WO2011071217A1 - 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법 - Google Patents

슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법 Download PDF

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WO2011071217A1
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing lightweight building materials using sludge waste, and more particularly, to manufacturing lightweight building materials using sludge waste produced by adding feldspar, bentonite, zeolite, loess, mica and leadstone to sludge waste. It relates to a method and a lightweight building material produced thereby.
  • the designated disposal site should not affect the soil or environment of the neighboring area, so the pretreatment and after-care are very strict, and therefore, a considerable expense is required. It is true.
  • the lightweight aggregate thus produced has the advantage of not only reducing the specific gravity of the concrete used but also obtaining the effect of insulation and sound insulation at the same time due to the numerous pores inside the lightweight aggregate.
  • Korean Patent No. 10-0859002 proposed a method of manufacturing artificial lightweight aggregate by crushing sewage sludge, coal fly ash and clay to 1 mm or less, and then molding and firing at 1100 ° C. to 1200 ° C. for 10 to 15 minutes.
  • Patent 10-0450898 firstly dehydrated sewage sludge in the state of dehydrated cake for 24 hours, and then pulverized and mixed with clay, silica sand, gypsum and blast furnace slag powder to form, secondary drying process and 13 hours firing process at 900 °C ⁇ 1100 °C
  • Various methods have been proposed in many patents, such as suggesting a method of manufacturing plastic construction materials, and these inventions have no effect of dissolution of heavy metals and have the effect of producing lightweight aggregates, but require a lot of energy and diversify products during the manufacturing process. It was difficult and there was a problem that the strength of the product using the residue after incineration was weak.
  • the present inventors have made diligent efforts to solve the above problems, and when feldspar, bentonite, zeolite, ocher, mica and feldspar are added to the sludge waste, it can be confirmed that a lightweight construction material having excellent physical properties can be manufactured by a simple process.
  • the present invention has been completed.
  • the present invention is to provide a method for producing a lightweight building material using the sludge waste to recycle the waste sludge in a simple process to produce a lightweight building material with excellent properties.
  • the present invention is 100 parts by weight of sludge waste, 10 to 60 parts by weight of feldspar, 30 to 110 parts by weight of bentonite, 40 to 100 parts by weight of zeolite, 40 to 110 parts by weight of ocher, 30 to 160 parts by weight of mica. And mixing 30-40 parts by weight of paurite; (b) molding the mixture; And (c) provides a method for manufacturing a lightweight building material using the sludge waste comprising the step of firing the molded building material to produce a variety of building materials.
  • the present invention is also 100 parts by weight of sludge waste, 10 to 60 parts by weight of feldspar, 30 to 110 parts by weight of bentonite, 40 to 100 parts by weight of zeolite, 40 to 110 parts by weight of ocher, 30 to 160 parts by weight of mica and 30 to 40 of feldspar. It provides a light weight building material, characterized in that the weight portion.
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of floating pictures and water products of lightweight building materials according to the invention.
  • Figure 2 shows the manufacturing process of the lightweight building material using the sewage sludge waste in the cake state according to the present invention.
  • Figure 3 shows the compressive strength test results of Examples 1, 2 and 3 of lightweight building materials using sewage sludge waste in the cake state according to the present invention.
  • Figure 4 shows a manufacturing process diagram of the lightweight building materials using the constant sludge waste of the cake state according to the invention.
  • the present invention in one aspect, (a) 100 parts by weight of sludge waste, 10 to 60 parts by weight of feldspar, 30 to 110 parts by weight of bentonite, 40 to 100 parts by weight of zeolite, 40 to 110 parts by weight of ocher, 30 to 160 parts by weight of mica And mixing 30-40 parts by weight of paurite; (b) molding the mixture; And (c) relates to a method for manufacturing a lightweight building material using the sludge waste comprising the step of firing the molded building material to produce a variety of building materials.
  • the lightweight building material refers to materials required for the construction of buildings or structures, such as lightweight bricks, sidewalk blocks, lightweight panels and lightweight aggregates.
  • the sludge refers to sludge, etc., which is obtained by filtering and settling the material obtained from various steps of the sewage treatment process, the water intake pipe, and the raw water introduced from the intake well in the water purification process. Since sludge contains organic matter and its water content is high, until now, the sludge has been stabilized by anaerobic treatment and then dehydrated and landfilled, or treated by underwater dumping or pumping and then sent to the sea.
