KR100890915B1 - 무연탄 매립회를 이용한 요업용 원료 제조방법 및 이에 의하여 제조된 요업용 원료를 이용한 요업제품 제조방법 - Google Patents

무연탄 매립회를 이용한 요업용 원료 제조방법 및 이에 의하여 제조된 요업용 원료를 이용한 요업제품 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무연탄 매립회로부터 요업용 원료인 입경 0.3mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 이하의 매립회 및 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회를 제조하는 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 요업용 원료 제조방법은, 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하는 단계, 상기 분쇄된 무연탄 매립회를 입경 2.0mm 이하의 매립회와, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회로 분리하는 단계, 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회를 건조하는 단계, 및 상기 건조된 입경 2.0mm 이하의 매립회에서 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에 의해 제조된 요업용 원료를 이용하게 되면, 요업용 제품의 제조 비용이 절감됨과 동시에 품질이 우수한 요업용 제품을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 기존의 요업용 원료인 천연자원의 고갈을 방지할 수 있으며, 무연탄 매립회를 재활용함으로써, 매립장으로 인한 환경문제를 해결할 수 있다.
Figure R1020080096059
무연탄 매립회, 요업용 원료, 요업제품, 고온 소성, 저온 소성, 소성벽돌

Description

무연탄 매립회를 이용한 요업용 원료 제조방법 및 이에 의하여 제조된 요업용 원료를 이용한 요업제품 제조방법{Method of manufacturing material for ceramic industry using reclaimed anthracite coal ash, and method of manufacturing ceramics using the material for ceramic industry}
본 발명은 무연탄 매립회를 이용한 요업용 원료 제조방법, 이에 의하여 제조된 요업용 원료를 포함하는 요업제품용 조성물, 및 요업용 원료를 이용한 요업제품 제조방법에 관한 것이다.
석탄발전소 부산물인 석탄회는 플라이애시, 신더애시, EP애시, 세노스피어, 바텀애시, 크링커애시 등으로 구분된다. 플라이애시는 보일러 노 내에서 굴뚝으로 날라가는 것을 전기집진기 등으로 포집한 것으로 입경 0.3mm 이하의 매립회의 구형 형태를 가지며, 시멘트, 콘크리트 혼화재 등으로 대부분 재활용 되고 있다. 바텀애시는 노 하부에 낙하하는 회로서, 모래나 잔자갈 형태를 띠고 있으며, 기공이 많아 가볍고 마모율이 높아 일반골재로 사용하는 것이 어려워　대부분 회처리장에 매립되 고 있다.
또한, 석탄회는 사용하는 연료의 종류에 따라 유연탄회와 무연탄회로 구분된다. 유연탄회는 역청탄, 이탄, 또는 갈탄이 연소되어 발생한 것이고, 무연탄회는 국내탄이나 수입 무연탄이 연소되어 발생한 것이다.
매립회란 바텀애시와 같이 회처리장에 매립된 석탄회를 말하는데, 처리의 편의성, 관리의 효율성, 환경오염 예방 등을 위해 일반적으로는 수중에 매립하게 된다. 이와 같이 석탄회를 매립함에 있어서 해수를 회처리수로 사용하기 때문에 매립회에는 많은 량의 염화물이 매립회에 포함되어 있다. 또한, 매립회는 수중에서 매립되므로 자경화 반응으로 인해 활성도가 떨어지는 등 석탄회 고유의 특성이 변하게 된다. 따라서, 매립회를 플라이애시 대체재료로 사용하기 위해서는 별도의 처리방법이 필요하다.
한편, 요업제품의 원료는 고령토, 점토, 모래, 장석 등이 있으며 대부분 천연자원이다. 천연자원은 그 동안 많은 량을 채취하여 고갈상태에 이르렀으며, 지속적인 천연자원의 채취는 환경 파괴 문제를 일으키고 있다. 최근 환경보전에 대한 국민들의 인식제고로 요업제품의 원료인 천연자원을 대체할 수 있는 원료에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 천연자원을 대체할 원료로 플라이애시, 폐석고, 폐수처리오니 등을 사용하고 있다. 그러나, 플라이애시는 천연자원과 비슷한 물성을 가지고 있지만, 원료인 무연탄의 공급부족으로 더 이상 공급이 어려운 실정이다.
특히, 요업제품 중 가장 많이 생산되는 소성벽돌의 경우 폐기물인 석탄회 재 활용과 원가절감을 위해 플라이애시를 주원료로 사용하고 있다. 따라서, 플라이애시의 공급이 어려울 경우 연료비 절감 및 기능성이 우수한 제품의 생산이 어려워 관련업체의 채산성이 악화될 수 있으며, 그에 따라 건자재 가격 상승 등 건설산업에 악영향을 미칠 수 있다.
또한, 폐석고나 폐수처리오니 등은 건조 등의 복잡한 처리로 인한 비용부담과 유해물질함유가 우려되어 사용에 많은 제약을 받고 있다. 따라서, 요업제품의 원료인 천연자원 및 플라이애시를 대체할 수 있는 획기적인 대체원료의 개발이 필요하다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-0608287호에는 플라이애시에 무연탄 매립회를 혼합하여 소성벽돌을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 등록특허에서는 무연탄 매립회에 대하여 아무런 가공을 하지 않고 바로 소성벽돌의 원료로 사용하고 있어, 이를 이용하여 제조된 소성벽돌은 품질 기준에 적합하지 않다. 또한, 상기 등록특허에서는 플라이애시를 혼합하여 사용하고 있으므로, 플라이애시의 공급 부족으로 인한 문제점을 여전히 가지고 있다.
아무런 가공도 하지 않은 무연탄 매립회를 이용하여 요업제품을 제조할 경우 성형 및 건조시 균열이 발생할 수 있으며, 염화물에 의한 결함이 발생할 수 있다. 또한, 아무런 가공도 하지 않은 무연탄 매립회를 이용하여 제조된 요업제품은 흡수율 증가, 동결, 압축강도 저하 등으로 요업제품의 품질규격에 적합하지 않은 문제점이 있다.
플라이애시를 대체하여 저렴한 가격에 요업용 원료를 공급할 수 있고, 폐기물의 재활용 및 환경보전에 기여할 수 있는 무연탄 매립회를 이용한 요업용 원료 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 상기한 방법에 의해 제조된 요업용 원료를 포함하는 저렴하면서 우수한 요업제품용 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 상기한 방법에 의해 제조된 요업용 원료를 이용하여 건조 및 소성 온도를 낮추고, 건조 및 소성 시간을 단축시킬 수 있는 요업제품 제조방법을 제공하고자 한다.
나아가, 상기한 요업제품 제조방법에 의해 제조된 저렴하면서도 우수한 품질의 요업제품을 제공하고자 한다.
본 발명은 무연탄 매립회를 처리하여 요업용 원료인 입경 0.3mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 이하의 매립회 및 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회를 제조하는 방법으로서, 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하는 단계(가); 상기 분쇄된 무연탄 매립회를 입경 2.0mm 이하의 매립회와, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회로 분리하는 단계(나); 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회를 건조하는 단계(다); 및 상기 건조된 입경 2.0mm 이하의 매립회에서 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하는 단계(라)를 포함한다.
