KR20110113329A - 페로니켈 슬래그를 이용한 항균·탈취 기능성 조성물 제조방법. - Google Patents

페로니켈 슬래그를 이용한 항균·탈취 기능성 조성물 제조방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 페로니켈 슬래그가 항균·탈취기능을 갖는 금속성분으로 니켈(Ni)과 산화니켈(NiO)을 함유하고 있으므로, 이를 직접 또는 산화, 분쇄, 체질을 통해 적정크기의 입자를 얻은 다음, 종래의 고가의 항균·탈취제를 대체할 수 있는 항균·탈취제를 얻을 수 있는 것이다.
따라서 폐기되는 자원을 재활용하여 고가의 항균·탈취재료를 제조할 수 있으며, 부수적으로 환경오염 방지에 큰 도움이 될 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
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페로니켈 슬래그를 이용한 항균·탈취 기능성 조성물 제조공정

Description

페로니켈 슬래그를 이용한 항균·탈취 기능성 조성물 제조방법. {Manufacturing method of antibacterial and deodorizing agent using ferro-nickel slag.}
본 발명은 특수강 제조공정에 필수적인 원료인 페로니켈 제조공정 중에 다량 발생되는 페로니켈 슬래그가 항균·탈취 기능을 갖는 금속 성분으로 니켈(Ni)과 산화니켈(NiO)을 함유하고 있으므로, 이를 직접 또는 산화, 분쇄, 체질을 통해 적정크기의 입자를 얻은 다음, 종래의 고가의 항균·탈취제를 대체할 수 있는 항균·탈취소재를 얻을 수 있는 것이다. 종래의 항균·탈취에 사용되는 고가의 재료를 대신하기 위한 항균·탈취 기능성 조성물에 관한 것이다.
최근 들어, 기능성 소재의 개발과 더불어 탈취 기능을 갖는 재료의 요구가 증대하고 있으며, 항균·탈취성 재료로써는 각종 유기 항균·탈취제와 무기 항균·탈취제가 있으나, 무기 항균·탈취제가 지속성 측면에서 유리하여, 많은 양이 사용되고 있다. 여러 탈취재료에 사용되기 위해서 이들 무기 항균·탈취제가 각종 항균·탈취제품에 맞는 적정 입자와 형상을 가져야 하므로, 이미 여러 공정을 거쳐 제조된 탈취재료를 필요한 입도에 맞춰 일정크기로 다시 분쇄하거나 가공하는 공정을 필요로 하는 매우 보다 복잡한 공정을 갖게 되는 것이다.
따라서, 상기의 고가의 항균·탈취제가 혼화제, 충진제 또는 첨가제로 다량 사용하게 되는, 종래의 항균·탈취 고분자 재료, 도료, 모르타르나 콘크리트와 같은 항균·탈취재료 역시 매우 고가일 수 밖에 없어, 사용자들에게 상당한 비용부담을 전가하는 폐단을 갖는 것이다.
한편, 니켈광석을 제련할 경우, 원료, 제선, 제강 등의 복잡한 연결 생산 라인을 거치면서 원료 품위가 낮은 관계로, 생산량의 양의 약 30배에 이르는 페로니켈 슬래그가 부산물로 발생하게 된다. 이 페로니켈 슬래그는 이산화규소 (SiO2) 55~60%, 산화마그네슘(MgO) 32~37%가 주성분을 이루고 있으며, 산화칼슘(CaO), 산화철 (Fe2O3), 산화알루미늄(Al2O3)과 미량의 Ni 등이 소량 함유되어 있다.
통상적으로 부산물인 페로니켈 슬래그는 일본 및 캐나다와 같은 선진국에서는 시멘트 제조용 원료, 토목용 재료, 콘크리트용 세골재, 활주로용 골재, 사문암 대체재 등으로 다양하게 재활용되고 있으나, 국내에서는 아직 처음 발생하는 부산물인 이유로 기술부족 및 인식부족으로 인하여 골재로서의 이용 또는 그대로 매립될 예정이다. 그러나 이들 부산물의 고부가를 위해 해외의 경우, 골재 및 모래를 대체하거나 입도조절용으로 이용되었으며, 페로니켈 슬래그를 콘크리트용 세골재로 사용하기 위해 관련 규격인 JIS등의 공업규격을 정비한 이후, 토지개량제의 개발, 제올라이트, 실리콘 카바이드 등의 합성원료로 사용, 마그네슘 화합물의 제조, 기능성 소재의 기술 개발 등이 최근 이루어지고 있으며, 콘크리트용 세골재, 시멘트원료, 활주로용 골재, 토목용 골재, 페로니켈 슬래그 대체재 등의 유효한 저부가 자원으로 활용되고 있는 실정이다.
본 발명자는 이런 페로니켈 제조시 발생하는 페로니켈 슬래그가 기능성을 갖는지 여부를 연구하는 도중 특히, 항균·탈취기능을 나타내는 고가의 니켈이나 산화니켈이 미량·균일하게 분포되어 있는 것에 착안하여, 이를 항균·탈취원료로 사용하고자 하였다.
이처럼 본 발명은 종래의 무기제 및 금속 항균·탈취제가 매우 고가이므로 범용하기 곤란한 것이므로, 이를 대체하기 위한 재료를 찾던 중, 페로니켈 슬래그의 금속성분으로 Ni과 산화니켈(NiO)을 함유하고 있으므로, 이를 항균·탈취제 원료로 사용하고자 직접 또는 산화 처리하여 이를 분쇄하고 체질을 통해 적정크기의 입자를 얻어, 종래의 항균 및 항균·탈취제를 대체할 수 있는 항균·탈취제를 얻을 수 있는 것이다.
