KR20230007003A - 에너지 절감형 친환경 점토블럭 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 점토혼합물과. 제철부산물 및 석분오니등을 포함하여 소성로에 800 ~ 1200 ℃에서 10 ~ 15시간으로 소성하여 점토블록을 제조함으로서,
화도, 1300℃ 이상의 고온 소성을 하지 않으며, 다(多) 횟수의 소성 과정을 거치지 않아도 블럭 자체의 우수한 압축강도 및 내구성과 색상의 선명함을 기대할 수 있고, 그에 따라 연료비 및 기타 생산 비용을 대폭 절감하면서 에너지 소비를 15% 이상 절감할 수 있고, 소성 과정에 발생하는 매연와 같은 환경오염 문제를 해소할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
화도, 1300℃ 이상의 고온 소성을 하지 않으며, 다(多) 횟수의 소성 과정을 거치지 않아도 블럭 자체의 우수한 압축강도 및 내구성과 색상의 선명함을 기대할 수 있고, 그에 따라 연료비 및 기타 생산 비용을 대폭 절감하면서 에너지 소비를 15% 이상 절감할 수 있고, 소성 과정에 발생하는 매연와 같은 환경오염 문제를 해소할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 점토혼합물과;, 철광석 광산 또는 제철용 철광석 생산공정에서 발생하는 분진과 슬러지, 슬래그, 스크랩류로 이루어진 제철부산물;, 및 석분오니등을 포함하여 소성로에 800 ~ 1200 ℃에서 10 ~ 15시간으로 소성하여 점토블록을 제조함으로서,
화도, 1300℃ 이상의 고온 소성을 하지 않으며, 다(多) 횟수의 소성 과정을 거치지 않아도 블럭 자체의 우수한 압축강도 및 내구성과 색상의 선명함을 기대할 수 있고, 그에 따라 연료비 및 기타 생산 비용이 대폭 절감되면서 에너지 소비를 15% 이상 절감할 수 있는 동시에 매연와 같은 환경오염 문제를 해소할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래 전통 검은색 벽돌을 생산하기 위해서는 1차 1000~1200℃ 소성 후, 2차 소성(800~1000℃)으로 연료의 불완전 연소로 인하여 발생하는 탄소를 벽돌에 침투시킴으로서, 2차 불완전 소성으로 인한 연료비 증가 및 기타 비용이 상승하는 문제점과, 소성과정에서 발생하는 매연으로 인한 환경오염의 문제점이 발생하였다.
이에 본 특허에서는 점토벽돌의 제조시 사용되는 점토의 일정량을 석분오니로 대체하여 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 제철부산물을 통해 강도를 향상시키므로서, 생산측면에서 양호한 품질의 제품을 얻고자 한다.
상기 문제를 달성하기 위해,
본 발명은 점토혼합물과. 제철부산물 및 석분오니등을 포함하여 소성로에 800 ~ 1200 ℃에서 10 ~ 15시간으로 소성하여 점토블록을 제조하고,
화도, 1300℃ 이상의 고온 소성을 하지 않으며, 다(多) 횟수의 소성 과정을 거치지 않으면서도 블럭 자체의 우수한 압축강도 및 내구성과 색상의 선명함을 기대할 수 있도록 하고,
그에 따라, 연료비 및 기타 생산 비용을 대폭 절감하면서 에너지 소비를 15% 이상 절감할 수 있는 동시에 소성 과정에 발생하는 매연와 같은 환경오염 문제를 해소할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 문제를 해결하기 위해,
본 발명은 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%의 혼합하여 점토혼합물을 제조하는 단계(S1)와,
제철부산물 20 ~ 70 wt% 및 석분오니 30 ~ 80wt%을 혼합하여 슬러지혼합물을 제조하는 단계(S2)와,
상기 점토혼합물 50 ~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 단계(S3)와,
상기 제1혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 제1혼합물을 15 ~ 30MPa로 압축하여 블록형상의 제2혼합물을 제조하는 단계(S4)와,
상기 제2혼합물을 40 ~ 100℃ 에서 20 ~ 40시간 동안 건조하고, 수분함량 3 ~ 5%로 조절하는 단계(S5)와,
상기 수분함량이 조절된 제2혼합물을 800 ~ 1200 ℃에서 10 ~ 15시간 소성하여 제조되는 최종혼합물을 제조하는 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 문제를 해결하기 위해,
본 발명은 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%의 혼합하여 제조되는 점토혼합물과,
제철부산물 20 ~ 70 wt% 및 석분오니 30 ~ 80wt%을 혼합하여 제조되는 슬러지 혼합물과,
상기 점토혼합물 50 ~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 제조되는 제1혼합물;
상기 제1혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고 상기 혼합물을 압축하여 블럭형상의 제2혼합물을 제조하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭 .
또한, 상기 문제를 해결하기 위해,
본 발명은 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%의 혼합으로 조성되는 점토혼합물과,
제철부산물 20 ~ 68 wt% 및 석분오니 10 ~ 40 wt%, 폴리염화알루미늄 1 ~ 2 wt%, 탄산칼슘 4 ~ 5 wt%, 백운석 5 ∼ 12 wt%, 볏짚 재 1 ~ 5 wt% , 사탕수수 껍질 1 ~ 5 wt%, 폐아스콘 골재 10 ~ 40 wt%을 혼합하여 제조되는 슬러지혼합물과,
상기 점토혼합물 50~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 조성되는 제1혼합물;
상기 제1혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 15 ~ 30MPa로 압축하여 블록형상으로 제조되는 제2혼합물;
상기 제2혼합물을 40 ~ 100 ℃ 에서 15 ~ 30 시간 동안 건조하고, 수분 함량 1 ~ 3%로 조절한 후, 상기 수분 함량이 조절된 제3혼합물을 850 ~ 1250℃에서 10 ~ 15시간 소성하여 제조되는 최종혼합물인 것을 특징으로 하는 에너지 절감 및 강도가 개선된 친환경 점토블럭을 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째. 슬러지혼합물을 활용함으로서, 연료비 및 기타 생산 비용을 대폭 절감하면서 에너지 소비를 40% 이상 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
둘째. 석분오니와 제철부산물을 같이 사용함으로서, 소성온도를 낮출 수 있되, 우수한 압축강도 및 내구성을 갖는 효과를 갖는다.
셋째. 매연와 같은 환경오염 문제를 해소할 수 있는 효과를 갖는다.
넷째. 슬러지혼합물을 활용함으로서, 친환경적인 효과를 갖는다.
다섯째, 석분오니와 제철부산물을 통해 점토블럭 자체가 검정색이 발현될 수 있어 종래와 같이. 불안전 연소로 인해 발생하는 탄소를 벽돌에 침투시켜 색상을 발현할 필요가 없지므로서, 소성공정에서 발생하는 매연등의 환경오염을 예방할 수 있는 효과를 갖는다.
도1은 에너지 절감형 친환경 점토블럭 및 이의 제조방법에 따른 제조 공정도.
먼저, 본 발명에서 설명되는 제철부산물은 철광석 광산 또는 제철용 철광석 생산공정에서 발생하는 분진과 슬러지, 슬래그, 스크랩류로 이루어진 것을 말한다.
즉, 제철부산물을 재활용하여, 에너지절감 차원에서 점토블럭 대체재로 사용하는 것을 주요 특징으로 한다.
이하, 구체적인 내용을 살펴보도록 한다.
[점토혼합물을 제조하는 단계(S1)]
본 단계는 점토와 고령토을 혼합 조성하여 점토혼합물을 제조하는 단계이다.
상기 점토의 정의로서는 H2O 와 미분체, 미분체의 크기, 그리고 상호 물질의 상호작용에 의해 발생되는 상태, 성질의 규정으로부터 이루어진다.
즉, “점토란, 미립의 토상 자연물로서 물에 젖은 상태에서 가소성이 있는 것”이라고 정의하고 있다. 미립의 범위는 각국의 토양, 지질 등의 차이에 따라 다르지만, 대략 0.01 ~ 0.001 mm 이하를 의미하고 무기질과 유기질을 포함하고 있는 것을 의미하는 것이다. 화학적 표현을 빌려오면, 무기, 유기질의 음, 양이온을 포함하고 미분체는 이온 교환체로서 작용하여 H2O 의 출입에 의해 가용성 염류의 용해석출을 반복 조작하는 상태 하에서 그 위에 미생물이 서식하고 있는 계로서 수분의 양에 의해 slurry 나 진흙상태로 되는 것을 점토라고 한다.
고령토는 사면체 (tetrahedral)과 팔면체 (octahedral) 자리에서 치환이 일어나지 않아 이론적인 결정구조식인 Al4Si4O10(OH)8에서 크게 벗어나지 않는 SiO2 46.54 %, Al2O3 39.50 %, H2O 13.96 %에 근접하는 화학조성을 갖는다.
