KR960011326B1 - 제지슬러지 소각재를 이용한 타일의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

제지슬러지 소각재를 이용한 타일의 제조방법

본 발명은 제지 공정중에 폐기물로 발생하는 제지슬러지 소각재를 재활용 하기 위한 것으로서 더욱 상세하게는 제지슬러지 소각재를 건축 자재로 널리 사용되는 타일의 제조에 이용하기 위한 방법에 관한 것이다.

현재 국내 제지 공정중에서 발생되는 제지슬러지는 연간 70만톤 이상에 달하는 상당히 많은 양이며, 이 슬러지는 대부분 소각하여 매립 되어지고 있다. 그러나 제지슬러지 소각재는 외관상으로 좋지 않고, 더욱 매립할 경우 지하수를 오염시킬 수도 있으며 매립지 확보도 쉽지 않아 이의 재활용 방안이 시급한 실정이다.

제지슬러지 소각재는 미연소분이 약간 함유된 무기물로 입도가 미세하고 하기와 같은 화학적 조성을 갖고 있어 건자재, 시멘트 원료 또는 인공경량골재 등에 이용하기 위한 연구들이 시도 되어지고 있다.

예를 들면, 대한민국 특허공고 제89-2566호에는 제지슬러지 소각재 중에 포함되어 있는 SiO를 규산 석회질로 유도하여 소석회, 석면, 규산소다 등을 첨가하여 증기 양생시켜 내화성 건축 자재를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 또한 대한민국 특허공고 제91-2580호에도 제지슬러지 소각재에 강산을 가하여 팽윤 처리 후 시멘트, 석고, 석면, 가성소다 등을 첨가하여 양생시켜 내화성 건축자재를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그러나 이들 방법들은 양생기간이 2~4주 정도로 너무 길고, 또한 일정 온도와 압력을 가해야 하는 등 양생조건이 까다롭고, 각종 혼합제의 첨가에 따른 원료 가격의 상승과 제조공정이 복잡하여 이들로부터 생산되는 자재의 이용이 경제적이지 못한 문제점이 있다.

또한 제지슬러지 소각재 자체로 그 비중이 1.91~2.46으로 타무기원료(장석류 : 2.57~2.75, 납석 : 2.65~2.9, 카온린 : 2.61, 점토류 : 2.4~2.6)보다 낮고 평균입도가 5~6㎛로 미소하여 소성시 큰 비표면적으로 높은 표면에너지를 갖기 때문에 소결시 표면에너지를 낮추어 열역학적으로 안정화되려는 구동력이 커서 소성 수축율이 크며, 내화도가 낮고, 선수축율이 크면서도 흡수율이 클 뿐만 아니라, 가소성이 전혀 없어 성형하기 힘든 소재상의 문제점이 있어 상기와 같은 활용 방안이 있음에도 불구하고 적극적으로 이용되지 못하는 난점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기와 같은 소재상의 특성에 따른 문제점을 해결한 새로운 제지슬러지 소각재의 활용 방안을 제시하려는 데에 그 목적이 있다.

상기의 목적에 따라, 본 출원인은 제지슬러지 소각재의 특성을 보다 면밀하게 조사하고 이를 보다 적극적으로 활용하기 위한 방안들을 연구한 결과 제지슬러지 소각제의 화학조성이 건축물 내외장재 및 바닥재로 널리 사용되어지는 타일의 제조에 사용되어지는 장석류, 점토류, 도석류 등과 유사함을 발견하고 이를 일정량 첨가하여 사용할 때 타일의 특성을 향상시키고 더욱 소성 온도를 낮출 수 있다는 효과를 발견하게 되어 본 발명에 이르게 되었다.

