KR100446091B1

KR100446091B1 - 동슬래그를 함유한 소성벽돌

Info

Publication number: KR100446091B1
Application number: KR10-2001-0043768A
Authority: KR
Inventors: 유성환; 서원찬; 이세현; 송태협
Original assignee: 엘지니꼬동제련 주식회사
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2004-08-30
Also published as: KR20030008828A

Abstract

본 발명은 동제련(銅製鍊)공업에서 부생(副生)되는 동슬래그(Copper Slag)를 기존의 건축재료 원료와 혼입하여 사용함으로써 기존의 벽돌에 비해 경량화, 건조시간의 단축, 제품의 미끄럼 방지 및 저렴한 제조 원가를 갖는데 적합한 소성(燒成)벽돌에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 점토, 혈암 중 1종 이상이 90∼65중량%, 0.1∼2.5mm의 입도를 갖는 동슬래그(Copper Slag)가 10∼35중량% 조성되어 이루어짐을 특징으로 하는 동슬래그(Copper Slag)를 함유한 소성벽돌에 관한 기술이다.

Description

동슬래그를 함유한 소성벽돌{sinter brick in contained copper slag}

본 발명은 동제련(銅製鍊)공업에서 부생(副生)되는 동슬래그(Copper Slag)를 활용한 벽돌에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 건축재료 원료로 사용하고 있는 점토 및 규사 등에 동슬래그를 혼입하여 제조함으로써 기존의 벽돌에 비해 경량화, 건조시간의 단축, 제품의 미끄럼 방지 및 저렴한 제조 원가를 갖는데 적합한 동슬래그를 함유한 소성(燒成)벽돌에 관한 것이다.

건축용 점토제품은 건축재료로 이용되는 요업체(Ceramic)의 단위물로 건축물과 구조물의 재료이며 점토나 혈암(Shale) 등으로 만들어지는 제품이다. 이와 같은 제품에는 보통벽돌(common brick, building brick), 외장벽돌(facing brick), 도자기타일(ceramic tile), 내화벽돌, 보도벽돌(paving brick), 공동블럭(hollow brick ) 등 여러 종류의 소성벽돌이 있다.

소성벽돌을 제조함에 있어서는 토질의 종류에 따라 소성온도를 달리하여 제조하고 있으며, 그에 따른 제품의 강도 및 흡수율 등에 직접적인 영향을 준다.

소성벽돌의 생산공정은 크게 터널식과 호프만이 있으며, 현재는 생산성이 우수한 터널식이 주로 사용되고 있다. 도 1은 종래의 소성벽돌 생산공정을 나타낸 것으로, 점토, 규사 등의 원로를 혼합하여 건식분쇄하여 물을 가해 혼련하고, 일정형태의 크기로 사출성형, 건조한 후 1,000∼1,300℃ 온도에서 소성하여 필요로 하는 벽돌이 얻어진다. 상기 생산공정을 통한 벽돌에는 여러 종류가 있다.

견출벽돌(미다시)은 킬른식의 생산방식으로서, 900∼1,000℃에서 소성하며 , 일반적으로 다른 제품에 비해 낮은 온도에서 소성함으로 강도가 환원식 및 자연식에 비해 낮으며 풍화 작용에 약하여 시공 후 2∼3년이 경과하면 강도가 약해지며 표면이 부스러진다. 또한 흡수율이 높아 백화 발생율이 80% 이상이며 겨울철에 동파 및 휘어짐이 발생될 수 있다. 이와 같은 벽돌은 아파트치장 벽돌로 외벽 및 담장용으로 과거 적벽돌의 대명사로 불리웠으나, 현재는 그 수요가 줄어들고 있다.

환원식 적벽돌은 터널식 생산방식으로 제조되는 것으로, 소성온도는 1,000∼1,300℃에서 실시한다. 비교적 고온에서 성형하므로 현재 생산되는 적벽돌 중 압축강도가 가장 높다. 또한 자연적인 느낌과 우아함, 중우함이 있으며 견출벽돌의 깨끗함과 자연석 적벽돌의 장점만을 취한 제품이라 할 수 있다. 이와 같은 벽돌은 현재 아파트치장 벽돌로 외벽 및 담장용으로 많이 사용하며 현장 작업시 벤딩 및 파렛트 작업이 되므로 손실율이 없으며 이동 및 운반이 용이하다.