  • the landfilling method has a difficulty in securing landfills due to the increase in the amount of sludge, and the method of throwing it into the sea has a disadvantage in that the treatment process is difficult and the possibility of environmental pollution cannot be completely excluded. Therefore, in the present invention, not only the economic effect was obtained by reducing the environmental pollution by providing a method of making lightweight building materials by recycling the sludge waste in a simplified process.
  • feldspar is an aluminum silicate mineral, moss hardening is 6, specific gravity is 2 ⁇ 2.7, split in two directions of 90 °, white, gray, dark brown and the like.
  • loess refers to a sediment mainly composed of particles having a diameter of 0.002 mm to 0.005 mm in silt size, yellowish brown color, not weathered, making a angular vertical wall, and mainly containing quartz, and other fluorite, hornblende Etc., and it is lime.
  • ocher is added to improve the sintering ability to improve strength, obtain far-infrared emission effect and deodorization effect, reduce wear and tear by equipment, and save energy by lowering firing temperature. It showed an effect.
  • bentonite refers to clays mainly containing montmorillonite, which is a mineral belonging to a monoclinic system having a mica-like crystal structure as a clay mineral formed by the alteration of fine glass particles derived from volcanic ash.
  • the color is white, gray, light brown, light green, etc., and in the manufacture of building materials, the addition of bentonite can improve the folding and absorbing power.
  • zeolite are words that are generically aluminum silicate hydrate the mineral of the alkaline and alkaline earth metals, (Si, Al) O 4 in which tetrahedrons, the large gaps present in the structure bonded to the three-dimensional mesh center Is characteristic. Many kinds but high water content, nature of crystal, ) And the like. Hardness does not exceed 6, specific gravity is about 2.2. Generally it is colorless transparent or white translucent. As it is a porous material, it improves the absorption of building materials to be manufactured, makes it possible to lighten the product, and removes odors.
  • dust is solid particles present in air or gas. It is mainly caused by the work of solid exploding, breaking and cutting by mechanical action. Dust is also floating in the air by the action of volcanic eruptions, Barran, rock breakdown, weathering, meteorites, etc. ), Bacteria and the like. The particles range from slightly larger than 100 ⁇ m to around 0.01 ⁇ m. By applying dust to the production it is possible to reduce the content of clay can have the effect of saving manufacturing costs. In addition, it is possible to lower the firing temperature has the effect of saving energy, improve the sintering properties.
  • Mica is an important coarse mineral in granite, which is a layered silicate mineral. Hardness 2.5-4, specific gravity 2.75-3.2, yellow, brown, green. It contains 2.82ppm of germanium (Ge), so the spectral distribution of far-infrared rays, which is beneficial to the human body, is high, so the far-infrared radiation is high.
  • Ge germanium
  • agalmatolite has a general chemical formula of Al 2 O 3 4SiO 2 H 2 O, and a theoretical content ratio of Al 2 O 3 : 28.3%, SiO 2 : 66.7%, and H 2 O: 5% Consists of There are various colors from white to green, specific gravity is 2.7 ⁇ 2.9, and hardness is very low as 1-2.
  • feldspar By adding feldspar to the production of building materials, it induces a pozzolanic reaction with water, giving strength to building materials, improving water resistance and corrosion resistance, and absorbing noise and water.
  • clay refers to fine soil particles having a diameter of 0.004 mm or less, and has a much larger surface area per unit weight than sand or silt, and thus retains moisture.
  • a method for producing a light weight building material using sludge waste has 10 to 60 parts by weight of feldspar, 30 to 110 parts by weight of bentonite, 40 to 100 parts by weight of zeolite, and 40 to 110 parts by weight of clay based on 100 parts by weight of sludge waste. , 30 to 160 parts by weight of mica and 30 to 40 parts by weight of feldspar.
  • the strength when added in less than 10 parts by weight, the strength may be lowered, and when added in excess of 60 parts by weight, a cost problem occurs.
  • the absorbency of the product when added in less than 30 parts by weight, the absorbency of the product may be lowered, and when added in excess of 110 parts by weight, a cost problem occurs.
