 톤/년 이상이 발생되고 있다. 레드머드의 누적량은 약 27억 톤/년으로 추산되고 있으며, 알루미나 사업의 지속적인 발전으로 인해 2015년도에는 레드머드의 발생 누적량이 전 세계적으로 약 30억 톤을 초과한 것으로 추정된다.
국내에서 발생하는 레드머드의 물리화학적 소재특성을 파악하기 위하여 XRF(X-Ray Fluorescence, Shimadzu XRF-1800, Japan), SEM(Scanning Electron Microscopy, JEOL JSM-6700F, Japan) 분석을 실시하였다. XRF 분석 결과, 레드머드에는 철, 티타늄, 알루미늄 등의 유가 물질이 레드머드에 약 70% 이상으로 포함되어 있음을 알 수 있었다. 또한, 희토류 원소인 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La) 등이 소량 포함되어 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 레드머드로부터 유가 금속과 희토류 원소를 재활용하는 기술 개발이 필요할 것으로 판단된다.
국내 ㈜KC에서 생산된 레드머드의 XRF 분석 결과, 주요 성분으로 Fe2O3 40.9 중량%, Al2O3 22.0 중량%, SiO2 13.2 중량%, TiO2 8.23 중량%, CaO 7.09 중량%, Na2O 6.23 중량% 등이 검출되었고, 기타 성분으로 SO3, MgO, ZrO2, P2O5, Cr2O3, K2O 등이 1 중량% 미만 소량 검출되었다.
도 1 및 도 2에 국내 ㈜KC에서 생산된 레드머드의 SEM 분석 결과를 나타내었다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 레드머드 입자의 크기는 1㎛ 이하로 일부 나노입자들은 대부분 제대로 분산이 되지 않고 뭉쳐져 있는 것으로 나타났다.
상술한 레드머드를 재활용하여 세라믹 볼(ceramic ball)을 제조할 수가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 볼은, 레드머드, 점토 분말 및 유리 분말의 혼합물을 성형하고 소성하여 형성한 것이다.
상기 레드머드는 Fe2O3 35∼45 중량%, Al2O3 18∼26 중량%, SiO2 8∼20 중량%, TiO2 1∼12 중량%, CaO 0.5∼12 중량% 및 Na2O 0.1∼10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 점토 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유리 분말은 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 소다석회 유리와 알루미노실리케이트 유리는 물에 녹기 쉬운 유리의 조성 및 성분을 함유하는 수용성 유리로써 해조류나 식물성 플라크톤 등 해양 식물의 생육에 필요한 영양성분을 장기간에 걸쳐 용출할 수 있는 장점이 있다. 소다석회 유리 또는 알루미노실리케이트 유리로 이루어진 유리 분말을 함유하는 세라믹 볼을 해양에 첨가하게 되면, 인, 규소, 철 등의 성분이 장기간에 걸쳐 용출될 수 있으므로 해조류 등이 잘 자랄 수 있고, 이에 따라 공기 중의 CO2를 해양에 고정하거나 해양 내 미세조류의 광합성 빈도를 증가시켜 대기 중 CO2를 제거하는데 기여할 수 있고, 탄소중립의 일환 중 하나인 배출흡수 기술(negative emission technology)로 활용될 수 가 있다.
상기 소다석회 유리는 Na2O 8∼25 중량%, CaO 8∼25 중량% 및 SiO2 60∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있다.
상기 알루미노실리케이트 유리는 Na2O 8∼22 중량%, RO 80∼22 중량%, Al2O3 8∼22 중량% 및 SiO2 38∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있고, 상기 RO에서 'R'은 Ca, Mg 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 소성은 1000∼1300℃의 온도에서 이루어진 것일 수 있다.
상기 세라믹 볼은 1∼200 ㎜의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 볼의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
세라믹 볼을 제조하기 위하여 출발원료로 레드머드, 점토 분말, 유리 분말 및 물(H2O)을 혼합하여 슬러리 상태로 만든다.
상기 레드머드는 Fe2O3 35∼45 중량%, Al2O3 18∼26 중량%, SiO2 8∼20 중량%, TiO2 1∼12 중량%, CaO 0.5∼12 중량% 및 Na2O 0.1∼10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 점토 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부, 더욱 바람직하게는 0.1∼5중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 점토 분말은 세라믹 볼을 적정한 강도로 유지하고 점결제의 역할을 한다. 또한, 상기 점토 분말은 성형 결합제의 역할을 하기도 한다. 상기 점토 분말의 예로 카올린 분말을 들 수 있다.
상기 유리 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부, 더욱 바람직하게는 0.1∼30중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 유리 분말은 소결조제의 역할을 하고 소결을 촉진하는 역할을 한다.
상기 유리 분말은 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리 또는 이들의 혼합물 등으로 이루어질 수 있다. 상기 소다석회 유리와 알루미노실리케이트 유리는 물에 녹기 쉬운 유리의 조성 및 성분을 함유하는 수용성 유리로써 해조류나 식물성 플라크톤 등 해양 식물의 생육에 필요한 영양성분을 장기간에 걸쳐 용출할 수 있는 장점이 있다. 소다석회 유리 또는 알루미노실리케이트 유리로 이루어진 유리 분말을 함유하는 세라믹 볼을 해양에 첨가하게 되면, 인, 규소, 철 등의 성분이 장기간에 걸쳐 용출될 수 있으므로 해조류 등이 잘 자랄 수 있고, 이에 따라 공기 중의 CO2를 해양에 고정하거나 해양 내 미세조류의 광합성 빈도를 증가시켜 대기 중 CO2를 제거하는데 기여할 수 있고, 탄소중립의 일환 중 하나인 배출흡수 기술(negative emission technology)로 활용될 수가 있다.
