KR20180094546A - Mineral fiber and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광물성 섬유 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 화력 발전소에서 사용된 이후에 야적지에 방치되는 석탄회를 이용하여 경제적이며 인체에 무해하고 친환경적이며, 단열성, 불연성 및 내열성이 우수한 광물성 섬유 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mineral fiber and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a mineral fiber which is economical, harmless to the human body, environmentally friendly, excellent in heat insulation, incombustibility and heat resistance, and a method for producing the same, by using fly ash left in a field after being used in a thermal power plant.
인구 증가와 산업화로 인한 폐기물 발생량은 매년 증가하고 있는 추세이며, 이들 폐기물의 적정한 처리는 사회적으로 큰 문제로 대두되고 있다.The amount of waste generated by population growth and industrialization is increasing every year, and appropriate disposal of these wastes is becoming a big social problem.
특히, 석탄 화력 발전소로부터 발생되는 석탄회는 그 양이 날로 증가하여 석탄회 매립처분장의 수용 능력이 한계에 도달하고 있는 실정이며, 이러한 석탄회 중에서 유효하게 활용되고 있는 것은 전체의 40% 정도에 불과하고, 나머지는 매립 처분되고 있는 것이 현재의 상태이다.In particular, the amount of coal fly ash generated from coal-fired power plants has increased to such an extent that the capacity of the fly ash landfill repository has reached its limit. In this coal fly ash, only about 40% Is currently in a state of landfill disposal.
또한, 우리나라의 남해안에서 양식되고 있는 굴, 꼬막, 바지락 등은 수산업 분야의 소득 창출에 크게 기여하고 있으나, 패각이 폐기물로서 대량 발생되고 있어 그 주변의 환경 오염을 심각하게 가중시키고 있는 실정이다.In addition, oysters, barnacles, and clams, which are cultivated in the southern coast of Korea, greatly contribute to income generation in the fisheries sector, but shells are generated in large quantities as wastes, seriously increasing the environmental pollution around them.
따라서, 이러한 폐기물을 새로운 자원으로서 재활용 할 수 있는 새로운 기술의 도급이 필요한 시점이다.Therefore, it is necessary to contract new technologies that can recycle these wastes as new resources.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 화력 발전소에서 발생되는 석탄회를 자원으로 적극적으로 재활용할 수 있는 광물성 섬유 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a mineral fiber and a method for manufacturing the mineral fiber, which can positively recycle fly ash generated from a thermal power plant.
또한, 패각을 새로운 대체 자원으로 활용함으로써 패각으로 인한 주변 환경 오염 문제 등을 해결할 수 있는 광물성 섬유 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.Also, the present invention provides a mineral fiber and a manufacturing method thereof that can solve the environmental pollution problem due to the shell by utilizing the shell as a new alternative resource.
또한, 경제적이 우수하고 친환경적이며 인체에 무해한 광물성 섬유 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a mineral fiber which is economical, environmentally friendly and harmless to the human body, and a method for producing the mineral fiber.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 석탄회 및 패각이 포함되는 혼합물이 제조되는 단계; 상기 혼합물이 용해되는 단계; 상기 용용된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a fermented beverage, comprising: preparing a mixture containing fly ash and shell; Dissolving the mixture; And a step of injecting the melted mixture to produce an injection material.
또한, 상기 사출제가 연화되어 연화물이 제조되는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.The method may further include the step of softening the injection material to produce a softened product.
또한, 상기 사출제가 연화되어 연화물이 제조되는 단계는 사출제 100 중량부에 연화제 0.1 내지 5 중량부를 투입하여 교반하여 공정 가스(gas)를 공급함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In addition, the step of softening the injection material to produce the soft material comprises adding 0.1 to 5 parts by weight of a softener to 100 parts by weight of the injection material, and stirring the material to supply the process gas. do.
또한, 상기 연화제는 비 이온(ion) 활성 계면제인 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.Also, the present invention provides a method for producing a mineral fiber, wherein the softening agent is a nonionic surfactant.
또한, 상기 석탄회는 브릭(brick) 형태로 성형된 것을 125 내지 1,000 세제곱 센티미터()의 부피 크기로 잘게 부수어 제공되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.Also, the fly ash is molded in a brick shape to have a diameter of 125 to 1,000 centimeters ( ) Of the mineral fiber is provided.
또한, 상기 혼합물이 용융되는 단계는 전기로 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.Also, the step of melting the mixture is carried out in an electric furnace.
또한, 상기 전기로는 섭씨 1,200도 내지 섭씨 1,300도로 조절되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.Also, the electric furnace is controlled at 1,200 degrees Celsius to 1,300 degrees Celsius.
또한, 상기 석탄회는 보텀 애쉬(bottom ash), 신더 애쉬(cinder ash), 플라이 애쉬(fly ash) 중에서 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In addition, the fly ash may be at least one of bottom ash, cinder ash, and fly ash.
또한, 상기 용용된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계는 회전하는 롤러(roller)에 공정가스를 공급함에 따라 발생하는 에어 퍼징(air pursing)을 이용하여 원심력에 의해 상기 용융된 혼합물을 팰릿(pallet) 형태로 사출되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In addition, the step of injecting the melted mixture to produce an injection material may be carried out by centrifugal force using air pursing as a process gas is supplied to a rotating roller, The present invention also provides a method for producing a mineral fiber.
또한, 석탄회 및 패각을 포함하는 혼합물이 제조되는 단계는 상기 석탄회가 74 내지 76 중량%, 상기 패각이 24 내지 26 중량%로 투입되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.Also, in the step of preparing the mixture containing the fly ash and the shell, the coal fly ash is added in an amount of 74 to 76% by weight and the shell is fed in an amount of 24 to 26% by weight.
또한, 상기 석탄회에는 이산화규소(SiO2) 40 내지 80 중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 15 내지 35 중량%, 산화철(III)(Fe2O3) 2 내지 25 중량%, 산화칼슘(CaO) 0.5 내지 18 중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.5 내지 8 중량%, 산화칼륨(K2O) 0.2 내지 6 중량%, 오산화인(P2O5) 0.1 내지 1.5 중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.2 내지 0.5 중량%이 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.The fly ash may contain 40 to 80 wt% of silicon dioxide (SiO2), 15 to 35 wt% of aluminum oxide (Al2O3), 2 to 25 wt% of iron oxide (III) (Fe2O3), 0.5 to 18 wt% of calcium oxide (CaO) 0.5 to 8% by weight of magnesium oxide (MgO), 0.2 to 6% by weight of potassium oxide (K2O), 0.1 to 1.5% by weight of phosphorus pentoxide (P2O5) and 0.2 to 0.5% by weight of sodium oxide (Na2O) And a method for producing the mineral fiber.
또한, 상기 패각에는 섭씨 1200도 내지 섭씨 1300도의 온도에서 회(ash)화 된 상태에서 이산화규소 1 내지 2 중량%, 산화알루미늄 0.5 내지 1 중량%, 산화철(III) 0.1 내지 0.2 중량%, 산화칼슘 50 내지 52 중량%, 산화마그네슘 0.3 내지 1 중량%, 산화칼륨 0.01 내지 0.02 중량%, 오산화인 0.01 내지 0.2 중량%, 산화나트륨 2 내지 3 중량%이 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.The shell may include 1 to 2% by weight of silicon dioxide, 0.5 to 1% by weight of aluminum oxide, 0.1 to 0.2% by weight of iron oxide (III), calcium oxide (CaO) in an ash state at a temperature of 1200 ° C. to 1300 ° C., Wherein the mineral fiber comprises 50 to 52 wt%, magnesium oxide 0.3 to 1 wt%, potassium oxide 0.01 to 0.02 wt%, phosphorus pentoxide 0.01 to 0.2 wt%, and
또한, 상기 광물성 섬유에는 이산화규소 29 내지 62 중량%, 산화알루미늄 11 내지 27 중량%, 산화철(III) 1 내지 20 중량%, 산화칼슘 12 내지 28 중량%, 산화마그네슘 0.4 내지 7 중량%, 산화칼륨 0.1 내지 0.5 중량%, 오산화인 0.01 내지 2 중량%, 산화나트륨 0.6 내지 1.2 중량%이 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유를 제공한다.Also, the mineral fiber may contain 29 to 62% by weight of silicon dioxide, 11 to 27% by weight of aluminum oxide, 1 to 20% by weight of iron oxide (III), 12 to 28% by weight of calcium oxide, 0.4 to 7% by weight of magnesium oxide, 0.1 to 0.5% by weight of phosphorus pentoxide, 0.01 to 2% by weight of phosphorus pentoxide, and 0.6 to 1.2% by weight of sodium oxide.
또한, 본 발명은 석탄회 및 패각이 포함되는 혼합물이 제조되는 단계; 상기 혼합물이 용해되는 단계; 상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계; 상기 사출제가 연화되어 연화물이 제조되는 단계;가 포함되며, 상기 사출제가 연화되어 연화물이 제조되는 단계는 사출제 100 중량부에 연화제 0.1 내지 5 중량부를 투입하여 교반하여 공정 가스(gas)를 공급함으로써 이루어지고, 상기 연화제는 디메틸폴리실록산(dimethylpolysiloxane) 및 메틸-하이드로젠폴리실록산(methyl-hydrogenpolysiloxane) 중 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a method for producing a fish meal, comprising: preparing a mixture containing fly ash and shell; Dissolving the mixture; Injecting the molten mixture to produce an injection material; Wherein the injected material is softened to produce a softened material. In the step of softening the injected material to produce the softened material, 0.1 to 5 parts by weight of a softening agent is added to 100 parts by weight of the injected material, Wherein the softening agent comprises at least one of dimethylpolysiloxane and methyl-hydrogenpolysiloxane. The present invention also provides a method for producing a mineral fiber.
또한, 본 발명은 석탄회 및 패각이 포함되는 혼합물이 제조되는 단계; 상기 혼합물이 용해되는 단계; 상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되고, 상기 혼합물이 용해되는 단계는 전기로 내에서 수행되며, 상기 전기로는 아크로(acro) 방식, 유도로 방식 및 저항로 방식 중 어느 하나의 방식으로 작동되는 전기로인 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a method for producing a fish meal, comprising: preparing a mixture containing fly ash and shell; Dissolving the mixture; Wherein the step of dissolving the mixture is performed in an electric furnace, and the electric furnace is any one of an acro type, an induction furnace type, and a resistance furnace type The present invention also provides a method for producing a mineral fiber.
또한, 본 발명은 석탄회 및 패각이 포함되는 혼합물이 제조되는 단계; 상기 혼합물이 용해되는 단계; 상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되며, 상기 혼합물이 용해되는 단계는 용해로 내에서 1일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a method for producing a fish meal, comprising: preparing a mixture containing fly ash and shell; Dissolving the mixture; And a step of injecting the dissolved mixture to produce an injection material, wherein the step of dissolving the mixture is performed in the melting furnace for 1 day.