페로니켈 슬래그는 표 1과 2에서 나타난 바와 같은 화학성분과 입도분포를 가진다.
페로니켈 슬래그의 화학성분(중량 : %)
이산화규소
(SiO2)		 산화마그네슘
(MgO)		 전철분
(T·Fe)		 산화알루미늄
(Al2O3)		 산화칼슘
(CaO)
페로니켈슬래그 56.37 35.84 2~5 1.55 1.19
페로니켈 슬래그의 입도분포(입도: %)
10㎜ 5㎜ 2.5㎜ 1.2㎜ 0.6㎜ 0.3㎜ 0.15㎜ 조립율
페로니켈슬래그(괴재) 100 100 98 73 41 19 9 2.60
페로니켈슬래그 (수재) 100 98 60 25 6 1 0 4.10
이와 같이 화학적 성분이나 물리적 특성에 있어서 항균·탈취제로 적합한 성질을 지니고 있어 페로니켈 슬래그를 그대로 혹은 기계화학적 활성화 분쇄하여 사용하고자 한다.
따라서, 본 발명은 이 페로니켈 슬래그의 성분 중 잔류 Ni가 다량 함유되어 있는 점에 착안하여 페로니켈 슬래그를 이용하는 경우, 자원재활용 및 고부가의 항균·탈취제로서의 역할을 부여할 수 있으리라 생각된다. 지금까지의 고가의 무기계 탈취재료 원료 측면에서 보면, 원료비용을 절감하고 폐기물을 직접 새로운 기능의 소재의 주재로써 사용될 수 있으리라 판단된다. 따라서 본 발명의 목적은, 페로니켈 슬래그를 이용하여 항균·탈취 원료로 사용하여, 경제성, 생산성, 작업성을 향상시키고, 페로니켈 슬래그의 재활용으로 부가가치를 높이며, 환경오염원 해소와 저렴한 원료의 안정공급까지 보장하는 페로니켈 슬래그를 이용한 항균·탈취 재료의 조성물과 제조방법을 제공하고자 한다.
이처럼 본 발명은 지금까지 별다른 용도가 없이 폐기 매립되어 왔던 슬래그로 매우 고가인 종래의 항균·탈취제를 대체함으로써 저렴한 탈취재료를 제조할 수 있으며, 또한 제철 부산물인 슬래그를 재활용하여 고부가 가치화 함으로써 국가 경제에 이바지함은 물론 공해방지에 매우 유익한 효과를 갖는 것이다.
본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 페로니켈 슬래그를 이용하여 종래 항균·탈취제의 대체제를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 페로니켈 슬래그를 이용하여 기계화학적 활성화 분쇄하여 항균·탈취재료로 직접 사용하거나 산화 처리한 후 기계화학적 활성화 분쇄, 체질을 통해 분말 또는 각종 입도로 사용하는 것으로 구성된다.
페로니켈 제조공정에서 발생하는 페로니켈 슬래그가 금속성분으로 Ni 의 화학적 조성이 중량 퍼센트로 0.1％ 정도를 포함하고 있으므로，이를 직접 탈취 제로 이용하거나, 이를 이용하여 항균·탈취제 원료를 제조하기 위해서는, 상기 페로니켈 슬래그를 400~1000?의 반응로에 직접 넣고, 공기를 취입하여 산화시켜서 항균·탈취제를 제조하는 방법과 탈취재료에 적당한 입도의 항균·탈취제를 얻기 위해서 상기 페로니켈 슬래그를 햄머밀이나 볼밀에 의해 분쇄하는 분쇄공정과, 상기 분쇄된 페로니켈 슬래그를 진동밀에 의해 더욱 미분화하는 미분화공정과, 기계화학적 활성화 가능한 유성밀이나 진동 원심밀을 이용한 활성화 송정, 상기 미분화공정에서 얻어진 분말을 체질하여 입도를 조절한 다음 향후, 항균·탈취제를 제조하는 방법으로 이루어진다.
발생상태 그대로의 페로니켈 슬래그는 활성화 공정을 통해 직접 항균·탈취재료로 사용되거나 모르타르나 콘크리트의 항균·탈취제로 첨가하는 것이 바람직하고, 일정입도를 갖는 페로니켈 슬래그는 분쇄, 활성화 후 항균·탈취제로 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 입도는 항균·탈취재료와 사용목적에 따라 약간씩 차이가 있을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
상기 페로니켈 슬래그를 직접, 또는 죠클러셔에서 조쇄한 후 이를 볼밀이나 진동밀을 사용하여 1mm이하의 분말로 제조한 후, 이를 직접, 또는 800℃에서 1시간 산화시킨후 X선 회전법으로 니켈(Ni)과 산화니켈(NiO)의 존재여부를 확인한 후, 이를 혼합하여 모르타르를 제조하였다.
상기 모르타르와 콘크리트를 제조하기 위해 시멘트는 KS L 5100의 규격품인 보통 포틀랜드 시멘트였으며, 사용된 골재는KS L 5100의 규격품인 표준사였다.
본 실시예의 항균·탈취제 첨가량은 탈취성능을 최대한 유지할 수 있도록 항균·탈취제 첨가량을 공시체의 총중량에 대한 중량비로 20%로 제작하였다.
공시체의 제작은 KS L 2476에 의거하였고, 배합은 시멘트와 잔골재의 중량배합비 1 : 1로, 비빔은 손비빔으로 행하였다. 이때 균일한 시공성 유지를 위해 후로우치 170±5mm로 하여 사용수량은 30%로 결정하였다.
