KR101171787B1 - 정수슬러지 몰탈 및 그를 이용한 타일의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백토 50중량%, 가공한 정수슬러지 37중량%, 타일소지 13중량%로 조성된 조성물을 혼합-성형- 건조- 1차시유(1차유약)- 건조- 1차소성- 2차유약 - 2차 소성-냉각공정을 거쳐 제조된 습식의 정수슬러지 몰탈 및 그를 이용한 타일의 제조방법에 관한 것이다.

Description

정수슬러지 몰탈 및 그를 이용한 타일의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A TILE AND WATER-SLUDGE MORTAR}

본 발명은 백토 50중량%, 가공한 정수슬러지 37중량%, 소지 13중량%로 혼합된 혼합물을 혼합-성형- 건조- 1차시유(1차유약)- 건조- 1차소성- 2차유약 - 2차 소성-냉각공정을 거쳐 제조된 정수슬러지 몰탈 및 그를 이용한 타일의 제조방법에 관한 것이다.

경제발전과 생활의 향상은 다양한 패턴으로 발전되어 물의 사용을 증가시켰으며, 이에 따라 정수처리장 시설이불가피하게 증가되어 왔다. 그로 인해, 정수처리시 발생되는 2차 부산물인 슬러지의 발생량도 점차적으로 증가되며, 정수슬러지 중의 대기 및 수질은 오염물질이 잔존하여, 이의 처리가 큰 환경문제로 대두되고 있다.

현재 정수슬러지의 처리는 해양투기나 매립 등의 방법에 의존하고 있다. 그러나 해양투기는 슬러지를 해양에 투기하기까지의 관리, 저장, 운반 등의 과정에서 많은 문제점이 발생되며, 폐기물의 해양투기가 런던협약에 의해전세계적으로 금지되었기 때문에 슬러지의 해양투기는 우리나라에서도 금지되어 있다.

한편, 다른 처리방법으로 건조 후 단순 소각하는 방법이 있으나, 높은 소각비용과 소각후 발생되는 재(災)의 처리가 문제가 되고 있다. 이 재(災)는 보통 포틀랜드 시멘트 등의 고화제와 혼합하여 처리하는 방법도 있으나 그러면 그때 발생되는 폐기물의 부피가 커지기 때문에 국내의 실정과 같이 매립지가 부족한 상황에서는 적합하지 못하다.

따라서, 정수슬러지의 단순처리단계를 넘어서 적극적으로 활용하여 처리시 발생되는 2차 오염원을 줄이는 방법을 모색하는 것이 바람직하다. 경제적으로 최대한의 효과를 거둘 수 있도록 버려지는 정수슬러지를 건축재료로 재활용할 수 있는 방법을 안출하기에 이르렀다.

예를 들면, 국내등록특허공보 등록번호 제10-340121호에는 함수율 60~80% 의 정수슬러지를 로의 폐열을 이용 건조시킨 후, 광물성결합제, 카올린, 점토를 첨가하여 물을 공급하여 교반한 다음, 고압프레스로 성형한 후 건조한 다음, 로에서 1200~1320℃의 8시간 가열하여 제조된 점토벽돌, 보, 차도용 점토블록 및 그 제조방법이 기술되어 있으며,

동 공보 등록번호 제10-622394호에는 숯을 대량으로 사용하여 발생한 정수슬러지를 로타리 킬른에서 고온으로 가열한 다음, 시멘트, 물을 혼합교반한 후에, 성형틀에 투입하여 성형한 다음, 다시 고온에서 소성하여 제조하는 정수슬러지를 이용한 건축자재의 제조방법이 공개되어 있고,

동 공보 등록번호 제10-555879호에는 정수슬러지를 로타리 킬른에서 고온으로 가열한 다음, 엽장석, 광명단, 붕사, 붕산, 활석, 인산칼슘, 물을 혼합 교반한 후에, 성형틀에 투입하여 성형한 다음, 다시 고온에서 소성하여 제조하는 정수슬러지를 이용한 내열도기 제조방법 및 그 조성물이 알려져 있으며,