또한, 본 발명은 석탄회 및 패각이 포함되는 혼합물이 제조되는 단계; 상기 혼합물이 용해되는 단계; 상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되며, 상기 패각은 굴, 꼬막 및 바지락의 패각 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a method for producing a fish meal, comprising: preparing a mixture containing fly ash and shell; Dissolving the mixture; And a step of injecting the dissolved mixture to produce an injection material, wherein the shell comprises at least one of shells of oyster shells and shellfish shells.
또한, 본 발명은 석탄회 및 패각이 포함되는 혼합물이 제조되는 단계; 상기 혼합물이 용해되는 단계; 상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되며, 상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계는 회전하는 롤러(roller)에 공정가스를 공급함에 따라 발생하는 에어 퍼징(air pursing)을 이용하여 원심력에 의해 상기 용해된 혼합물을 팰릿(pallet) 형태로 사출되며, 상기 팰릿(pallet)은 직경 0.1 내지 5 마이크로밀리미터, 길이 0.1 내지 30 밀리미터인 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a method for producing a fish meal, comprising: preparing a mixture containing fly ash and shell; Dissolving the mixture; And injecting the molten mixture to produce an injection material. The step of injecting the molten mixture to produce an injection material comprises the steps of: air purging, which is performed by supplying a process gas to a rotating roller; ), The dissolved mixture is injected in the form of a pallet by centrifugal force, and the pallet has a diameter of 0.1 to 5 micrometers and a length of 0.1 to 30 millimeters. to provide.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the method for producing mineral fibers according to the preferred embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
첫째, 화력발전소에서 발생되는 석탄회를 활용할 수 있는 수단을 제공함으로써, 화력발전소의 석탄회 매립지 부족 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.First, by providing a means to utilize the fly ash generated from the thermal power plant, it is possible to solve the shortage problem of coal fly ash in the thermal power plant.
둘째, 화력 발전소에서 발생되는 석탄회를 자원으로 재활용함으로써, 기존에 석탄회가 매립됨으로써 지하수나 지표수 등을 오염시키는 환경오염을 발생시키는 문제들을 해결할 수 있는 효과가 있다.Second, by recycling the fly ash generated from a thermal power plant as a resource, it is possible to solve the problem of generating environmental pollution that pollutes groundwater or surface water by the buried coal fly ash.
셋째, 플라이 애쉬(fly ash)뿐만 아니라 바텀 애쉬(bottom ash), 신더 애쉬(cinder ash)까지 재활용할 수 있는 방법을 제공함으로써, 화력 발전소의 석탄회 매립지 부족 문제를 더욱 적극적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.Third, by providing a method of recycling not only fly ash but also bottom ash and cinder ash, it is possible to more positively solve the shortage problem of fly ash landfill in a thermal power plant .
넷째, 광물성 섬유를 제조하는 과정에서 패각을 활용함으로써, 남해안 등지에서 문제가 되고 있는 패각 처리 문제도 동시에 해결할 수 있는 효과가 있다.Fourth, by using the shell in the process of manufacturing the mineral fiber, it is possible to simultaneously solve the problem of shell treatment which is a problem in the southern coast.
다섯째, 광물성 섬유를 제조하는 과정에서 고로 대신 전기로를 사용함으로써, 발생되는 이산화탄소의 양을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 고로에 비하여 전기로는 비용과 공간이 적게 소모되어 경제적으로 뛰어난 장점도 획득할 수 있다.Fifth, by using an electric furnace in place of a blast furnace in the process of producing mineral fibers, the amount of generated carbon dioxide can be drastically reduced. Also, compared to the blast furnace, the electric furnace consumes less cost and space, and thus it can obtain economical advantages.
여섯째, 석탄회와 패각을 적정 중량%비로 혼합함으로써, 석탄회의 용융점을 최대로 강하할 수 있는 효과가 있다. 즉, 석탄회와 패각을 6 : 4의 중량%비로 혼합하여 용융시킴으로써 최대 융점 강하 효과를 획득할 수 있다.Sixth, there is an effect that the melting point of the coal fly ash can be reduced to the maximum by mixing the coal fly ash with the shell weight at a proper weight%. That is, the maximum melting point lowering effect can be obtained by mixing and melting the fly ash and shell at a weight% ratio of 6: 4.
일곱째, 석탄회와 패각의 혼합물을 섭씨 1,200도 내지 1,300도 에서 용융시킬 수 있으므로, 광물성 섬유의 사출을 원활하게 진행할 수 있는 효과가 있다.Seventh, since the mixture of fly ash and shell can be melted at 1,200 to 1,300 degrees Celsius, the mineral fiber can be smoothly injected.
여덟째, 패각의 산화칼슘은 석회석에 비하여 매우 뛰어난 백색도를 제공하기 때문에 뛰어난 백색도의 광물성 섬유를 제공할 수 있다.Eighth, the calcium oxide of the shell provides excellent whiteness compared with limestone, so that it can provide excellent whiteness mineral fiber.
아홉째, 패각에 부착된 유기물이나 코팅사는 용해로 내의 높은 온도에 의하여 자연스럽게 제거되므로, 이러한 물질을 제거하는 수고를 덜 수 있는 효과가 있다. 즉, 패각의 재활용시 드는 노력과 수고를 줄일 수 있다.Ninth, since the organic substances and the coatings attached to the shell are naturally removed by the high temperature in the melting furnace, the labor for removing such substances is reduced. In other words, the effort and effort to recycle the shell can be reduced.
열번째, 석탄회를 브릭으로 먼저 성형한 뒤에 이를 125 내지 1,000 세제곱 센티미터의 부피의 크기로 파쇄하여 용해로로 투입함으로써, 석탄회와 패각의 용융이 전체적으로 골고루 진행되도록 하여 좀 더 품질이 양호한 광물성 섬유를 획득할 수 있는 장점이 있다.The tenth coal ash is firstly brick-formed and then crushed to a volume of 125-1,000 cubic centimeters and introduced into a melting furnace to obtain a uniform mineral fiber having a better quality of molten fly ash and shell. There are advantages to be able to.
열한번째, 버려지는 자원의 재활용 측면 뿐 아니라, 경제적으로도 우수하고 친환경적이며 인체에 무해한 광물성 섬유를 획득할 수 있는 효과가 있다.For the eleventh time, not only recycling of abandoned resources, but also economical, environmentally friendly and harmless mineral fibers can be obtained.
도면 1도는 석탄회 매립지에 쌓인 석탄회의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 2도는 조개 양식장에서 조개를 채취하고 남은 껍질이 쌓여 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도면 3도는 대한민국 발전소 유형에 따른 석탄 사용량 및 석탄회 발생량의 현황을 보여주는 도면이다.
도면 4도는 대한민국 내 석탄 화력 발전소에서 발생하는 석탄회 발생량이 추이 현황을 보여주는 도면이다.
도면 5도는 석탄 화력 발전소에서 전기가 생산되는 과정과 이 과정에서 발생한 석탄회가 모이는 부분을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도면 6도는 대한민국 내 석탄 화력 발전소에서 발생 된 석탄회 중에서 플라이 애쉬에 포함되어 있는 성분의 조성비를 보여주는 도면이다.
도면 7도는 대한민국 내 석탄 화력 발전소에서 발생된 석탄회 중 바텀 애시에 포함되어 있는 성분의 조성비를 보여주는 도면이다.
도면 8도는 바텀 애쉬, 플라이 애쉬 및 신더 애쉬를 포함하여 대부분의 석탄회에서 찾을 수 있는 조성비를 최종적으로 정리하여 보여주는 도면이다.
도면 9도는 회(ash)화 된 상태의 패각을 구성하는 주요 성분을 보여주는 도면이다.
도면 10도는 석탄회와 산화칼슘의 혼합 비율에 따라 변화되는 녹는점을 그래프로 정리하여 보여주는 도면이다.
도면 11도는 이산화규소 - 산화알루미늄 - 산화칼슘의 삼성분계 상평형도를 보여주는 도면이다.
도면 12도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 구성하는 조성 물질의 조성비를 표로 보여주는 도면이다.
도면 13도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도면 14도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 제조하는 공정 장치를 간략하게 개념적으로 표시하여 보여주는 도면이다.
도면 15도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 제조하는 공정 장치에서 사용되는 전기로의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 16도는 브릭 형태로 성형된 석탄회의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 17도는 브릭 형태로 성형된 석탄회가 파쇄된 상태의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 18도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법에 사용되는 사출 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.
도면 19도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법에 사용되는 사출 장치의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
도면 20도는 제1 크기 범위에 해당하는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 21도는 제2 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 22도는 제3 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 23도는 제4 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 24도는 제5 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.1 is a view showing the state of the fly ash accumulated in fly ash landfill.
FIG. 2 is a view showing shells collected from shellfish farms and remaining shells piled up. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the status of coal consumption and fly ash generation according to the type of power plant in Korea.
Figure 4 shows the trend of coal ash production from coal-fired power plants in the Republic of Korea.
5 is a schematic view showing a process of generating electricity in a coal-fired power plant and a portion where coal fly ash generated in the process is gathered.
FIG. 6 is a view showing the composition ratio of the components contained in the fly ash among coal fly ash generated from a coal-fired power plant in the Republic of Korea.
FIG. 7 is a view showing the composition ratio of the components contained in the bottom ash of the coal fly ash generated from a coal-fired power plant in the Republic of Korea.
FIG. 8 is a diagram summarizing final composition ratios found in most fly ash including bottom ash, fly ash and ash ash.
FIG. 9 is a view showing major components constituting the ash-shaped shell.
FIG. 10 is a graph showing a melting point which varies depending on the mixing ratio of fly ash and calcium oxide.
FIG. 11 shows a ternary phase balance diagram of silicon dioxide-aluminum oxide-calcium oxide.
12 is a table showing composition ratios of the constituent materials constituting the mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a flow chart showing a method of manufacturing a mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic conceptual illustration of a process apparatus for manufacturing mineral fibers according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a view showing an electric furnace used in a process apparatus for manufacturing a mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a view showing the shape of a fly ash formed in a brick shape.
FIG. 17 is a view showing a state in which the fly ash formed into a brick shape is broken.
FIG. 18 is a view showing an example of an injection apparatus used in a mineral fiber and a method of manufacturing the mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a view showing another example of an injection apparatus used in a mineral fiber and a manufacturing method thereof according to a preferred embodiment of the present invention.
20 is a view showing a state of a mineral fiber corresponding to a first size range.
21 is a view showing a state of a mineral fiber corresponding to a second size range.
22 is a view showing a state of a mineral fiber corresponding to a third size range.
FIG. 23 is a view showing a state of a mineral fiber corresponding to a fourth size range. FIG.
24 is a view showing the appearance of the mineral fibers corresponding to the fifth size range.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and are herein described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
도면 1도는 석탄회 매립지에 쌓인 석탄회의 모습을 보여주는 도면이다.1 is a view showing the state of the fly ash accumulated in fly ash landfill.