이러한 주 원소 외에도 Fe,Ti, K, Mg이 검출되기도 하는데, 이들은 대부분 팔면체의 Al3+을 치환하는 것으로 알려져 있으며, 사면체판과 팔면체판이 결합된 1:1층이 반복되는 구조이다. 그리고, 550 도 이상의 고온으로 가열하면 탈수작용이 일어나면서 결정구조가 파괴되어 결정도가 낮은 상태가 되는 성질을 가진다.
더욱 구체적으로는, 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%을 혼합 조성하여 점토혼합물을 제조한다.
고령토와 점토를 결합하면 수축성을 조절할 수 있다. 수축이 덜 필요하다면 고령토를 증가시키고 수축이 더 필요하면 구상점토의 양을 늘리게 되는데. 보통 이 두점토의 배합비는 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 점토 40 ~ 60wt% 및 고령토 40 ~ 60wt%을 혼합하여 사용한다.
[슬러지혼합물을 제조하는 단계(S2)]
본 단계는 제철부산물 및 석분오니을 혼합하여 슬러지혼합물을 제조하는 단계이다.
상기 제철부산물은 제철용철광석 생산공정에서 발생하는 슬러지 또는 분진 중 선택되는 어느 1종 또는 2종으로서, 더욱 구체적으로는, 제철부산물 전체 중량 대비 슬러지 30 ~ 70wt%와 분진 30 ~ 70 wt%을 혼합하여 사용한다.
제철부산물은 철광석 제조 공정중 건·습식 집진장치가 있는 모든 공정에서 발생되며 연간 국내 발생량은 약 200만톤에 달하지만 현재 처리 가능한 부산물량은 20%인 40만톤 내외 수준이다.
제철부산물은 제철용 철광석 생산공정에서 배출된 철 성분을 함유한 제철 분진과 슬러지를 말하며 2010년도 국내 철광석 수입량은 약 5,000만톤 금액으로는 약 6조5,000억원(톤당 110달러로 계산시)에 달한다.
폐기되는 제철부산물을 원료로 재활용, 수입 철광석 비용절감 및 분진이나 슬러지의 매립에 따른 환경오염 차단 등 다양한 효과를 기대할 수 있다.
또한 제철공정에서 발생하는 분진과 슬러지를 이용하여 압축강도와, 흡수율을 개선할 수 있다.
또한, 석분오니는 석산에서 인공골재의 제조공정시 부산물로 발생되는 무기성 폐수처리오니로서,
이와 같은 석분오니는 처리비용의 부담으로 인하여 주변에 방치되거나, 매립에의해 처리되고 있으며, 매립시 환경오염을 발생시키는 원인이 되고있다. 그리하여, 본 발명은 점토벽돌의 제조시 사용되는 점토의 일정량을 석분오니로 대체하여 원가를 절감할 수 있다.
또한, 석분오니를 통해 점토블럭 자체가 검정색이 발현될 수 있어 종래와 같이. 검은색 벽돌을 생산하기 위해 1차 내지 2차 소성 시 발생하는 불안전 연소로 인한 탄소를 벽돌에 침투시켜 검은색 색상을 발현할 필요가 없지므로서, 소성과정에서 발생하는 매연등의 환경오염을 예방할 수 있도록 하여 친환경적이다.
또한, 상기 석분오니는 입도 200 mesh 미만를 구비하며, 함유하고 있는 성분은 하기 표1와 같다.
| 석분오니성분 | Sio2 | Al2O3 | Fe2O3 | K2O | NA2O | CaO | 그외, |
| 함량 wt% |
63.2 | 18.4 | 3.73 | 5.12 | 4.73 | 4.16 | 그 외 전량 |
더욱 구체적으로는. 제철부산물 20 ~ 70 wt% 및 석분오니 30 ~ 80wt%을 혼합하여 슬러지혼합물을 제조한다.
또한, 상기 슬러지혼합물 전체 중량 대비 상기 제철부산물이 20wt% 미만이면 비용 절감, 친환경 효과 및 강도 개선 효과가 떨어질 수 있고, 70 wt%을 초과하면 벽돌의 성형이 어렵고, 소결시 많은 기공이 발생하여 벽돌의 기본적인 물성에 악영향을 끼칠 수 있다.