동 공보 등록번호 제10-152209호에는 정수슬러지에서 색소를 제거하는 공정과, 알칼리를 가하여 얻은 잔류물을과산화수소 수용액에 침지하여 단백질 제거하는 공정과, 산 수용액을 가하여 무기물을 제거하는 공정과, 유기용매를 가하여 염을 제거하는 공정을 거쳐 정수슬러지로부터 키틴질을 추출하는 방법이 공개되어 있고,

국내특허공보 공고번호 특1992-1519호에는 정수슬러지를 분쇄한 다음, 소석회를 첨가하여 제조하는 원정수슬러지를 이용한 규회석 비료 제조방법이 기재되어 있으며,

국내공개특허공보 공개번호 제10-2010-0027471호에 유기질 점토, 리튬장석 또는 소다장석, 할로이사이트질 고령토, 규조토 또는 플라이애쉬, 파유리, 석회석 또는 돌로마이트, 활석, 탄닌산리그닌, 탄화규소(SiC)의 분말을 타일로 성형하는 성형단계; 상기 성형된 타일을 건조하는 건조단계 또는 상기 성형된 타일을 소성하는 소성단계; 상기 건조된 타일 또는 소성된 타일의 윗면에 1차로 고내화성의 엔고베유약(Engobe glaze)을 시유하고, 1차 시유된 표면 위에 2차로 나노실버 항균제가 첨가된 결정질항균유약을 시유하는 시유단계; 상기 시유 처리된 타일을 소성하는 소성단계; 상기 소성된 타일의 표면위에 방오제를 도포한 후 건조하는 방오제 코팅단계를 포함하는 방법에 의해 제조하는 세라믹 경량타일 및 이의 제조방법이 공개되어 있음을 알 수 있다.

상기와 같은 종래의 기술들은 타일 제조공정중 소성시 또는 냉각시에 급열 급냉시 발생되는 수축과, 유약 균열이 생성되는 문제점과, 원료가 고가이어서 현재 실용화되지 못하는 문제점이 본 발명이 해결하고자 하는 과제인 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 국내특허출원번호 제 10-2003-0016327호(등록번호 10-0555879)및 제10-2006-0100130호(등록번호 제10-0863139호), 발명의 명칭;정수 슬러지를 이용한 내열도기 제조방법 및 그 조성물과 상수원 슬러지를 이용한 방음 건축조성물 및 그 제조방법을 개량한 것으로서, 본 발명은 상수도 정수과정에서 발생되는 정수 슬러지를 재활용하며, 원료를 분쇄하지 않고 혼합만 함으로 해서 열성질을 개선하고 경제성을 향상시켰고, 무게를 경량화 시킴과 동시에 색상을 다양화하기 위해서 고온소성 1300℃ 이상에서 소성하며,

백토 50중량%, 가공한 정수슬러지 37중량%, 소지 13중량%로 혼합된 혼합물을 혼합-성형- 건조- 1차시유(1차유약)- 건조- 1차소성- 2차유약 - 2차 소성-냉각공정을 거쳐 제조된 정수슬러지 몰탈 및 그를 이용한 타일의 제조방법을 제공하는 것이 본 발명의 과제해결 수단인 것이다.