공시체 제작시 실험실 온도(20±2℃, RH 80±5%)에서 5일간 수중양생(20±2℃), 그 이후 소정의 기간까지 기중양생(20±2℃, RH 50±5%))하였다.
공시체는 동일한 시공연도(플로우치 170±mm)를 유지하기 위한 목표로 물/시멘트(W/C)를 결정하였으며, 공시체들의 중량감소율 측정시험을 탈형(재령 2일) 후부터 재령 7일까지는 매일 측정하고, 그 이후 7일 간격을 재령 28일까지 측정하였으며, 공시체들의 밀도를 측정하였다.
재령 28일 공시체들의 흡수율을 측정하였고, 항균·탈취 모르타르의 강도(압축 및 휨)시험은 재령 28일 공시체에 대해 실시하였으며, 결과는 표 3에 나타내었다.
본 실시예에서는 실시예 1과 같이 동일한 규격의 시멘트, 표준사를 사용하고, 실시예 1과 비교를 위해 페로니켈 슬래그를 직접 사용하였다.
본 실시예의 항균·탈취제 첨가량은 탈취성능을 최대한 유지할 수 있도록 항균·탈취제 첨가량을 페로니켈 슬래그를 공시체의 총중량에 대한 중량비로 20로 공시체를 제작하였다.
공시체의 제작은 KS L 2476에 의거하였고, 배합은 시멘트와 잔골재의 중량배합비 1:2로, 비빔은 손비빔으로 행하였다. 이때 균일한 시공성 유지를 위해 후로우치를 170±5mm로 하여 사용수량 30%로 결정하였다.
시험항목과 적용규준은 실시예 1과 동일하게 하였고, 그 결과는 표 3에 나타내었다.
실시예 1, 2와 비교를 위해 기존의 항균·탈취제를 도료에 사용하던 NiO항균·탈취제를 사용하였다. 본 실시예에 사용된 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트와 표준사를 사용하였다. 본 실시예에 사용된 항균·탈취제는 니켈계 (NiO) 1종류를 사용하였으며, 본 실시예의 항균·탈취제첨가량은 탈취성능을 최대한 유지할 수 있도록 항균·탈취제 첨가량을 니켈계(니켈 산화물) 항균·탈취제는 공시체의 총중량에 대한 중량비로 20% 공시체를 제작하였다.
각 공시체의 제작은 KS L 2476에 의거하였고, 배합은 시멘트와 잔골재의 중량배합비 1:2로, 비빔은 손비빔으로 행하였다. 이 때 균일한 시공성 유지를 위해 후로우치 170±5mm로 하여 사용수량을 결정하였다.
각 공시체 제작시 조건은 실시예 1과 2의 경우 동일하였으며, 실시예 1과 같은 항목 및 규정에 의거하여 실시하였으며, 역시 그 결과는 표 3에 나타내었다.
실시예 1, 2, 3의 비교
실시예 비교예
1 2 3
항균·탈취제의 종류 페로니켈슬래그 분말 페로니켈슬래그 분말 NiO 무
시멘트 : 모래
(중량비)		 1:1 1:1 1:2 1:2
모래/항균·탈취제
(중량퍼센트)		 20 20 20 0
기포제거제(%) 2 2 2 0
물/시멘트(%) 29.3 30.4 30.1 48.1
공시체의 밀도
(T/m3)		 1.2 1.3 1.5 4.4
공시체의 흡수율(%) 2.0 2.1 2.2 8.4
공시체의 재령28일
압축강도(kg/cm2) 		380 370 372 410
공시체의 재령28일
휨강도(kg/cm2)		 130 120 102 76
상기 표에서 알 수 있는 바와 같이 각 실시예에 의한 공시체의 물시멘트비(W/C), 중량감소율, 밀도, 흡수율, 재령 28일 압축강도, 재령 28일 휨강도 등을 비교한 결과, 본 발명 페로니켈 슬래그를 사용하여 제조한 항균·탈취재료가 종래의 항균·탈취제로 제조한 재료에 비해 물성이 결코 뒤떨어지지 않는 것임을 알 수 있었다.
본 발명 페로니켈 슬래그를 사용한 항균·탈취재료가 항균·탈취 특성을 살펴보기 위하여 실시예에 의해 제조된 모르타르의 항균·탈취 특성을 조사하였다. 상기 항균·탈취 실험은 항균·탈취능을 필요로 하는 건축 내ㆍ외장재, 각종 생활기기 및 건강용품, 식당 및 병원 치장재, 습기접촉이 많은 각종 제품들의 항균·탈취를 측정하기 위한 것으로, 시험방법으로는, 또한 항균·탈취실험용기를 40×40×10(㎜)를 택하여 KI CM-FIR-1004에 의거하였고, 시험가스로는 암모니아를 사용하고, 가스농도특정은 가스검지관을 이용하여 항균·탈취실험을 하였다. 항균·탈취기능 실험 결과는 하기의 표4와 표5와 같다.
탈취 실험결과
시험항목 경과시간(분) blank농도(ppm) 시료농도(ppm) 탈취율
탈취시험 초기 500 500 -
30 480 360 25
60 470 330 30
90 450 310 31
120 440 300 32
항곰팡이 실험결과
시간(분) 5 15 30 60
탈취율 28.3 31.3 35.1 41.2
탈취율(％)은 Cb-Cs/Cb × 100
Cb : blank, 각 시간 경과후 측정농도(ppm)
Cs : 시료 시간경과 후 측정농도 (ppm)로 계산한다.