본 발명에 따른 요업용 원료 제조방법은, (가)단계 이후에 상기 분쇄된 무연탄 매립회의 염화물을 제거하는 단계(마)를 더 포함할 수 있다. 또한, (라)단계에서 상기 입경 0.3mm 이하의 매립회로부터 분리된 조분을 회수하고 파쇄하고, 파쇄된 조분에서 다시 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하는 단계(바)를 더 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 요업용 원료 제조방법은, (나)단계에서 분리된 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회를 입경 0.6mm 이하의 매립회와 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 방법에 의해 제조된 요업용 원료인 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회 및 입경 0.3mm 이하의 매립회를 각각 포함하는 고온 소성형 요업제품용 조성물들을 제공한다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 고온 소성형 요업제품용 조성물은 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회 20~65wt%와, 점토 또는 고령토와, 장석 35~80wt%를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 고온 소성형 요업제품용 조성물은 상기 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회 20~55wt%와, 점토 또는 고령토와, 장석 45~80wt%를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 고온 소성형 요업제품용 조성물은 상기 입경 0.3mm 이하의 매립회 20~80wt%와, 점토 또는 고령토와, 장석 20~80wt%를 포함한다.
상기한 본 발명에 따른 고온 소성형 요업제품용 조성물들은 도석, 세리사이트, 벤토나이트, 버미큐라이트, 도자기 슬러지, 타일 슬러지 및 폐백토로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 무기 가소제 0~20wt%를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 방법에 의해 제조된 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회를 각각 이용하여 고온 소성법으로 요업제품을 제조하는 방법들을 제공한다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 요업제품 제조방법은, 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회 20~65wt%, 점토 또는 고령토와, 장석 35~80wt% 및 무기 가소제 0~20wt%를 혼합하는 단계; 진공압출기로 성형하는 단계; 및 1000~1300℃의 온도에서 2~4시간 동안 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 요업제품 제조방법은, 상기 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회 20~55wt%, 점토 또는 고령토와, 장석 45~80wt% 및 무기 가소제 0~20wt%를 혼합하는 단계; 진공압출기로 성형하는 단계; 및 1000~1300℃의 온도에서 2~4시간 동안 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 요업제품 제조방법은, 상기 입경 0.3mm 이하의 매립회 20~80wt%, 점토 또는 고령토와, 장석 20~80wt% 및 무기 가소제 0~20wt%를 혼합하는 단계; 진공압출기로 성형하는 단계; 및 1000~1300℃의 온도에서 2~4시간 동안 소성하는 단계를 포함한다.
상기한 본 발명에 따른 고온 소성법에 의한 요업제품 제조방법들은, 소성 단 계 이후에, 소성된 요업제품을 냉각하는 단계; 및 냉각된 요업제품의 표면을 백화현상 억제 및 흡수율 저감용 코팅액으로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 요업원료 제조방법에 의해 제조된 요업용 원료인, 0.6mm 이하의 매립회, 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회를 각각 포함하는 저온 소성형 요업제품용 조성물들을 제공한다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 저온 소성형 요업제품용 조성물은, 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄 및 분리하여 얻어진 입경 0.6mm 이하의 매립회 20~80wt%, 결합제 5~10wt% 및 첨가제 10~75wt%를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 저온 소성형 요업제품용 조성물은, 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄 및 분리하여 얻어진 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회 20~65wt%, 결합제 5~20wt% 및 첨가제 15~75wt%를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 저온 소성형 요업제품용 조성물은, 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄 및 분리하여 얻어진 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회 10~55wt%, 결합제 5~20wt% 및 첨가제 25~85wt%를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 저온 소성형 요업제품용 조성물은, 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄 및 분리하고 건조하여 얻어진 입경 0.3mm 이하의 매립회 20~80wt%, 결합제 5~10wt%, 및 첨가제 10~75wt%를 포함한다.
상기한 본 발명에 따른 저온 소성형 요업제품용 조성물들은, 상기 결합제로 BP(Sodium Tetraborate), CA(CaO), CC(Ca3(PO4)2), PA(Phosphoric acid), PO(Fe2O3), PC(Cement), 및 GP(Glass powder)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명은 0.6mm 이하의 매립회, 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회를 각각 이용하여 저온 소성법으로 요업제품을 제조하는 방법들을 제공한다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 요업제품 제조방법은, 입경 0.6mm 이하의 매립회를 수분함량이 15wt%이하가 되도록 건조하는 단계; 건조된 상기 입경 0.6mm 이하의 매립회 20~80wt%, 결합제 5~10wt%, 및 첨가제 10~75wt%를 혼합하는 단계; 압출기로 성형하는 단계; 및 800~1100℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 요업제품 제조방법은, 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회 20~65wt%, 결합제 5~20wt%, 및 첨가제 15~75wt%를 혼합하는 단계; 압출기로 성형하는 단계; 및 800~1100℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 요업제품 제조방법은, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회를 수분함량이 15wt%이하가 되도록 건조하는 단계; 건조된 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회 10~55wt%, 결합제 5~20wt%, 및 첨가제 25~85wt%를 혼합하는 단계; 압출기로 성형하는 단계; 및 800~1100℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 요업제품 제조방법은, 입경이 0.3mm 이하 인 매립회 20~80wt%, 결합제 5~10wt%, 및 첨가제 10~75wt%를 혼합하는 단계; 압출기로 성형하는 단계; 및 800~1100℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 요업용 원료 제조방법에 의해 제조된 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 입경 0.3mm 이하의 매립회를 이용하여 요업제품을 제조하는 경우, 플라이애시를 첨가하지 않고도 우수한 품질의 요업제품을 제조할 수 있다. 따라서, 플라이애시의 공급 부족으로 인한 원료비의 상승을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 사업장폐기물인 무연탄 매립회를 요업용 원료로 사용하여 점토, 고령토 또는 장석의 사용량을 감소시킴으로써, 천연자원의 고갈을 방지하고, 환경보전과 폐기물 재활용 정책에 크게 기여할 수 있다.
나아가, 무연탄 매립회에는 모래와 유사한 성분이 포함되어 있어 요업용 원료로 사용하는 모래까지 대체할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 요업용 원료를 이용하여 소성벽돌을 제조하는 경우, 저온 소성법에 의한 소성벽돌의 제조가 가능하며, 소성단계에서 요업용 원료에 포함된 미연탄소의 연소로 온도가 상승한다. 따라서, 소성단계에 가열온도를 상승시키기 위해 필요한 연료의 사용량을 줄일 수 있다. 이러한 연료의 사용량 감소는 범세계적으로 추진하고 있는 이산화탄소 감축에도 크게 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 요업용 원료는 벽돌뿐만 아니라 타일, 세라믹어초, 세라믹용기(화분) 등 여러 분야의 요업제품의 원료로 적용할 수 있으며, 그에 따라, 향후 요업분야의 발전에도 기여할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저, 무연탄 매립회의 화학적 성분분석 및 물리적 특성시험을 통하여, 무연탄 매립회를 플라이애시로 대체하기 위해 필요한 처리과정을 살펴 보았다.
본 발명의 실험예 및 실시예에서, 무연탄 매립회로 서천화력발전소의 회처리장에서 채취한 무연탄 매립회를 이용하였지만, 여기에 제한되는 것은 아니다.