즉, 본 발명은 제지슬러지 소각재 10중량%, 납석 25~30중량%, 도석 11~15중량%, 점토 20~30중량%, 석회석 10~20중량%, 장석 5~10중량%를 혼합 분쇄하고 소정의 압력으로 성형하여 고온에서 소성하는 것으로 행하여지는 제지슬러지 소각재를 첨가한 벽 타일의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 제지슬러지 소각재 10중량%, 납석 20~25중량%, 도석 10~20중량%, 장석 30~35중량%, 점토 10~20중량%, 석회석 1~5중량%를 혼합 분쇄하고, 소정의 압력으로 성형하여 고온에서 소성하는 것으로 행하여지는 제지슬러지 소각재를 첨가한 바닥 타일의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 사용되어지는 제지슬러지 소각재는 미연소분이 약간 함유된 무기물로서 입도분포가 분쇄전에는 325메쉬 이하가 50~60중량%이고, 200메쉬 이하는 94~95중량%로 미세한 편이며, 분쇄 후에는 325메쉬 이하가 99.9중량%(평균입도 : 5~6㎛)로 매우 미세하며, 상기한 바와 같이 그 화학적 조성이 기존의 타일 원료로 사용되는 장석류, 점토류 또는 도석류 등과 매우 유사하다.

그러나 비표면적이 커서 소결시 소성 수축을 하며 내화도가 낮고 흡수율이 큰 문제점 이외에도 가소성이 전혀 없어 소량이 첨가되더라도 성형하여 소결로를 이동시 성형물이 부서지거나 소성물의 소성 수축이 커지는 문제점이 있다.

본 발명에서는 점토류, 도석류, 납석류, 장석류 등의 기타 부재들과 제지슬러지 소각재의 혼합비를 상기와 같이 적절히 하여 주어 성형물에 가소성을 주거나 내화도를 조정하거나 소성시 조성물 상호간의 결합을 높혀 상기의 문제점을 해결할 수 있다.

즉, 점토류는 가소성르 부여하며, 납석류는 소결시 결정수의 탈수 속도가 완만하며 소결후 오히려 단위 셀이 약간 증가하여 팽창하는 성질이 있어 내화도와 선추축율을 조정하는 역할을 하며, 장석류는 가열시 용융하여 강한 융체가 되고 냉각시에는 결정화되지 않고 유리 상태로 남아 소성체의 결정립사이의 입계에 들어가 기공을 없애 주고 바인더 역할을 하며, 석회석은 소성수축과 내화도의 조정 및 원료 혼합시 제지슬러지 소각재와 타소재간의 친화성을 향상시켜 주는 역할을 하게 된다.

본 발명에 있어, 소정 성형물의 벽 타일일 때와 바닥 타일의 경우, 상기 부재들간의 혼합 구성비가 조금씩 달라지게 되는데 이는 바닥 타일의 경우 흡수율과 꺽임 강도 등의 요구되는 특성이 벽타일과 다르기 때문에 이에 대한 고려의 결과이다.

본 발명에 있어, 상기한 제지슬러지 소각재를 첨가한 벽/바닥 타일의 제조방법에 있어, 각 부재들을 혼합 분쇄한 후, 성형 방법은 통상의 타일 제조공정에서 행하여지는 200~300㎏/㎤의 압력으로 축가압 성형한다.

또한 소결 온도는 벽타일의 경우 1100~1125℃, 바닥타일의 경우 1135~1150℃로 행하여진다.

이는 종래 벽 또는 바닥 타일의 제조 공정에서의 소결 온도 보다 30~50℃ 정도 낮은 값이다.

이와 같이 제지슬러지 소각재를 첨가형 벽 또는 바닥 타일을 제조할 때 소성온도를 종래의 공정보다 30~50℃ 낮출 수 있는 것은 에너지 절감과 원가절감의 측면에서 매우 의미 있는 발견이 아닐 수 없다.

본 발명의 방법에 의하여 제조되어지는 타일들은 벽타일의 경우 밀도가 1.55~1.59, 선수축율이 -0.2~0%[(-)부호는 팽창을 의미함], 흡수율 18% 이하이고 꺽임 강도가 8㎏f/㎝ 이상이고 바닥 타일의 경우, 비중이 2.00~2.16, 선수축율이 8.0~8.36%, 흡수율이 2.5% 이하이고, 꺽일 강도가 13㎏f/㎝ 이상으로써 종래의 납석, 도석, 점토, 고령토, 석회석 만으로 제조되어진 타일에 비하여 최소한 비등하거나 우수한 특성을 갖는다.

본 발명의 제지 슬러지 소각재를 첨가한 벽, 바닥 타일의 제조방법을 각 공정별로 더욱 상세하게 하면 다음과 같다.