대한민국의 전력 사용량은 매년 10% 이상 증가하고 있으며, 이러한 전력 에너지(energy)의 수요를 충족시키기 위하여 지속적으로 대용량 발전소가 건설되고 있는 추세이다. 그러나, 원자력 발전소는 입지 확보에 따른 주민과의 마찰이 문제되고, 천연화력발전은 연료비의 부담이 가중되기 때문에 현재 대한민국의 대부분의 발전은 해외에서 수입된 유연탄을 사용연료로 한 석탄 화력 발전소가 발전량의 상당 부분을 담당하고 있으며, 복합화력까지 포함하여 화력 발전소에서 생산하는 전력량이 전체 생산 전력량의 60%를 넘는 실정이다.Power consumption in Korea is increasing by more than 10% every year. Large capacity power plants are continuously being built to meet the demand for such energy. However, since nuclear power plants are in conflict with their residents due to their location and natural heat power generation is heavily burdened by fuel costs, most of the current power generation in Korea is a coal-fired power plant, , And the amount of electricity produced by thermal power plants, including the combined cycle power, exceeds 60% of the total production capacity.
그리고, 이러한 석탄 화력 발전소의 증가에 따라 소각로에서 석탄을 연소시킨 후 발생하는 폐기물인 석탄회(재, Ash)(10)의 발생량도 함께 증가하고 있는 추세를 보이고 있다. As the coal-fired power plant increases, the amount of coal ash (10), which is a waste generated after coal is burned in the incinerator, is also increasing.
따라서, 이러한 석탄회(10)에 대하여 많은 재활용 연구가 진행되고 있으나, 아직도 많은 양의 석탄회(10)가 도면에 보여지는 바와 같이 매립지에 쌓여서 방치되고 있는 실정이다.Therefore, although a lot of recycling studies have been conducted on such
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법은 이러한 석탄회(10)를 석면을 대체하는 인조 광물 섬유를 제조하는데 재활용하여 석탄회(10) 매립에 따른 환경 오염을 방지할 뿐 아니라 인체에 무해하면서도 친환경적인 광물성 섬유를 제공하고자 한다.The mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention and the method of manufacturing the same according to the present invention can recycle the
도면 2도는 조개 양식장에서 조개를 채취하고 남은 껍질이 쌓여 있는 모습을 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a view showing shells collected from shellfish farms and remaining shells piled up. FIG.
수화 양식의 성행으로 다량의 패각(20)이 발생하고 있는 실정이다. 특히, 대한민국의 경우, 굴 양식업에서 발생하는 많은 패각(20)이 해안에 야적되어 연안 어장의 오염, 공유수면 관리상의 지장, 자연경관의 훼손 및 보건 위생상의 문제 등의 다양한 환경문제를 초래하고 있다.A large number of shells (20) are generated due to the progress of hydration style. Especially in the case of Korea, many shells (20) arising from oyster aquaculture are exposed to the coast, resulting in various environmental problems such as pollution of coastal fisheries, difficulty in the management of shared sleep, damage of natural scenery, and health hygiene .
특히, 굴 패각의 경우, 그 발생량은 전국적으로 약 32만 톤(ton)에 달하여 생굴 발생량의 약 9배에 이르는 것으로 예상되고 있다. 이중 약 10% 정도(종패붙이용으로 9.0%, 비료 및 공업 원료로 1.0%)만이 재활용되고 있으며, 대부분은 공유수면 매립되거나 해안에 야적되고 있는 실정이며, 그 처리 비용만 약 22억 원(2004년 , 남해안 기준)의 비용이 소요된 것으로 보고되고 있다.In particular, in the case of oyster shells, the amount of oyster shells is estimated to reach about 320,000 tons (ton) nationwide, which is about 9 times the amount of oyster production. Only about 10% of them are recycled (9.0% for seedlings and 1.0% for fertilizers and industrial raw materials), and most of them are buried in a shared water surface or on the shore. Year, and the southern coast).
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법은 이러한 패각(20)까지 자원으로서 재활용함으로써 환경 오염을 방지할 뿐 아니라, 인체에 무해한 인조 광물 섬유를 제공할 수 있는 효과가 있다.The mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention and the method of manufacturing the same according to the present invention have the effect of providing artificial mineral fibers harmless to the human body as well as preventing environmental pollution by recycling the
도면 3도는 대한민국 발전소 유형에 따른 석탄 사용량 및 석탄회 발생량의 현황을 보여주는 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing the status of coal consumption and fly ash generation according to the type of power plant in Korea.
해당 도면은 2000년대의 무연탄 발전소 및 유연탄 발전소의 석탄 사용량과 석탄회 발생량을 보여주는 도면으로서, 무연탄 발전소의 경우는 260만 톤의 석탄이 사용되고 101만 톤의 석탄회(10)가 발생하여 약 38.8%의 석탄회 발생률이 보여주는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 유연탄 발전소의 경우는 3,754만 톤의 석탄이 사용되어 390만 톤의 석탄회(10)가 발생하여 약 10.4%의 석탄회(10) 발생률을 보여주는 것을 확인할 수 있다. 즉, 석탄 원료의 사용 후에 상당량의 석탄회(10)가 발생되는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 석탄회(10)의 처리 문제는 많은 화력 발전소에서 심각하게 고민하고 있는 문제 중의 하나이다.The figure shows the coal usage and coal ash generation in anthracite and bituminous coal power plants in the 2000s. Anthracite power plants use 2.6 million tons of coal and 1.01 million tons of fly ash (10) You can see that the incidence shows. In the case of coal-fired power plants, 37.54 million tons of coal were used, resulting in 3.9 million tons of fly ash (10), showing a 10.4% fly ash (10) rate. That is, it can be confirmed that a considerable amount of
도면 4도는 대한민국 내 석탄 화력 발전소에서 발생하는 석탄회 발생량이 추이 현황을 보여주는 도면이다.Figure 4 shows the trend of coal ash production from coal-fired power plants in the Republic of Korea.
대한민국의 전력 수요의 구조는 산업용 전력에 대한 수요가 전체의 60% 이상을 차지하는 큰 비중을 차지하고 있다. 그리고, 지난 수십 년간 기계, 전자, 자동차, 철강, 석유화학 등 주력 산업이 크게 성장하면서 이러한 산업용 전력 수요에 대한 수요는 더욱 크게 증가하게 되었다. 이러한 전력 수요를 충족시키기 위해 경제성이 높은 에너지원이 필요하게 되었으며 대한민국 정부에서도 그동안 원자력과 석탄 화력 위주의 전력 공급 정책 기조를 유지해오고 있다. 그러나, 최근 원전에 대한 사회적 수용성 악화로 인하여, 발전 부분의 상당량을 석탄 화력 발전소가 담당하고 있는 실정이다.The structure of power demand in Korea accounts for more than 60% of the total demand for industrial power. In the past decades, the demand for industrial power demand has increased even more, as the main industries such as machinery, electronics, automobiles, steel, and petrochemicals have grown significantly. In order to meet these electric power demand, it is necessary to have an economical energy source and the government of Korea has been keeping the policy of power supply policy focused on nuclear power and coal-fired power. However, due to the recent worsening social acceptability of nuclear power plants, coal-fired power plants are in charge of a considerable amount of power generation.
이러한 상황은 도면을 통하여서도 확인할 수 있다. 1998년에는 366만 톤 발생하였던 석탄회(10)가 2013년에는 821만 톤이 발생하여 더욱더 많은 석탄이 화력 발전소의 에너지원으로 활용되고 있는 것을 활용되고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 석탄회(10)를 자원으로 적극적으로 재활용할 수 있는 새로운 차원의 방법이 필요한 시점이다.This situation can also be confirmed through the drawings. The coal ash (10), which had 3.36 million tons in 1998, will be used as an energy source for coal-fired power plants because of the fact that 8.21 million tons will be generated in 2013. Therefore, a new level of method that can recycle the
이와 유사하게 남해안을 중심으로 형성된 패류를 양식하는 수산업에서는 굴 양식과 생산을 주로 하고 있으며, 연평균 3만 2천 톤 가량의 굴 생산이 이루어지고 있으나 굴 양식과 생산과정에서 발생되는 굴 패각에 대한 처리는 매우 미진한 실정이며 그 발생량도 연간 30만 톤에 이른다. 그리고, 통계에 의하면 발생되는 굴 패각 중 실제로 비료와 토지 중성화 등으로 재활용되는 경우는 10% 정도 가량에 불과하며, 나머지 패각은 부패 등이 발생하여 주변 환경을 오염시키고 있는 실정이다. 따라서, 이러한 패각을 적극적으로 재활용할 수 있는 기술도 시급한 실정이다.Similarly, the aquaculture industry mainly produces the oysters and shellfishes produced mainly in the southern coast, and produces about 32,000 tons of oysters per year. However, oyster cultivation and processing of oyster shells It is a very small fact and its annual production reaches 300 thousand tons. According to statistics, only about 10% of the oyster shells are actually recycled due to fertilizer and land neutralization, and the rest of the shells are contaminated by the corruption. Therefore, there is an urgent need for a technique for positively recycling the shell.
도면 5도는 석탄 화력 발전소에서 전기가 생산되는 과정과 이 과정에서 발생한 석탄회가 모이는 부분을 개략적으로 보여주는 도면이다.5 is a schematic view showing a process of generating electricity in a coal-fired power plant and a portion where coal fly ash generated in the process is gathered.