  • the absorbency when the zeolite is added in less than 40 parts by weight, the absorbency may be lowered and the degree of weight reduction may be insufficient, and when added in excess of 100 parts by weight, the strength of the product may be weakened.
  • the ocher when the ocher is added less than 40 parts by weight, energy loss due to a decrease in strength and an increase in the firing temperature may be exhibited, and when it is added in excess of 110 parts by weight, a cost problem occurs.
  • the molding force when the mica is added in less than 30 parts by weight, the molding force may be lowered, and when added in excess of 160 parts by weight, a cost problem occurs.
  • the strength when added in less than 30 parts by weight, the strength may be lowered, and when added in excess of 40 parts by weight, a cost problem occurs.
  • the firing temperature when less than 10 parts by weight of dust is added, the firing temperature may be increased, and energy may be wasted, and when added in excess of 20 parts by weight, the strength may be weakened.
  • the molding can be carried out in a conventional manner, preferably in a dry press and pressurized at a pressure of 1200 to 1500 tons.
  • the firing process may be carried out by a conventional firing method such as tunnel kiln, kiln housework, etc., and the water permeability of the building material produced by adjusting the firing temperature is made at 1140 ⁇ 1190 °C 3 to 5 hours. It is decided. If the sintering temperature is less than 1140 ° C, the strength may be lowered. If the calcination temperature exceeds 1190 ° C, the permeability pores may be blocked and the water permeability decreases.
  • a conventional firing method such as tunnel kiln, kiln housework, etc.
  • the present invention sludge waste 100 parts by weight, feldspar 10-60 parts by weight, bentonite 30-110 parts by weight, zeolite 40-100 parts by weight, loess 40-110 parts by weight, mica 30-160 parts by weight and feldspar 30 It relates to a light weight building material, characterized in that ⁇ 40 parts by weight.
  • Method for manufacturing lightweight building materials using sludge waste according to the present invention and the lightweight building materials manufactured by this process is carried out in the form of a cake by transporting the sludge waste in the form of a mixture without the pretreatment process, and then molded and fired to produce a lightweight building material drying process It has been shown to reduce water and energy, to suppress the generation of arsenic, dust and odor, and to be able to produce large quantities, and to control sludge and bubbles in various ways by mixing various inorganic materials, and to provide sludge recycled building materials with improved strength. do.
  • the sewage sludge in the cake state was produced as a cake in a sewage treatment plant in Gwangju, Gyeonggi-do, and used immediately after mixing without any other treatment.
  • Feldspar is composed of K 2 O 9 Na 2 O 3 SiO 2 , purchased with a particle size of 2m or less in critical mines, and loess was purchased and used with a particle size of 2mm or less in wind direction ocher Co., Ltd. It was purchased from SAL Green Co., Ltd. with a particle size of 3 mm or less.
  • Zeolite was purchased from Salgreen Co., Ltd. and used as a particle size of about 375 mesh.
  • the firing is made for 3 hours 30 minutes to 4 hours 30 minutes, the firing temperature is 1150 ⁇ 1190 °C, the firing temperature 1160 °C to become a light-permeable product and when fired in the range of 1180 ⁇ 1190 °C lightweight general Can produce bricks
  • the comparative example showed more than equivalent results, and the specific gravity was measured to be low, and it can be seen that it can be used as a lightweight product. Absorption rate was different depending on the firing temperature, the absorption was measured to be low when firing at 1180 °C or more.
  • the experimental results are shown in Table 2.
  • the compressive strengths of Examples 1, 2 and 3 were tested by the KS F 4004: 2008 test method.
  • Mica was purchased from Gyeongbuk Bonghwa with a particle size of 2 mm or less, and feldspar was purchased from Gyeongnam feldspar mine, and zeolite was purchased from Salgreen Co., Ltd. Feldspar was composed of K 2 O 9 Na 2 O 3 SiO 2 , purchased from a critical mine with a particle size of 2 m or less, and bentonite was purchased from Salgreen Co., Ltd. with a particle size of 3 mm or less.
  • Firing temperatures up to 1180 ° C become permeable products, and firing at temperatures above 1180 ° C can produce products that are not permeable.
