KR20060007720A

KR20060007720A - 정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20060007720A
Application number: KR20040056949A
Authority: KR
Inventors: 조대연
Original assignee: 조대연
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-01-26
Also published as: KR100663235B1

Abstract

본 발명은 가공 슬러지 30~40중량%, 황토30~40 중량%, 가는 모래 (봉명사)20~30 중량%, 백토 10~20 중량%로 조성된 정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

정수 슬러지 함유 조성물. 건축자재 조성물. 정수슬러지. 벽돌.

Description

정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물 및 그 제조방법{The composition of construction materials using waterworks sludge}

본 발명은 정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면, 상수도 정수과정에서 발생되는 정수 슬러지를 재활용하여 원적외선 방사효율이 우수한 정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 일반적으로 사용중인 건축자재는 시멘트, 모래, 자갈의 혼합물을 고압으로 성형하여 건조 제작되며, 이들은 획일적인 시멘트의 원색과 형상의 수준을 벗어나지 못한 보편적인 기술로 생산되고 있는 실정으로 자연 친화적인 제품이 되지 못하는 문제를 안고 있다.

그리고 건축재료용 점토벽돌과 블록은 자연을 훼손하며 점토를 채취하여 단순히 성형기로 제작, 로(爐)에 투입하여 소성시켜 제작하므로 원재료 구입에 대한 부담이 가중될 뿐아니라 환경 친화적이지 못하다.

그러나 본 발명은 처리비용을 주고 버리는 정수슬러지를 재활용하는 신기술의 개발로 인체에 유해한 시멘트 블록과 달리 점토질 자체의 은은한 색상을 유지하 는 상태로써 여러 가지 다양한 색소를 첨가하여 제작하므로써 보·차도블록의경우 도시 거리 문화의 분위기를 쇄신시킬 수 있을 것으로 보인다.

또한 건축자재로 활용시 본 제품은 인체에 유익한 원적외선 방출효과와 단열 및 보온성이 탁월하므로, 요즈음 유행하는 황토방 효과가 나타난다.

또한 상수도 공급을 위한 정수장 시설을 운영하는 한 정수슬러지는 계속 발생하므로 원재료의 수급에 큰 문제가 없을뿐만 아니라 제조원가가 저렴하므로 블록 및 벽돌 또한 저렴한 단가로 공급하여 건축비용을 낮출 수 있으므로 경제적으로 최대한의 효과를 거둘 수 있도록 버려지는 슬러지를 재활용할 수 있는 방법을 안출하기에 이르렀다.

황토흙, 시멘트 방수액, 적색산화철 등을 혼합하여 황토흙을 이용한 벽돌의 제조방법이 국내공개특허공보 공개번호 제89-368호 , 제85-5385호 및 제90-12862호에 기재되어 있고, 황토흙과 점토등으로 제조된 건강 메트리스 및 건축재가 국내공개특허공보 공개번호 제95-33238호 및 제96-802호에, 진흙에 연탄재, 및 토양경화제를 혼합하는 기술이 국내특허공보 공고번호 제94-7222호에 기재되어 있으며,

견운모를 이용하여 인공경량골재를 제조하는 방법이 국내특허공보 공고번호 제96-11319호에, 원적외선 방사건축물 내면 피복제의 제조방법 및 천연광석을 이용한 원적외선 방사 몰탈 조성물이 동공보 공고번호 제97-3872호, 와 국내공개특허공보 공개번호 96-41102호 및 96-29266호에 기재되어 있고,

동 공보 공개번호 특1999-007639호에는 고상폐기물75중량부, 플라이애쉬 15~45중량부 그리고 점토 5~55중량부로 조성된 고상폐기물을 원료로 하는 세라믹 조성물 및 이의 제조방법이 기재되어 있으며,

동 공보 공개번호 특2001-0008071호에는 정수슬러지를 노에서 소성 시킨 후, 카올린, 점토를 첨가하여 교반한 후에 고압프레스로 제조한 후 건조한 다음, 노에서 재가열하여 제조되는 점토벽돌, 보, 차도용 점토블록 및 그제조방법이 기재되어 있으며,

국내공개특허공보 공개번호 제92-655호 및 97-5872호에 맥반석과 운모 및 자력을 주재료로 한 온돌 자장조성물 및 건축자재의 제조방법이 공개되어 있고,

