KR100731401B1 - 유리를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 유리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 예를 들어 정제소로부터의 슬러지 및 산업 공정으로부터의 폐생성물을 포함하고, 유리의 무기물 함유 성분 형성 부분의 기지의 화학적 조성을 기초로 조절되는 소정의 화학적 조성을 갖는 주로 무기물 함유 성분의 혼합물 형태의 원료를 기재로 하여 제조된 유리에 관한 것이다. 상기 유리는 원료로부터 생성되며, 이 원료는 무기물화 후 브리케트로 가압되어 경화되고, 이어서 예를 들어 용광로에서 산소 공급 하에 용융되고, 용융물은 켄칭되고 건조된다. 처리되거나 처리되지 않은, 일반적으로 침전된 다량의 폐생성물 및 폐물질은 유리 제조시에 재사용되거나 이용될 수 있다.

Description

유리를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 유리 {METHOD FOR PRODUCING A GLASS AND GLASS PRODUCED THEREBY}
본 발명은 주로 기물 함유 성분들의 혼합물의 형태로 된 원료 물질을 기재로 하며, 초기 전처리 후, 원료 물질을 브리케트(briquette)로 가압시키고, 경화시키며, 이어서 예를 들어, 산소의 공급 하에 용광로에서 용융시키고, 용융물을 켄칭(quencing)시키고 건조시켜 유리를 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 주로 무기물 함유 성분의 혼합물 형태의 원료를 기재로 하여 제조된 부류의 유리에 관한 것이다.
추가로, 본 발명은 이에 따른 화합물 및 제조된 유리의 용도에 관한 것이다.
당업자들에게는 지방자치 정제소(purification plant)로부터의 슬러지가 대부분의 산업화된 국가에서 다량의 폐기물 문제가 된다는 것이 널리 알려져 있다. 슬러지는 예를 들어, 하수의 화학 처리시에 생성될 수 있으며, 이후 탈수된다. 탈수된 슬러지는 일반적으로 70 내지 80%의 물, 10 내지 15%의 유기 물질 및 10 내지 15%의 무기물 성분로 이루어진다.
슬러지 폐기물은 습식 또는 건조된 형태로 농지에 비료로서 살포될 수 있다. 예를 들어, 용해도가 낮은 중금속 및 인산철 및 인산알루미늄의 슬러지 함유물은 작물에 이용될 수 없으며, 이에 따라 이들 물질은 지하수에 스며나오거나, 토양 구조를 파괴시킬 위험이 있다.
대안적으로는, 건조된 슬러지 폐기물은 매우 넓은 매립지에 매립될 수 있다. 매립지에 대한 공간 요건은 이러한 부지가 개방되어야 한다는 것을 의미한다. 슬러지가 강수에 노출되는 경우, 소정량의 중금속 및 미량의 원소가 침출될 수 있어 주변 환경을 오염시킬 것이다.
슬러지 폐기물 처리를 위해 사용되는 방법은 흔히 슬러지를 소각하는 것이다. 이로써, 재가 생성되고, 이후 이러한 재를 이후 매립한다. 상술된 중금속 및 인산철 및 인산알루미늄은 거의 발견되지 않지만, 재는 상술된 바와 같이 매립시의 동일한 침출 문제 및 삼투 문제가 초래될 것이다. 이를 위해 건조된 슬러리의 열량이 통상적인 연소물질의 열량과 비교하여 매우 적게 첨가되어야 한다. 이러한 예로서, 건조된 슬러지는 목재의 열량의 절반인 12 내지 13MJ/kg의 열량을 갖는 것이 언급될 수 있다. 이에 따라 적은 열량은 건조된 슬러리가 에너지원으로서 매우 드물게 사용됨을 의미한다.
산업 공정은 다량의 폐생성물을 발생시키며, 이러한 폐생성물은 단지 매우 드물게 재사용될 수 있어, 이에 따라 또한 중요하고 비용이 많이 드는 매립 문제가 생기게 한다.