(제 조 공 정)

1. 원료칭량

제지슬러지 소각재를 10중량% 첨가하고 가소성을 부여하기 위해 점토류를 16~26중량%, 내화도와 선수축율을 조정하기 위해 내화도가 높고 소결시에 결정수의 탈수속도가 완만하며 소결후 오히려 단위셀이 약간 증가하여 팽창하는 성질을 갖는 납석을 20~30중량%, 가열시 용융하여 강한 융체가 되고 냉각시에는 결정화하지 않고 유리상태로 남고 결정립과 결정립 사이의 입계에 들어가 기공을 없애주고 바인더 역할을 하는 장석류를 8~35중량%, 소성수축과 내화도의 조정 및 원료혼합시 소각재와의 친화성을 주기 위해 석회석을 5~20중량%, 그외 도석을 9~23중량% 첨가하여 칭량한다.

2. 분 쇄

상기 1에서 칭량한 원료에 원료무게와 같게 물을 첨가하여 볼밀기를 이용해 원료를 분쇄·혼합한다. 분쇄시간은 30분이면 충분하나 그 시간을 늘려 1~3 시간동안 분쇄할 경우 입도가 더욱 미세하게 되어 성형·소결시 입자간의 접촉점을 많게 함으로써 소성수축과 흡수율을 동시에 줄일 수 있다. 기존의 타일소지의 경우 그 평균 입도가 13~17㎛인데 비해 개발된 소지의 평균입도는 7~9.5㎛로 훨씬 미세하여 소성속도를 빠르게 해주고 소성온도를 낮추는데 도움을 준다.

3. 건 조

혼합, 분쇄된 원료를 105℃의 건조에서 수분함량 5중량%가 될 때까지 건조시킨다.

4. 성 형

건조된 원료는 200~300㎏/㎤의 성형압력으로 성형한다. 성형은 일축가압식 프레스기를 사용하며, 가압할 때 내부의 공기를 충분히 빼내어 균일하고 높은 충진밀도를 갖도록 하며 소성수축과 흡수율을 동시에 줄일 수 있다.

5. 소 결

승온속도 10~15℃/분, 1100~1150℃에서 30분간 유지, 자연 냉각시키는 방식으로 소성하며, 최적온도는 벽타일의 경우 1115℃, 바닥타일의 경우 1140℃로서 기존타일의 소성온도 보다 10~30℃ 낮출 수 있다.

실시예

다음에 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명은 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예들은 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것이지 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

제지슬러지 소각재 10중량%와 납석 30중량%, 도석 15중량%, 점토 26중량%, 석회석 11중량%, 장석 8중량%를 혼합하고 볼밀기로 분쇄하여 50메쉬채에 통과시켜 평균입도를 8.01~9.19㎛로 조정하였다.

다음에 이 시료를 105℃ 건조기에서 수분함량 5중량%까지 건조시킨 후 200~300㎏/㎤의 압력으로 성형하고 승온속도 10~15℃/분으로 올려 1100~1125℃에서 30분간 유지한 후 자연 냉각하여 내장·벽타일을 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 기재한 조합에서 납석을 5중량% 줄여 25중량%, 대신 석회석을 5중량% 늘여 16중량%로 한 것을 제외하고는 실질적으로 실시예 1과 동일하게 처리하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 기재한 조합에서 납석을 5중량% 줄여 25중량%, 도석을 4중량% 줄여 11중량%, 대신 석회석을 9중량% 늘어 20중량%로 한 것을 제외하고는 실질적으로 실시예 1과 동일하게 처리하였다.

비교예 1

기존 내장 벽타일의 일반적 조성인 납석 20~25중량%, 도석 17~22중량%, 점토 20~26중량%, 고령토 10~15중량%, 석회석 5~8중량%를 혼합하여 볼밀기로 분쇄(분쇄 후에는 평균입도가 13.23~10.07㎛로 실시예 1~3보다 약간 큼)하였다. 이 시료를 105℃ 건조기에서 수분함량 5중량%까지 건조시킨 후 200~300㎏/㎤의 압력으로 성형하고 승온속도 10~15℃/분으로 올려 1120~1125℃에서 30분간 유지한 후 자연 냉각하여 기존의 내장 벽타일을 제조하였다.