[실험1. 회처리장 무연탄 매립회의 화학적 성분분석]
서천화력발전소 회처리장에서 채취한 무연탄 매립회와 기존 요업용 원료인 플라이애시 및 고령토(Kaoline)의 화학성분 분석하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
구분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2 MnO P2O5 미연탄소 염화물
무연탄 매립회 47.14 25.52 6.84 1.22 1.04 3.14 0.42 1.53 0.04 0.15 12.96 4.8
플라이애시 46.12 27.62 5.20 1.07 1.12 3.72 0.15 1.43 0.04 0.18 13.35 0.0
고령토 48.54 30.27 1.01 11.56 0.27 0.38 2.59 0.14 0.01 0.01 5.22 0.9
표 1을 참조하면, 무연탄 매립회의 SiO2 및 Al2O3의 분포는 플라이애시 및 고령토와 유사하고, 미연탄소 함량도 플라이애시와 비슷하여 요업용 원료로 사용이 가능하다. 그러나, 해수를 이용한 회처리로 인해 무연탄 매립회의 염화물 함량이 플라이애시 및 고령토보다 높으므로 요업제품에 따라 염화물을 제거하는 공정이 별도로 필요하다.
도 1은 서천화력발전소로부터 채취한 무연탄 매립회의 X선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 1를 참조하면, 무연탄 매립회의 주성분으로 석영(Quartz, SiO2), 멀라이트(Mullite, Al6Si2O13), 및 유리질이 존재하고, 마그네타이트(Magnetite)와 헤머타이트(Hematite)가 일부 혼재하고 있음을 알 수 있다. 이들 성분들은 기존의 요업용 원료인 장석 및 고령토의 성분과 유사하므로 무연탄 매립회를 요업용 원료로 사용할 수 있다.
[실험2. 회처리장 무연탄 매립회의 물리적 특성 시험]
표 2는 서천화력발전소 회처리장에서 채취한 무연탄 매립회와 기존의 요업용 원료로 사용하는 플라이애시 및 점토의 물리적 특성을 시험한 결과를 나타낸 것이다.
[표 2]
구　　　　　　　　　 분 무연탄 매립회 플라이애시 점토
입도분포 유효입경, D10(㎜) 0.008~0.3 0.003~0.012 0.01~0.31
균등계수, Cu 1.1~25.0 1.7 3.7~40.0
곡률계수, Cg 0.8 0.7 0.625~2.5
흙분류 통일분류 ML ML GW~CL
AASHTO 분류 A-4 A-4 -
비중 비 중 2.10~2.17 2.10~2.14 2.6~2.8
분말도 분말도(㎠/g) 800~2,400 3,000~4,500 2,200~3,500
표 2를 참조하면, 무연탄 매립회의 비중은 플라이애시와 비슷하지만, 유효입경과 균등계수가 플라이애시에 비해 낮아 선별, 분쇄 등 적정하게 처리한 후 요업용 원료로 사용하여야 한다
표 3은 서천화력발전소 회처리장에서 채취한 무연탄 매립회의 입도 분석결과 를 나타낸 것이다.
[표 3]
시 험 항 목 분석결과 시험방법 비고
입도분포 4.75㎜체 통과율 (%) 70.8 KSF2302 (2002) 　
2.36㎜체 통과율 (%) 60.1 　
0.425㎜체 통과율 (%) 30.3 　
0.075㎜체 통과율 (%) 12.0 　
최대입자 지름 (㎜) 45.1 　
60% 입자지름 (%) 2.0 　
30% 입자지름 (%) 0.36 　
10% 입자지름 (%) 0.08 　
표 3을 참조하면, 무연탄 매립회는 플라이애시와 유사한 입경분포를 가진 성분을 30wt% 이하로 포함할 것으로 예상되며, 입도분포가 불균일하고 분말도가 낮으므로 요업용 원료로 사용하기 위해서는 선별, 분쇄, 건조 등 적정하게 처리한 후 사용할 필요가 있다.
또한, 무연탄 매립회는 장기간 수중에 매립되면서 자경성으로 인해 단단하게 굳어 있으므로, 요업용 원료로 사용하기 위해서는 적정한 전처리 공정이 필요하다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명자는 무연탄 매립회를 요업용 원료로 사용하기 위해서는 분쇄, 선별 등의 적정한 공정이 필요함을 인식하고, 다음과 같은, 무연탄 매립회를 이용하여 요업용 원료를 제조하는 방법을 제시하게 되었다.
도 2는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 무연탄 매립회를 이용한 요업용 원료 제조방법에 관한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 요업용 원료 제조방법은 다음과 같다. 매립장으로부터 무연탄 매립회를 채취하고 채취된 무연탄 매립회를 분쇄한다. 분쇄 후에 필요에 따라 분쇄된 무연탄 매립회의 염화물을 제거 할 수 있다. 다음으로, 선별공정을 통하여 상기 분쇄된 무연탄 매립회를 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회로 분리한다. 이 때, 필요에 따라, 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회를 탈수하는 공정을 포함할 수 있다. 이 후 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회를 이송하여 건조하고, 상기 건조된 입경 2.0mm 이하의 매립회에서 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리한다. 이때 필요에 따라, 상기 입경 0.3mm 이하의 매립회로부터 분리된 조분을 회수하고 파쇄하여, 파쇄된 조분에서 다시 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 무연탄 매립회로부터 제조된 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회는 별도로 저장조에 각각 저장된다.
이하, 무연탄 매립회를 이용하여 요업용 원료인 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회를 제조하는 과정을 구체적을 설명한다.
상기 무연탄 매립회를 채취하는 과정에서, 무연탄 매립회를 수중에서 채취할 경우에는 준설장비를 이용하고, 무연탄 매립회가 노출된 곳에서 채취할 경우에는 굴삭기 또는 로우더를 이용할 수 있다. 상기 준설설비를 이용하여 무연탄 매립회를 채취한 경우에는 파이프라인을 통해 무연탄 매립회를 이송할 수 있고, 상기 굴삭기나 로우더로 무연탄 매립회를 채취한 경우에는 이동거리가 근거리인 경우에 컨베이어벨트를 이용하고, 원거리의 경우에 덤프트럭을 이용하여 이송할 수 있다.
무연탄 매립회는 비산방지를 위해 대부분 해수 중에 매립된 것이므로, 자경성으로 인해 단단하게 굳어 있다. 따라서, 상기 무연탄 매립회를 분쇄하는 공정이 필요하다. 분쇄공정에서는, 무연탄 매립회의 선별효율을 향상시키기 위해, 무연탄 매립회를 잘게 분쇄하고, 분쇄된 무연탄 매립회를 소정의 양으로 나누어 선별설비에 균일하게 투입한다. 상기 분쇄공정은 습식의 경우 고압으로 물을 분사함으로써 이루어지고, 건식의 경우 파쇄설비를 이용하여 수행될 수 있다.
이후 필요에 따라, 분쇄된 무연탄 매립회를 세척하여 무연탄 매립회의 염화물을 제거할 수 있다. 이 과정에서, 담수를 이용하여 세척할 수 있으며, 해사 세척설비를 설치할 수 있다. 또한, 염화물 제거효율을 높이기 위해 아황산나트륨 계열의 세척제 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 무연탄 매립회는 선별공정을 통해 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 9.0mm 초과의 매립회로 분리된다. 선별공정에서 분리된 입경 2.0mm 이하의 매립회 및 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회는 별도로 보관되어 요업용 원료로 사용된다.