상기 폐생성물을 재사용하므로써, 점차 늘어나고, 이에 따라 점점 비용이 많이 드는 매립 지역에 대한 필요성이 감소될 수 있다.
그러므로, 동시에 환경에 유해하고, 건강에 해로운 물질을 함유하는 매립 물질을 생성시키지 않으면서, 경제적으로 유리한 방식으로 폐생성물을 광범위하게 사용하므로써 매립 지역의 필요성 및 수요를 감소시키는 것이 요구되는 실정이다.
본 발명의 첫번째 목적은 산업상 기계가공 및 처리 공정으로부터의 슬러지 및 광범위한 폐생성물이 사용되고, 이러한 슬러지 및 무기물 함유의 환경 유해 및 건강상 유해 물질의 폐생성물의 함량이 환경에 효력을 미치지 않는, 큰 경도 및 내마모성을 갖는 상업적으로 적용할 수 있는 유리를 제공하는 것이다.
본 발명의 두번째 목적은 이러한 유리를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이에 의해 달성되는 본 발명에 따른 신규하고 독특한 특징은 예를 들어, 정제소에서 나오는 슬러지로부터의 무기물 함유 성분과 하나 또는 수개의 다른 무기물 함유 폐생성물 및/또는 암석의 혼합물을 생성시키는 단계를 포함한다.
하나 또는 수개의 무기물 함유 폐생성물 및/또는 천연 암석이 보다 큰 성분을 함유하는 경우, 이들 성분은 혼합물에 유입되기 전에 크기가 감소되어 용이하게 폭기(aeration)될 수 있는 다공성 혼합물을 제공하는 것이 유리할 수 있다.
산소가 이러한 혼합물에 도입되는 경우, 혼합물은 자가 점화될 것이며, 지방, 단백질 및 가용성 탄수화물의 슬러지 함유물은 약 60 내지 70℃에서 물과 CO2로 분해될 것이다.
무기물 함유 성분의 혼합물의 상기 열처리는 하기에서는 무기물화로 언급될 것이다. 지방, 단백질 및 가용성 탄수화물의 완전 분해는 일반적으로 20 내지 40일이 지나 완료될 것이다.
전처리는 이후 혼합물의 물 함량이 20 내지 35중량%, 바람직하게는 27 내지 33중량%로 조절되는 것을 포함한다. 물 함량을 조절하므로써, 혼합물은 브리케트로 가압되기에 적합하게 될 것이고, 그 치수는 특히 유리한 구체예에서와 같이 60mm를 초과할 것이다. 브리케트의 물 함량이 35중량%를 초과하면, 브리케트는 고형이 아니거나, 일정한 형태를 유지할 수 없을 것이다. 물 함량이 20중량% 미만인 경우에는 브리케트의 강도가 부적절하게 감소하는 분리(segregation)가 있을 것이다.
균일한 브리케트는 패킹되어, 예를 들어 용광로에서 차후 연소 과정에 최적으로 사용된다.
상기에 기술된 바와 같이 브리케트의 물 함량을 조절하므로써, 브리케트의 차후 경화가 최적으로 일어나 브리케트가 균일한 형태를 유지할 수 있게 된다. 경화는 75 내지 110℃에서 예를 들어, 브리케트의 물 함량이 15 내지 20중량%가 될 때까지 일어날 수 있다.
경화의 유리한 조건의 예로는 110℃에서 3시간 동안 경화시키는 것 또는 80℃에서 6시간 동안 경화시키는 것이 있다. 두 경우 모두, 경화되지 않은 중심과 경화된 외피를 갖는 브리케트가 얻어진다.
이러한 경화에 의해, 단단한 표면을 가지며, 밀도가 1.2 내지 1.3g/cm3인 비흡습성 브리케트가 생성될 수 있다.
브리케트의 흡습성 특성으로 인해, 이들 브리케트는 저장이 매우 안정하다. 이러한 예외적인 단단한 표면으로 인해, 과격한 기계 조작을 견딜 수 있다. 따라서, 연속적으로 생성되는 브리케트를 저장할 수 있고, 이에 따라 폐물질을 연속적으로 유리하게 처리할 수 있게 된다.