또한, 상기 석분오니가 30 wt% 미만이면 친환경, 비용절감 효과가 떨어질 수 있고, 석분오니가 80wt%을 초과하면 그에 따라, 제철부산물의 함유량이 줄어들어 한정 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 석분오니는 입도가 0.1 ~ 1mm인 것을 특징으로 할 수 있으며, 경우에 따라서는 분쇄하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 제철부산물은 코크스(C)의 불완전 연소에 의해 생성된 CO(일산화탄소)가 철광석 속의 산화철(Fe2O3)을 철(Fe)로 환원시킨 상태인 "Fe+CO2"상태로 있게 된다.
석분오니 중에는 산화규소(SiO2) 성분이 58~67 중량%로 다량 함유하고 있어 규산질 원료로 활용이 가능하며, 석분오니의 입도는 평균입경 10㎛ 내외로 별도의 분쇄가 불필요하여 원료 분쇄비용의 대폭적인 절감으로 기초소재의 제조원가 절감을 기대할 수 있다.
이때, 제철부산물(Fe+CO2) + 석분오니(SiO2)가 혼합하여 슬러지혼합물로 제조되고, 점토혼합물이 추가되어 800 ~ 1200 ℃에서 10 ~ 15시간 소성을 거치게 되면, 제철부산물의 탄소(C)가 석분오니(SiO2)와 점토혼합물 사이에서 화학반응을 일으켜, 검정색상을 발현시킬 수가 있다.
이로 인해, 석분오니를 통해 점토블럭 자체가 검정색이 발현될 수 있어 종래와 같이. 불안전 연소로 인해 발생하는 탄소를 벽돌에 침투시켜 색상을 발현할 필요가 없지므로서, 소성공정에서 발생하는 매연등의 환경오염을 예방할 수 있는 효과를 갖는다.
[제1혼합물을 제조하는 단계(S3)]
본 단계는 상기 점토혼합물 및 슬러지혼합물을 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 단계이다.
더욱 구체적으로는. 상기 점토혼합물 50 ~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 제1혼합물을 제조한다.
또한, 상기 제1혼합물 전체 중량 대비 점토혼합물이 50 wt% 미만인 경우에는 슬러지혼합물의 비중이 높아져 제품의 소결이 제대로 이루어지지 않을 수 있고, 소성 후 표면에 미세한 크렉이 발생할 수 있다. 또한, 70 wt%를 초과하게 되는 경우에는 슬러지혼합물의 함유 비중이 낮아져 친환경, 비용절감 효과, 강도개선 효과가 떨어질 수 있어 한정범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1혼합물 전체 중량 대비 슬러지혼합물이 10 wt% 미만이면 역시 친환경, 비용절감, 강도개선 효과가 떨어질 수 있고, 또한, 50 wt%을 초과하면 골재의 비중이 높아 크랙이 발생할 가능성이 많다.
상기 제1혼합물의 배합예는 다음 표2와 같다.
| 구분 | 배합예1 | 배합예2 | 배합예3 | 배합예4 | 배합예5 | 배합예6 | 배합예7 |
| 슬러지혼합물 | 40 wt% | 35 wt% | 30 wt% | 25 wt% | 30 wt% | 20 wt% | 10 wt% |
| 점토혼합물 | 60 wt% | 65 wt% | 70 wt% | 75 wt% | 70 wt% | 80 wt% | 90 wt% |
| 합계 | 100 wt% | 100 wt% | 100 wt% | 100 wt% | 100 wt% | 100 wt% | 100 wt% |
[제2혼합물을 제조하는 단계(S4)]
본 단계는 상기 S3단계에서 제조된 슬러지혼합물 및 물을 혼합하여 조성된 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 압축하여 블록형상의 제2혼합물을 제조하는 단계이다.
더욱 구체적으로는, 상기 슬러지혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 15 ~ 30MPa로 압축하여 블록형상의 제2혼합물을 제조한다.
이때 압력이 15 MPa 미만인 경우에는 성형물의 강도 현저히 낮아지는 문제가 발생될 수 있고, 30 MPa를 초과하게 되는 경우에는 성형물이 블록형상으로 제대로 이루어지지 않을 수 있으므로, 상기 압축은 15 ~ 30 MPa의 압력범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
[수분함량조절 단계(S5)]
본 단계는 상기 S4단계의 제조된 블럭형상의 제2혼합물을 건조하고, 수분함량을 조절하는 단계이다.
