KR20080010146A

KR20080010146A - 이산화티탄 슬러지를 활용한 점토벽돌 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080010146A
Application number: KR20060070241A
Authority: KR
Inventors: 조백일
Original assignee: 주식회사공간세라믹
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-01-30

Abstract

본 발명은 광촉매 등으로 사용되는 TiO₂의 제조과정에서 부산물로 발생되는 TiO₂슬러지를 활용한 점토(바닥)벽돌에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 TiO₂슬러지, 백토, 점토를 주원료로 하여 소성시킨 점토(바닥)벽돌 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 주원료 TiO₂슬러지, 백토, 점토를 분쇄혼합하는 제1단계 ; 상기 분쇄혼합물을 혼련(반죽)시키는 제2단계 ; 혼련물을 압출하고 절단하여 요구하는 점토벽돌 모양으로 성형시키는 제3단계 ; 성형된 점토벽돌을 건조시키는 제4단계 ; 상기 건조된 점토벽돌을 소성하는 제5단계를 포함하는 점토(바닥)벽돌의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 TiO₂슬러지가 폐기물로 매립되면서 소요되는 처리비용을 절감시키고 폐자원을 재활용함으로써 환경을 보존하고 소성온도를 효과적으로 낮추어 에너지 절감의 효과를 가질 수 있는 고품질 고부가가치의 점토(바닥)벽돌의 제조방법이다.

TiO2슬러지, 점토, 점토벽돌, 점토바닥벽돌, 재활용

Description

이산화티탄 슬러지를 활용한 점토(바닥)벽돌 및 그 제조방법{Clay brick(flat) using TiO2 sludge and manufacturing method of the same}

본 발명은 TiO₂슬러지를 점토벽돌 소지인 백토, 점토를 잘 활용한 건축용 점토벽돌(조적재) 및 보차도용 점토바닥벽돌(바닥재)과 그 제조방법에 관한 것이다.

TiO₂슬러지는 광촉매 기능을 하는 TiO₂를 제조하는 과정에서 발생하는 부산물로 현재는 국내의 TiO₂ 제조업체에서 발생되는 TiO₂ 슬러지가 전량 폐기물로 관리되며 매립되고 있다.

현대 사회의 큰 문제점 중의 하나가 급격한 산업발전으로 인하여 천연자원은 고갈되어가고 공장에서 발생하는 산업폐기물의 양은 급격하게 증가하고 있다는 것이다. 이것은 곧 인류의 환경 파괴와 직결된다. 이러한 문제점을 인식하면서 산업계에서는 천연자원의 고갈을 억제하고 대체자원을 개발하고자 연구하고 있다.

각 산업체에서 발생하는 폐슬러지로는 정수오니, 페라이트오니, 유약오니, 폐석고오니 등으로 종류와 발생량이 다양하다. 이러한 폐슬러지를 활용하고자 국내에서 많은 연구들이 진행되고 있지만 TiO₂슬러지는 구성 성분이 독특하여 활용 영역의 제한으로 시멘트 업계의 일부에서만 연구가 진행되고 있는 것으로 알려져 있다.

TiO₂슬러지는 국내에서 하루 약 350톤(10,000톤/월) 이상이 발생되어지는데 이의 활용이 미진하여 전량 폐기물로 매립되어지고 있어 이를 자원으로 재활용 할 수 있는 연구가 필요하다.

TiO₂ 제조과정에서 부산물로 생성된 TiO₂슬러지를 효율적으로 활용하기 위하여, 본 발명은 백토, 점토를 TiO₂슬러지와 혼합, 혼련, 성형, 건조, 소성과정을 거쳐 TiO₂슬러지를 안정하게 점토벽돌에 적용하여 폐기물을 재활용하여 대체 자원을 개발하고 환경파괴를 줄이며 폐기물처리비용을 절감하고 소성온도를 낮추어 에너지절감의 경제적으로 이익을 가져오며 자연스러운 Yellow ~ Brown 색상을 연출하는 점토(바닥)벽돌 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 TiO₂슬러지, 백토, 점토를 소성시켜 제조한 점토(바닥)벽돌을 제공한다.