국내특허공보 공고번호 제97-1067호에 도자기 등의 세라믹 재의 표면을 처리해 주기 위한 세라믹 용기 처리용 유약 조성물에 관한 것이며,

국내특허공보 공고번호 제97-10301호에 맥반석을 주원료로 하는 원적외선 발생방사 특성이 강한 원적외선 발생방사 세라믹을 제조하는 방법에 관한 것이고,

국내특허공보 공개번호 제95-23626호는 맥반석과 시멘트를 3.2 : 1로 포함하는 몰탈 조성물에 관한 기술이 기재되어 있으며,

국내공개특허공보 공개번호 제93-19580호에 게르마늄광물이 함유된 천연의 무기질 광물 견운모 광석 및 맥반석 광물에 시멘트를 배합 정제가공 조립식 보온온돌 패널이 기재되어 있는바,

상기와 같은 종래의 기술들은 건축자재등의 제조공정중 소성시 또는 냉각시에 급열 급냉시 발생되는 수축과, 유약 균열이 생성되는 문제점과, 원료가 고가이어서 현재 실용화되지 못하는 문제점이 있어 왔다.

상기와 같은 문제점을 해결하고, 본 발명은 상수도 정수과정에서 발생되는 정수 슬러지를 재활용하며, 원료를 분쇄하지 않고 혼합만 함으로 해서 열성질을 개선하고 경제성을 향상시켰고, 고온소성(1200~1300℃)에서 저온소성(900~1150℃)으로 낮춤으로 해서 아름다운 미려한 색상을 낼 수 있는 가공 슬러지(800℃ 가공처리 슬러지) 30~40중량%(최대 70%), 황토 30~40 중량%, 가는 모래(봉명사)20~30 중량%, 백토 10~20 중량%로 조성된 정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 숯을 대량으로 사용하는 곳이 수돗물 정수장이라는 것에 착안하여 정수 시 발생되는 상수도 정수 슬러지를 재활용함으로 숯의 재를 경제적으로 활용하여, 가공 슬러지(800℃ 가공처리 슬러지) 30~40중량%(최대 70%), 황토 30~40 중량%, 가는 모래(봉명사)20~30 중량%, 백토 10~20 중량%로 조성된 정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

정수 슬러지를 건조만 하였을 때 는 슬러지속에 있는 잔존물질(황산. 반토, 숯 등)이 제거되지 않아서 제품 생산율을 저하시키는 원인이 되었다. 이를 생산이 용이하게 하기 위해서, 본 발명에서도 정수 슬러지를 800~1000℃ 소성하여 잔존물질을 완전산화 시키는데 중점을 두었다, 완전산화 된 가공 슬러지는 아주 가볍고 미세한 물성을 나타냈으며

의 성분비율이 높아서(51.6%) 열에 강한 성질을 나타냈다.

본 발명의 가공 슬러지를 이용해서 건축자재 제조를 실시한 결과 수축율이 줄어들었고 강도가 증진 됐으며 색상이 밝게 나타나는 특징이 있었다.

종전에는 10~20% 사용(건조분)이었으나 본 발명에서는 60~70% 사용이 가능하였다. 그 결과로 본 발명의 건축자재에 미려한 색상을 나타나게 하면서 슬러지 사용량을 늘림으로 해서 경제성이 뛰어난 제품이 될 수 있다.

소성온도가 종전에는 1,200 ~ 1,300℃의 고온 소성에 의해서 연료비가 많이 소요되었으나 본 발명에서는 900~1,150℃이며 바람직하게는 900~1,150℃ 소성으로 연료 사용량을 1/4정도를 절약할 수 있다.

정수 슬러지 가공공정을 살펴보면, 정수 슬러지를 100℃ 건조로에서 5시간 완전 건조한 후 수분함량을 확인한 결과 수분 54% 슬러지 건량 46% 임을 알 수 있었다. 건조된 정수 슬러지를 800~900℃ 에서 완전 소성하여 가공 슬러지를 얻을 수 있다.

본 발명에서 제조된 가공슬러지의 조성 성분을 살펴보면(KS L 4007-2001 습식분석 및 기기분석(ICP-OES)분석방법),

22.7중량%,

25.8중량%,

0.8 중량%

0.51중량%,

2.17중량%,

0.89중량%,

0.40중량%,

0.19중량%,

1.59중량%, 강열감량 44.95중량% 임을 알 수 있다.

본 발명의 원료혼합공정은 슬러지(800℃ 가공처리 슬러지) 30~40중량%, 황토 30~40 중량%, 가는 모래(봉명사)20~30 중량%, 백토 10~20 중량% 인 원료를 혼합기에 넣고 혼합하면서 물을 공급하여 수분함량이 18-21%가 되게 혼합한다. 혼합된 원료를 콘베어에 의해서 원료저장고로 이송된다. 이송 후 원료를 성형기로 공급한다.