본 발명은 폐기되는 정수슬러지를 이용함으로서 생산 원가를 40%이상 수준으로 줄일 수 있어 경제적인 면에서 큰 효과가 있으며, 사용 시 급열 급냉시 유약에 발생되는 균열을 줄일 수 있어 제품의 수명을 연장시키고, 표면을 크리스탈처럼 미려하게 함과 동시에 색상을 다양화시킬 수 있으며, 각 원료의 입자 크기는 수축을 최소화하고 제품 내의 미세한 기공을 주어 경량화시켰으며, 정수 슬러지의 사용으로 원적외선 방사효율을 증대시키는 효과가 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 백토 50중량%, 가공한 정수슬러지 37중량%, 타일소지 13중량%로 조성된 조성물을 혼합-성형- 건조- 1차시유(1차유약)- 건조- 1차소성- 2차유약 - 2차 소성-냉각공정을 거쳐 제조된 습식의 정수슬러지 몰탈 및 그를 이용한 타일의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 백토는 50중량%를 사용하며, 50중량%보다 많으면, 백토의 부족한 점착력 때문에 성형이 잘 안되는 단점이 있고, 50중량%보다 많으면 성형시 강도가 약해지고,

본 발명의 가공 정수슬러지는 상수도 정수장에서 발생된 정수슬러지1ton을 소성로(로타리 킬른 또는 터널형 가열로)에 넣고 600℃~800℃온도에서 1~2시간 소성하여 수분과 유기물질이 완전 소성된 80~500㎏의 1차가공 정수슬러지 재를 37중량% 이상 사용하면, 성형이 어렵고, 너무 적으면 성형이 잘되나, 제품의 강도가 약해져, 최저37중량% 사용이 가장 이상적임을 알 수 있다.

본 발명의 타일소지는 점토18kg, 장석 36kg, 납석 14kg, 도석 10kg, 카올린 4kg 조성되어 있으며, 13중량%를 사용하였으며 13중량%보다 많으면, 성형은 잘되는 편이나 제품단가가 높아지는 단점이 있고, 너무 적으면 가공된 정수슬러지의 접착력 때문에 성형이 잘 안되는 단점이 있어 13중량%가 적당하다.

1차 소성 공정은, 성형된 타일은 곧바로 가마에 유입되어 구워지는데 이를 소성이라 한다. 성형 타일은 가마 안에서 1100℃ ± 30℃ 부근에서 30분~60분 정도 구워지는데 이 과정을 거치면서 타일 소지로서의 특성을 갖게 된다.

시유(Glazing)는 1차 소성을 거쳐 만들어진 Biscuit(소지) 위에 피복하는 공정이다. 시유는 또한 1차 시유, 2차 시유로 나뉘는데, 1차 시유용 유약을 Engobe, 2차 시유용 유약을 Glaze라 칭한다.

1차 유약 즉, Engobe는 소지와 유약(2차)의 융착을 좋게 하여 외부 영향에 대한 내구성을 향상시키며 또한 소지의 색상이 비치는 것을 차단하여 2차 유약의 색상 출현을 보다 양호하게 한다.

2차유약(Glaze)공정은 타일이 제품으로서 가치를 부여하는데 종류에 따라 Transparent, Opaque, Matt로 구분한다,

Transparent 유약은 투명유약으로서 광택이 있으며 Opaque 유약은 유백유약(백색유약) 이다. Matt 유약의 경우는 불투명 유약을 일컬으며 광택이 없고 Transparent 와 Opaque에 비해 유면이 거칠다.

유약의 종류는 Transparent(TR) :광택의 투명유약, Opaque(OP) : 유백(백색)유약, Matt : 불투명 유약, 무광택 등을 사용한다.

1,2차 시유 공정이 끝나면 프린트 과정을 거치기도 하는데 이는 타일 표면위에 디자인을 첨부하는 공정이다. 보다 미려하고 다양한 제품을 생산하기 위해 적용되는 공정이다.

2차 소성은 시유 공정을 거친 타일은 다시 소성되어 지는데 이를 2차 소성이라 한다. 2차 소성은 사유된 타일을 1차 소성 보다 약간 낮은 온도 약 1020℃ ~ 1070℃ 부근에서 30분~60분 가량 소성하는데 이는 유약만 녹여 소지에 융착시키기 위함이다. 이렇게 구워진 타일은 비로소 완제품으로서의 가치를 갖게 된다.