더욱 구체적으로는, 상기 S4단계의 제조된 블럭형상의 제2혼합물을 40 ~ 100℃ 에서 20 ~ 40시간 동안 건조하고, 수분함량 3 ~ 5%로 조절한다.
상기 제2혼합물이 수분함량이 5 %를 초과하게 되는 경우에는 소성 과정 중에 점토벽돌이 물러 파손될 수 있므로서 수분함량이 5 %를 초과하지 않도록 한다.
또한, 상기 건조온도가 40 ℃ 미만인 경우에는 건조에 소요되는 시간이 많아 에너지 낭비가될 수 있고, 100 ℃를 초과하여 건조하게 되는 경우에는 제3혼합물이 파손될 가능성이 있고, 역시 에너지 낭비이므로서, 한정범위의 온도로 실시하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 건조시간이 20시간 미만인 경우에는 충분한 건조가 이루어 질 수 없고 , 40시간을 초과하게 되는 경우는 이미 충분한 건조가 완료되어 무의미하다.
[최종혼합물을 제조하는 단계(S6)]
본 단계는 상기 수분함량이 조절된 제2혼합물을 소성하여 최종혼합물을 제조하는 단계이다.
더욱 구체적으로는, 상기 수분함량이 조절된 제2혼합물을 800 ~ 1200 ℃에서 10 ~ 15시간 소성하여 최종혼합물(이하,본 발명의 점토블럭)을 제조한다.
또한, 상기 건조된 성형체를 800℃ 미만 또는 1200℃를 초과하는 온도로 소성할 경우, 소성이 충분히 이루어지지 않거나 과소결되어 물성이 저하되는 문제점이 있으므로, 상기 제시된 온도 범위에서 소성하는 것이 바람직하다.
또한, 이렇게 제조된 본원발명의 점토블럭은 다수의 소성 없이도 강도와 내구성이 높고, 색상이 선명하며, 에너지 소비가 현저히 줄어들어 친환경적인 효과를 갖는다.
이하, 실시예1의 조성물을 살펴보도록 한다.
점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%의 혼합하여 제조되는 점토혼합물과,
제철부산물 20 ~ 70 wt% 및 석분오니 30 ~ 80wt%을 혼합하여 제조되는 슬러지 혼합물과,
상기 점토혼합물 50 ~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 제조되는 제1혼합물;
상기 제1혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고 상기 혼합물을 압축하여 블럭형상의 제2혼합물을 제조한다.
그 후, 제2혼합물은, 40 ~ 100℃ 에서 20 ~ 40시간 동안 건조하고, 수분함량 3 ~ 5 %로 조절한 후, 850 ~ 1250 ℃에서 10 ~ 15시간 소성되어 최종혼합물(이하,본 발명의 점토블럭)을 제조한다.
이하, 실시예2에 따른 구체적인 내용을 살펴보도록 한다.
실시예2는 실시예1과 동일하되, 슬러지혼합물에 폴리염화알루미늄, 탄산칼슘, 백운석, 볏짚 재, 사탕수수 껍질,폐아스콘을 더 포함하여 슬러지혼합물을 제조한다.
더욱 구체적으로는, 상기 슬러지혼합물은, 슬러지혼합물 전체 중량 대비 폴리염화알루미늄 1 ~ 2 wt%, 탄산칼슘 4 ~ 5 wt%, 백운석 5 ∼ 12wt%, 볏짚 재 1 ~ 5 wt% , 사탕수수 껍질 1 ~ 5 wt%, 폐아스콘 골재 10 ~ 40 wt%, 제철부산물 20 ~ 68 wt% 및 석분오니 10 ~ 40 wt%을 혼합하여 제조한다.
상기 폐아스콘은 포장면 파쇄포장공사 등 도로공사 시행 시 다량 발생하는 건설폐기물이다. 상기 폐아스콘에 포함되어 있는 기름성분이 자체발화함에 따라 소성에 필요한 에너지를 절감함과 동시에 색상을 발현한다.