또한, 본 발명은 TiO₂슬러지와 백토, 점토를 분쇄혼합하는 제1단계 ; 상기 분쇄혼합물을 혼련(반죽)시키는 제2단계 ; 혼련물을 압출하고 절단하여 요구하는 점토벽돌 모양으로 성형시키는 제3단계 ; 성형된 점토벽돌을 건조시키는 제4단계 ; 상기 건조된 점토벽돌을 소성하는 제5단계를 포함하는 점토(바닥)벽돌의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 점토(바닥)벽돌에는 건축물의 조적용과 보차도의 바닥용 점토벽돌을 포함하며, 본 발명의 점토(바닥)벽돌은 산업폐기물로 처리되는 TiO₂슬러지를 점토벽돌의 한 성분으로 관리하고 이를 백토, 점토, 적점토, 장석과 배합, 혼련, 성형, 건조와 소성과정을 거치는 안정한 세라믹 소결체인 것이다. 특히 소성온도를 낮추어 에너지를 절감한 환경친화적인 점토(바닥)벽돌이다.

이하에서는 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 사용된 TiO₂슬러지는 B업체의 TiO₂ 제조 공정중에 부산물로 발생하는 것으로 다량의 수분을 포함하며 그 화학 조성을 [표1]에 나타내었으며 주요성 분이 TiO₂와 CaO로 이루어져 있는 고형물이다.

[표 1. B업체의 TiO₂슬러지의 화학 성분]

화학성분	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	Fe₂O₃	Na₂O	K₂O	TiO₂	SO₃	LOI
%	2.78	1.77	21.4	0.47	13.9	0.32	0.36	27.9	17	22.4

본 발명의 점토(바닥)벽돌에서 TiO₂슬러지의 함량은 10~45중량%가 바람직한데, TiO₂슬러지의 함량이 10중량%미안일 경우에는 자원의 대체효과 및 에너지 절감의 효과가 미약하고, 45중량% 초과일 경우에는 점토벽돌의 제조공정중에 가소성이 저하되어 성형이 어려워지고 건조와 소성과정에서 건조수축과 소성수축이 크며 균열이 발생하여 점토벽돌의 물성을 저하시키는 문제가 있다.

백토는 우리나라에서 카올리나이트와 할로이사이트로 혼성이 되어 있으며 소성시 백색도와 내화도가 비교적 높은 점토벽돌의 원료로서 점토벽돌의 골재 역할을 한다. 백토의 함량은 전체 점토(바닥)벽돌의 35~65중량%가 바람직한데 백토가 35중량% 미만일 경우 건조효율이 떨어지며 수축률의 변화가 심해져 품질관리의 문제점이 발생하며, 백토가 65중량%를 초과할 경우 성형능력을 저하시키고 흡수율이 증가하며 곡강도를 저하시켜 점토벽돌의 물성을 저하시키는 문제가 있다.

점토는 함수 알루미나 규산염 광물의 집합체로 수분을 가하면 가소성 발현되는 성질을 가지고 있으며 건조시 굳어져서 강해지며 고온에서 소성시 붉은색 계열을 나타낸다. 여기서 점토는 유기물을 많이 함유하여 검정색을 띤 것과 철분을 많이 함유하여 적색을 띠는 것을 포함한다.

점토의 함량은 점토벽돌의 20~50중량%가 바람직한데, 점토의 함량이 20중량%미만일 경우 가소성을 발휘하지 못하여 성형의 어려움이 발생하며, 50중량%를 초과할 경우 건조가 어렵고 수축률의 변화가 심하게 발생하는 문제가 있다.

본 발명의 제조공정은 상기 원료 TiO₂슬러지를 10~45중량%, 백토를 35~65중량%, 점토를 20~50중량%로 하여 롤러밀로 분쇄하고혼합하는 제1단계 ; 상기 분쇄혼합물 100중량%에 대하여 17~20중량%의 수분을 추가하여 혼련(반죽)시키는 제2단계 ; 상기 혼련물을 요구하는 점토벽돌 모양의 금형이 장착된 진공압출성형기를 통하여 압출성형하고 절단하는 제3단계 ; 상기 성형된 점토벽돌을 건조실에서 30~120℃범위로 36~48시간 동안 건조시키는 제4단계 ; 상기 건조된 점토벽돌을 터널가마에서 1,100~1,200℃의 온도로 30~40시간동안 소성하는 제5단계로 구성된다.

본 발명의 실시예는 아래와 같으며 조적용에 관련한 실시예이며 바닥용에도 본 발명의 제조방법이 적용될 수 있다.