자연식 적벽돌은 재래식 호프만 가마에서 생산하는 공정을 취하고 있는 것으로, 소성온도는 1,000∼1,200℃에서 실시한다. 자연적인 색감과 강도가 딱월하며줄눈에 따라 다양한 분위기를 연출할 수 있다는 장점이 있으나, 재래식 방법으로 생산되어 기온이 0℃ 이하에서는 생산이 불가능하다.

환원식 골드는 소성온도 1,150℃에서 생산되므로 견출벽돌보다 우수하나 환원식의 소성법을 채택한 품목으로서는 강도가 약간 떨어진다. 그 이유는 마사 성분의 배합이 일반 환원식 적벽돌보다 적은 고운 토질을 사용하기 때문이다. 이 방법은 현대식 터널 가마에서 생산되고 선별 작업 이외에는 모든 생산라인이 자동화이므로 생산성이 우수한 장점이 있으나. 소성온도에 비해 흡수율이 높고 강도가 떨어지는 단점이 있다.

상기와 같이 소성벽돌을 제조하는 방식은 4가지 방법이 있으며, 제조의 품질 및 규격은 현재 KSL4201에서 규정하고 있다.

이상과 같이 사용되는 재료가 분말 형태의 점토 및 혈암 등을 대부분 사용하고 있으며, 일부는 재활용 폐자재인 폐석고, 소석회, 폐타일, 파유리, 폐석, 폐콘크리트, 폐주물사, 폐아스팔트, 폐주강사, 철강슬래그를 이용한 벽돌 등이 있으나, 폐자재 자체의 품질이 고르지 못하고, 소성벽돌 제조시 품질이 균일하지 못하는 등 기존의 소성벽돌에 비하여 압축강도, 흡수율, 비중 등이 현저하게 하락하기 때문에 그 활용은 그다지 크지 못하다.

한편, 상기 폐자원 중 제선(製銑)공업의 고로(高爐)에서 발생되는 광재(鑛滓) 즉, 고로 슬래그 (Slag)를 원료로 한 타일(한국 공개특허공보, 1987-5927), 내화 단열벽돌(한국 특허공보 1988-2431) 등이 알려져 있으나, 이들 원료에는 일반적으로 인체에 유해한 물질 등이 함유되고 있어 환경적으로 안정적인 것으로 볼 수없으며 또한 본 발명자가 추구하려는 동제련에서 발생된 슬래그를 활용한 예는 전혀 없다.

본 발명은 점토, 혈암 등의 원료를 주성분으로 하여 벽돌을 제조함에 있어 여기에 동제련(銅製鍊))에서 부수적으로 발생되는 동슬래그(Copper Slag)를 혼입한 벽돌을 제조함으로써, 기존 벽돌 제품과 동등의 물성을 가짐과 함께 산업 부산물로 발생되는 폐자원의 재활용에 따른 저렴한 제조원가를 갖는 청정한 벽돌을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 벽돌 제조 공정도

도 2는 중공부를 형성한 벽돌의 상태도

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 점토, 혈암(頁巖) 등을 주원료로 하는 1종 이상이 90∼65중량% 이고, 상기 원료에 25mm 이하의 입도를 갖는 동슬래그 (Copper Slag)가 10∼35중량% 혼합되어 조성된 소성벽돌로 구성된다.

상기 소성벽돌을 제조함에 있어서는 상기 주원료에 25mm 이하, 바람직하게는 0.1∼2.5mm의 입도를 갖는 동슬래그 (Copper Slag)를 10∼35중량% 혼합하고, 여기에 물을 가해 일정 형태로 성형하고, 건조한 후 900∼1,300℃온도에서 소성하는 방법으로 하여 제작될 수 있다.