1차 유약(Engobe)의 제조는 석회석, 장석, 규석, 아연화, 지르콘을 혼합한 다음 이를 급랭하여 유리화 시킨 원료(이하 frit 라 함)50%와 지르콘15%, 장석5%, 규석15%, 카올린15%를 혼합하여 물과 함께 분쇄하여 슬립 상태로 만든 유약을 Engobe라 한다.

2차유약(Glaze)의 제조는 석회석, 장석, 규석, 알루미나, 카올린을 일정 비율로 혼합한 원료를 용융한 다음 이를 급랭하여 유리화 시킨 원료100%를 습식 분쇄한 유약을 Glaze라 한다.

본 발명의 타일은 소성과정 에서 기존점토재료 의 수축특성 때문에 온도를 1100℃이상으로 소성하기 힘든 실정이나 가공된 정수슬러지를 이용하여 타일 제품을 실험 생산하여 결과를 보니 수축률이 현저하게 낮아지기 때문에 제품 수율이 좋아지는 것은 물론 1300℃이상의 고온에서 제품을 소성하여도 전혀 무리 없는 고급제품을 생산할 수 있는 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.

실시예

제1공정(1차 가공정수슬러지)

상수도 정수장에서 발생된 슬러지 1ton을 소성로에 넣고 600℃~800℃온도에서 1~2시간 소성하여 수분과 유기물질이 완전 소성된 80~500㎏의 1차가공 정수슬러지를 제조한 다음,

제2공정(소지제조)

점토18kg, 장석 36kg, 납석 14kg, 도석 10kg, 카올린 4kg을 혼합한 다음 볼밀로 분쇄하여 200mesh체에 통과시켰을 때 잔사 량이 1%미만의 크기로 소지를 준비한 후에,

제3공정(1차 유약(Engobe)의 제조)

석회석, 장석, 규석, 아연화, 지르콘을 혼합한 다음 이를 급랭하여 유리화 시킨 원료(이하 frit 라 함)50kg과, 지르콘15kg, 장석5kg, 규석15kg, 카올린15kg를 혼합하여 물과 함께 분쇄하여 슬립 상태로 제조한 다음,

제4공정(2차유약(Glaze)의 제조)

석회석, 장석, 규석, 알루미나, 카올린을 일정 비율로 혼합한 원료를 용융한 다음 이를 급랭하여 유리화 시킨 원료100kg을 습식 분쇄하여 제조 한 후에,

제5공정(타일제조)

백토 50kg과 상기에서 제조된 1차가공 정수슬러지 37kg 및 상기에서 제조된 타일소지 13kg과 물 20kg을 혼합한 다음, 타일 성형기에 주입 성형하여 타일 형상을 제조한 후, 상온에서 24시간 건조시킨 후, 상기에서 제조된 1차유약을 시유한 후에, 40~50℃에서 24시간 건조시킨 다음, 소성로에서 850℃~900℃로 30분~1시간 1차 소성시킨 후, 40℃로 냉각 시킨 다음, 상기에서 제조된 2차유약을 시유한 다음, 소성로에서 1100℃~1300℃로 1 ~ 8시간 2차 소성시킨 후 냉각시켜 습식의 정수슬러지를 이용한 타일을 제조하였다.

상기 실시예와 같이 제조된 본 발명의 정수슬러지타일 몰탈은 백토 50중량%, 가공한 정수슬러지 37중량%, 타일소지 13중량%로 조성되며,

상기 가공한 정수슬러지는 상수도 정수장에서 발생된 슬러지를 소성로에 넣고 600℃~800℃온도에서 1~2시간 소성하여 수분과 유기물질이 완전 소성된 가공 정수슬러지이며,

상기 타일소지는 점토18kg, 장석 36kg, 납석 14kg, 도석 10kg, 카올린 4kg로 혼합되며, 200mesh체에 통과시켰을 때 잔사 량이 1%미만의 크기를 갖는 것을 사용하는 것이다.