또한, 상기 폐아스콘은 입도가 3 ~ 7 mm 미만인 폐아스콘 골재을 사용한다. 상기 폐아스콘의 입도는 성형과 소성시 재료의 소결에 영향을 미치는 것으로서, 상기 입도 범위 내에서 혼합하여 조성된 것을 사용하는 것이 바람직하다
상기 슬러지혼합물 전체 중량 대비 폐아스콘의 사용량이 10 wt% 미만인 경우에는 폐아스콘이 포함하고 있는 기름성분의 비중이 낮아 에너지절감이 거의 되지못하며, 다채로운 색상의 구현도 힘들다는 문제가 발생하며, 40 wt%를 초과하게 되는 경우에는 소성 후 표면에 크렉이 발생할 수 있어 한정 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 백운석은 점토를 빠르게 고화시키면서 점토의 유해물질을 고화점토중에 봉쇄하고 용출을 방지 하는 역할을 수행하고, 상기 백운석은 슬러지혼합물 전체 중량 대비 5 ∼ 12 wt%의 범위내에서 사용하는 것이 제일 바람직하다.
상기 폴리염화알루미늄은 응집 기능을 구비하여 점토의 응집력 및 석분오니와의 결합력을 향상시켜 강도를 증진시키는 것으로서, 슬러지혼합물 전체 중량 대비 1 ~ 2 wt%을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 탄산칼슘은 점토 및 석분오니의 치밀성과 전체적인 강도를 향상시키는 것으로서, 슬러지혼합물 전체 중량 대비 4 ~ 5 wt%을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 볏짚 재 또는 사탕수수 껍질 재는 주로 결정질 실리카입자로 구성되어 있어 벽돌의 압축강도를 향상시키고, 수분 흡수율을 낮추기 위해 사용하는 것으로서, 슬러지혼합물 전체 중량 대비 각각 1 ~ 5 wt%을 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%의 혼합으로 조성되는 점토혼합물과,
폴리염화알루미늄 1 ~ 2 wt%, 탄산칼슘 4 ~ 5 wt%, 백운석 5 ∼ 12wt%, 볏짚 재1 ~ 5 wt% , 사탕수수 껍질 1 ~ 5 wt%, 폐아스콘 골재 10 ~ 40 wt%, 제철부산물 20 ~ 68 wt% 및 석분오니 10 ~ 40 wt%을 혼합하여 제조되는 슬러지혼합물과,
상기 점토혼합물 50~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 조성되는 제2혼합물;
상기 제2혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 15 ~ 30 MPa로 압축하여 블록형상으로 제조되는 제3혼합물;
상기 제3혼합물을 40 ~ 100℃ 에서 15 ~ 30시간 동안 건조하고, 수분함량 1 ~ 3%로 조절한 후, 상기 수분함량이 조절된 제3혼합물을 850 ~ 1250 ℃에서 10 ~ 15시간 소성하여 제조되는 최종혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시예1과 실시예2에 있어서, 슬러지혼합물에 2 ~ 8 mm의 폐목재를 더 포함할 수 있다.
상기 폐목재는 목재 연소시 CO2 발생량은 난방유의 1/12, 천연가스의 1/10 수준으로 폐목재의 재활용은 경제성, 환경성을 만족할 수 있어 친환경적임에 동시에 에너지 소비 감소효과를 극대화할 수 있다.
더욱 구체적으로는, 실시예1의 경우, 동일하되, 슬지혼합물에 폐목재 1 ~ 10 wt%을 더 포함하고,
더욱 구체적으로는, 슬러지혼합물 전체 중량 대비 제철부산물 19 ~ 69wt%, 석분오니 30 ~ 80wt% 및 폐목재 1 ~ 10 wt%을 혼합하여 제조한다.
실시예1의 경우, 상기 폐목재가 1wt% 미만이면 그 함량이 너무 미미하여 재활용의 의미가 없고, 폐목재가 10 wt%을 초과하면 타 성분의 함량이 더 줄어들으므로서, 한정범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 실시예2의 경우 또한, 동일하되, 슬러지혼합물에 폐목재 1 ~ 10 wt%을 더 포함하고,
더욱 구체적으로는, 슬러지혼합물 전체 중량 대비 폴리염화알루미늄 1 ~ 2 wt%, 탄산칼슘 4 ~ 5 wt%, 백운석 5 ∼ 12wt%, 볏짚 재 1 ~ 5 wt%, 사탕수수 껍질 1 ~ 5 wt%, 폐아스콘 골재 10 ~ 40 wt%, 제철부산물 20 ~ 67 wt%, 석분오니 10 ~ 40 wt% 및 폐목재 1 ~ 10 wt%을 혼합하여 제조한다.
실시예2의 경우, 상기 폐목재가 1wt% 미만이면 그 함량이 너무 미미하여 재활용의 의미가 없고, 폐목재가 10 wt%을 초과하면 타 성분의 함량이 더 줄어들으므로서, 한정범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예 1 내지 실시예 2에 따른 시험예를 살펴보도록 한다.