현재 국내에서 수급 가능한 동슬래그는 동의 제조공법에 따라 연속제련법(連續製鍊法)과 자용제련법(自熔製鍊法)(flash smelting)등에서 발생되는 동슬래그 골재를 들 수 있다.동 슬래그는 공장에서 부생물로 발생될 당시 여러가지 입도로 구분할 수 있으나, 별도의 입도분리 과정이 없기 때문에 동 슬래그를 그대로 사용할 경우 생산성 및 품질에 악영향을 줄수 있는 것으로, 본 발명의 입경분포인 입상은 제품내에서 균열을 제거할 수 있는 역할을 하는 것으로 이를 소성벽돌의 제조에 응용하는 것이다.

상기 두가지 슬래그는 동을 제련하는 과정에서 산출되는 산업 부산물이라는 동일한 점을 가지고 있으나, 슬래그의 입형 및 물리적 특성이 약간씩 차이점이 있다. 따라서 점토 벽돌용 혼합제로 사용하기 전에 골재의 물리적 특성을 파악하여 제조에 참고하여야 한다. (표 1)은 동제련 슬래그의 물리적 특성을 나타낸 것이다.

[표 1]

시 험 내 용	동 슬래그	천연골재
시 험 내 용	자용로	천연골재	연속로
단위용적 중량(kg/m³)	2,400	2,238	1,816
공극율(%)	33.5	40
실적율(%)	66.5	60	63.6
비 중	절대건조비중	3.74	3.40	2.59
비 중	표면건조비중	3.81	3.46
흡수율(%)	0.52	0.2	0.9
점토덩어리량(%)	0.6	0.1
No.200체 통과량(%)	0.4	0.3
조립율	3.4	3.51	2.62
골재안정성(손실무게 %)	7.1	1.2

점토벽돌은 특히 담장 등, 옥외에 시공하여 사용하기 때문에 빗물 등에 의한 유해성물질의 용출 가능성이 대단히 크다고 할 수 있다. 따라서 동슬래그 사용에 따른 2차적인 환경오염의 가능성을 확인하기 위해 슬래그 자체에서 인체에 유해한 중금속의 용출이 있는지를 확인하여 보았다.

동제련 슬래그에 대한 용출 실험을 실시한 결과 오염 물질 함유량은 (표 2)와 같이 나타났다. (표 2)에서 허용기준은 폐기물 관리법 시행규칙 제2조에서 정하고 있는 폐기물 분류기준이다.

(표 2)의 용출 실험 결과에 의하면 동제련 슬래그는 구리(Cu)가 0.39mg/ℓ로 나타났고 나머지 항목에서는 검출되지 않았다. 따라서 동제련 슬래그는 모든 유해항목에서 기준 이하로 판명되었으며 환경적으로 안정적인 것으로 나타났다.

폐기물 공정 시험법에 의한 용출 시험 결과 규제 물질로 정하고 있는 As,Hg, Cr, CN, 트리클로로에틸렌, 테트라 클로로에틸렌, 유기인 등의 용출이 전혀 없는 것으로 나타났으며, Pb, Cu, Cd 등은 미량 검출되었으나, 허용 기준치보다 아주 낮게 나타났다.

[표 2] (단위: ppm)

규제물질	단 위	허용기준(이하)	동제련 슬래그
규제물질	단 위	허용기준(이하)	연속동제련공법	자용로공법
Pb	mg/ℓ	3.0	0.08	0.09
Cu	mg/ℓ	3.0	0.40	0.68
As	mg/ℓ	1.5	ND	ND
Hg	mg/ℓ	0.005	ND	ND
Cd	mg/ℓ	0.3	0.01	ND
Cr	mg/ℓ	1.5	ND	ND
CN	mg/ℓ	1.0	ND	ND
트리클로로에틸렌	mg/ℓ	Tr	ND	ND
테트라클로로에틸렌	mg/ℓ	Tr	ND	ND
유기 P	mg/ℓ	1.0	ND	ND

주) Tr: 0.03이하 , ND : 불검출

미국에서 환경 유해성 평가를 위하여 실시하는 EP Toxicity Test(Methods 1310)를 고형화된 폐기물의 잠제 용출성 평가와 유해 폐기물의 여부를 판단하기 위하여 실시하였다.