상기 소다석회 유리는 Na2O 8∼25 중량%, CaO 8∼25 중량% 및 SiO2 60∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있다.
상기 알루미노실리케이트 유리는 Na2O 8∼22 중량%, RO 80∼22 중량%, Al2O3 8∼22 중량% 및 SiO2 38∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리일 수 있고, 상기 RO에서 'R'은 Ca, Mg 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 물은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 15∼90중량부, 더욱 바람직하게는 20∼80중량부 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 혼합은 볼 밀링 공정 등을 이용할 수 있다.
상기 볼 밀링 공정에 대하여 설명하면, 출발원료를 볼과 함께 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 기계적으로 혼합한다. 상기 볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹 재질의 볼을 사용하는 것이 바람직하며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절한다. 예를 들면, 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼1000rpm, 더욱 바람직하게는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 균일한 혼합 등을 위해 10분∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 습식 혼합 공정을 거친 혼합물은 미분화되어 슬러리(slurry) 상태를 이루고 있다.
슬러리 상태의 혼합물을 스프레이 건조(spray drying)하여 과립분말을 수득한다. 상기 스프레이 건조는 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
상기 과립분말을 원하는 형태로 성형하고, 건조 공정을 실시한다. 상기 성형은 일반적으로 알려져 있는 가압성형, 압출성형 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. 상기 건조 공정은 상온∼150℃의 온도에서 10분∼48시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
성형된 결과물을 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입하고 소성 공정을 수행한다. 상기 소성 공정은 1000∼1300℃ 정도의 온도에서 1∼48시간 정도 수행하는 것이 바람직하다. 소성하는 동안에 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
상기 소성은 1000∼1300℃ 정도의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 소성온도가 1000℃ 미만인 경우에는 불완전한 소성으로 인해 세라믹 볼의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1300℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적이다.
상기 소성온도까지는 1∼50℃/min의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직한데, 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 열적 스트레스가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 온도를 올리는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소성은 소성온도에서 1∼48시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 소성 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 더 이상의 소성 효과를 기대하기 어려우며, 소성 시간이 작은 경우에는 불완전한 소성으로 인해 세라믹 볼의 물성이 좋지 않을 수 있다.
또한, 상기 소성은 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기)에서 실시하는 것이 바람직하다.
상기 소성 공정을 수행한 후, 퍼니스 온도를 하강시켜 소성된 결과물을 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
이렇게 제작된 세라믹 볼은 1∼200 ㎜의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (16)
- 레드머드, 점토 분말 및 유리 분말의 혼합물을 성형하여 소성한 것을 특징으로 하는 세라믹 볼.
- 제1항에 있어서, 상기 레드머드는 Fe2O3 35∼45 중량%, Al2O3 18∼26 중량%, SiO2 8∼20 중량%, TiO2 1∼12 중량%, CaO 0.5∼12 중량% 및 Na2O 0.1∼10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼.
- 제1항에 있어서, 상기 점토 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼.
- 제1항에 있어서, 상기 유리 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼.
- 제1항에 있어서, 상기 유리 분말은 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹 볼.
- 제5항에 있어서, 상기 소다석회 유리는 Na2O 8∼25 중량%, CaO 8∼25 중량% 및 SiO2 60∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리인 것을 특징으로 하는 세라믹 볼.
- 제5항에 있어서, 상기 알루미노실리케이트 유리는 Na2O 8∼22 중량%, RO 80∼22 중량%, Al2O3 8∼22 중량% 및 SiO2 38∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리이고,
상기 RO에서 'R'은 Ca, Mg 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼.
- 제1항에 있어서, 상기 소성은 1000∼1300℃의 온도에서 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹 볼.
- 출발원료로 레드머드, 점토 분말, 유리 분말 및 물(H2O)을 혼합하여 슬러리 상태로 만드는 단계;
슬러리 상태의 혼합물을 스프레이 건조(spray drying)하여 과립분말을 수득하는 단계;
상기 과립분말을 원하는 형태로 성형하고 건조하는 단계; 및
성형된 결과물을 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 레드머드는 Fe2O3 35∼45 중량%, Al2O3 18∼26 중량%, SiO2 8∼20 중량%, TiO2 1∼12 중량%, CaO 0.5∼12 중량% 및 Na2O 0.1∼10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 점토 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 혼합하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 유리 분말은 상기 레드머드 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부 혼합하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 유리 분말은 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 소다석회 유리는 Na2O 8∼25 중량%, CaO 8∼25 중량% 및 SiO2 60∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리인 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 알루미노실리케이트 유리는 Na2O 8∼22 중량%, RO 80∼22 중량%, Al2O3 8∼22 중량% 및 SiO2 38∼72 중량%를 조성 성분으로 포함하는 유리이고,
상기 RO에서 'R'은 Ca, Mg 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 소성은 1000∼1300℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230174818A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100994468B1 (ko) | 2010-04-07 | 2010-11-16 | 정영선 | 세라믹볼 제조방법 및 이에 의해 제조되는 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트 |
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2022
- 2022-06-22 KR KR1020220075905A patent/KR20230174818A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100994468B1 (ko) | 2010-04-07 | 2010-11-16 | 정영선 | 세라믹볼 제조방법 및 이에 의해 제조되는 세라믹볼이 포함된 투수 콘크리트 |
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