  • the method for manufacturing lightweight building materials using sludge waste according to the present invention can recycle waste sludge, and by reducing or eliminating the process of drying, crushing and incineration, it saves energy and generates dioxin generated in the above process. Not only is it possible to prepare a lightweight building material with excellent strength and excellent permeability by mixing a specific inorganic material.

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Abstract

본 발명은 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 슬러지 폐기물에 장석, 벤토나이트, 제올라이트, 황토, 운모 및 납석을 첨가하여 제조되는 슬러지 폐기물을 이용한 경량건축자재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 경량 건축자재에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 폐슬러지를 재활용하여 친환경적이고, 공정을 간략화 시켜 에너지를 절감할 수 있으며, 특정 무기물을 혼합함으로써 강도가 뛰어나고 투수성이 우수한 경량 건축자재를 제조할 수 있다.

Description

슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법
본 발명은 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 슬러지 폐기물에 장석, 벤토나이트, 제올라이트, 황토, 운모 및 납석을 첨가하여 제조되는 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 경량 건축자재에 관한 것이다.
일반적으로 정수장이나 하수종말처리장, 공장 또는 소각장 등에서 발생하는 슬러지 및 유기물이 아닌 모든 잔재물은 폐기물로 분류되어, 수거과정을 통하여 지정된 방법으로 폐기되었다. 그러나, 상기와 같은 폐슬러지를 수거하여 폐기하기 위해서는 대형의 수거시설 및 수거 장치를 구비하여야 하고, 수거된 자체로 매립하여 폐기되는 것이 아니라, 환경적 측면에서의 자연적 재생 작용을 얻고자 채취된 점토와 폐슬러지를 혼합한 상태에서 매립하게 된다. 이로 인해 점토의 소비량이 많을 뿐만 아니라, 혼합 점토에 의한 부피 및 매설량이 과도하게 증대하므로 폐기장의 지정 및 설립에 많은 어려움을 겪고 있었다.
상기와 같은 폐기과정 자체에서 과다한 폐기 비용이 소요됨은 물론 지정된 폐기장 역시 인접 지역의 토양이나 환경에 영향을 끼치지 아니하여야 하므로 전처리 및 사후 관리가 매우 엄격하게 이루어지게 되어 이에 따라 상당한 경비를 소요하고 있는 실정이다.
또한, 산업 사회가 발달함에 따라 천연 자재가 상당히 부족한 실정에 있으므로, 이에 주목하여 슬러지 폐기물을 무기물과 혼합 가공하여 성형한 뒤 건조, 소성 단계를 거쳐 건자재를 제조하는 방법이 제시되었다. 이렇게 제조된 경량골재는 사용한 콘크리트의 비중을 감소시킬 뿐만 아니라 경량 골재 내부에 무수한 기공들로 인하여 단열 및 방음의 효과도 동시에 얻을 수 있는 장점이 있다.
이에 한국등록특허 10-0859002에서는 하수 슬러지, 석탄 비산재 및 점토를 각각1mm이하로 분쇄한 뒤 성형하고 1100℃~1200℃에서 10~15분간 소성하여 인공경량골재를 제조하는 방법을 제시하였고, 한국등록특허 10-0450898에서는 탈수케이크 상태의 하수슬러지를 24시간 1차 건조하고 분쇄한 뒤 점토, 규사, 석고 및 고로슬래그분말과 혼합하여 성형, 2차 건조 과정 및 900℃~1100℃에서 13시간 소성과정을 거쳐 소성 건자재 제조 방법을 제시하는 등 많은 특허에서 다양한 방법들을 제시하였는데, 이 발명들은 중금속의 용출이 없으며 경량의 골재를 제조할 수 있는 효과가 있었으나, 제조 과정 중에 많은 에너지가 소요되고 제품의 다변화가 어려우며 소각 후 잔재물를 이용한 제품의 경우 강도가 약하다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 슬러지 폐기물에 장석, 벤토나이트, 제올라이트, 황토, 운모 및 납석을 첨가한 경우, 단순한 공정으로 물성이 우수한 경량 건축자재를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
발명의 요약
본 발명은 단순한 공정으로 폐슬러지를 재활용하여 물성이 우수한 경량 건축자재를 제조하는 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 슬러지 폐기물 100중량부, 장석 10~60중량부, 벤토나이트 30~110중량부, 제올라이트 40~100중량부, 황토40~110중량부, 운모 30~160중량부 및 납석 30~40중량부를 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 성형하는 단계; 및 (c) 상기 성형된 건축자재를 소성하여 다양한 건축자재로 제조하는 단계를 포함하는 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 슬러지 폐기물 100중량부, 장석 10~60중량부, 벤토나이트 30~110중량부, 제올라이트 40~100중량부, 황토 40~110중량부, 운모 30~160중량부 및 납석 30~40중량부인 것을 특징으로 하는 경량 건축자재를 제공한다.