동제련 슬래그를 대상으로 미국의 EPT법에 의한 용출 시험 결과 (표 3)에서와 같이 규제 물질로 규정하고 있는 Pb, Ag, As, Hg, Cd, Cr, Se, Ba 중 Hg, Cd, Cr 등은 전혀 검출이 없었으며, Ag와 Se는 0.03 ppm 이하로 거의 검출이 없는 것과 마찬가지로 나타났으며, 나머지 물질도 허용기준에 비해 매우 낮은 용출을 보이고 있다.

[표 3] (단위 : ppm)

규제물질	허용기준(이하)	동제련 슬래그(자용제련)
Pb	5.0	0.1
Ag	5.0	Tr
As	5.0	0.01
Hg	0.2	ND
Cd	1.0	ND
Cr	5.0	ND
Se	1.0	Tr
Ba	100	0.053

이상과 같은 동제련 슬래그의 기본적인 물리적 특성과 유해성 검토를 실시하여 사용 가능성을 확인한 후 기존의 점토, 혈암 등의 원료에 상기와 같은 동제련 슬래그를 혼입한 소성벽돌의 제조는 상기에서 언급한 4가지 방식에 모두 적용할 수 있으며, 대표적으로 가장 안정적이고 널리 사용하고 있는 환원식 적벽돌의 제조방식을 채택하여 벽돌을 제조할 수 있다.

본 발명은 기존의 도 1과 동일한 제조공법을 통하여 점토, 혈암 등의 원료에 동제련 슬레그를 10∼35중량% 혼합하여 건식분쇄, 혼수(混水)하여 혼련 후 도 2와 같은 일정 형태로 성형하고, 건조한 후 900∼1,300℃ 온도에서 소성하였다.

본 발명은 기존의 공정 중 도 1과 같은 예를 들었으나, 이에 국한 하지않으며, 소성공정의 전 후 수단이 도 1과 상이하다 하여도 소성공정이 포함되면 적용가능하다. 따라서 여타의 종래 공정에 적용할 수 있음은 물론이다.

동슬래그를 활용한 형태의 하나의 예로써, 도 2와 같이 성형한 소성벽돌은 일반 소성벽돌에 비하여 사출성형 후 건조 시간을 단축할 수 있는데 그 원인은 동슬래그가 벽돌내에서 통기성 역할을 수행하여 건조시간을 단축될 수 있는 것이다.

즉, 도 2와 같이 중공부를 형성하는 것은 재료의 절감, 디자인 등의 원인도 있지만 가장 중요한 이유는 사출 성형 후 전체적으로 골고루 건조되고 건조시간을 단축하기 위함이다. 동슬래그를 혼입한 경우 이러한 공기의 순환을 촉진하여 건조시간의 단축과 전체적으로 고르게 건조되어 제품의 형상이 직사각형을 유지한다.

그리고 동제련 슬래그 혼입에 따라 벽돌 제품의 표면은 기존의 벽돌과는 달리 거친 것을 알 수 있다.

(표 4)는 상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 물리적 특성을 나타낸 것이다.

[표 4]

	압축강도(N/mm²)	흡수율(%)	비중
KSL 4201	20.59	15 이하
KSL 8520	8	15 이하
동슬래그함량(중량%)	5	41.70	10.8	1.53
	15	40.50	12.0	1.65
	30	38.95	13.6	1.74

이상에서와 같이 본 발명은 점토, 혈암 등을 주성분으로 하는 원료에 동제련 (銅製鍊))에서 부수적으로 발생되는 동슬래그(Copper Slag)를 혼입한 벽돌을 제조함으로써, 기존 벽돌 제품과 동등의 물성을 가짐과 함께 산업 부산물로 발생되는 폐자원의 재활용에 따른 저렴한 제조원가를 갖는 청정한 벽돌을 얻게 된다.

Claims

점토, 혈암 중 1종 이상이 90∼65중량%, 0.1∼2.5mm의 입도를 갖는 동슬래그(Copper Slag)가 10∼35중량% 조성되어 이루어짐을 특징으로 하는 동슬래그(Copper Slag)를 함유한 소성벽돌.
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제 1항에 있어서,

동슬래그가 연속 제련법(連續製鍊法) 또는 자용제련법(自熔製鍊法)에 의해 발생된 슬래그 임을 특징으로 하는 동슬래그(Copper Slag)를 함유한 소성벽돌
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