브리케트는 공지된 기술을 사용하여 용광로에서 산화 조건하에 용융되어 용융물 전체의 무기물을 산화물 형태가 되게 한다. 공지된 기술의 예로서, 미국 특허 제3,729,198호로부터 공지되어 있는 안데르손(Anderson) 기술이 언급될 수 있으며, 다른 형태의 용융 기술 또한 사용될 수 있다.
황, 아연, 또는 염소와 같은 단지 소량의 원소는 승화되어 이탈될 수 있기 때문에 용융 동안에 소실된다.
브리케트는 1400 내지 1500℃의 온도에서 유리로 용융되고, 경화되지 않은 중심을 갖는 브리케트의 특이적 구조와 매우 단단한 표면은 브리케트의 중심 및 외피 모두에서 연소 반응이 일어나게 한다. 브리케트가 상기 적절하게 정의된 형태 및 치수로 제공되는 경우, 연소 반응은 또한 용광로에서 패킹된 브리케트 간에도 일어날 것이다.
불용성 유기 물질의 형태에서 브리케트의 에너지량이 전통적인 연료의 에너지량보다 작다고 하더라도, 산소 함유 공급 공기를 조절하므로써 추가 연료를 최소로 투입하여 브리케트를 용융시킬 수 있다. 바람직한 연료는 코크스이며, 이것은 유리한 구체예에서 용융되어야 하는 브리케트의 양의 10중량% 초과의 양으로 사용되지 않는다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 구체예에서, 브리케트는 추가 연료를 사용하지 않고 브리케트를 완전히 용융시키기에 충분한 에너지량을 갖는다.
형성되는 용융물은 켄칭되고, 이로써 슬래그가 형성되어 적어도 부분적으로 그 자체로 과립화된다. 이러한 슬래그는 100% 유리로 이루어진다. 즉, 산화철 함량으로 인해 종종 흑색으로 착색된다.
과립화된 슬래그는 이후 분쇄되고, 보다 작은 입자로로 분할되며, 그 크기는 추후 예상되는 적용에 따른다. 분할된 입자는 필요에 따라 추후 목적에 특히 적합한 특이적 분획으로 만들기 위한 크기로 분별될 수 있다.
유리 원료의 일부를 형성하는 무기물 함유 성분의 화학적 조성에 대한 다수의 요건을 만들므로써, 비커스 경도 등급(Vickers hardness scale)으로 측정하여 600 초과의 경도를 갖는 유리가 제공될 수 있다.
본 발명의 목적에 따르면, 원료 물질은 예를 들어 정제소로부터의 슬러지 이외에도, 또한 산업 공정으로부터의 수개의 다른 무기물 함유 폐생성물을 포함한다. 이러한 폐생성물은 예를 들어 단지 추가의 무기물 함유 성분으로서 원료의 일부를 형성할 수 있다.
상기 혼합물의 첫번째 대안으로서, 원료 물질은 슬러지, 무기물 함유 성분 및 천연 암석으로 이루어진 혼합물일 수 있다. 또 다른 대안적인 원료 물질에서, 혼합물은 슬러지 및 천연 암석으로 이루어질 수 있다.
유리의 화학적 조성에 대한 요건을 만족시킬 수 있도록 하기 위해, 모든 무기물 함유 성분의 화학적 조성을 아는 것이 필요하다.
이러한 지식은 X선 형광법에 의해 무기물 함유 성분을 분석하므로써 유리하고 저렴하게 얻을 수 있다.
이후, 상이한 무기물 함유 성분의 혼합은 이러한 분석 결과를 기초로 할 수 있어 상기 기재된 방법에 의해, 유리내 30중량% 초과의 무기 성분이 슬러지로부터 유래되는 유리가 생성될 수 있다.