(실시예1)

백토와 점토를 7:3으로 혼합한 배합토 85중량%와 TiO₂슬러지 15중량%를 균일하게 분쇄혼합하여 수분함량을 18%로 유지하여 진공압출성형기로 성형한 점토(바닥)벽돌 성형품을 건조실에서 30~120℃범위로 36~48시간 동안 건조시키고 건조된 점토(바닥)벽돌을 터널가마에서 1,150~1,160℃의 온도로 30~40시간동안 소성하여 점토벽돌을 제조하였으며, 그 결과는 [표2]와 같다.

(실시예2)

백토와 점토를 7:3으로 혼합한 배합토 80중량%와 TiO₂슬러지 20중량%를 사용한 것과 소성온도를 1,120~1,130℃에서 소성한 것을 제외하고는 실시예1의 제조방법과 동일하게 점토(바닥)벽돌을 제조하였으며, 그 결과는 [표2]와 같다.

(실시예3)

백토와 점토를 7:3으로 혼합한 배합토 75중량%와 TiO₂슬러지 25중량%를 사용한 것과 소성온도를 1,120~1,130℃에서 소성한 것을 제외하고는 실시예1의 제조방법과 동일하게 점토(바닥)벽돌을 제조하였으며, 그 결과는 [표2]와 같다.

(실시예4)

백토와 점토를 6:4로 혼합한 배합토 80중량%와 TiO₂슬러지 20중량%를 사용한 것과 소성온도를 1,120~1,130℃에서 소성한 것을 제외하고는 실시예1의 제조방법과 동일하게 점토(바닥)벽돌을 제조하였으며, 그 결과는 [표2]와 같다.

(실시예5)

백토와 점토를 4:6으로 혼합한 배합토 80중량%와 TiO₂슬러지 20중량%를 사용한 것과 소성온도를 1,120~1,130℃에서 소성한 것을 제외하고는 실시예1의 제조방법과 동일하게 점토(바닥)벽돌을 제조하였으며, 그 결과는 [표2]와 같다.

(비교예1)

백토 70중량%와 점토 30중량%를 사용한 것과 소성온도를 1,200℃에서 소성한 것을 제외하고는 실시예1의 제조방법과 동일하게 점토(바닥)벽돌을 제조하였으며, 그 결과는 [표2]와 같다.

(비교예2)

백토 60중량%와 점토 40중량%를 사용한 것과 소성온도를 1,180℃에서 소성한 것을 제외하고는 실시예1의 제조방법과 동일하게 점토(바닥)벽돌을 제조하였으며, 그 결과는 [표2]와 같다.

[표2. 실시예 1~5, 비교예 1~2에서 제조된 점토(바닥)벽돌의 물성 비교]

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예1	비교예2
흡수율 (%)	9.1	9.3	9.9	8.9	5.9	9.1	9.9
압축강도 (kgf/cm²)	310	301	282	315	402	300	284
색상	yellow계	yellow계	brown계	yellow계	brown계	white계	red계
소성온도 (℃)	1150 -1160	1120 -1130	1120 -1130	1120 -1130	1120 -1130	1200	1180

본 발명의 제조방법으로 제조한 점토(바닥)벽돌은 폐기물로 매립되어지고 있는 TiO₂슬러지를 재활용하여 점토(바닥)벽돌에 적정 비율로 적용함으로써 매립비용 절감 및 기존의 1200℃에서 소성온도를 40~60℃낮추어 에너지 절약으로 제조원가를 줄일 수 있는 경제적 효과가 있으며 폐기물 매립을 방지하고 대체자원을 개발함으로써 자연환경을 보존하는 효과가 있다.

Claims

TiO₂슬러지 10~45중량% 와 백토 35~65중량%, 점토 20~60중량%를 혼합하고 이 혼합물에 함수율이 17~20중량%가 되도록 수분을 추가하여 혼련시키고, 진공압출성형기로 성형하여 건조실에서 30~120℃범위로 36~48시간 동안 건조시킨 다음, 1,100~1,200℃의 온도로 30~40시간동안 소성시키는 것을 특징으로 하는 TiO₂슬러지를 활용한 점토벽돌의 제조방법.
제1항 기재의 제조방법으로 제조된 TiO₂슬러지를 활용한 점토(바닥)벽돌.
제2항에 있어서, 벽돌의 색상은 노란색 또는 브라운 색상인 것을 특징으로 하는 점토(바닥)벽돌.