석탄 화력 발전소에서 사용되는 석탄은 미분기로 분쇄되어 뜨거운 공기 기류와 함께 고속으로 보일러(30, boiler)로 주입되는데, 이렇게 주입된 석탄은 섭씨 1,300 내지 1,700도 온도 범위에서 부유 상태로 순간적으로 연소하게 된다. 보일러(30) 내에서 석탄이 연소 되면서 물은 끓어서 증기가 발생하게 되고, 이렇게 발생된 증기는 증기 관(31)을 타고 이동하여 증기 터빈(50)을 돌리고, 증기 터빈(50)의 회전에 따라 발전기(60)에서 전기가 생산되게 된다. 그리고, 연소된 가스는 배기 관(32)을 통하여 절탄기(70), 공기 예열기(80) 그리고 전기 집진기(90)를 거쳐서 연통(91)을 통하여 외부로 배출되게 된다.The coal used in the coal-fired power plant is pulverized by a pulverizer and injected into the boiler (30, boiler) at high speed together with the hot air stream, and the coal thus injected is instantaneously burnt in a floating state at a temperature range of 1,300 to 1,700 degrees Celsius . The water is boiled and steam is generated as the coal is burnt in the
이러한 석탄의 연소 과정 중에서 발생하고 남은 물질로서 석탄회(10)는 입자의 크기와 모이는 장소에 따라 바텀 애쉬, 신더 애쉬, 플라이 애쉬로 구분이 되는데, 저회라고도 불리는 바텀 애쉬는 보일러(30)의 벽에 부착되어 있다가 자중에 의하여 떨어져서 보일러(30) 하부의 호퍼(40, hopper)나 절탄기(70)에서 포집된다. 바텀 애쉬의 입경은 1.0 내지 2.5 밀리미터(mm) 정도이며 총 석탄회 발생량 중 15% 정도를 차지하며, 분쇄기로 분쇄 후 대부분 회처리장에 매립된다. 재활용이 낮은 이유로 배드(bad) 애쉬라고도 호칭된다. 그리고, 회신이라고도 지칭되는 신더 애쉬는 배기 가스 통로 내에 위치하는 공기 예열기(80)의 하부에서 모이는 석탄회(10)로 입경은 0.3 내지 1 밀리미터 정도이며 전체 발생량은 총 발생되는 석탄회(10)의 5% 미만이다. 마지막으로, 비회라고도 호칭되는 플라이 애쉬는 전기 집진기(90)에 의하여 집진되어 하부에 모이는 석탄회를 말하며 입경이 0.3 내지 1 밀리미터 정도로 전체 석탄회의 약 85% 정도가 플라이 애쉬이다.The coal ash (10), which is generated in the course of the combustion of coal, is divided into bottom ash, ash ash and fly ash depending on the size and location of the fly ash. The bottom ash, And is collected by the
이러한 다양한 석탄회(10) 중 플라이 애쉬는 시멘트(cement), 콘크리트(concrete)용 혼화재료로 재활용되어 비교적 그 활용 빈도가 높으나, 바텀 애쉬는 재활용이 어려워 도로의 노반재 정도로만 활용되고 있는 실정이다.Among these various fly ash (10), fly ash is recycled as an admixture for cement and concrete, and the utilization rate of the fly ash is comparatively high, but bottom ash is used only as a roadbed material because it is difficult to recycle.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법은 석탄의 연소 후 발생되는 석탄회(10)의 종류에 상관없이 모든 종류의 석탄회(10)를 활용하여 인체에 무해한 광물성 섬유를 제조하므로, 석탄회(10)의 재활용률을 적극적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention and the method of manufacturing the same according to the present invention produce mineral fibers harmless to the human body by utilizing all kinds of coal fly
도면 6도는 대한민국 내 석탄 화력 발전소에서 발생 된 석탄회 중에서 플라이 애쉬에 포함되어 있는 성분의 조성비를 보여주는 도면이다.FIG. 6 is a view showing the composition ratio of the components contained in the fly ash among coal fly ash generated from a coal-fired power plant in the Republic of Korea.
석탄회(10)를 구성하는 조성물질의 성분비는 사용되는 석탄의 종류나 등급, 보일러(30)의 상태 등에 따라 다양하게 달라질 수 있다. 그러나, 다양한 샘플(sample)과 자료를 검토한 결과, 석탄 화력 발전소에서 발생 된 플라이 애쉬에 포함되는 조성 성분들은 도면에 나타난 범위에 포함되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 플라이 애쉬에는 이산화규소()가 46.7 내지 69.3 중량%, 산화알루미늄()이 18.7 내지 34.8 중량%, 산화철(III)()이 3.6 내지 9.5 중량%, 산화칼슘()이 0.5 내지 18 중량%, 산화마그네슘()이 0.5 내지 2.2 중량%, 산화나트륨()이 0.1 내지 0.8 중량%, 산화칼륨()이 0.4 내지 5.1 중량%로 포함되어 있음을 확인할 수 있었다.The composition ratio of the constituent materials constituting the
도면 7도는 대한민국 내 석탄 화력 발전소에서 발생된 석탄회 중 바텀 애쉬에 포함되어 있는 성분의 조성비를 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a view showing a composition ratio of components contained in bottom ash among the coal fly ash generated from a coal-fired power plant in the Republic of Korea.
바텀 애쉬의 경우도 사용되는 석탄의 종류나 등급 등에 따라 그 조성 성분의 비율이 달라질 수 있으나, 다양한 샘플과 논문 등의 자료를 종합적으로 검토한 결과 사용되는 석탄이 무연탄이든 유연탄이든 간에 이산화규소는 46.7 내지 61.0 중량%, 산화알루미늄은 18.7 내지 25.4 중량%, 산화철(III)은 5.9 내지 6.6 중량%, 산화칼슘은 1.5 내지 17.8 중량%, 산화마그네슘은 1.0 내지 3.7 중량%, 산화나트륨은 0.9 내지 1.3 중량%, 산화칼륨은 0.2 내지 0.4 중량%로 포함되어 있음을 확인할 수 있다.In the case of bottom ash, the ratio of the constituent components may vary depending on the type and grade of coal used. However, as a result of comprehensive examination of various samples and articles, the silicon dioxide is 46.7 By weight of calcium oxide, 1.0 to 3.7% by weight of magnesium oxide, 0.9 to 1.3% by weight of sodium oxide, %, And potassium oxide is contained in an amount of 0.2 to 0.4% by weight.
도면 8도는 바텀 애쉬, 플라이 애쉬 및 신더 애쉬를 포함하여 대부분의 석탄회에서 찾을 수 있는 조성비를 최종적으로 정리하여 보여주는 도면이다.FIG. 8 is a diagram summarizing final composition ratios found in most fly ash including bottom ash, fly ash and ash ash.
앞서 살펴본 바와 같이, 각각의 석탄회(10)는 사용되는 석탄의 종류, 석탄의 등급, 보일러(30) 온도 등의 다양한 요소에 따라 그 조성비가 달라진다. 그러나, 본 발명의 발명자가 각 화력 발전소에서 채취한 샘플 및 다양한 논문 및 실험 자료에 기재된 석탄회(10)를 구성하는 조성 성분의 성분비를 종합적으로 정리한 결과 그 어떠한 석탄회(10)라 할지라도 다음의 범위 내에는 포함되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 사용되는 석탄이 무연탄이든 유연탄이든, 발생되는 회의 종류가 플라이 애쉬 또는 바텀 애쉬이든, 석탄 화력 발전소에서 발생된 석탄회(10)에는 이산화규소가 40 내지 80 중량%, 산화알루미늄이 15 내지 35 중량%, 산화철(III)이 2 내지 25 중량%, 산화칼슘이 0.5 내지 18 중량%, 산화마그네슘이 0.5 내지 8 중량%, 산화칼륨이 0.2 내지 6 중량%, 오산화인()이 0.1 내지 1.5 중량%, 산화나트륨이 0.2 내지 0.5 중량%로 포함되어 있음을 확인할 수 있었다.As described above, the composition of each
도면 9도는 회(ash)화 된 상태의 패각을 구성하는 주요 성분을 보여주는 도면이다.FIG. 9 is a view showing major components constituting the ash-shaped shell.
패각(20)의 주성분은 탄산칼슘()이나, 섭씨 1,200도에서 회화한 경우에는 패각(20)에 붙어있는 대부분의 유기물이 소각되어 약 43 내지 44 중량% 정도의 손실이 일어난다. 그리고, 패각의 남은 조성물로서 이산화규소는 1 내지 2 중량%, 산화알루미늄은 0.5 내지 1 중량%, 산화철(III)은 0.1 내지 2 중량%, 산화칼슘ㅇ,s 50 내지 52 중량%, 산화마그네슘은 0.3 내지 1 중량%, 산화칼륨은 0.01 내지 0.02 중량%, 오산화인은 0.01 내지 0.2 중량%, 산화나트륨은 2 내지 3 중량%로 포함되는 것을 확인할 수 있다.The main component of the
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법은 이러한 석탄회(10)와 패각(20)을 적정 중량비로 혼합하고 용융 사출함으로써, 목적하는 성질을 갖는 광물성 섬유를 제조할 수 있음을 확인하였으며, 이하 이러한 제조 방법에 집중하여 살펴보도록 한다.The mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention and the method for manufacturing the mineral fiber according to the present invention have been confirmed that the mineral fiber having the desired properties can be produced by mixing the
도면 10도는 석탄회와 산화칼슘의 혼합 비율에 따라 변화되는 녹는점을 그래프로 정리하여 보여주는 도면이다.FIG. 10 is a graph showing a melting point which varies depending on the mixing ratio of fly ash and calcium oxide.
도면은 석탄회(10)에 대하여 산화칼슘을 30 내지 40 중량%로 첨가시 석탄회(10)의 용융온도가 섭씨 1120도 내지 섭씨 1147도로서 최대 융점강하(섭씨 400도 이상)효과를 나타내는 것을 보여준다. 이러한 현상은 산화칼슘이 첨가된 석탄회(10)를 섭씨 1,200도 정도의 열로 처리한 경우 산화칼슘이 석영(quartz) 및 산화알루미늄과 반응하여 회장석(anorthite, )의 조성으로 변화되며, 산화칼슘은 Si-O-Si 결합에서 Si와 O의 결합을 끊고 Si의 위치에 대체되어 존재하기 때문에 나타난다. The figure shows that the addition of 30 to 40% by weight of calcium oxide to the
도면 11도는 이산화규소 - 산화알루미늄 - 산화칼슘의 삼성분계 상평형도를 보여주는 도면이다. FIG. 11 shows a ternary phase balance diagram of silicon dioxide-aluminum oxide-calcium oxide.
앞서 도면 10도의 그래프를 통하여 살펴본 바를 삼성분계 상평형도를 통하여 정리하면, 산화칼슘 첨가시 온도상승에 따른 무기 화합물의 결정변화는 다음과 같게 된다.As shown in the graph of FIG. 10, the crystal change of the inorganic compound due to the temperature increase when calcium oxide is added is as follows.