무기물 함유 폐생성물의 예는 하기와 같다:
자동차 파편: 자동차 파손으로부터의 가벼운 분획
해머 스케일(hammer scales): 강철의 롤링으로부터 산화물 스케일
주형사(moulding sand): 푸란사(furan sand) 및 벤토나이트사(bentonite sand)를 포함하는 사용된 주물 주형사
가넷(Garnet): 가넷 타입의 사용된 샌드블라스팅사(sandblasting sand)(알만다이트(almandite), Al, Fe 및 Fg의 실리케이트)
알루미늄 실리케이트: 사용된 샌드블라스팅사
코런덤(corundum): 전력 발전소로부터의 바닥 슬래그로부터의 주로 유리 형태의, 사용된 샌드블라스팅사
내화성 MgO 벽돌: 주로 미네랄 페리클래이스(mineral periclase)(MgO)로 된내화성 용융된 금속 또는 성형된 벽돌
샤모트(Chamotte) 벽돌: 소량의 석영과 함께 알루미늄 실리케이트 실리마나이트 및 카올린으로 된 내화성 물질
PVC로부터의 재: TiO2, CaCO3, 카올린(Al2SiO4(OH)) 및 탈크(MgSiO 4(OH))로 이루어지고, 열분해에 의한 PVC로부터의 충전물질
종이 폐기물: 목질 섬유 및 무기물 함유 종이 충전물질, 예컨대, 석회, 카올린 및 탈크로 이루어지고, 종이 제조로부터의 폐기물
이러한 폐생성물은 무기질화에 도입되기 전에 보다 작은 입자로 분할되어야 하는 큰 성분을 함유할 수 있다.
유리의 화학적 조성은 유리의 일부를 형성하고, 유리하게는 유리가 경질이고, 환경 및 건강상 유해한 무기물의 함량이 환경에 이용될 수 없게 됨을 의미하는 다수의 화학적 요건을 고려하여 결합되어 있는 개개의 무기물 함유 성분의 화학적 조성을 알아내어 계산될 수 있다.
유리의 무기물 함량은 용융시에 산화물 형태가 되고, 형성된 무기물 산화물인 SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO 및 P2O 5의 중량%는 함께 유리의 90중량% 이상을 구성하고, 특히 바람직한 구체예에서, 상기 무기물 산화물은 함께 유리의 95중량% 이상을 구성한다.
상기 화학적 조성과 비커스 경도 등급이 600보다 크고, 환경 및 건강상 유해한 무기물 함량이 효력을 미치지 않는 경도를 갖는 유리를 제공하기 위해, 유리 중 CaO/P2O5의 비는 추가로 하기 부등식을 만족시켜야 한다:
CaO의 중량% ≥ 1.33 * P2O5의 중량% 및
{(CaO 중량% -(1.33 * P2O5의 중량%)) + MgO의 중량%} / SiO2의 중량%
하기에서 (CaO의 중량% - 1.33 * P2O5의 중량%) > 0인 경우에는 염기도(Bi )가 0.15 내지 0.50이어야 한다.
이산화규소, 삼산화이알루미늄 및 삼산화이철 사이의 균형된 비를 얻기 위해서, 유리의 화학적 조성은 하기 실리케이트 모듈러스
Ms = SiO2/Al2O3
가 2.2 내지 3.2이고, 철 모듈러스
Mf = Fe2O2/Al2O3가 0.56 내지 1.00인 요건을 또한 만족시켜야 한다.
화학적 조성에 대한 요건이 만족되는 경우, 유리는 비중이 2.7 내지 3.1g/cm3, 바람직하게는 2.8 내지 3.0g/cm3, 특히 2.9g/cm3이어야 할 것이다.
무기물 산화물에 대한 상기 요건이 만족되는 경우, 주로 하기 표 1에 기재된 무기물 산화물로 이루어진 유리가 얻어진다. 이러한 유리는 또한 미량원소의 함량이 매우 적을 것이다. 유리중 미량원소 함량이 표 2에 기재되어 있다. 이러한 미량원소는 독성이거나 발암성일 수 있지만 유리가 본 발명에 따른 방법에 의해 생성되는 경우에는 환경에 무해하다.