또한, 선별공정에서 분리된 상기 입경 2.0mm이하의 매립회를 입경 0.6mm 이하의 매립회와 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회로 분리하여 각각 요업용 원료로 사용할 수 있다. 나아가, 상기 선별공정 단계에서, 무연탄 매립회를 입경 0.6mm 이하의 매립회, 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회, 및 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회로 분리하여 사용할 수도 있다. 이경우 판형 3단선별시설을 설치하고, 3단 망을 사용하여 선별할 수 있다. 선별 망의 사이즈는 요업제품에서 필요로 하는 요업용 원료의 입경에 따라 변경이 가능하다.
한편, 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회는 필요에 따라 탈수공정을 거쳐서 요업용 원료로 사용될 수 있다. 탈수공정은 벨트프레스식 탈수시설, 원심력탈수시설, 판형진동식탈수시설 등을 설치하여 수행할 수 있다. 또한, 상기 탈수공정을 대신하여 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회를 야적장에서 보관하여 자연적으로 수분이 제거될 수 있도록 한 후, 요업용 원료로 사용할 수 있다.
상기 선별공정 이후에, 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회에서 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하기 위해 이송, 건조 및 분리 공정을 거친다.
구체적으로 살펴보면, 상기 선별공정에서 분리된 입경 2.0mm 이하의 매립회를 건조시설로 이송하여 건조시킨다. 이동거리가 근거리일 경우에는 컨베이어 벨트를 이용하여 입경 2.0mm 이하의 매립회를 이송할 수 있고, 원거리인 경우에는 차량을 이용하여 이송할 수 있다.
상기 입경 2.0mm 이하의 매립회는 보수성이 높으므로 자연 건조할 경우, 건조 효율이 떨어진다. 따라서, 전기열풍식 건조설비 또는 회전식 건조설비(로터리킬른) 등의 건조설비를 설치하여 입경 2.0mm 이하의 매립회를 건조할 수 있다. 건조설비는 원료저장호퍼(투입구), 공기주입설비(송풍기), 열공급설비(중유, 전기), 구동시설, 저장시설, 및 분리시설 등으로 구성될 수 있다.
이후, 건조된 입경 2.0mm 이하의 매립회로부터 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리한다. 이때, 원심분리기를 이용한 원심력분리방식을 이용하여 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리할 수 있으며, 입경 0.3mm 이하의 매립회의 입도를 조절하기 위해 원심분리기에 베인을 설치하고, 베인개도로 분말도를 조절할 수 있다. 또한, 분리된 입경 0.3mm 이하의 매립회의 외부 비산을 방지하기 위해 여과집진설비(Bag Filter)를 설치하여 운영할 수 있다.
한편, 상기 원심분리기에서 회수된 조분 역시 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회로서 요업용 원료로 사용될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 상기 분리공정 후에 상기 조분을 회수하고, 파쇄하여 파쇄된 조분으로부터 다시 입경이 0.3mm 이하인 매립회를 분리하여 요업용 원료로 사용할 수 있다. 파쇄공정은, 상기 건조설비 상단에 파쇄시설을 설치하여 상기 원심분리기에서 회수된 조분을 파쇄할 수 있다.
상기에서 제조된 입경 0.3mm 이하의 매립회와 조분은 별도로 저장된다. 상기 입경 0.3mm 이하의 매립회의 경우 저장조를 설치하여 저장하고, 저장조 상부에는 여과집진설비(Bag Filter)를 설치하여 입경 0.3mm 이하의 매립회의 비산을 방지한다. 상기 조분은 야적장과 같은 저장소에 저장한다.
[실험3. 무연탄 매립회를 이용하여 제조한 요업용 원료의 입도 분석]
실시예 및 비교예
상기한 본 발명에 따른 요업용 원료 제조방법의 선별공정에서, 망의 규격이 1단 9.0㎜, 2단 2.0㎜인 망을 사용하여 입경 2.0mm 이하의 매립회(실시예1)과 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회(실시예2)를 선별하여 입도를 분석하였다.
또한, 분리공정에서 분리된 입경 0.3mm이하의 매립회(실시예3)과 아무런 공정을 거치지 않은 회처리장의 무연탄 매립회(비교예)에 대하여 입도를 분석하였다.
한편, 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회는 탈수된 것이며, 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회는 염화물 제거공정을 거친 것이다.
표 4는 실시예1 내지 실시예3과 비교예의 입도를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
[표 4]
구 분 비교예 실시예1 실시예2 실시예3
입경 분포 (%) 0.075㎜ 통과율 (#200) 12.8 14.2 0.8 34.4
0.15㎜ 통과율 (#100) 32.1 47.0 2.1 86.7
0.30㎜ 통과율 (#50) 45.2 59.7 5.2 95.5
0.60㎜ 통과율 (#30) 50.3 80.6 12.3 100
1.18㎜ 통과율 (#16) 54.2 87.5 32.0 100
2.36㎜ 통과율 (#8) 62.5 95.6 47.6 100
3.35㎜ 통과율 (#6) 67.3 100 63.4 100
4.75㎜ 통과율　 (#4) 76.6 100 73.6 100
9.50㎜ 통과율 (3/8‘) 87.5 100 100 100
염화물(%) 5.8 0.8 1.2 0.2
함수율(%) 28.6 22.4 9.6 0.0
최대직경(㎜) 26.2 5.0 9.2 0.42
표 4를 참조하면, 실시예1의 경우, 입경 2.0mm 이하의 매립회 함량이 59.7wt%로 높고 거친 입자가 비교적 적게 함유되어 요업용 원료로 사용이 가능하다. 다만, 함수율이 높으므로 요업제품에 따라 함수율을 조정한 후 요업용 원료로 사용할 수 있다. 실시예2의 경우, 함수율은 낮지만 입경 2.0mm 이하의 매립회 함량이 5.2wt%로 작으므로 가소제와 점토, 고령토 등의 부원료를 혼합하여야만 사용이 가능하다. 실시예3의 경우, 입경 2.0mm 이하의 매립회 함량이 95.5wt%로 매우 높고, 함수율이 제로에 해당하므로 소성벽돌을 비롯한 다양한 요업용 재료로 사용할 수 있다. 특히 실시예3의 경우 모래 성분과 유사한 바텀애시의 입경 0.3mm 이하의 매립회가 약 20~30wt% 함유되어 있으므로, 실시예3에 따른 입경 0.3mm 이하의 매립 회를 이용하여 요업 제품을 제조할 경우, 모래를 대체할 수 있다. 또한, 실시예1 내지 실시예3 모두에서 염화물이 적게 포함되어 있음을 알 수 있다.
반면, 본 발명에 따른 요업용 원료의 제조방법을 거치지 않은 비교예는 입경 2.0mm 이하의 매립회 함량이 45.2wt%로 낮으며, 모래나 잔자갈 형태의 바텀애시가 많이 포함되어 있다. 특히 비교예의 무연탄 매립회의 경우, 함수율이 28.6wt%으로 성형시 요구되는 수분 함량 18~20wt%보다 높으며, 염화물의 함량이 5.8wt%로 요업용 재료로 사용시 염화물에 의한 악영향을 발생시킨다.