(식1) (Equation 1)
앞서 살펴본 바와 같이, 석탄회(10)의 주요 성분은 이산화규소, 산화알루미늄, 산화철(III) 등으로서, 이산화규소의 경우 용융온도가 섭씨 1,700도 정도이며, 산화알루미늄은 섭씨 2,000도, 산화철은 섭씨 1,500도 정도로 나타난다. 따라서, 국내에서 생산된 석탄회(10)는 용융온도가 섭씨 1,700도 이상으로 높아 광물성 섬유를 추출하기에 어려움이 있는데, 통상적으로 그동안의 석탄회(10)를 재활용하는 방법들은 산화칼슘을 포함한 석회석 또는 돌로마이트(dolomite)를 첨가하여 석탄회(10)의 녹는점을 낮추었다.As described above, the major components of the
이러한 종래 방식에 비하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 석탄회(10)에 패각(20)을 적절한 비율로 투입함으로써 석탄회(10)의 용융온도를 낮추고자 하며, 다양한 연구와 실험 끝에 석탄회(10) 60 중량%에 패각(20) 40 중량%를 혼합하였을 때 앞서 살펴본 융점강하 효과에 상응하는 효과를 달성할 수 있었다. 즉, 섭씨 1,200도 정도로 석탄회(10)의 용융온도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 섭씨 1,200도 정도로 석탄회(10)의 용융온도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다.It is desired to lower the melting temperature of the
이는 석탄회(10)와 패각(20)에 공통으로 포함된 산화철(III), 산화칼슘, 산화마그네슘 등이 융점 강하제로서의 역할을 수행하기 때문으로써, 석탄회(10)와 패각(20)이 용융된 혼합물에 이산화규소, 산화알루미늄 등의 산성 성분이 많으면 융점이 높아지고, 산화철(III), 산화칼슘, 산화마그네슘 등의 염기성 성분이 많으면 융점이 낮아지는데, 석탄회(10)와 패각(20)을 각각 60 중량%, 40 중량%로 혼합함으로써 최대 융점강하 효과를 얻을 수 있었다.This is because the iron oxide (III), calcium oxide, magnesium oxide, etc. commonly contained in the
정리하면, 석탄회(10) 60 중량%에 패각(20)이 40 중량%로 혼합된 혼합물이 용해되는 과정 중에 패각(20)에 포함된 탄산칼슘이 다음의 반응식과 같이 산화칼슘으로 변화하게 되고, 이러한 산화칼슘과 산화마그네슘 등이 융점 강하제로서 역할을 수행하여 석탄회(10)가 섭씨 1,200도 정도에서 용융되도록 하는 것이다.In summary, during the process of dissolving the mixture of 60 wt% of fly ash (10) and 40 wt% of shell 20 (20), calcium carbonate contained in the
(식2) (Equation 2)
패각(20)을 섭씨 1,200도 정도에서 2시간 정도 소성함으로써 위와 같은 단일상의 산화칼슘을 얻을 수 있었으며, 보다 바람직하게는 하루 동안 소성하면 더 순도가 높은 산화칼슘을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다. The calcined shell (20) was calcined at a temperature of 1,200 ° C. for about 2 hours to obtain calcium oxide of the single phase as described above. More preferably, the calcined calcium oxide was found to be calcined for one day.
이렇게 패각(20)을 소성하여 얻은 산화칼슘은 석회석에 포함된 산화칼슘에 비해 함량이 높을 뿐만 아니라, 백색도가 매우 높기 때문에 생성된 광물성 섬유에 뛰어난 백색도를 제공할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.The calcium oxide obtained by calcining the
도면 12도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 구성하는 조성 물질의 조성비를 표로 보여주는 도면이다.12 is a table showing composition ratios of the constituent materials constituting the mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
60 중량%의 석탄회(10)에 40 중량%의 패각을 혼합하여 만든 혼합물을 전기로에서 섭씨 1,200도의 온도로 용융시킨 혼합물에는 이산화규소가 29 내지 62 중량%, 산화알루미늄이 11 내지 27 중량%, 산화철(III)이 1 내지 20 중량%, 산화칼슘 12 내지 28 중량%, 산화칼슘이 0.1 내지 0.5 중량%, 산화마그네슘이 0.4 내지 7 중량%, 산화칼륨이 0.1 내지 0.5 중량%, 오산화인이 0.01 내지 2 중량%, 산화나트륨이 0.6 내지 1.2 중량% 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 혼합물의 산성율은 다음의 식을 통하여 나타낼 수 있다.A mixture obtained by mixing 60 wt% of fly ash (10) with 40 wt% of shell is melted in an electric furnace at a temperature of 1,200 degrees Celsius. The mixture contains silicon dioxide in an amount of 29 to 62 wt%, aluminum oxide in an amount of 11 to 27 wt% (III) in an amount of 1 to 20 wt%, calcium oxide in an amount of 12 to 28 wt%, calcium oxide in an amount of 0.1 to 0.5 wt%, magnesium oxide in an amount of 0.4 to 7 wt%, potassium oxide in an amount of 0.1 to 0.5
(식 3) (Equation 3)
위 식을 통하여 계산된 산성율이 1 부근이면 융점이 낮고, 5 이상이면 융점은 섭씨 1,350도 이상으로 높아지는 것으로 알려져 있는데, 위 식을 통하여 계산된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 조성하는데 사용되는 혼합물은 산성율은 0.4 내지 1.6 범위에 존재하여 섭씨 1,200도 부분에서 융점을 갖는 것을 확인할 수 있다.It is known that when the acidity ratio calculated through the above formula is close to 1, the melting point is low and when it is 5 or more, the melting point is increased to 1,350 degrees Celsius or more. The mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention It can be confirmed that the mixture used has an acidity in the range of 0.4 to 1.6 and has a melting point of 1,200 degrees Celsius.
또한, 각 산화물들에 대한 용융특성을 고려하여 중량비와 염기/산(Base/Acid)를 곱한 화학 파라미터(parameter)를 변수로 하여 용융온도를 계산하는 다음의 방식에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 조성하는데 사용되는 혼합물의 용융온도는 섭씨 1,233도 내지 섭씨 1,292도 범위에 포함되는 것을 확인할 수 있다.Also, considering the melting characteristics for each of the oxides According to the following method of calculating the melting temperature using the chemical parameter multiplied by the weight ratio and the base / acid as a variable, the melting of the mixture used to form the mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention It can be seen that the temperature is included in the range of 1,233 degrees Celsius to 1,292 degrees Celsius.
(식 4) (Equation 4)
(식 5) (Equation 5)
(식 6) (Equation 6)
(식 7) (Equation 7)
따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법에 의하면, 패각(20)을 광물성 섬유를 제조하는데 필요한 새로운 자원으로서 재활용할 뿐 아니라, 적절한 중량비율을 통하여 최적의 융점 강하제로서의 기능도 수행토록 할 수 있는 효과도 달성할 수 있다.Therefore, according to the mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention, the
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유에 포함된 각각의 조성물질의 역할과 해당 중량비로 포함되었을 때의 효과를 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, the role of each composition material included in the mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention and the effects when included in the weight ratio will be described in more detail.
먼저, 이산화규소는 광물성 섬유의 기본적인 구조를 형성하는 역할을 수행하는 물질이다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유는 이러한 이산화규소를 29 내지 62 중량%로 함유함으로써, 이산화규소를 너무 적게 함유하여 광물성 섬유의 물리적 강도가 저하되는 것을 방지하는 동시에 너무 많이 포함함으로써 점도가 증가하여 섬유경 및 미섬유화 입자(shot)량의 증가되는 것을 방지하였다.First, silicon dioxide is a substance that plays a role in forming the basic structure of the mineral fiber. The mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention contains such silicon dioxide in an amount of 29 to 62% by weight, so that it contains too little silicon dioxide to prevent the physical strength of the mineral fiber from lowering, Thereby preventing an increase in the fiber diameter and the amount of unfibrous particles (shot).
산화알루미늄은 광물성 섬유의 용융물의 점도를 결정하는 물질로서 섬유의 결정화와 내수성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 일반적으로 7 중량% 미만으로 포함시에는 내수성이 저하되고 28 중량% 초과하여 포함시에는 광물성 섬유의 용해도를 감소시켜 인체에 유해한 영향을 미치며 제조 비용이 증가되어 경제적으로도 바람지하지 않는 것으로 알려져있다.Aluminum oxide is known to influence the crystallization and water resistance of a fiber as a material for determining the viscosity of a mineral fiber. Generally, when aluminum oxide is contained in an amount of less than 7% by weight, the water resistance is deteriorated. It has been known that the solubility of the fiber is reduced to cause harmful effects on the human body, and the manufacturing cost is increased, which is economically unfavorable.
석탄회(10) 60 중량%에 패각 40 중량%를 혼합하여 형성되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유는 산화알루미늄을 11 내지 27 중량%로 함유하여 이러한 요구사항의 범위를 충족하였다.Mineral fibers according to a preferred embodiment of the present invention formed by mixing 60 wt% of fly ash (10) with 40 wt% of shells contain 11 to 27 wt% aluminum oxide to meet this range of requirements.
이러한 산성 조성 성분과 더불어 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물 서 산화철(III), 산화칼슘, 산화마그네슘 등의 염기성 성분을 통하여 보다 부드러우면서도 인체에 무해한 광물성 섬유를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 산화철(III)은 광물성 섬유의 섬유화도를 향상시키고 내열성 및 내구성을 향상시키는 역할을 수행하는 것으로 알려져 있는데, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유는 1 내지 20 중량%의 비율로 산화철(III)을 함유함으로써 광물성 섬유의 물리적 강도 저하를 방지하는 동시에 지나치게 많은 산화철(III) 함량에 따라 발생할 수 있는 섬유경 및 미섬유 입자량이 증가를 방지하는 효과를 달성하였으며, 또한, 오산화인을 포함함으로써 생리학적 매질 중에서 광물성 섬유의 분해도를 향상시키는 효과를 달성하였다.In addition to such acidic composition components, the mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention can provide a softer and harmless mineral fiber through basic components such as iron oxide (III), calcium oxide, and magnesium oxide. More specifically, it is known that iron oxide (III) plays a role of improving the degree of fiberization of mineral fibers and improving heat resistance and durability. The mineral fibers according to the preferred embodiment of the present invention are used in a ratio of 1 to 20% By containing iron oxide (III), the physical strength of the mineral fiber is prevented from being lowered, and at the same time, the effect of preventing the increase of the fiber diameter and the amount of the fine fiber particles, which can occur according to an excessive iron (III) content, To achieve the effect of improving the degree of degradation of the mineral fibers in the physiological medium.
도면 13도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.FIG. 13 is a flow chart showing a method of manufacturing a mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명이 제조하고자 하는 광물성 섬유에 대해서 우선적으로 살펴보면 다음과 같다.First, the mineral fiber to be produced by the present invention will be described as follows.
광물성 섬유는 크게 천연 광물성 섬유 및 인조 광물성 섬유로 나누어진다. 천연 광물성 섬유인 석면(asbestos)은 유상(asbesti-form)의 규산염을 총괄하는 길고 가느다란 섬유조직으로 이루어져 있으며, 일반적으로 백색면(chrysotile), 청색면(crocidolite) 및 갈석면(amotile) 등이 있다. 이러한 석면은 주로 슬래이트(slate), 가스켓(gasket), 시멘트, 브레이크라이닝(brake lining) 등 건축자재, 단열재, 내화재, 마찰재 및 흡음재 등의 용도로 널리 사용된다.Mineral fibers are largely divided into natural mineral fibers and artificial mineral fibers. Asbestos, a natural mineral fiber, is composed of a long and thin fiber structure that covers silicate of asbesti-form and generally has chrysotile, crocidolite and amotile . Such asbestos is widely used mainly for building materials such as slate, gasket, cement, and brake lining, insulation materials, refractory materials, friction materials and sound absorbing materials.