표 1
무기물 산화물 유리중 함량
SiO2 35-50중량%
Al2O3 15-25중량%
Fe2O3 5-15중량%
CaO 5-20중량%
MgO 1-10중량%
MnO2 < 1중량%
TiO2 < 3중량%
P2O5 1-10중량%
K2O < 2중량%
Na2O < 2중량%
기타 < 5중량%
표 2
미량원소 유리중 함량
Sb < 0.007중량% 독성 미량원소
Pb < 0.020중량%
Cd < 0.009중량%
Sn < 0.043중량%
As < 0.009중량% 발암성 미량원소
Be < 0.007중량%
Cr < 0.001중량%
Co < 0.007중량%
Ni < 0.022중량%
무기물 산화물 함량의 화학적 조성에 대한 상기 요건이 이루어지고, 본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 유리는 샌드 블라스팅시에 발포제(blowing agent)로서 매우 유리하게 사용될 수 있다.
대안적으로는, 과립화된 슬래그가 주조되어 슬래그 울(slag wool)을 생성하는데 사용될 수 있다.
추가로, 유리는, 사용되지 않을 경우에는 본 발명에 따른 유리에 무기물 함유 폐생성물로서 재순환될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 유리중 환경에 유해하고 건강상 해로운 물질이 침출되지 않는 유리가 생성된다. 따라서, 이러한 유리는 예를 들어, 콘크리트 및 아스팔트에서와 같은 많은 용도를 위한 충전물로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 유리의 많은 상이한 적용 형태 및 무기물 함유 폐생성물의 재사용은 비용이 많이 드는 원료 물질의 상당량을 절약할 수 있게 함을 의미한다. 이외에, 계속 늘어나는 폐생성물의 양이 감소되고, 매립지에 대한 필요성이 상당히 감소된다.
원료 물질의 혼합물의 하기 예에서, 산업 공정 및 폐기물 처리로부터의 폐기물이 차지하는 것은 95중량%를 초과한다. 모든 타입의 폐기물의 화학적 조성은 알려져 있으며 X선 형광법에 의해 측정된다. 하기에서, 용어 슬러지 재는 건조되고, 열처리되고 탈수된 슬러지에 적용된다. 다른 무기물 함유 성분은 상기에서 지시한 바와 같이 언급된다.
실시예 1 (실험실 규모)
34.4중량%의 슬러지 재와 13.8중량%의 파편의 혼합물로 이루어진 원료 물질을 소각하고, 이것에 23.8중량%의 주물사(foundry sand), 4.0중량%의 내화성 MgO 벽돌, 5.6중량%의 사용된 Al2O3 및 18.4중량%의 쵸크를 첨가하였다. 이 혼합물을 0.2mm보다 작은 입자 크기로 분쇄하고, 백금 도가니 또는 실험용 노에서 6시간 동안 1450℃로 가열하였다. 용융물이 형성되고 이를 물중에서 켄칭시킨 후 과립화시켰다. 편광 현미경으로 관찰하여 용융물은 밀도가 3.0g/cm3이고, 화학적 조성이 하기 표 3에 기재된 바와 같은 블랙 유리(black glass)인 것으로 나타났다.
표 3
무기물 총 유리 중량 중의 중량%
SiO2 43.4
Al2O3 14.5
Fe2O3 9.2
CaO 18.1
MgO 5.4
MnO2 0.1
TiO2 0.6
P2O5 7.3
K2O 0.9
Na2O 1.0
SrO 0.3
SO3 0.03
기타 -
∑ 100.8중량%
이에 따라 얻어진 유리는 염기도 Bi는 0.32였으며, 철 모듈러스 Mf는 0.63이었고, 규소 모듈러스 Ms는 1.85였다. 따라서, 화학적 조성에 대한 요건을 만족시키고 있다.