원료 저장고의 원료를 성형기에 투입하여 진공토련 방법으로 진공도 76mmHg/cm2이상이 되게 하여 원료 중에 들어 있는 공기를 완전 제거시킨다. 수분 20% 정도가 유지되게 하여 성형기에서 연속적으로 성형되게 한다. 성형된 제품은 적당한 크기로 자르도록 하여 건조실로 이동시킨다.

제품은 뒤틀림이 생기지 않고 터짐이 일러나지 않도록 20시간 이상 천천히 건조한다. 건조로에서 24시간 건조한다. 건조 시 수분을 완전히 제거하는 것이 제품에 결함을 최소화 할 수 있다.

건조된 제품은 소성로에 넣고 가열속도를 천천히 예열한다. 예열 시간은 24 시간 이상이 바람직하다. 예열시 최고 온도는 800-900℃로 한다. 예열이 완료된 제품은 본 소성에 들어간다. 본 소성시간은 12시간 이상이 좋다. 본 제품은 Al2O3의 함량이 높아서 열간에 변화가 적은 것이 특징이다. 충분한 소성으로 제품의 색상이 아름답게 나타난다. 소성온도는 높을수록 양질의 제품은 생산할 수 있으나 경제성을 고려해서 1200℃로 조성토록 하였다, 1200℃에서 냉각이 시작되며 상온까지 냉각시킨다. 이때 주의 할 점은 급랭이 일어나지 않도록 해야한다.

급냉시 제품이 부서지는 결과를 초래한다. 소성로는 터널킬른으로 하며 소성길이는 최소한 70m이상이 되어야한다. 소성 전체시간도 50시간 이상이 되어야 양질의 제품의 생산된다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.

실시예

제1공정(정수슬러지 가공공정)

상수도 정수장에서 발생된 슬러지를 슬러지 1ton을 로타리 킬른에 넣고 800℃~850℃온도에서 3~5시간 소성하여 수분과 유기물질이 완전 소성된 80~120㎏(최대 400~600Kg)의

22.7중량%,

25.8중량%,

0.8 중량%

0.51중량%,

2.17중량%,

0.89중량%,

0.40중량%,

0.19중량%,

1.59중량%, 강열감량 44.95중량%로 조성된 가공슬러지를 제조한 다음,

제2공정(조성물 제조공정)

상기 제1공정에서 준비된 가공 슬러지(800℃ 가공처리 슬러지) 30kg(최대 비율 70Kg), 황토 30kg, 가는 모래(봉명사)20 kg, 백토 20 kg을 혼합하여 조성물을 제조하였다.

제3공정(건축자재 제조공정)

상기 제2공정에서 제조된 조성물에 물을 투입하여 수분함량이 18~21중량%되게 혼련한 다음, 혼련된 원료를 콘베어에 의해 원료저장고로 이송시킨 후, 원료저장고에서 원류를 배출하여 성형기에 투입하여 진공토련방법으로 진공도 76mmHg/cm2 이상 되게 하여 원료 중에 함유된 공기를 완전히 제거시킨 후에, 수분함유량 20중량% 정도가 유지되게 하여 성형기에서 연속적으로 성형하고, 성형된 제품은 적당한 크기로 절단하여 건조실로 이동시킨 후에, 건조실로 이송된 성형제품을 20~24시간 동안 온도200~400℃ 에서 건조시킨 다음,

건조된 제품은 소성로에 넣고 24시간 이상 900℃로 예열한 다음, 1200℃에서 12시간 소성한 다음 70m 서냉로에서 약 50시간 이상 서냉하여 건축자재를 제조하였다.

실험예 1

실시예와 같이 제조된 건축자재(벽돌) 시편을 24시간 동안 물속에 담근 후 꺼낸 즉시 휨강도를 검사하였다. 시편의 양측 밑면에 받침물을 고이고 중앙부분에 누름하중을 가하여 하기의 공식에 따라 휨강도를 측정하였다. 여기서 P는 시험기가 나타낸 최대하중(N) {kgf}, L은 받침물 사이의 거리 (cm), b는 상기 지점간에 직각 방향의 평균너비(㎠), d는 벽돌의 평균 두께(cm) 이다.