그러나, 석면은 1㎛ 이하의 가늘고 긴 섬유 다발로 종 방향으로 찢어져 호흡기를 통해 폐로 들어가서 용해되지 않고 장시간 축적되어 폐암 등을 유발하는 것이 알려져 있다. 이와 관련하여 세계보건기구(WHO) 산하 국제 암 연구기관(IARC)의 연구서에서는 석면을 인체에 대한 발암물질(Group I)로 규정하고 있으며, 미국산업안전 보건청(OSHA)은 석면이 인체 발암을 유발하는 것이 확실한 1급 발암물질로 분류하여 세계적으로 석면의 생산, 수입 및 판매가 금지되고 있는 실정이다.However, it is known that asbestos tears in the longitudinal direction with an elongated fiber bundle of 1 탆 or less, enters the lung through the respiratory tract, is not dissolved, is accumulated for a long time, and causes lung cancer and the like. In this regard, studies by the World Health Organization (WHO) International Agency for Research on Cancer (IARC) have identified asbestos as a carcinogen to the human body (Group I), and the US Occupational Safety and Health Administration (OSHA) And asbestos production, import and sale are prohibited worldwide.
인조 광물성 섬유(Man-mad mineral fibers. MMMF)는 규산염계 광석 등의 광물질을 고열로 용융하여 섬유화한 것으로서 기존 광물성 섬유는 섭씨 1,500도 내지 1,700의 고열에서 용융된다. 이러한 인조광물성 섬유는 글래스울(glass wool) 및 미네랄울(mineral wool) 등으로 분류되기도 하며, 일반적으로 단열성, 불연성 및 내열성이 우수하여 전술한 석면을 대체하여 건축자재, 보온재, 단열재, 흡음재, 내화재, 내열재 및 방음재 등과 같이 여러 가지 용도로 사용될 수 있다.Man-mad mineral fibers (MMMF) are made by melting mineral such as silicate-based ores as high-temperature heat, and conventional mineral fibers are melted at a high temperature of 1,500 to 1,700 degrees Celsius. Such artificial mineral fibers may be classified into glass wool and mineral wool. Generally, they are excellent in heat insulation, incombustibility and heat resistance, and thus can be used as building materials, heat insulating materials, heat insulating materials, sound absorbing materials, , A heat-resisting material, a soundproofing material, and the like.
특히, 인조 광물성 섬유의 장점은 비결정질 구조를 가지고 있으며, 잔가지가 없고 곧은 원주형 섬유의 형태를 가지며, 충격이 가해지면 횡방향으로 부러지는 특성을 가지고 있어 호흡기 등을 통해 흡입되더라도 체내에 축적되지 않고 체액에 녹아 배출되어 인체에 무해한 특성이 있다. In particular, the advantage of artificial mineral fibers is that they have an amorphous structure, have no twigs, have a straight cylindrical fiber shape, and have a characteristic of breaking in the lateral direction when impact is applied. Even if they are inhaled through a respiratory apparatus, It is dissolved in body fluids and is harmless to the human body.
본 발명에서는 석탄 화력 발전소에서 발생하는 석탄회(10)와 양식장에서 발생하는 패각(20)을 자원으로서 이용하여, 이러한 석면을 대체할 수 있는 새로운 광물성 섬유를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명의 설명에서 "광물성 섬유"라는 용어는 특별한 설명이 없으면 "인조 광물성 섬유"를 지칭하는 것으로 이해된다.The present invention provides a method for producing a new mineral fiber capable of replacing such asbestos by using coal fly ash (10) generated from a coal-fired power plant and shell (20) as a resource. Further, in the description of the present invention, the term "mineral fiber" is understood to refer to "artificial mineral fiber" unless otherwise specified.
이하, 도면에 비추어 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법을 각 단계 별로 상세히 설명토록 한다.Hereinafter, the method for producing the mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법은 석탄회(10)와 패각(20)이 6 : 4의 중량%비로 혼합되어 용융되는 과정을 거칠 수 있다.(S13-1)The method of manufacturing mineral fibers according to the preferred embodiment of the present invention can be performed by mixing
혼합물이 용융되면, 다음으로 스피너 등의 사출 장치를 이용하여 사출제가 제조되는 과정이 수행될 수 있으며(S13-2), 사출 장치에 의하여 이렇게 사출된 사출제는 연화되어 연화물로 제조되는 과정이 수행될 수 있다.(S13-3) 사출제가 연화되는 단계는 사출제 100 중량부에 연화제 0.1 내지 5 중량부를 투입하고 교반한 뒤, 공정 가스(gas)를 공급함으로써 실시될 수 있으며, 사용되는 연화제는 비이온 계면 활성제가 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 디메틸폴리실록산(dimethylpolysiloxane), 메틸-하이드로젠폴리실록산(methyl-hydrogenpolysiloxane) 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 상기 조건에서 사출제가 용이하게 해리되어 섬유 형태의 연화물이 용이하게 제조될 수 있다.After the mixture is melted, a process of preparing an injection material using an injection apparatus such as a spinner can be performed (S13-2). The injection material thus injected is softened to be made into a soft material (S13-3) The step of softening the injection material may be carried out by adding 0.1 to 5 parts by weight of a softening agent to 100 parts by weight of the injection agent, stirring the mixture, and then supplying a process gas. A nonionic surfactant may be used. More specifically, dimethylpolysiloxane, methyl-hydrogenpolysiloxane, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto. Under the above conditions, the injection agent is easily dissociated, and fiber-like softening can be easily produced.
연화물이 제조되는 단계 이후 연화물이 탈수되는 과정이 수행될 수 있다.(S13-4) 이 단계는 제조된 연화물에서 수분을 분리하는 단계로서, 진공 펌프를 이용하여 수분이 분리될 수 있다.The step of dehydrating the soft cargo after the step of manufacturing the soft cargo may be performed (S13-4). This step is a step of separating the moisture from the manufactured soft cargo, and the moisture can be separated using the vacuum pump .
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법은 상기한 바와 같은 방법을 통하여 경제성이 우수하고 친환경적이며 인체에 무해한 광물성 섬유를 제공할 수 있는 효과가 있다.The method for producing mineral fibers according to the preferred embodiment of the present invention has the effect of providing economical, environmentally friendly and harmless mineral fibers through the above-described method.
도면 14도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 제조하는 공정 장치를 간략하게 개념적으로 표시하여 보여주는 도면이다.FIG. 14 is a schematic conceptual illustration of a process apparatus for manufacturing mineral fibers according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 제조하는 공정 장치에서 'A1' 부분은 원료 투입 파트(part)로서, 원료 투입 파트는 석탄회(10)와 패각(20)의 양을 개량하여 혼합물을 만들어 용해로(100)에 투입할 수 있다. 보다 구체적으로는 원료 투입 파트는 석탄회(10) 60 중량%에, 패각(20) 40 중량%를 투입하여 혼합물을 만들어 용해로(100)에 투하할 수 있다. 다음으로, 'A2' 부분은 용해 및 사출 파트로서, 투입된 석탄회(10)와 패각(20)을 용해로(100) 내에서 녹인 이후에 사출 장치(200)를 통하여 섬유상으로 방출하는 부분으로서, 회전되는 롤러(roller)에 공정가스를 공급함에 따라 발생하는 에어 퍼징(air purging)을 이용하여 혼합물을 사출하는 방식으로 이루어질 수 있다. 그리고, 'A3' 부분은 다수의 연화조(300)으로 구성되는 연화 파트로서, 연화제에 공정가스를 공급하여 사출된 광물성 섬유를 부드럽게 만들어주는 동시에 광물성 섬유를 제조하면서 생기는 잔류물을 제거하는 부분이다. 'A4' 부분은 섬유 사이클론 파트로서 연화 파트를 지나면서 부드럽게 연화된 광물성 섬유를 일정시간 동안 숙성하여 최종적으로 연화시키는 부분이고, 'A5' 부분은 진공탈수 및 포장 파트로서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유에 포함되어 있는 수분을 진공탈수기(400)를 이용하여 제거하고, 수분이 제거되어 건조된 광물성 섬유를 일정량을 기준으로 포장 포대에 로드(load)하는 역할을 수행하는 부분이다.In the process apparatus for producing mineral fibers according to the preferred embodiment of the present invention, the 'A1' portion is a raw material input part, and the raw material input part is a mixture of
이러한 연속적인 공정을 통하여 본 발명은 생산되는 광물성 섬유의 양을 극대화할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.Through this continuous process, the present invention can achieve the effect of maximizing the amount of the mineral fiber produced.
도면 15도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 제조하는 공정 장치에서 사용되는 전기로의 모습을 보여주는 도면이다.FIG. 15 is a view showing an electric furnace used in a process apparatus for manufacturing a mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법은 석탄회(10)와 패각(20)을 용융하는 용해로로서 전기로를 선택하여 사용할 수 있으며, 구체적으로는 아크로(acro) 방식 전기로, 유도로 방식 전기로 또는 저항로 방식 전기로 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.The method for producing the mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention can be used by selecting an electric furnace as a melting furnace for melting the
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법은 용해로로 기존의 고로를 사용하는 대신에 전기로를 사용함으로써 로(furnace) 내의 온도를 더욱 정교하게 조절할 수 있다. 또한, 이산화탄소를 많이 배출하여 환경 문제를 야기하는 고로 대신에 전기로를 사용함으로써 친환경적으로 광물성 섬유를 제조할 수 있으며, 무엇보다 고로에 비하여 광물성 섬유의 생산 용량을 획기적으로 늘릴 수 있는 효과를 달성할 수 있다. 그리고, 전기로는 고로보다 적은 투자비와 공간이 필요하다는 장점도 있다.The method of manufacturing mineral fibers according to the preferred embodiment of the present invention can more finely control the temperature in the furnace by using an electric furnace instead of using a conventional furnace as a melting furnace. In addition, it is possible to produce environmentally friendly mineral fibers by using an electric furnace in place of a blast furnace that causes environmental problems by discharging a large amount of carbon dioxide, and it is possible to achieve an effect of drastically increasing the production capacity of mineral fibers compared with blast furnaces have. In addition, the electric furnace also requires less investment and space than the blast furnace.