이상과 같은 실시예 1~3 및 비교예 1에서 제조되어진 타일의 물성을 아래 [표2]와 같았다.

실시예 4

제지슬러지 소각재 10중량%와 장석 30중량%, 도석 14중량%, 점토 16중량%, 납석 25중량%, 석회석 5중량%를 혼합하고 볼밀기로 분쇄하여 50메쉬채에 통과시켜 평균입도를 7.12~9.52㎛로 조정하였다.

다음에 이 시료를 105℃ 건조기에서 수분함량 5중량%까지 건조시킨 후 200~300㎏/㎤의 압력으로 성형하고 승온속도 10~15℃/분으로 올려 1135~1150℃에서 30분간 유지한 후 자연 냉각하여 바닥 타일을 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 4에서 도석을 5중량% 늘여 19중량%, 납석을 5중량% 줄여 20중량%로 한 것을 제외하고는 실질적으로 실시예 1과 동일하게 처리하였다.

실시예 6

상기 실시예 4에서 장석을 5중량% 늘여 34중량%, 도석을 5중량% 줄여 9중량%로 한 것을 제외하고는 실질적으로 실시예 1과 동일하게 처리하였다.

비교예 2

기존 바닥 타일의 일반적 조성인 장석 40~50중량%, 도석 20~30중량%, 점토 15~20중량%를 혼합하여 볼밀기로 분쇄(분쇄 후에는 평균입도가 13.56~16.81㎛로 실시예 4~6보다 큼)하였다. 이 시료를 105℃ 건조기에서 수분함량 5중량%까지 건조시킨 후 200~300㎏/㎤의 압력으로 성형하고 승온속도 10~15℃/분으로 올려 1150~1170℃에서 30분간 유지한 후 자연 냉각하여 기존의 바닥 타일을 제조하였다.

이상과 같은 실시예 4~6 및 비교예 2에서 제조되어진 바닥 타일의 물성을 아래(표3)와 같다.

이상과 같은 방법으로 제조한 제지슬러지 소각재를 10중량% 함유한 타일은 다음면에서 장점과 의의를 찾을 수 있다.

첫째, 제지슬러지 소각재를 재활용하여 매립물제를 해결할 수 있고 그와 동시에 기존원료를 대체함으로써 타일제조원가를 절감할 수 있으며, 둘째, 타일제조시 제지슬러지 소각재의 낮은 비중으로 타일의 무게를 3.6~12.9중량% 줄일 수 있으며, 셋째, 제지슬러지 소각재의 저내화도 특성으로 소성온도를 10~30℃ 낮출 수 있어 연료절감 효과를 볼 수 있으며, 넷째, 기존의 타일 보다 외관이 더 매끄럽고 색상이 깨끗하며, 마지막으로, 제지슬러지 소각재의 타일로의 재활용 기술을 기반으로 다른 건자재로의 재활용이 가능하게 되고 또한 모든 무기성 일반폐기물의 재활용으로 확대하여 궁극적으로 환경문제를 해결하는데 일익을 담당할 수 있다.

Claims (2)

1. 타일 소지의 평균입도가 8~9.2㎛이며, 제지슬러지 소각재 10중량%, 납석 25~30중량%, 도석 11~15중량%, 점토 20~30중량%, 석회석 10~20중량%, 장석 5~10중량%를 혼합하여 분쇄하고 200~300㎏/㎤의 압력으로 성형하여 1100~1125℃의 고온에서 2~3시간 소성함을 특징으로 하는 제지슬러지 소각재를 첨가한 벽타일의 제조방법.
2. 타일 소지의 평균입도가 8~9.2㎛이며, 제지슬러지 소각재 10중량%, 장석 30~35중량%, 도석 10~20중량%, 점토 10~20중량%, 납석 20~25중량%, 석회석 1~5중량%를 혼합하여 분쇄하고 200~300㎏/㎤의 압력으로 성형하여 1135~1150℃의 고온에서 2~3시간 소성함을 특징으로 하는 제지슬러지를 첨가한 바닥 타일의 제조방법.