이하에서는 상기한 방법에 의해 제조된 요업용 원료인 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 입경 0.3mm 이하의 매립회를 각각 이용하여 고온 소성법으로 요업제품을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
한편, 본 발명의 설명에서는 요업제품 중 소성벽돌을 제조하는 방법에 대하여 설명하지만, 이에 한정되지 않으며, 본 발명에 따라 제조한 요업용 원료를 이용하여 타일, 세라믹어초, 세라믹용기 등 다양한 요업제품을 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따라 제조된 요업용 원료를 이용하여 고온 소성법으로 소성벽돌을 제조하는 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 있어서, 고온 소성법으로 소성벽돌을 제조하는 방법은 원료 준비, 수분 조절, 1차 혼련, 2차 혼련, 선별 및 분쇄, 3차 혼련, 숙성, 성형, 1차 건조, 적재, 2차 건조, 소성, 및 냉각 공정을 포함한다.
먼저 소성벽돌을 형성하기 위한 고온 소성형 벽돌용 조성물을 준비한다. 본 발명의 예시적인 구현예에 있어서, 상기 고온 소성형 벽돌용 조성물은 상기에서 제조한 요업용 원료, 장석, 점토 또는 고령토, 및 무기 가소제를 포함한다.
상기 고온 소성형 벽돌용 조성물에서 각 구성요소의 조성비는 요업용 원료의 종류에 따라 달리 구성된다.
입경 2.0mm 이하의 매립회를 포함하는 경우, 상기 소성벽돌용 조성물은 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회 20~65wt%와, 점토 및/또는 고령토와, 장석 35~80wt%와, 무기 가소제 0~20wt%를 포함한다.
입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회를 포함하는 경우, 상기 소성벽돌용 조성물은 상기 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회 20~55wt%와, 점토 및/또는 고령토와, 장석 45~80wt%와, 무기 가소제 0~20wt%를 포함한다.
입경 0.3mm 이하의 매립회를 포함하는 경우, 상기 소성벽돌용 조성물은 상기 입경 0.3mm 이하의 매립회 20~80wt%와, 점토 및/또는 고령토와, 장석 20~80wt%와, 무기 가소제 0~20 wt%를 포함한다.
본 발명의 예시적인 구현예에 따른 소성벽돌용 조성물들에서, 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회가 각각의 함량을 초과하여 포함되는 경우, 성형공정에서 성형이 잘 이루어지지 않는다.
상기 무기 가소제는 가소성이 없는 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회에 가소성을 부여하기 위해 사용된다. 상기 무기 가소제로 도석, 세리사이트, 벤토나이트, 버미큐라이트, 도자기 슬러지, 타일 슬러지 및 폐백토로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 요업용 원료, 고령토, 점토, 장석, 및 무기 가소제로 구성된 소성벽돌용 조성물의 가소성 평가결과, 수분함량이 18±1.0wt% 범위에서 압출성형이 가능하였다.
상기한 소성벽돌용 조성물의 수분 함량이 18±1.0wt%의 범위를 초과하는 경우 혼련 및 성형이 되지 않으며, 18±1.0wt%의 범위에서 수분 함량이 낮을수록 혼련이 용이하다. 따라서, 상기한 소성벽돌용 조성물을 혼련하기 전에 필요에 따라, 상기 소성벽돌용 조성물의 수분함량을　조절하는 과정을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 소성벽돌용 조성물은 1차 혼련, 2차 혼련 및 3차 혼련을 통해 균일하게 혼합된다. 1차 혼련에서는 튜브 밀 믹서(Tube Mill Mixer)를, 2차 혼련에서는 로터 믹서(Rotor Mixer)를, 3차 혼련에서는 팬 밀(Pan Mill)을 각각 이용하여 상기 소성벽돌용 조성물을 균일하게 혼합할 수 있다.
또한, 2차 혼련 및 3차 혼련 사이에서, 2차 혼련된 소성벽돌용 조성물을 선별 및 분쇄하는 공정을 거치게 된다. 선별공정에서는 진동스크린(Vibrating Screen)을 이용하여 선별할 수 있다. 분쇄 공정에서는 뮬러(Muller)를 이용하여 상기 소성벽돌용 조성물을 분쇄할 수 있다. 이때 상기 소성벽돌용 조성물을 2.0mm 이하의 입경으로 분쇄할 수 있다.
3차 혼련 후에, 균일하게 혼합된 소성벽돌용 조성물을 190~220시간 동안 숙성시킨 다음 진공압출성형기로 성형하여 성형물을 제조한다. 이때 성형 압력은 250~280psi로 유지한다.
이후, 상기 성형물을 건조실에 넣고, 수분함량이 1~2wt%가 될 때까지 1차 건조(예비 건조)시킨다. 본 구현예에서, 상기 건조실의 온도는 60~80℃로 유지하고, 40~48시간 동안 건조한다. 상기 1차 건조는 소성시설의 폐열을 이용하여 수행할 수 있다.
1차 건조한 성형물을 소성하기 전에, 상기 성형물로의 균일한 열전달을 위해 상기 성형물을 지그재그로 적재한다. 이후 건조실에 넣고 2차 건조(본 건조)를 수행한다. 이때, 건조 온도는 150~170℃로 유지하고, 28 내지 30시간 동안 건조한다. 이때, 열원으로 소성시설의 폐열을 이용할 수 있다.
2차 건조된 성형물은 소성로에서 1,000~1,200℃에서 2~4시간 동안 가열된다. 가열시 소성로의 온도가 500~600℃ 정도가 되면, 성형물의 요업용 원료에 포함된 미연탄소분이 연소되어 온도가 상승하므로 소성로의 온도 조정에 유의하여야 한다. 한편, 미연탄소분의 연소에 의해 온도가 상승하므로, 가열온도를 상승시키기 위해 필요한 연료의 사용량을 줄일 수 있다. 그에 의해 연료비를 40~60% 절감할 수 있다.
소성 후에 소성로 내에서 소성벽돌을 냉각한다. 이때 자연냉각방식으로 냉각하여 소성벽돌의 균열을 예방할 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 구현예에 있어서, 상기 소성벽돌을 제조하는 방법은 완성된 소성벽돌의 백화현상 예방 및 흡수율 저감을 위해 소성벽돌의 표면을 코팅액으로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 구현에 따른 소성벽돌용 조성물을 이용하는 경우, 소성단계에서 소성 온도 낮추고 소성 시간을 단축할 수 있다. 또한, 소성공정에서 성형물의 요업용 원료에 포함된 미연탄소분의 연소에 의한 발열로 연료비를 절감할 수 있다. 따라서, 소성벽돌의 제조비용을 절감할 수 있고, 소성벽돌의 생산성을 향상시킬 수 있다.
[실험4. 본 발명에 따른 요업용 원료를 이용하여 고온 소성법으로 제조된 소성벽돌의 물리적 특성 시험]
1. 실시예
상기한 본 발명에 따른 고온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법에서, 본 발명에 따라 제조된 입경 2.0mm 이하의 매립회(실시예1), 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회(실시예2) 및 입경 0.3mm 이하의 매립회(실시예3)을 각각 포함하는 소성벽돌용 조성물을 이용하여 소성벽돌을 제조하였다.
한편, 본 실험에서 사용된 입경 2.0mm 이하의 매립회와 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회는, 상기한 본 발명에 따른 요업용 원료 제조방법의 선별공정에서 무연탄 매립회로부터 각각 선별된 것이다. 또한, 혼련 전에 상기 입경 2.0mm 이하의 매립회와 상기 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회를 건조하여 소성벽돌용 조성물의 수분함량이 15wt% 이하가 되도록 하였다.