도면 15도는 이러한 전기로 중의 하나로서 유도로 방식의 전기로의 모습을 개략적으로 보여준다. 유도로 방식의 전기로는 크게 도가니(110)와 도가니(110) 주위를 감싸며 교류를 인가받는 코일(120, coil) 부분으로 이루어진다. 그리고, 이러한 도가니(110) 내부로 석탄회(10) 60 중량%와 패각(20) 40 중량%가 투입될 수 있다. 보다 구체적으로, 석탄회(10)는 브릭(brick) 모양으로 형성된 석탄회(10)가 125 내지 1,000 세제곱 센티미터의 부피 크기로 파쇄된 상태로 투입될 수 있으며, 이러한 방식으로 석탄회(10)를 투입하는 이유는 이하 도면을 통하여 자세히 살펴보도록 한다.15 is a schematic view of an induction furnace type electric furnace as one of such electric furnaces. The induction furnace type electric furnace largely comprises a
석탄회(10)의 이러한 투입 방식에 비하여, 패각(20)은 양식장 등지에서 수거된 패각을 가공하지 않고 그 자체로 투입할 수 있다. 그 이유는 패각(20)은 그 자체로 내부에 공기가 투입될만한 여유 공간이 많기 때문이며, 또한 섭씨 1,200도 이상의 고온에서 용융되기 때문에 패각(20)에 붙은 유기물들을 일부러 제거하는 작업을 수행할 필요가 없기 때문이다. 따라서, 기존의 패각(20)을 재활용하고자 하는 방법은 패각(20)에 포함된 이물질을 제거하고, 양식시 사용하였던 코팅사를 제거하기 위하여 상당한 노력을 기울였으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조방법에서는 코팅사까지 포함하여 패각(20)을 그대로 용해로 내로 투입할 수 있으므로, 패각(20)의 재활용시 드는 수고와 노력을 줄일 수 있다.Compared with this charging method of the
도면 16도는 브릭 형태로 성형된 석탄회의 모습을 보여주는 도면이다.FIG. 16 is a view showing the shape of a fly ash formed in a brick shape.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법은 용해로(100)에 석탄회(10)를 분말 그 자체로 투입하는 것이 아니라, 먼저 석탄회(10)를 도면과 같이 브릭(11)으로 만든 후 이를 125 내지 1,000 세제곱 센티미터의 부피 크기로 파쇄하여 투입한다. 그 이유는 바텀 애쉬의 경우에는 비교적 입경이 크나, 플라이 애쉬의 경우는 입경이 작아 모래와 같아서 공기와 접촉할 면적이 작아 용해로 내에서 용융이 쉽게 진행되지 않고 부분적으로만 용융이 일어나는 문제가 있기 때문이다. 따라서, 석탄회(10)가 골고루 공기와 전 면적에서 접촉하도록 하여 국부 용융이 아닌 전체적으로 용융이 골고루 진행되게 할 필요성이 있는데, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조방법은 바텀 애쉬, 신더 애쉬, 플라이 애쉬로 구성된 석탄회(10)를 먼저 브릭(11)으로 성형한 뒤 125 내지 1,000 세제곱 센티미터의 부피 크기로 파쇄하여 전기로에 투입하므로 로 내에서의 석탄회(10)의 용융이 전체적으로 골고루 진행되도록 할 수 있는 효과가 있다.The mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention and the method for manufacturing the mineral fiber according to the present invention are different from the method of manufacturing the
도면 17도는 브릭 형태로 성형된 석탄회가 파쇄된 상태의 모습을 보여주는 도면이다.FIG. 17 is a view showing a state in which the fly ash formed into a brick shape is broken.
도면 16도를 통하여 살펴본 브릭(11)을 파쇄 장치로 파쇄하여 125 내지 1,000 세제곱 센티미터의 부피 크기의 굵은 자갈 상의 석탄회(12)로 만들 수 있으며, 이러한 자갈 상의 석탄회(12)의 60 중량%에, 패각(20)을 40 중량% 혼합하여 용해로에 투입할 수 있다.The
도면 18도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법에 사용되는 사출 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.FIG. 18 is a view showing an example of an injection apparatus used in a mineral fiber and a method of manufacturing the mineral fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유의 제조 방법에서 용용된 혼합물을 사출하는 방식은 고속으로 회전하는 스피너, 비활성 가스를 이용한 블로우(blow) 또는 롤러(roller)를 이용한 사출 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.In the method of manufacturing the mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention, the method of injecting the mixture may be performed in various ways such as a spinner rotating at a high speed, a blow using an inert gas or an injection using a roller have.
도면 18도는 그 중에서 단일 롤러를 이용한 광물성 섬유의 사출 방식을 보여주는 도면으로서, 사출 장치(200)의 노즐(210)을 통하여 배출된 용융 또는 용해된 혼합물(M)은 타원형 롤러(220)에 부딪쳐서 팰릿(pallets) 형태의 섬유로 사출되게 된다.18 shows the injection method of the mineral fiber using a single roller. The molten or dissolved mixture M discharged through the
도면 19도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법에 사용되는 사출 장치의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.FIG. 19 is a view showing another example of an injection apparatus used in a mineral fiber and a manufacturing method thereof according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유 및 이의 제조 방법에 사용 가능한 또 다른 예의 사출 장치(200)는 복수의 원형 롤러(230)를 구비한 사출 장치(200)가 사용될 수 있다. 이러한 예의 사출 장치(200)는 약 4,000 알피엠(rpm)의 속도로 회전하는 복수의 원형 롤러(230) 사이로 용융 또는 용해된 혼합물(M)을 투하하고, 원형 롤러(230)의 회전에 따라 용융 또는 용해된 혼합물(M)이 부분적으로 끊기면서 팰릿 형태의 섬유로 사출되게 된다.In another embodiment of the
그리고, 위의 도면 18도와 도면 19도의 각각의 사출 장치(200)는 단독으로 사용될 수 있지만 둘이 어느 하나의 보조용으로서 동시에 사용될 수도 있으며, 두 개의 사출 장치를 사용하는 경우 더 곱고 가는 광물성 섬유를 획득할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.The
이하, 도면 20도 내지 도면 24도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유를 전자 현미경을 이용하여 촬영한 모습을 보여주는 도면이다.FIGS. 20 to 24 are views showing a state in which mineral fibers according to a preferred embodiment of the present invention are photographed using an electron microscope. FIG.
먼저, 도면 20도는 제1 크기 범위에 해당하는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.First, FIG. 20 is a view showing a state of a mineral fiber corresponding to a first size range.
제1 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유는 직경이 0.1 내지 5 마이크로미터(㎛)이며, 평균 길이는 1 내지 2 밀리미터일 수 있으며, 보다 바람직하게는 직경은 0.5 내지 4 마이크로미터, 평균 길이는 1.15 내지 1.32 밀리미터일 수 있다. 또한, 밀도는 2 내지 5 일 수 있으며, 바람직하게는 2.5 내지 3.0 일 수 있다.The mineral fibers corresponding to the first size range may have a diameter of 0.1 to 5 micrometers and an average length of 1 to 2 millimeters, more preferably 0.5 to 4 micrometers, 1.32 millimeters. Also, the density is 2 to 5 , Preferably from 2.5 to 3.0 < RTI ID = 0.0 > Lt; / RTI >
제1 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유는 특수종이, 라이너 페이퍼(liner paper), 포장용지 및 백판지(white duplex board) 용도로 사용되기 적합한 것일 수 있다.Mineral fibers falling within the first size range may be suitable for use in special paper, liner paper, wrapping paper, and white duplex board applications.
도면 21도는 제2 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.21 is a view showing a state of a mineral fiber corresponding to a second size range.
제2 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유는 직경은 5 마이크로미터 이하, 평균 길이는 2 밀리미터 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 직경은 0.1 내지 5 마이크로미터이며, 평균 길이는 0.5 내지 1.2 밀리미터일 수 있다. 그리고, 광물성 섬유의 밀도는 2 내지 5 일 수 있으며, 바람직하게는 2.5 내지 3.0 일 수 있다.The mineral fibers corresponding to the second size range may have a diameter of 5 micrometers or less and an average length of 2 millimeters or less, more preferably 0.1 to 5 micrometers in diameter, and an average length of 0.5 to 1.2 millimeters. The density of the mineral fibers is 2 to 5 , Preferably from 2.5 to 3.0 < RTI ID = 0.0 > Lt; / RTI >
제2 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유는 단열성, 내열성 및 불연성이 우수하여 석면 및 유리섬유대체재 용도로 사용하기 적합한 것일 수 있다.Mineral fibers falling within the second size range are excellent in heat insulation, heat resistance and nonflammability, and may be suitable for use as substitutes for asbestos and fiberglass.
도면 22도는 제3 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.22 is a view showing a state of a mineral fiber corresponding to a third size range.
제3 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유는 직경은 5 마이크로미터 이하, 평균 길이는 1 밀리미터 이하일 수 있다. 바람직하게는 직경은 0.1 내지 5 마이크로미터, 평균 길이는 0.1 내지 1.0 밀리미터일 수 있다. 또한, 광물성 섬유의 밀도는 2 내지 5 일 수 있으며, 바람직하게는 2.5 내지 3.0 일 수 있다.Mineral fibers falling within the third size range may be less than 5 microns in diameter and less than 1 millimeter in average length. Preferably, the diameter may be 0.1 to 5 micrometers, and the average length may be 0.1 to 1.0 millimeters. Further, the density of the mineral fibers is 2 to 5 , Preferably from 2.5 to 3.0 < RTI ID = 0.0 > Lt; / RTI >
이 범위 내에서 해당 광물성 섬유는 우수한 단열성, 내마찰성 및 기계적 강도를 가지게 되고, 구체적으로 자동차, 트럭(truck), 비행기, 기차 및 자전거 등에 사용되는 브레이크 패드(pad), 브레이크 드럼(drum), 브레이크 라이닝 및 클러치(clutch) 등의 마찰재로 사용될 수 있다.Within this range, the mineral fibers have excellent heat resistance, resistance to friction and mechanical strength. Specifically, the mineral fibers have excellent properties such as a brake pad, a brake drum, and a brake used for automobiles, trucks, airplanes, Lining, and clutches.
도면 23도는 제4 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.FIG. 23 is a view showing a state of a mineral fiber corresponding to a fourth size range. FIG.
제4 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유는 직경은 5 마이크로미터 이하, 평균 길이는 1 밀리미터 이하일 수 있으며, 바람직하게는 직경은 0.1 내지 4 마이크로미터, 평균 길이는 0.1 내지 1.0 밀리미터일 수 있다. 그리고, 밀도는 2.0 내지 5.0 일 수 있으며, 바람직하게는 2.5 내지 3.0 일 수 있다. The mineral fibers corresponding to the fourth size range may have a diameter of 5 micrometers or less and an average length of 1 millimeter or less, preferably 0.1 to 4 micrometers in diameter and 0.1 to 1.0 millimeter in average length. The density is 2.0 to 5.0 , Preferably from 2.5 to 3.0 < RTI ID = 0.0 > Lt; / RTI >
이러한 제4 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유는 흡음성, 단열성, 내마찰성 및 기계적 강도가 우수하여, 고온단열재, 고속철도용 블록(block) 및 기계마찰 가스켓 용도로 사용될 수 있다.The mineral fibers corresponding to the fourth size range are excellent in sound absorption, heat insulation, frictional resistance and mechanical strength and can be used for high temperature insulation, block for high-speed railway and mechanical friction gasket.
도면 24도는 제5 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유의 모습을 보여주는 도면이다.24 is a view showing the appearance of the mineral fibers corresponding to the fifth size range.