도 1는 발명에 따른 경량 건축자재 제품의 사진과 물에 뜨는 모습을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 케이크 상태의 하수 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 공정도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 케이크 상태의 하수 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재 중, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 압축강도 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 4은 발명에 따른 케이크 상태의 상수 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 공정도를 나타낸 것이다.
발명의 상세한 설명 및 구체적인 구현예
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다
본 발명은 일 관점에서, (a) 슬러지 폐기물 100중량부, 장석 10~60중량부, 벤토나이트 30~110중량부, 제올라이트 40~100중량부, 황토40~110중량부, 운모 30~160중량부 및 납석 30~40중량부를 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합물을 성형하는 단계; 및 (c) 상기 성형된 건축자재를 소성하여 다양한 건축자재로 제조하는 단계를 포함하는 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 경량 건축자재는 경량벽돌, 보도블럭, 경량판넬 및 경량골재등과 같이 건물이나 구조물을 시공시에 필요한 자재를 일컫는다.
본 발명에 있어서, 슬러지는 하수처리 공정의 여러 단계에서 얻어지는 물질및 취수관, 취수정에서 인입돼어 온 원수를 정수공정에서 여과 및 침전을 하면서 나오는 슬러지 등을 가리키며 오니(汚泥)라고도 한다. 슬러지는 유기물을 함유하고 있으며 함수율도 높기 때문에 지금까지는 혐기처리에 의해 슬러지를 안정화한 후 탈수하여 매립하는 방법으로 처분하거나, 수중투기법이나 양수법으로 처리한 후에 바다로 내보냈다. 그러나 매립하는 방법은 슬러지량의 증가로 인해 매립지 확보에 어려움을 가지게 되었고 바다에 투척하는 방법은 그 처리 과정이 까다롭고 환경오염의 가능성을 완전히 배제할 수 없는 단점이 있다. 이에 본 발명에서는 간략화 된 공정으로 슬러지 폐기물을 재활용하여 경량 건축자재를 만드는 방법을 제시함으로써 경제적인 효과를 얻었을 뿐만 아니라 환경오염을 줄일 수 있었다.
본 발명에 있어서, 장석(Feldspar)은 알루미늄 규산염광물이며, 모스 굳기는 6이고, 비중은 2~2.7, 쪼개짐의 두 방향은 90˚를 이루며, 흰색, 회색, 짙은 갈색 등을 띠고 있다. 본 발명에서 장석을 첨가함으로써 건축자재의 접력을 향상시켰으며, 소성 온도를 낮출 수 있게 하여 에너지를 절감할 수 있는 효과를 나타내었고, 강도를 향상시켰다.
본 발명에 있어서, 황토(Loess)는 주로 실트 크기의 지름 0.002~0.005mm인 입자로 이루어진 퇴적물을 말하며 황갈색을 띠고 풍화를 잘 받지 않으며, 모난 수직 벽면을 만들고 주로 석영을 함유하며 그 밖에 휘석, 각섬석 등을 함유하여 석회질이다. 건축 자재를 제조할 때, 황토가 첨가됨으로써 소결성이 우수하여 강도를 향상시키고, 원적외선 방출 효과 및 탈취 효과를 얻을 수 있으며, 기기에 의한 마모가 적고, 소성 온도를 낮출 수 있게 하여 에너지를 절감할 수 있는 효과를 나타내었다.