유리를 pH 4 및 pH 7에서 각각 침출에 대해 분석하였다. 침출은 유리 1kg 당 100리터의 물을 사용하여 3시간 동안 수행하였다. 덴마크에 소재하는 "반드크발리테트신스티투트(Vandkvalitetsinstitut)(수질 평가 기관)으로부터 일반적으로 적용되는 표준 방법에 따라, 두개의 침출 시험으로부터의 샘플을 풀링(pooling)시키고, 원자 흡광 광도측정법에 의해 그라파이트 노에서 분석하였다. 이로써 하기의 침출 결과를 얻었다:
표 4
무기물 침출된 농도(ppm) 최초 무기물 함량의 %
Cr < 0.1 <0.02
Cd 0.02 1
Ni 0.8 0.4
Pb 0.06 0.03
Sb 0.08 0.15
Be < 0.04 < 4
Co 4.2 14
Sn 0.18 0.18
Mo 0.4 0.43
Cu 72 0.36
표 4로부터, 최초 원소 함량의 매우 적은 부분만이 침출되었음을 알 수 있다.
실시예 2(파일롯 시설 규모)
원료 물질을 33중량%의 슬러지 재, 10중량%의 주물사, 6중량%의 강철 그릿, 4.0중량%의 사용된 내화성 MgO 벽돌, 11중량%의 사용된 가넷, 20중량%의 무기물화된 슬러지, 8중량%의 사용된 Al2O3 및 8중량%의 석회석의 혼합물로 구성하였다. 이 혼합물을 3mm보다 작은 입자 크기로 분쇄하고, 1490℃에서 가스 점화식 파일롯 회전식 노에서 완전히 용융시켰다. 형성된 용융물을 물중에서 켄칭시킨 후 과립화시켰다. 형성된 유리를 건조시키고, 분쇄시키고, 입자 크기가 0.4 내지 1.4mm인 분획으로 체질하였다. 체질된 분획을 각각 18/8 강철 및 강철 37의 샌드 블라스팅에 발포제로서 시험하였다. 상응하는 시험을 코런덤(HV100 = 1800) 및 알루미늄 실리케이트(HV100 = 600) 샌드 블라스팅으로 수행하였다. 수행된 시험 결과가 첨부되는 도 1 및 도2에 도시되었다.
도 1은 발포제가 각각 실시예 2에서 생성된 유리, 알루미늄 실리케이트 및 코런덤인 샌드 블라스팅 18/8 강철의 결과를 보여준다.
도 2는 발포제가 각각 실시예 2에서 생성된 유리, 알루미늄 실리케이트 및 코런덤인 샌드 블라스팅 37 강철의 결과를 보여준다.
상기 도면들로부터, 본 발명에 따른 유리가 블라스팅 각에 무관하게 18/8 강철 및 강철 37 모두를 샌들 블라스팅시키는데 알루미늄 실리케이트 및 코런덤보다 상당히 우수하다는 것을 보여준다. 본 발명의 유리는 단지 18/8 강철의 샌드 블라스팅에서 알루미늄 실리케이트 정도만큼 우수하다. 그러나, 최상의 결과는 약 50°(sine 50°= 0.77)를 초과하는 블라스팅 각에서 얻어졌다. 이러한 유리는 모든 시험된 블라스팅 각에서 샌들 블라스팅 강철 37에 대해 알루미늄 실리케이트보다 상당히 우수함을 입증하고 있다.
실시예 3(산업상 규모)
최대 입자 크기가 4mm를 넘지 않는 75.5중량%의 무기물화된 슬러지, 1.8중량%의 강철 그릿, 11.5중량%의 돌로마이트, 7.3중량%의 Al2O3 및 4중량%의 석회석을 혼합하고, 브리케트로 만들었다. 브리케트중 물 함량은 32중량%였으며, 브리케트는 열량이 9.5MJ/kg이었다. 브리케트를 110℃에서 노에서 평균 물 함량을 20중량%로 경화시켰다. 브리케트를, 일부는 28중량%의 코크스를 공급하면서, 그리고 일부는 10중량%의 코크스를 공급하면서 1490℃에서 용광로에서 산소 공급하에 용융시켰다. 용융물을 물중에서 켄칭시켰다. 500℃에서 산화시킨 후, 분석 결과에서는 브리케트가 하기 표 5에 있는 조성을 가짐을 보여주었다.