한편, KS규격에 의하면 보도용 블록은 휨강도가 최소 490N/㎠{50kgf/㎠}, 차도용 블록은 588N/㎠{60kgf/㎠}이어야 하는데 본 발명의 건축자재(벽돌)의 휨강도는 592N/㎠{60kgf/㎠}의 수치를 나타내어 규격 조건을 충분히 만족함을 알 수 있었다.

실험예 2(내산성, 내알칼리성 실험)

본 발명의 실시예에 의해 제조된 건축자재는 내산성과 내알칼리성이 시멘트 벽돌보다 우수함을 알 수 있다. 10Vol%의 HCl과 10Vol%의 MaOH 수용액을 습지에 물려서 20℃온도에서 24시간 경과시켜 변화를 관찰하고 시험을 실시했다.

이 결과 본 발명의 건축자재는 습지 부착부분에 변화가 발생하지 않았으나 시멘트 제품은 부식이 발생되었다.

실험예 3 (동해성 실험)

본 발명의 건축자재를 24시간 물에 담그어서 물은 완전히 흡수되게 한 후 동결용해 실험조에 넣고 영하 20℃에서 80분 동안 동결상태로 둔 후 꺼내서 30℃물에 20분간 녹인다.

이 실험은 반복해서 실시한 결과 500주기까지 이상 발생이 없었다. 통상적인 건축재료의 경우 300회 주기 이상이면 내동해성이라 인정한다.

시멘트, 콘크리트보다 우수하고 토기재질과도 유사했으나 그보다 더 우수함이 나타남을 알 수 있었다.

상기와 같은 종래의 기술들과 달리 본 발명은 폐기되는 정수슬러지를 이용함으로서 생산 원가를 40%(최대 70%) 수준으로 줄일 수 있어 경제적인 면에서 큰 효과가 있으며, 사용시 급열 급냉시 유약에 발생되는 균열을 줄일 수 있어 제품의 수명을 연장시키고, 정수 슬러지를 800~1000℃ 소성하여 잔존물질을 완전산화 된 가공 슬러지는 아주 가볍고 미세한 물성을 나타냈으며

의 순도가 높아서 열에 강한 성질을 가지며, 가공 슬러지를 이용해서 벽돌 제조를 실시한 결과 수축율이 줄어들었고 강도가 증진 됐으며 색상이 밝게 나타나고 특징이 있으며, 점토와 혼합하여 제품을 생산하므로 건조공정이 단축될 수 있으며 슬러지 사용양을 현저하게 많이 사용할 수 있고, 소성온도가 종전에는 1,200~1,300℃의 고온 소성에 의해서 연료비가 많이 소요되었으나 본 실험에서는 900~1,150℃ 소성으로 연료 사용량을 1/4정도 절감할 수 있고, 정수 슬러지의 사용으로 원적외선 방사효율을 증대시키는 효과가 있는 것이다.

Claims

정수슬러지를 이용한 건축자재의 조성물에 있어서,

상수도 정수장에서 발생된 슬러지를 800℃~850℃온도에서 3~5시간 소성한

가공 슬러지(800℃ 가공처리 슬러지) 30~40중량%, 황토 30~40 중량%, 가는 모래(봉명사)20~30 중량%, 백토 10~20 중량%로 조성되어 있음을 특징으로 하는 정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 가공슬러지는
22.7중량%,
25.8중량%,
0.8 중량%
0.51중량%,
2.17중량%,
0.89중량%,
0.40중량%,
0.19중량%,
1.59중량%, 강열감량 44.95중량%로 조성되어 있음을 특징으로 하는 정수 슬러지를 이용한 건축자재의 조성물.
정수슬러지를 이용한 건축자재의 조성물의 제조방법에 있어서,

제1공정(정수슬러지 가공공정)

상수도 정수장에서 발생된 슬러지를 슬러지 1ton을 로타리 킬른에 넣고

800℃~850℃온도에서 3~5시간 소성하여 수분과 유기물질이 완전 소성된 80~120㎏(최대 400~600Kg)의
22.7중량%,
25.8중량%,
0.8 중량%
0.51중량%,
2.17중량%,
0.89중량%,
0.40중량%,
0.19중량%,
1.59중량%, 강열감량 44.95중량%로 조성된 가공슬러지를 제조한 다음,

제2공정(조성물 제조공정)

상기 제1공정에서 준비된 가공 슬러지 40kg, 황토 30kg, 가는 모래 (봉명사)20 kg, 백토 10 kg을 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 정수슬러지를 이용한 건축자재의 조성물의 제조방법.