본 발명에 있어서, 벤토나이트(bentonite)는 화산재에서 유래된 미세한 유리질 입자들의 변질로 생긴 점토광물로써 운모와 같은 결정구조를 하는 단사정계에 속하는 광물인 몬모릴로나이트가 주로 들어있는 점토를 말한다. 빛깔은 백색, 회색, 담갈색, 담녹색등을 나타내며, 건축자재를 제조함에 있어서 벤토나이트를 첨가함으로써 접력과 흡수력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 제올라이트(Zeolite)는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭하는 말로, (Si, Al) O4의 사면체가 입체망상으로 결합하고 있는 구조로 중앙부에 큰 틈이 존재하는 것이 특징이다. 종류는 많으나 함수량이 많은 점, 결정의 성질, 산상(
Figure PCTKR2010003540-appb-I000001
) 등에 공통성이 있다. 굳기는 6을 넘지 않으며, 비중은 약 2.2이다. 일반적으로 무색 투명하거나 백색 반투명하다. 다공성 물질이므로 제조되는 건축자재의 흡수력을 향상시키고, 제품의 경량화를 할 수 있게 하며, 냄새를 제거하는 역할을 한다.
본 발명에 있어서, 분진(dust)은 공기나 가스 속에 존재하는 고체미립자이다. 주로 고체가 기계적인 작용에 의하여 폭발, 파해, 절단되는 작업에서 발생된다. 또한 분진은 자연계에 있어서도 화산폭발, 바랑, 암석파괴, 풍화, 운석 등의 작용 에 의하여 공기 중에 떠있기도 하고, 식물의 화분, 동물의 낙설(
Figure PCTKR2010003540-appb-I000002
), 박테리아 등에 의한 것도 있다. 입자는 100μm보다 다소 큰 것에서부터 0.01μm 정도까지 있다. 분진을 제조에 적용함으로써 점토의 함량을 줄일 수 있으므로 제조 경비를 절약하는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 소성 온도를 낮출 수 있게 하여 에너지를 절감할 수 있는 효과를 나타내었고, 소결성을 향상시킨다.
본 발명에 있어서, 운모(Mica)는 화강암 중의 중요한 조암광물로서, 층상 규산염광물이다. 굳기는 2.5~4, 비중은 2.75~3.2, 황색, 갈색, 녹색을 띤다. 게르마늄(Ge)이 2.82ppm정도 함유되어 있어 인체에 유익한 원적외선의 분광분포가 높아 원적외선의 방사도가 높다. 제품에 운모를 첨가함으로써, 탈취성과 항균성을 나타내고, 성형시 점력을 향상시키며, 사질이 없어 기계 마모를 적게 하는 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 납석(Agalmatolite)은 일반적인 화학식이 Al2O3·4SiO2·H2O로 이론적인 함량비는 Al2O3: 28.3%, SiO2: 66.7%, H2O: 5%로 구성되어 있다. 색깔은 백색에서 녹색까지 여러 가지가 있고 비중은 2.7~2.9이고 경도는 1~2 정도로 매우 낮다. 납석을 건축자재 제조에 첨가함으로써, 물과 함께 포졸란 반응을 유도하여 건축 자재에 강도를 부여하고, 내수성 및 내부식성을 향상시키며, 소음이나 수분을 흡수하는 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 점토(Clay)는 지름이 0.004mm 이하인 미세한 흙입자를 말하는데 모래나 실트에 비해서 단위 무게당 표면적이 훨씬 넓으므로 수분의 보유력이 강하다. 점토를 제품에 적용함으로써, 성형시 점력을 향상시키고, 낮은 온도에도 소결이 잘 일어날 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 있어서 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재를 제조하는 방법 은 슬러지 폐기물 100중량부에 대하여 장석 10~60중량부, 벤토나이트 30~110중량부, 제올라이트 40~100중량부, 황토 40~110중량부, 운모 30~160중량부 및 납석 30~40중량부를 포함한다.
본 발명에 있어서, 장석을 10중량부 미만으로 첨가하는 경우, 강도가 저하될 수 있고, 60중량부를 초과하여 첨가하는 경우에는 비용 문제가 발생한다.
본 발명에 있어서, 벤토나이트를 30중량부 미만으로 첨가하는 경우, 제품의 흡수력이 저하 될 수 있고, 110중량부를 초과하여 첨가하는 경우에는 비용 문제가 발생한다.
본 발명에 있어서, 제올라이트를 40중량부 미만으로 첨가하는 경우, 흡수력이 저하되고 경량화 정도가 부족할 수 있으며, 100중량부를 초과하여 첨가하는 경우에는 제품의 강도가 약해질 수 있다.