표 5
공급된 무기질화된 최종 생성물 중의 함량(중량%) 28% 코크스와 함께 용융되었을 때의 무기질화된 최종 생성물 중의 함량(중량%) 10% 코크스와 함께 용융되었을 때의 무기질화된 최종 생성물 중의 함량(중량%)
SiO2 41.6 46.2 40.2
Al2O3 15.2 16.9 15.3
Fe2O3 12.4 4.5 7.2
CaO 14.9 22.2 21.2
MgO 4.3 6.4 6.9
MnO2 0.2 0.2 0.2
TiO2 0.9 1.0 0.8
P2O5 6.5 1.3 3.7
K2O 1.6 0.9 1.5
Stotal 1.0 - -
C 6.0 - -
Bi 0.25 0.58 0.57
Ms 1.5 2.15 1.78
Mf 0.81 0.26 0.47
표 5로부터, 코크스가 28중량%의 양으로 사용되는 경우, 철 및 인이 용해됨을 알 수 있다. 또한, 10% 코크스의 에너지량과 브리케트의 열량을 합하면 브리케트를 용융시키기에 충분함을 알 수 있다.
실시예 4(산업용 규모, 경도 및 흡습성 특성의 시험)
70중량%의 무기질화된 슬러지, 7.0중량%의 주물사, 1.4중량%의 올리빈 모래(olivine sand), 20mm의 크기로 분쇄된 6.2중량%의 목재, 8.7중량%의 처리된 나머지 그레인, 0.9중량%의 사용된 가넷, 5.5중량%의 석회석을 혼합하고, 40일 동안 무기질화시켰다. 브리케트중의 물 함량이 무기질화 동안에 56.4중량%에서 39.2중량%로 저하되었으며, 피로가스(pyrogas) 함량이 37.3중량%에서 25.8중량%로 저하되었고, 숯의 함량이 12.4중량%에서 13.2중량%로 변화하였고, 재 분획이 50.3중량%에서 59.8중량%로 증가하였다. 브리케트의 열량은 11MJ/kg에서 8.9MJ/kg으로 감소되었다. 상기 혼합물을 표 6에 기재되어 있는 바와 같은 5개의 상이한 물 함량으로 조절하였다. 혼합물을 직경이 60mm인 브리케트로 가압시키고, 각각 1.5시간 및 3시간 동안 110℃에서 폭기된 노에서 경화시켰다.
표 6
시험번호 물(중량%) 경화된 브리케트의 밀도(g/cm3) 1.5시간 경화 후의 중량% 3시간 경화 후의 중량% 경화전의 조도
1 23.3 1.28 - - 분리 크랙
2 26.7 1.22 - - 강성
3 33.3 1.20 23.0 14.6 강성
4 39.2 1.16 25.5 16.9 강성
5 47.1 1.20 - - 연성
표 6으로부터, 물의 함량이 많을 수록, 무기질화된 원료가 너무 연하게 되어 브리케트 가압에 어려움이 있게 되는 것을 알 수 있다. 생성된 브리케트는 불균일하게 되고, 이에 따라 용광로내에 최적의 패킹 및 폭기 조건을 제공할 수 없게 된다.
각 타입의 브리케트 중 5개의 브리케트는 총중량이 800 내지 1400g이었다. 각 타입의 브리케트를 백에 넣고, 돌 바닥에 낙하시키는 시험을 하여 분석하였다. 각각 5회 및 10회의 낙하 후, 브리케트 물질을 4mm 시이브로 체질하였다. 시험 결과가 하기 표 7에 기재되며, 이것은 경화가 물 함량이 25 내지 35중량%인 경우에 최상의 결과를 제공함을 보여준다.