실시예1
상기 점토혼합물 65wt% 및 슬러지혼합물 35wt%을 혼합하여 제2혼합물을 제조하고, 상기 제2혼합물 85 wt% 및 물 15 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조한 후 상기 혼합물을 15 ~ 30MPa로 압축하여 블럭형상의 제3혼합물을 제조하고, 상기 제3혼합물을 40 ~ 100℃ 에서 20 ~ 40시간 동안 건조하고, 수분함량 3 ~ 5 %로 조절한 후, 상기 수분이 조절된 제3혼합물을 850 ~ 1250 ℃에서 10 ~ 15시간 소성하여 최종혼합물(이하,에너지 절감형 친환경 점토블럭)을 제조한다.
실시예2
상기 점토혼합물 65wt% 및 슬러지혼합물 35wt%을 혼합하여 제2혼합물을 제조하고, 상기 제2혼합물 85 wt% 및 물 15 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조한 후 상기 혼합물을 15 ~ 30MPa로 압축하여 블럭형상의 제3혼합물을 제조하고, 상기 제3혼합물을 40 ~ 100℃ 에서 20 ~ 40시간 동안 건조하고, 수분함량 3 ~ 5 %로 조절한 후, 상기 수분이 조절된 제3혼합물을 850 ~ 1250 ℃에서 10 ~ 15시간 소성하여 최종혼합물(이하,에너지 절감형 친환경 점토블럭)을 제조한다.
[시험예 1]
상기 실시예 1과 실시예2에 따라 제조된 점토벽돌의 시험예를 살펴보도록 한다.
1. 검사 및 시험방법
가. 검사방법
검사물의 크기 및 구성방법, 시료 채취 등은 KS A 3151(랜덤 샘플링 방법)에 따른다.
완제품의 색상 및 겉모양 등은 육안으로 검사하여야 한다. 공공기관은 시료를 채취하여 공인 시험기관에 의뢰하거나 제조업체의 공인 시험기관 시험성적서로 가름할 수 있다.
나. 시험방법
1) 시료
a) 겉모양, 치수, 흡수율 측정에는 규정된 치수의 벽돌을 사용한다.
b) 압축강도, 휨강도 시험에는 규정된 치수의 벽돌을 사용하되 크기는(미장벽돌:190×90mm, 바닥벽돌:230×114mm)의 면을 시험한다.
c) 규정이외의 규격은 주문자 협정에 따른 치수의 벽돌을 사용한다.
d) 시험에 사용하는 시료는 5개로 한다.
2) 겉모양
벽돌에는 지정된 시료를 4.6m의 거리에서 육안 관찰로 크랙 등 사용상 해로움 등을 검사한다.
3) 치수 및 치수 허용차
치수 및 치수 허용차의 측정은 KS B ISO 6906에서 규정하는 정밀도 0.02 mm의 버니어캘리퍼스를 이용하여 바닥벽돌 측정 부위의 중심부를 측정한다.이때, 벽돌의 윗면이 울퉁불퉁할 경우는 높은 부위를 측정한다.
3) 치수 및 치수 허용차
치수 및 치수 허용차의 측정은 KS B ISO 6906에서 규정하는 정밀도 0.02 mm의 버니어캘리퍼스를 이용하여 바닥벽돌 측정 부위의 중심부를 측정한다.이때, 벽돌의 윗면이 울퉁불퉁할 경우는 높은 부위를 측정한다.
4) 압축강도시험
a) 조작
시료는 미리 110±5℃의 공기 중탕에서 건조하고, 24시간 후에 꺼내어 실온까지 방랭한다. 벽돌의 길이, 나비의면을 가압면으로 하고, 가압 면적 A(㎟)를 구한다. 가압면에는 필요에 따라 종이조각 또는 고무판 등을 끼워 균일하게 가압한다. 가압 속도는 매초 0.49 ~ 0.98 MPa로 하여, 시료가 파괴되었을 때의 최대 하중 W(N)을 측정한다.
b) 계산
압축강도는 다음 식에 따라 계산하고 소수점이하 첫째 자리로 끝맺음한다.
C = W/A
여기에서 C : 압축 강도 (MPa)
A : 가압 면적 (㎟)
W : 최대 하중 (N)
c) 보고
벽돌의 압축강도는 시료 5개 계산값의 소수점이하 첫째자리로 끝맺음한다.