본 발명에 있어서, 황토를 40중량부 미만으로 첨가하는 경우, 강도 저하 및 소성 온도 상승으로 인한 에너지 손실을 나타낼 수 있고, 110중량부를 초과하여 첨가하는 경우에는 비용 문제가 발생한다.
본 발명에 있어서, 운모를 30중량부 미만으로 첨가하는 경우, 성형력이 저하될 수 있고, 160중량부를 초과하여 첨가하는 경우에는 비용 문제가 발생한다.
본 발명에 있어서, 납석을 30중량부 미만으로 첨가하는 경우, 강도가 저하될 수 있고, 40중량부를 초과하여 첨가하는 경우 비용 문제가 발생한다.
본 발명에 있어서, 분진을 10중량부보다 적게 첨가하는 경우, 소성 온도가 높아져 에너지를 낭비할 수 있고, 20중량부를 초과하여 첨가하는 경우에는 강도가 약해 질 수 있다.
본 발명에 있어서, 성형은 통상적인 방법으로 할 수 있으며, 바람직하게는 건식 프레스에 넣고 1200~1500톤의 압력으로 가압하여 이루어진다.
본 발명에 있어서, 소성 과정은 터널가마, 킬론 가사 등과 같은 통상적인 소성 방법으로 수행할 수 있으며, 1140~1190℃에서 3~5시간 이루어지는 데 소성 온도의 조정에 따라 제조된 건축 자재의 투수성이 결정 되어진다. 소성 온도가 1140℃미만이면 강도가 저하될 수 있고, 1190℃가 초과되면 투수기공이 막혀 투수성이 저하된다.
본 발명은 다른 관점에서, 슬러지 폐기물 100중량부, 장석 10~60중량부, 벤토나이트 30~110중량부, 제올라이트 40~100중량부, 황토 40~110중량부, 운모 30~160중량부 및 납석 30~40중량부인 것을 특징으로 하는 경량 건축자재에 관한 것이다.
본 발명에 따른 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재는 비중을 낮게 조절하여 물에 넣었을 때 뜨는 현상을 관찰할 수 있으며 이를 도 1에 제시하였다.
본 발명에 따른 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 경량 건축자재는 슬러지 폐기물을 케이크 상태로 운반하여 전처리 과정 없이 무기물과 혼합하여 성형하고 소성하여 경량 건축자재를 제조함으로써 건조 과정을 없앰으로써 물 및 에너지 절감과 비소, 분진 및 냄새의 발생 억제 및 다량 생산 가능의 효과를 나타냈고, 다양한 무기물을 혼합하는 방법으로 비중 및 기포를 다양하게 조절하고 강도가 향상된 슬러지 재활용 건축 자재를 제공한다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1 : 하수 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법
케이크 상태의 하수 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조는 도 2에 나타난 공정을 통하여 하기 표 1에 제시된 배합비, 소성온도 및 소성 시간으로 실시하였다. 하수 슬러지 폐기물과 광물은 혼합기에 의해 혼합되어 진 후, 프레스 건식 성형기(INOCATOR)를 이용해서 성형이 이루어졌으며, 소성은 터널 가마(건우 터널가마)를 이용하였다.
실시예에서 케이크 상태의 하수 슬러지는 경기도광주시 하수 처리장에서 케이크로 생산한 뒤 다른 처리 과정 없이 운반 즉시 혼합하여 사용하였으며, 함수율은 75~80%이다. 장석은 K2O9 Na2O3 SiO2의 성분으로 이루어진 것으로, 임계광산에서 입도 2m이하의 것으로 구입해서 사용하였고, 황토는 (주)풍향 황토에서 입도 2mm이하의 것으로 구입하여 사용하였으며, 벤토나이트는 (주)에스알그린에서 입도 3㎜이하의 것으로 구입하여 사용하였다. 제올라이트는 (주)에스알그린에서 구입하여 사용하였고, 분진은 입자 크기가 375메쉬 정도인 것으로 사용하였다.
표 1
Figure PCTKR2010003540-appb-T000001
상기 실시예에서, 소성은 3시간 30분~4시간 30분 동안 이루어지고, 소성 온도는 1150~1190℃인데, 소성온도 1160℃까지는 경량투수제품이 되고 1180~1190℃의 범위에서 소성하면 경량 일반벽돌을 생산 할 수 있다.