표 7
시험번호 경화 시간 5회 낙하시 4mm 이상의 입자의 중량% 10회 낙하시 4mm 이상의 입자의 중량%
1 1.5h 22.7
3.0h
2 1.5h 7.8
3.0h 5.9 13.4
3 1.5h 2.0
3.0h 1.0 11.8
4 1.5h 1.2 2.4
3.0h 2.5
5 1.5h 1.0 2.0
3.0h 2.8

Claims (15)

  1. 무기물 함유 성분의 혼합물 형태의 원료를 기재로 하며, 원료를 초기 전처리 후 건조 브리케트(briquette)로 가압시키고, 경화시키고, 이후 산소 공급 하에 용광로에서 용융시키고, 용융물을 켄칭시키고, 건조시켜 유리를 제조하는 방법으로서,
    유리가 슬러지로부터 30중량% 초과의 무기 성분을 함유하며,
    전처리가
    - 정제소에서 나온 슬러지로부터의 무기물 함유 성분과 하나 또는 여러 개의 다른 무기물 함유 폐생성물, 천연 암석 또는 다른 무기물 함유 폐생성물과 천연 암석 둘 모두의 혼합물을 생성시키는 단계,
    - 혼합물의 내용물 중 가용성 유기 물질을 열적으로 분해시키는 단계, 및
    - 혼합물의 물 함량을 20 내지 35중량%로 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 브리케트를 용융되어야 하는 브리케트 양의 최대 10중량%의 양으로 연료의 연소로부터의 추가 에너지 공급 하에서 용융시킴을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 브리케트의 밀도가 1.2 내지 1.3g/cm3임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 브리케트를 75 내지 110℃에서 물의 함량이 15 내지 20중량%가 되도록 경화시킴을 특징으로 하는 방법.
  5. 무기물 함유 성분의 혼합물 형태의 원료를 기재로 하여 생성되며, 무기물 함유 성분이 정제소로부터의 슬러지 및 하나 또는 여러 개의 다른 무기물 함유 폐생성물, 천연 암석 또는 다른 무기물 함유 폐생성물과 천연 암석 둘 모두를 포함하는 부류의 유리로서, 유리가 슬러지로부터 30 중량% 초과의 무기 성분을 함유함을 특징으로 하는 유리.
  6. 제 5 항에 있어서, 유리에 함유되는 무기물이 산화물 형태로 존재하고, 무기물 산화물인, 이산화규소(SiO2), 삼산화이알루미늄(Al2O3), 삼산화이철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및 오산화이인(P2O5)이 함께 유리의 90중량% 이상을 구성함을 특징으로 하는 유리.
  7. 제 6 항에 있어서, 유리 중 무기물 산화물인 산화칼슘 대 오산화이인의 중량%의 비가 하기 부등식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 유리:
    CaO의 중량% ≥1.33 * P2O5의 중량%
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 유리 중 무기물 산화물인 산화칼슘, 오산화이인 및 산화마그네슘의 중량%가 하기 관계식의 값이 0.15 내지 0.5가 되도록 유리 중의 이산화규소의 중량%와 관련됨을 특징으로 하는 유리:
    {(CaO 중량% -(1.33 * P2O5의 중량%)) + MgO의 중량%} / SiO2의 중량%
  9. 제 6항 또는 제 7 항에 있어서, 유리 중 무기물 산화물인 삼산화이알루미늄에 대한 삼산화이철의 중량%의 비가 0.56 내지 1.00이며, 유리 중 삼산화이알루미늄에 대한 이산화규소의 중량%의 비가 2.2 내지 3.2임을 특징으로 하는 유리.
  10. 제 5 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 유리의 비중이 2.7 내지 3.1g/cm3임을 특징으로 하는 유리.
  11. 제 5 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 유리의 경도가 HV100 ≥ 600임을 특징으로 하는 유리.
  12. 제 5 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 따른 유리가 등급화되며, 등급화된 유리가 샌드 블라스팅(sand blasting)용으로 사용되는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 혼합물의 물 함량을 27 내지 33중량%로 조절함을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 유리의 비중이 2.8 내지 3.0g/cm3임을 특징으로 하는 유리.
  15. 제 10 항에 있어서, 유리의 비중이 2.9g/cm3임을 특징으로 하는 유리.
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