실험예

상기 실시예와 같이 제조한 정수슬러지를 이용한 타일의 물리적 성질을 실험하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

본 발명의 실시예에 의해 제조된 타일의 몰리적 성질

소성수축율 (%)	소성강도 (㎏/㎠)	강열감량 (%)	흡수율 (%)	열전도율 (W/mK)	겉보기비중
+5.59	182	4.35	1.29	0.6865	1.252

본 발명의 실시예에 의해 제조된 타일의 미끄럼저항성 시험 결과

시료명	마찰계수 시험결과		ISO 기준
실시예	DRY	WET	등급	DRY	WET
	0.82	0.64	Class 1	< 0.5	< 0.4
일반바닥타일	0.78	0.41	Class 2	≥ 0.5	≥ 0.4

본 발명의 실시예에 의해 제조된 타일의 내마모도 시험 결과 (ISO기준)

시료명	내마모도 시험결과
실시예	Class Ⅳ
일반바닥타일	Class Ⅲ

Claims (2)

1. 정수슬러지 몰탈에 있어서,
   백토 50중량%, 가공한 정수슬러지 37중량%, 타일소지 13중량%로 조성되며,
   상기 가공한 정수슬러지는 상수도 정수장에서 발생된 슬러지를 소성로에 넣고 600℃~800℃온도에서 1~2시간 소성하여 수분과 유기물질이 완전 소성된 가공 정수슬러지이며,
   상기 타일소지는 점토18kg, 장석 36kg, 납석 14kg, 도석 10kg, 카올린 4kg로 혼합되며, 200mesh체에 통과시켰을 때 잔사 량이 1%미만의 크기를 갖는 것임을 특징으로 하는 정수슬러지 몰탈.
2. 정수슬러지 몰탈을 이용한 타일의 제조방법에 있어서,
   제1공정(1차 가공정수슬러지)
   상수도 정수장에서 발생된 슬러지1ton을 소성로에 넣고 600℃~800℃온도에서 1~2시간 소성하여 수분과 유기물질이 완전 소성된 80~500㎏의 1차가공 정수슬러지를 제조한 다음,
   제2공정(소지제조)
   점토18kg, 장석 36kg, 납석 14kg, 도석 10kg, 카올린 4kg을 혼합한 다음 볼밀로 분쇄하여 200mesh체에 통과시켰을 때 잔사 량이 1%미만의 크기로 소지를 준비한 후에,
   제3공정(1차 유약(Engobe)의 제조)
   석회석, 장석, 규석, 아연화, 지르콘을 혼합한 다음 이를 급랭하여 유리화 시킨 원료(이하 frit 라 함)50kg과, 지르콘15kg, 장석5kg, 규석15kg, 카올린15kg를 혼합하여 물과 함께 분쇄하여 슬립 상태로 제조한 다음,
   제4공정(2차유약(Glaze)의 제조)
   석회석, 장석, 규석, 알루미나, 카올린을 일정 비율로 혼합한 원료를 용융한 다음 이를 급랭하여 유리화 시킨 원료100kg을 습식 분쇄하여 제조 한 후에,
   제5공정(타일제조)
   백토 50kg과 상기에서 제조된 1차가공 정수슬러지 37kg 및 상기에서 제조된 타일소지 13kg과 물 20kg을 혼합한 다음, 타일 성형기에 주입 성형하여 타일 형상을 제조한 후, 상온에서 24시간 건조시킨 후, 상기에서 제조된 1차유약을 시유한 후에, 40~50℃에서 24시간 건조시킨 다음, 소성로에서 850℃~900℃로 30분~1시간 1차 소성시킨 후, 40℃로 냉각 시킨 다음, 상기에서 제조된 2차유약을 시유한 다음, 소성로에서 1100℃~1300℃로 1 ~ 8시간 2차 소성시킨 후 냉각시켜 제조함을 특징으로 하는 정수슬러지 몰탈을 이용한 타일의 제조방법.