Claims (3)

  1. 항균·탈취제로서 페로니켈 슬래그를 진동밀 또는 볼밀에 의해 더욱 미분화하는 미분화공정과, 상기 미분화공정에서 얻어진 분말을 체질하여 입도를 조절한 다음, 600~1000?의 반응로에 넣고, 공기를 취입하여 산화시키는 산화공정과 이를 기계화학적 활성화 공정에 의해 제조되어짐을 특징으로 하는, 페로니켈 슬래그를 이용한 항균·탈취제 대체재 제조방법.
  2. 상기 청구항 1의 페로니켈 슬래그의 화학적 조성이 중량 퍼센트로 이산화규소(SiO2) 60~70％, 산화알루미늄(Al2O3) 25~30％, 철(Fe) 0.1~0.5％, 나트륨(Na) 0.1~0.4％, 바나듐(V) 0.1~0.4％으로 이루어진 항균·탈취제.
  3. 상기 청구항 1의 조성물을 항균·탈취능을 갖는 시멘트, 모르타르 콘크리트, 타일, 플라스틱 소재 및 석고보드 등 충진제로 이용하는 방법.

KR1020100032665A 2010-04-09 2010-04-09 페로니켈 슬래그를 이용한 항균·탈취 기능성 조성물 제조방법. KR20110113329A (ko)

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