제5 크기 범위에 해당되는 광물성 섬유는 직경은 5 마이크로미터 이하, 평균 길이는 1 밀리미터 이하일 수 있으며, 바람직하게는 직겨은 0.1 내지 3 마이크로미터, 평균 길이는 0.1 내지 1.0 밀리미터일 수 있다. 따한 광물성 섬유의 밀도는 2.0 내지 5.0 일 수 있으며, 바람직하게는 2.5 내지 3.0 일 수 있다. The mineral fibers corresponding to the fifth size range may have a diameter of 5 micrometers or less and an average length of 1 millimeter or less, preferably 0.1 to 3 micrometers and an average length of 0.1 to 1.0 millimeter. The density of the mineral fibers is 2.0 to 5.0 , Preferably from 2.5 to 3.0 < RTI ID = 0.0 > Lt; / RTI >
상기 범위의 광물성 섬유는 흡음성, 단열성, 내마찰성 및 기계적 강도가 우수하여, 고온단열재, 고속철도용 블록 및 기계마찰 가스켓 용도로 사용하기 적합할 수 있다.The mineral fibers of the above range are excellent in sound absorption, heat insulation, friction resistance and mechanical strength and can be suitably used for high temperature insulation, block for high-speed railway, and mechanical friction gasket.
실시예Example
플라이 애쉬 및 바텀 애쉬를 포함하는 석탄회(10) 60 중량%에, 패각(20)을 40 중량%로 혼합한 혼합물을 섭씨 1,200도 내지 1,300도에서 용융하였다. 상기 용융된 혼합물을 사출기에 투입하고 회전하는 롤러에 공정가스를 주입하고, 에어퍼징을 이용하여 펠렛 형태의 사출체를 제조한 다음, 상기 사출체 100 중량부에 연화제 5 중량부를 투입하여 교반하고 공정가스를 공급하여 해리하여 섬유 형태의 연화물을 제조하였다. 상기 연화물을 진공펌프를 이용하여 수분을 제거하여 각각 하기 표1에 기재된 성분 및 조성비가 되도록 제조하였다.A mixture of 60 wt% of fly ash and 10 wt% of fly ash and 40 wt% of
(표 1)(Table 1)
시험예Test Example 1: One: 섬유직경Fiber diameter 측정 Measure
섬유경은 광학현미경을 이용하여 측정하였으며, 측정 방법은 아래와 같다. 우선 슬라이드 글라스에 미량의 섬유를 올려놓고 슬라이드 분산액을 한 방울 떨어뜨려 혼합시켰다. 커버글라스를 덮은 후 약 6시간 정도 상온에서 건조시켜 프레파라트(표본)를 실시예에 대하여 각각 5개씩의 프레파라트를 제작하고, 각 프레파라트별로 100개의 섬유를 무작위로 선택하여 섬유경을 측정하였다. 실시예에 대하여 각각 최종적으로 측정된 섬유경을 평균한 섬유직경을 계산하여 하기 표2에 나타내었다.The fiber diameter was measured using an optical microscope, and the measurement method was as follows. First, a small amount of fiber was placed on a slide glass, and a drop of the slide dispersion was dropped and mixed. Cover glass was covered and then dried at room temperature for about 6 hours to prepare 5 preprats for each of the examples. 100 fibers were randomly selected for each of the preprats and the fiber diameter was measured. The fiber diameters obtained by averaging the fiber diameters finally measured for the examples are calculated and shown in Table 2 below.
시험예Test Example 2: 2: 미섬유화입자Fine fibrous particles (shot) 함량측정(shot) content measurement
광물성 섬유의 제섬 과정에서 미처 섬유화되지 못하고 섬유 사이에 존재하게 되는 입자 형태의 것을 숏(shot)이라고 한다. 상기 실시예5에 포함된 Shot 함량을 측정하기 위해 하기와 같은 방법을 사용하였다. 우선 50 메시의 체(Sieve)의 무게를 측정한 후, 광물성 섬유 50g을 체에 담아 무게를 측정하였다. 그리고 상기 광물성 섬유의 내부에 있는 shot이 떨어져 나가지 않게끔 유의하며 상기 광물성 섬유를 잘게 찢어 믹서기에 넣고 물을 약 90% 정도 수준이 되도록 투입하였다. 믹서기로 30초 동안 교반한 후, 35 mesh 체를 통해 걸러내는데, 이때 지속적으로 물을 통과시켜 섬유가 완전히 체를 통과하고 shot만 남을 수 있도록 하였다. 최종적으로 남은 shot을 상기 체와 함께 120℃ 건조기에서 3 시간 동안 건조시켜 무게를 측정하였다. Shot contents는 하기 식를 이용하여 계산하여 하기 표2에 나타내었다.Shapes of particles that are not fibrous in the process of mineral fiber fibrillation and exist between fibers are called shots. The following method was used to measure the content of Shot contained in Example 5 above. First, after measuring the weight of a sieve of 50 mesh, 50 g of mineral fiber was weighed and weighed. The mineral fibers were torn into pieces and placed in a mixer, and the water was added to a level of about 90% so that the shot inside the mineral fiber did not fall off. After stirring for 30 seconds with a blender, the mixture was filtered through a 35 mesh sieve to continuously pass water through the sieve so that only the shot could remain. Finally, the remaining shots were dried for 3 hours in a dryer at 120 ° C with the sieve, and the weight was measured. Shot contents are calculated using the following formula and are shown in Table 2 below.
Shot Contents(%) = / W0×100Shot Contents (%) = /
(상기 식에서, W0는 shot 포함된 광물성 섬유의 총 무게(g), 은 광물성 섬유를 제외한 shot의 무게(g)를 나타낸다.)Where W0 is the total weight (g) of the mineral fibers included in the shot, Represents the weight (g) of the shot, excluding the mineral fibers.
시험예Test Example 3: 장기사용온도 측정 3: Long-term temperature measurement
상기 제조된 실시예의 광물성 섬유에 대하여 UL 746B의 RTI(Relative Temperature Index)에 의거하여 장기사용온도를 측정하여 하기 표2에 나타내었다.The long-term service temperature was measured on the basis of the RTI (Relative Temperature Index) of UL 746B with respect to the mineral fibers of the above-mentioned Examples.
(표 2)(Table 2)
상기 시험의 결과를 검토할 때, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물성 섬유는 섬유의 직경 및 shot 포함량이 적절한 범위에 있어 섬유화가 용이하게 진행된 것을 확인할 수 있었으며, 장기사용온도도 높아 만족할만한 내열성을 구비한 것으로 판단할 수 있었다.When examining the results of the above test, it was confirmed that the mineral fiber according to the preferred embodiment of the present invention had a fiber diameter and a shot amount within a suitable range, and thus the fiberization proceeded easily. Also, It can be judged that it is equipped.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
10 : 석탄회
11 : 브릭
12 : 굵은 자갈 상의 석탄회
20 : 패각
30 : 보일러
31 : 증기 관
32 : 배기 관
40 : 호퍼
50 : 증기 터빈
60 : 발전기
70 : 절탄기
80 : 공기 예열기
90 : 전기 집진기
91 : 연통
100 : 용해로
110 : 도가니
120 : 코일
200 : 사출 장치
210 : 노즐
220 : 타원형 롤러
230 : 원형 롤러
300 : 연화조
400 : 진공탈수기10: coal fly ash
11: Brick
12: Fly ash on coarse gravel
20: Shell
30: Boiler
31: Steam pipe
32: Exhaust pipe
40: Hopper
50: Steam turbine
60: generator
70: Buddhist monks
80: Air preheater
90: Electrostatic precipitator
91: communication
100: melting furnace
110: Crucible
120: Coil
200: Injection device
210: Nozzle
220: Oval roller
230: Round roller
300: softening tank
400: vacuum dehydrator
Claims (5)
상기 혼합물이 용해되는 단계;
상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;
상기 사출제가 연화되어 연화물이 제조되는 단계;가 포함되며,
상기 사출제가 연화되어 연화물이 제조되는 단계는
사출제 100 중량부에 연화제 0.1 내지 5 중량부를 투입하여 교반하여 공정 가스(gas)를 공급함으로써 이루어지고,
상기 연화제는 디메틸폴리실록산(dimethylpolysiloxane) 및 메틸-하이드로젠폴리실록산(methyl-hydrogenpolysiloxane) 중 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법.
Producing a mixture comprising fly ash and shell;
Dissolving the mixture;
Injecting the molten mixture to produce an injection material;
And softening the injection material to produce softened material,
The step of softening the injection material to produce softened material
0.1 to 5 parts by weight of a softening agent is added to 100 parts by weight of an injection agent and the mixture is stirred to supply a process gas,
Wherein the softening agent comprises at least one of dimethylpolysiloxane and methyl-hydrogenpolysiloxane.
상기 혼합물이 용해되는 단계;
상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되고,
상기 혼합물이 용해되는 단계는
전기로 내에서 수행되며,
상기 전기로는 아크로(acro) 방식, 유도로 방식 및 저항로 방식 중 어느 하나의 방식으로 작동되는 전기로인 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법.
Producing a mixture comprising fly ash and shell;
Dissolving the mixture;
And injecting the dissolved mixture to produce an injection material,
The step of dissolving the mixture
Carried out in an electric furnace,
Wherein the electric furnace is an electric furnace operated by any one of an acro system, an induction furnace system and a resistance furnace system.
상기 혼합물이 용해되는 단계;
상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되며,
상기 혼합물이 용해되는 단계는
용해로 내에서 1일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법.
Producing a mixture comprising fly ash and shell;
Dissolving the mixture;
And injecting the dissolved mixture to produce an injection material,
The step of dissolving the mixture
Characterized in that the mineral fibers are treated for 1 day in a melting furnace.
상기 혼합물이 용해되는 단계;
상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되며,
상기 패각은 굴, 꼬막 및 바지락의 패각 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법.
Producing a mixture comprising fly ash and shell;
Dissolving the mixture;
And injecting the dissolved mixture to produce an injection material,
Wherein the shell comprises at least one of shells of oyster shells and shells.
상기 혼합물이 용해되는 단계;
상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계;가 포함되며,
상기 용해된 혼합물이 사출되어 사출제가 제조되는 단계는
회전하는 롤러(roller)에 공정가스를 공급함에 따라 발생하는 에어 퍼징(air pursing)을 이용하여 원심력에 의해 상기 용해된 혼합물을 팰릿(pallet) 형태로 사출되며,
상기 팰릿(pallet)은 직경 0.1 내지 5 마이크로미터, 길이 0.1 내지 30 밀리미터인 것을 특징으로 하는 광물성 섬유의 제조 방법.
Producing a mixture comprising fly ash and shell;
Dissolving the mixture;
And injecting the dissolved mixture to produce an injection material,
Wherein the molten mixture is injected to produce an injection material
The melted mixture is injected in the form of a pallet by centrifugal force using air pursuing which occurs as a process gas is supplied to a rotating roller,
Wherein the pallet has a diameter of 0.1 to 5 micrometers and a length of 0.1 to 30 millimeters.
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CN110627367A (en) * | 2019-09-30 | 2019-12-31 | 九和同创碳金(宁夏)新材料科技有限公司 | Coal chemical industry waste residue-based fiber and preparation method thereof |
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2017
- 2017-02-16 KR KR1020170020785A patent/KR20180094546A/en unknown
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