실험예 1 : 실시예 1에서 제조된 건축자재의 물리적 특성 실험
실험을 통하여 압축 강도를 측정한 결과 비교예에 대하여 동등 이상의 결과를 나타내었으며, 비중은 낮게 측정되어 경량 제품으로 활용할 수 있음을 확인할 수 있다. 흡수율은 소성 온도에 따라 차이를 나타냈으며, 1180℃ 이상에서 소성한 경우 흡수율이 낮게 측정되었다. 실험한 결과를 표 2에 나타내었다. 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 압축 강도에 대하여 KS F 4004 : 2008 시험법으로 실험한 결과를 도 3에 나타내었다.
표 2
Figure PCTKR2010003540-appb-T000002
실시예 2 : 상수 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법
케이크 상태의 상수 슬러지를 이용한 경량 건축자재의 제조는 도 4에 나타난 공정을 통하여 하기 표 3에 제시된 배합비, 소성온도 및 소성 시간으로 실시하였다. 상수 슬러지 폐기물과 광물은 혼합기에 의해 혼합되어 진 후, 프레스 건식 성형기(INOCATOR)를 이용해서 성형이 이루어졌으며, 소성은 터널 가마(건우 터널가마)를 사용하였다. 실시예에서 케이크 상태의 상수 슬러지는 경기도 광주시의 처리장에서 케이크로 생산한 뒤 다른 처리 과정 없이 운반 즉시 혼합하여 사용하였으며, 함수율은 75~80%이다. 운모는 경북 봉화에서 입도가 2㎜이하인 것으로 구입해서 사용하였고, 납석은 경주의 납석 광산에서 구입하였으며, 제올라이트는 (주)에스알그린에서 구입하여 사용하였다. 장석은 K2O9 Na2O3 SiO2의 성분으로 이루어진 것으로, 임계광산에서 입도 2m이하의 것으로 구입해서 사용하였으며, 벤토나이트는 (주)에스알그린에서 입도 3㎜이하의 것으로 구입하여 사용하였다.
표 3
Figure PCTKR2010003540-appb-T000003
소성온도 1180℃까지는 투수 제품이 되고 1180℃ 초과의 온도에서 소성하면 투수 되지 않는 제품을 생산할 수 있다.
실험예 2 : 실시예 2 에서 제조된 건축자재의 물리적 특성 실험
실험을 통하여 압축 강도를 측정한 결과 비교예에 대하여 우수한 결과를 나타내었으며, 비중은 낮게 측정되어 경량 제품으로 활용할 수 있음을 확인할 수 있고, 흡수율은 하수 슬러지를 이용한 제품에 비하여 전반적으로 높게 특정되었다. 실험한 결과를 표 4에 나타내었다.
표 4
Figure PCTKR2010003540-appb-T000004
본 발명에 따른 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법은 폐슬러지를 재활용할 수 있고, 건조, 파쇄 및 소각의 과정을 생략하거나 줄임에 따라, 에너지를 절감하여, 상기 과정에서 발생되는 다이옥신을 발생시키지 않을 뿐만 아니라 특정한 무기물을 혼합함으로써 강도가 뛰어나고 투수성이 우수한 경량 건축자재를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 다음 단계를 포함하는, 슬러지 폐기물을 이용한 경량 건축자재의 제조 방법:
    (a) 슬러지 폐기물 100중량부, 장석 10~60중량부, 벤토나이트 30~110중량부, 제올라이트 40~100중량부, 황토 40~110중량부, 운모 30~160중량부 및 납석 30~40중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 혼합물을 성형하는 단계; 및
    (c) 상기 성형된 건축자재를 소성하여 경량 건축자재로 제조하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 소성은 1140~1200℃의 온도에서 3~5시간 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항의 방법으로 제조된, 장석, 벤토나이트, 제올라이트, 황토, 운모 및 납석을 함유하는 경량 건축자재.
  4. 제 3항에 있어서, 슬러지 폐기물 100중량부, 장석 10~60중량부, 벤토나이트 30~110중량부, 제올라이트 40~100중량부, 황토 40~110중량부, 운모 30~160중량부 및 납석 30~40중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 경량 건축자재.
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