2. 비교예
본 발명에 따라 제조된 요업용 원료를 대신하여 고령토를 포함하는 것을 제 외하고 실시예와 동일한 고온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법으로 소성벽돌을 제조하였다.
표 5는 실시예1 내지 실시예3 및 비교예의 구성요소 및 혼합비와 소성벽돌 제조과정에서 각 공정의 공정 조건을 나타낸 것이다.
[표 5]
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예
구성요소 (wt%) 입경 2.0mm 이하의 매립회(65) 점토(15) 장석(10) 무기 가소제(10) 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회(55) 점토(25) 장석(10) 무기 가소제(10) 입경 0.3mm 이하의 매립회(80) 점토(0) 장석(10) 무기 가소제(10) 점토(80) 장석(20)
성형압력(psi) 250 250 250 200
2차건조시간 (시간) 36 32 36 48
2차건조온도 (℃) 160±10 160±10 160±10 200±20
최고소성온도 (℃) 1,050 1,090 1,020 1,190
3. 시험
상기에서 제조한 실시예1 내지 실시예3 및 비교예의 소성벽돌에 대한 물리적 특성을 측정하여, 표 6에 측정 결과를 나타내었다.
[표 6]
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예
흡수율(%) 9.5 15.8 8.6 10이하
압축강도(N/㎜) 31.0 25.0 32.0 33.0
꺽임강도(N/㎜) 3.6 2.8 3.8 3.4
비중 1.6 1.7 1.5 2.1
기공율(%) 28 34 24 20
장당 중량(㎏) 1.35 1.45 1.22 1.6
벽돌품질기준 적합 코팅 후 사용 적합 적합
표 6을 참조하면, 실시예1의 소성벽돌은, 그 비중, 기공율 및 장당 중량이 양호하며, 벽돌 품질기준에 적합하다. 또한, 소성벽돌의 흡수율은 높은 편이지만, 벽돌로 사용하는데 문제가 없다.
실시예2의 소성벽돌은 다른 실시예들의 소성벽돌보다 흡수율이 높다. 따라서 벽돌로 사용할 경우, 백화현상 예방 및 흡수율 저감을 위해 표면을 코팅하여 사용할 수 있다. 다만 실시예2의 조성으로 된 요업제품용 조성물을 이용하여 세라믹어초나 세라믹용기 등을 제조하여 사용하는 경우에는 표면 코팅 없이 사용할 수 있다.
실시예3의 소성벽돌은 흡수율이 낮고, 압축강도 및 꺽임강도가 크면서 가벼우므로 벽돌로 사용하는데 아무런 문제점이 없다.
이처럼, 실시예1 내지 실시예3에 의하여 제조된 소성벽돌은 비중, 기공율 및 장당 중량 면에 비교예의 소성벽돌보다 우수한 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예1 내지 실시예3에 의하여 제조된 소성 벽돌을 이용하는 경우, 기존의 요업용 원료로 사용된 천연자원을 대체할 수 있으므로, 천연자원의 고갈 및 환경파괴를 방지할 수 있다.
또한, 실시예1 내지 실시예3의 소성벽돌은 무연탄 매립회로부터 제조된 요업용 원료를 이용하여 제조된 것이므로 비용이 저렴하다. 또한, 무연탄 매립회의 고유 특성에 의해, 소성단계에서 소성온도를 낮추고 및 소성 시간을 단축할 수 있으므로, 소성벽돌의 제조 비용을 절감할 수 있다. 따라서, 실시예1 내지 실시예3의 소성벽돌이 비교예의 소성벽돌보다 경제적으로 월등하다.
이하에서는 상기한 방법에 의해 제조된 요업용 원료인 입경 0.6mm 이하의 매립회, 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립 회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회를 각각 이용하여 저온 소성법으로 소성벽돌을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 하나의 예시적인 구현에 따라 제조된 요업용 원료를 이용하여 저온 소성법으로 소성벽돌을 제조하는 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.
저온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법과 관련하여, 앞서 설명한 고온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법과 다른 점에 대하여 구체적으로 설명하고, 고온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법과 동일한 점에 대하여는 구체적인 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 있어서, 저온 소성법으로 소성벽돌을 제조하는 방법은, 원료 준비, 수분 조절, 1차 혼련, 2차 혼련, 선별 및 분쇄, 3차 혼련, 성형, 1차 건조, 적재, 2차 건조, 소성, 및 냉각 공정을 포함한다. 저온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법은 고온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법에서 숙성과정이 생략된 것을 제외하고, 고온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법과 동일한 공정단계를 포함한다.
먼저 소성벽돌을 형성하기 위한 저온 소성형 벽돌용 조성물을 준비한다. 본 발명의 예시적인 구현예에 있어서, 상기 저온 소성형 벽돌용 조성물은 상기에서 제조한 요업용 원료, 결합제 및 첨가제를 포함한다.
상기 소성벽돌용 조성물에서 각 구성요소의 조성비는 요업용 원료의 종류에 따라 달리 구성된다.
본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 있어서, 입경 0.6mm 이하의 매립회를 포함하는 경우, 상기 소성벽돌용 조성물은, 입경 0.6mm 이하의 매립회 20~80wt%, 결합제 5~10wt%, 및 첨가제 10~75wt%를 포함한다.
본 발명의 다른 예시적인 구현예에 있어서, 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회를 포함하는 경우, 상기 소성벽돌용 조성물은, 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회 10~55wt%, 결합제 5~20wt%, 및 첨가제 15~75wt%를 포함한다.
본 발명에 또 다른 예시적인 구현예에 있어서, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회를 포함하는 경우, 상기 소성벽돌용 조성물은, 상기 입경 2.0 mm초과 9.0mm 이하의 매립회 20~65wt%, 결합제 5~20wt%, 및 첨가제 25~85wt%를 포함한다.
본 발명에 또 다른 예시적인 구현예에 있어서, 입경 0.3mm 이하의 매립회를 포함하는 경우, 상기 소성벽돌용 조성물은 상기 입경 0.3mm 이하의 매립회 20~80wt%, 결합제 5~10wt%, 및 첨가제 10~75wt%를 포함한다.
본 발명의 예시적인 구현예에 따른 소성벽돌용 조성물들에서, 상기 입경 0.6mm 이하의 매립회, 상기 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회 및 입경 0.3mm 이하의 매립회가 각각의 함량을 초과하여 포함되는 경우, 성형공정에서 성형이 잘 이루어지지 않는다.
상기 결합제는 소성온도를 낮추기 위한 융제와 압축강도 증진시키는 증진제로 구성된다. 상기 결합제로의 예로서, BP(Sodium Tetraborate), CA(CaO), CC(Ca3(PO4)2), PA(Phosphoric acid), PO(Fe2O3), PC(Cement), 및 GP(Glass powder)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 첨가제로는 고령토, 점토, 장석 등의 부원료와 무기 가소제를 혼합하여 사용한다. 무연탄 매립회로부터 제조된 요업용 원료는 가소성이 없으므로 상기 첨가제를 첨가하여 상기 소성벽돌용 조성물의 가소성을 향상시켜 성형이 가능하도록 할 수 있다. 상기 무기 가소제의 예로서, 도석, 세리사이트, 벤토나이트, 버미큐라이트, 도자기 슬러지, 타일 슬러지 및 폐백토로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 무기 가소제는 0~20wt%의 함량으로 포함될 수 있다
본 발명에 따른 저온 소성법에 의한 소성벽돌의 제조방법은 크게 혼련공정, 성형공정, 건조공정, 및 소성공정의 4단계로 구성된다. 한편, 고온 소성법에서와 마찬가지로 1차 혼련 전에, 조성물의 수분 함량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 소성벽돌용 조성물이 준비되면, 1차 혼련, 2차 혼련, 선별 및 분쇄, 3차 혼련 공정을 통해 상기 소성벽돌용 조성물을 균일하게 혼합한다.
이후 상기 소성벽돌용 조성물을 성형하여 성형물을 형성한다. 이때, 성형 압력은 200~250psi로 유지한다. 상기 소성공정에서는 일축성형압축기 또는 진공압출성형기를 이용하여 성형할 수 있다.
상기 건조공정은 소성설비의 폐열을 이용하여 25~50℃의 온도에서 24시간 동안 상기 성형물을 건조하는 1차 건조 단계, 1차 건조된 성형물에 열전달이 골고루 이루어 질 수 있도록 상기 1차 건조된 성형물을 지그재그로 쌓는　적재 단계, 및 200~300℃의 온도로 가열된 폐열을 이용하여 50~120℃의 온도에서 약 3시간 동안 적재된 성형물을 건조하는 2차 건조 단계를 포함한다. 상기 건조공정에서, 급격하게 건조하는 경우 상기 성형물이 균열되거나 뒤틀어질 수 있으므로 특별한 유의가 필요하다.
상기 소성공정은 건조된 성형물을 서서히 승온하며, 125℃에서 500℃까지 한 시간당 100℃의 속도(약 5시간)로 승온한 후 2시간 동안 소성한다. 이후, 다시 850~1000℃까지 한 시간당 100℃의 속도(약 3시간)로 승온한 후 4~5시간 동안 소성한다. 이때 500~600℃ 정도에서 요업용 원료에 포함된 미연탄소분의 연소로 급속한 온도상승이 우려되므로 특별히 유의해야 한다. 한편, 미연탄소의 연소에 의해 온도가 상승하므로, 가열온도를 상승시키기 위해 필요한 연료의 사용량을 줄일 수 있다.
소성 후 소성로 내에서 소성벽돌을 냉각시킨다. 이때, 자연냉각방식으로 소성 벽돌을 냉각하여 벽돌의 균열을 방지할 수 있다.
본 발명의 예시적인 구현예에 따른 소성벽돌용 조성물을 이용함으로써, 저온 소성법에 의한 소성벽돌의 제조가 가능하다. 저온 소성법으로 소성벽돌을 제조하는 경우, 건조공정에서 건조 온도를 낮추고 건조 시간을 단축할 수 있으며, 소성공정에서도 소성 온도를 낮추고 소성 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 소성벽돌용 조성물을 이용하게 되면, 소성단계에서 미연탄소의 연소에 의해 온도가 상승하므로, 가열온도를 상승시키기 위해 필요한 연료의 사용량을 줄일 수 있다. 따라서, 연료비를 최대 70%로 까지 절감할 수 있어, 소성벽돌의 제조비용을 줄일 수 있다. 또한, 최근 심각한 환경오염의 원인 중 하나인 이산화탄소의 발생량을 저감할 수 있어, 환경오염을 감소하는데 크게 기여할 수 있다.
[실험 5. 본 발명에 따른 요업용 원료를 이용하여 저온 소성법으로 제조된 소성벽돌의 물리적 특성 시험]
1. 소성벽돌용 조성물의 준비
상기한 본 발명에 따른 저온 소성법에 의한 소성벽돌 제조방법에서, 본 발명에 따라 제조된 입경 0.6mm 이하의 매립회(실시예1), 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회(실시예2), 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회(실시예3) 및 입경 0.3mm 이하의 매립회(실시예4)를 각각 포함하는 소성벽돌용 조성물을 이용하여 소성벽돌을 제조하였다.
상기 입경 0.6mm 이하의 매립회와 입경 0.6mm 초과 2.0mm이하의 매립회는, 상기한 본 발명에 따른 요업용 원료 제조방법의 선별공정에서 분리된 입경 2.0mm이하의 매립회에서 각각 분리된 것이다.
한편, 입경 0.6mm 이하의 매립회는 탈수된 것을 사용하였고, 상기 입경 0.6mm 이하의 매립회와 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회는 1차 혼련 전에 야적장에서 각각 건조하여 소성벽돌용 조성물의 수분함량이 15wt% 이하가 되도록 하였다.
실시예들 각각의 소성벽돌용 조성물의 구성은 표 7에 기재된 바와 같다.
2. 소성벽돌의 제조
먼저 요업용 원료(입경 0.6mm 이하의 매립회, 입경 0.6mm 초과 2.0mm이하의 매립회, 입경 2.0mm초과 9.0mm 이하의 매립회, 입경 0.3mm 이하의 매립회), 결합제, 및 첨가제를 균일하게 혼합하고, 반 건식 상태로 성형을 하였다. 이후 성형물 을 건조하여 성형물에 포함된 수분과 휘발성 물질을 제거하였다. 다음을 성형물을 소성로에 넣고 서서히 가열하면서 500~600℃ 근처에서 미연탄소분을 연소시킨 후 소성온도를 850~1000℃로 승온하여 4~5시간 동안 성형물을 소성하여 소성벽돌을 제조하였다.
3. 시험
상기에서 제조한 실시예1 내지 실시예4의 소성벽돌에 대한 물리적 특성을 측정하여, 표 7에 측정 결과를 나타내었다.
[표 7]
구분 구성요소 (wt%) 압축강도 (㎏/㎠) 겉보기 밀도 흡수율 (%) 적용용도
실시예1 입경 0.6mm 이하의 매립회(80) 결합제(10) 무기 가소제(10) 297 1.43 9.6 벽돌, 타일
실시예2 입경 0.6mm 초과 2.0mm이하의 매립회(65) 결합제(10) 부원료(15) 무기 가소제(10) 197 1.31 24.2 보수성 용기
실시예3 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회(55) 결합제(15) 부원료(20) 무기 가소제(10) 248 1.38 14.4 세라믹어초
실시예4 입경 0.3mm 이하의 매립회(80) 결합제(10) 무기 가소제(10) 310 1.46 9.4 벽돌, 타일
벽돌품질기준 - 210㎏/㎠이상 2이하 15%이하 -
표 7를 참조하면, 실시예1의 소성벽돌은 압축강도가 297㎏/㎠이고, 겉보기밀도가 1.43이며, 흡수율이 9.6%로 벽돌품질기준에 적합한 것으로 나타났다.
실시예2의 소성벽돌은 압축강도가 197㎏/㎠이고, 흡수율이 24.2%로 벽돌품질기준에 부적합한 것을 알 수 있다. 그러나, 실시예2의 조성물과 동일한 조성으로 된 요업제품용 조성물은 벽돌 이외의 세라믹용기, 세라믹어초 등에 적용이 가능하다.
실시예3의 소성벽돌은 압축강도가 248㎏/㎠이고, 겉보기밀도가 1.38이며, 흡수율이 14.4%로 벽돌 품질기준에 맞지만, 흡수율이 상대적으로 높으므로 표면 코팅 등의 처리과정을 거친 후에 벽돌로 사용해야 한다. 또한, 실시예3의 조성물과 동일한 조성으로 벽돌 이외의 세라믹용기나 세라믹어초 등에 적용이 가능하다.
실시예4의 소성벽돌은 압축강도가 310㎏/㎠이고, 겉보기밀도가 1.46이며, 흡수율이 9.4%로 벽돌 기준에 적합한 것으로 나타났다.
또한, 실시예1, 실시예3, 및 실시예4의 각 조성물과 동일한 조성으로 된 요업제품용 조성물은 벽돌뿐만 아니라 타일, 세라믹어초 등 다양한 요업제품 등에 적용될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시예들에 따른 소성벽돌용 조성물을 이용함으로써, 저온 소성법에 의한 소성벽돌의 제조가 가능하며, 제조된 소성벽돌 또한 우수한 품질을 갖는 것을 알 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 실시예들 및 실험예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 서천화력발전소로부터 채취한 무연탄 매립회의 X선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 무연탄 매립회를 이용한 요업용 원료 제조방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따라 제조된 요업용 원료를 이용하여 고온 소성법으로 소성벽돌을 제조하는 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 4는 본 발명의 하나의 예시적인 구현에 따라 제조된 요업용 원료를 이용하여 저온 소성법으로 소성벽돌을 제조하는 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.

Claims (23)

  1. 무연탄 매립회를 처리하여 요업용 원료를 제조하는 방법으로서,
    매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하는 단계(가);
    상기 분쇄된 무연탄 매립회를 입경 2.0mm 이하의 매립회와, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회로 분리하는 단계(나);
    상기 입경 2.0mm 이하의 매립회를 건조하는 단계(다); 및
    상기 건조된 입경 2.0mm 이하의 매립회에서 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하는 단계(라)를 포함하여, 무연탄 매립회로부터 요업용 원료인 입경 입경 2.0mm 이하의 매립회, 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회, 및 입경 0.3mm 이하의 매립회를 제조하는 것을 특징으로 하는 요업용 원료 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, (가)단계 이후에,
    상기 분쇄된 무연탄 매립회의 염화물을 제거하는 단계(마)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요업용 원료 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, (라)단계에서 상기 입경 0.3mm 이하의 매립회로부터 분리된 조분을 회수하고 파쇄하여, 파쇄된 조분에서 다시 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하는 단계(바)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요업용 원료 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, (나)단계에서 분리된 상기 입경 2.0mm이하의 매립회를 입경 0.6mm 이하의 매립회와 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요업용 원료 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하고, 상기 분쇄된 무연탄 매립회로부터 입경 2.0mm 이하의 매립회를 선별 분리하는 단계;
    상기 선별 분리된 입경 2.0mm 이하의 매립회 20wt%초과 ~ 65wt%미만, 점토, 고령토 또는 장석 35wt%초과 ~ 80wt% 미만, 및 잔량의 무기 가소제를 혼합하는 단계;
    진공압출기로 성형하는 단계; 및
    성형품을 1000~1300℃의 온도에서 2~4시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  10. 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하고, 상기 분쇄된 무연탄 매립회로부터 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회를 선별 분리하는 단계;
    상기 선별 분리된 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회 20wt%초과 ~ 55wt%미만, 점토, 고령토 또는 장석 45wt%초과 ~ 80wt%미만, 및 잔량의 무기 가소제를 혼합하는 단계;
    진공압출기로 성형하는 단계; 및
    성형품을 1000~1300℃의 온도에서 2~4시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  11. 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하고, 상기 분쇄된 무연탄 매립회로부터 입경 2.0mm 이하의 매립회를 선별 분리하여 건조 한 뒤, 상기 건조된 입경 2.0mm 이하의 매립회에서 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하는 단계;
    상기 분리된 입경 0.3mm 이하의 매립회 20wt%초과 ~ 80wt%미만, 점토, 고령토 또는 장석 20wt%초과 ~ 80wt%미만, 및 잔량의 무기 가소제를 혼합하는 단계;
    진공압출기로 성형하는 단계; 및
    성형품을 1000~1300℃의 온도에서 2~4시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  12. 제 9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    소성된 요업제품을 냉각하는 단계; 및
    냉각된 요업제품의 표면을 백화현상 예방 및 흡수율 저감용 코팅제로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  13. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 무기 가소제는 도석, 세리사이트, 벤토나이트, 버미큐라이트, 도자기 슬러지, 타일 슬러지 및 폐백토로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하고, 상기 분쇄된 무연탄 매립회로부터 입경 0.6mm 이하의 매립회를 선별 분리하는 단계;
    상기 선별 분리된 상기 입경 0.6mm 이하의 매립회를 수분함량이 15wt%이하가 되도록 건조하는 단계;
    건조된 상기 입경 0.6mm 이하의 매립회 20~80wt%, 결합제 5~10wt%, 및 첨가제 10~75wt%를 혼합하는 단계;
    압출기로 성형하는 단계; 및
    성형품을 800~1100℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  20. 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하고, 상기 분쇄된 무연탄 매립회로부터 입경 0.6mm 초과 2.0mm 이하의 매립회를 선별 분리하는 단계;
    상기 선별 분리된 입경 0.6mm 초과 2.0mm이하의 매립회 20~65wt%, 결합제 5~20wt%, 및 첨가제 15~75wt%를 혼합하는 단계;
    압출기로 성형하는 단계; 및
    성형품을 800~1100℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  21. 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하고, 상기 분쇄된 무연탄 매립회로부터 입경 2.0mm 초과 9.0mm 이하의 매립회를 선별 분리하는 단계;
    상기 선별 분리된 상기 입경 2.0mm초과 9.0mm 이하의 매립회를 수분함량이 15wt%이하가 되도록 건조하는 단계;
    상기 건조된 상기 입경 2.0mm초과 9.0mm 이하의 매립회 10~55wt%, 결합제 5~20wt%, 및 첨가제 25~85wt%를 혼합하는 단계;
    압출기로 성형하는 단계; 및
    성형품을 800~1100℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  22. 매립장으로부터 채취된 무연탄 매립회를 분쇄하고, 상기 분쇄된 무연탄 매립회로부터 입경 2.0mm 이하의 매립회를 선별 분리하여 건조 한 뒤, 상기 건조된 입경 2.0mm 이하의 매립회에서 입경 0.3mm 이하의 매립회를 분리하는 단계;
    상기 입경 0.3mm 이하의 매립회 20~80wt%, 결합제 5~10wt%, 및 첨가제 10~75wt%를 혼합하는 단계;
    압출기로 성형하는 단계; 및
    성형품을 800~1100℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
  23. 제 19항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 결합제는 BP(Sodium Tetraborate), CA(CaO), CC(Ca3(PO4)2), PA(Phosphoric acid), PO(Fe2O3), PC(Cement), 및 GP(Glass powder)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 요업제품 제조방법.
KR20080096059A 2008-09-30 2008-09-30 무연탄 매립회를 이용한 요업용 원료 제조방법 및 이에 의하여 제조된 요업용 원료를 이용한 요업제품 제조방법 KR100890915B1 (ko)

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