5) 흡수율 시험
a) 조작 : 조작은 다음과 같이 한다.
ㄱ) 시료를 110±5 ℃의 공기 중탕 속에서 24 시간 건조하여 실온까지 방랭한 후 무게 m1 (g)을 잰다.
ㄴ) 이 시료를 즉시 20 ± 5 ℃의 물속에 24 시간 정치한다. 이때 시료 상부와 수면 사이의 거리는 50 ~ 60 mm로 한다.
ㄷ) 이것을 물 속에서 꺼내어 젖은 헝겊으로 표면의 수분을 닦고 즉시 무게를 달아 이것을 수분을 포함한 무게m2 (g)로 한다.
b)계산
흡수율은 다음 식에 따라 계산하고 소수점 이하 첫째자리에서 끝맺음한다.
a = {(m2-m1)/m1} × 100
여기에서 a : 흡수율 (%)
m1 : 건조무게 (g)
m2 : 수분을 포함한 무게 (g)
c) 보고
벽돌의 흡수율은 시료 5개 계산값의 평균값을 소수점 이하 첫째 자리에서 끝맺음하여 보고한다
6) 휨강도 시험
a) 시료는 24 시간 물속에 담군 후 꺼낸 즉시 시험한다. 시료를 아래의 표 2에서와 같이 놓고 지점간 거리를 140 mm로 취하여 지점간 중앙에 하중을 가하며 이때 가압속도는 파괴하중의 약 50 %까지는 빠른 속도로 작용시킨 다음 최대 휨 압축응력의 증가가 매분 9.8 MPa가 초과하지 않을 정도로 하중을 가하여 시험기에 나타난 최대하중 P를 측정하여 다음 식 표3에 따라 휨강도를 계산한다
b) 계산
휨강도는 다음 식에 따라 계산하고 소수점이하 첫째 자리로 끝맺음한다.
휨강도[(MPa(=N/㎟)]=3pl/2bd2
여기에서,
P : 시험기가 나타낸 최대 파괴 하중(N)
l : 지점간 거리(mm)
b : 지점간에 직각 방향의 평균 나비(mm)
d : 블록의 평균 두께(mm)
c) 보고
바닥벽돌의 휨강도는 시료 5개 평균값 및 개개값을 소수점이하 첫째 자리로 끝맺음한다.
7) 검사
검사는 겉모양, 치수 및 치수 허용차, 압축 강도, 휨강도, 흡수율에 대하여 시험하고, 시료는 합리적인 샘플링 방식에 따라 채취하여 합격여부를 결정한다.
상기 실시예1의 시험결과는 다음의 표 4와 같다.
| 구분 | 시험 항목 | 단위 | 품질기준 | 시험방법 | |
| 실시예1 |
흡수율 |
% | 9.0 이하 | SPS-KCBIC 0002-1569:2009 |
|
| 압축강도 | MPa | 50.0이상 | |||
| 휨강도 | 최소(값) | MPa | 8.0이상 | ||
| 평균(값) | 9.0이상 | ||||
상기 실시예2의 시험결과는 다음의 표 5와 같다.
| 구분 | 시험 항목 | 단위 | 품질기준 | 시험방법 | |
| 실시예2 |
흡수율 |
% | 9.0 이하 | SPS-KCBIC 0002-1569:2009 |
|
| 압축강도 | MPa | 55.0이상 | |||
| 휨강도 | 최소(값) | MPa | 8.0이상 | ||
| 평균(값) | 9.0이상 | ||||
본 발명은 연료비 및 기타 생산 비용을 대폭 절감하면서 에너지 소비를 15% 이상 절감할 수 있음에도 블럭 자체의 우수한 압축강도 및 내구성과 색상의 선명함을 기대할 수 있어 산업상 이용 가능성아 매우 크다.
Claims (7)
- 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%의 혼합하여 점토혼합물을 제조하는 단계(S1)와,
제철부산물 20 ~ 70 wt% 및 석분오니 30 ~ 80wt%을 혼합하여 슬러지혼합물을 제조하는 단계(S2)와,
상기 점토혼합물 50 ~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 단계(S3)와,
상기 제1혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 제1혼합물을 15 ~ 30MPa로 압축하여 블록형상의 제2혼합물을 제조하는 단계(S4)와,
상기 제2혼합물을 40 ~ 100℃ 에서 20 ~ 40시간 동안 건조하고, 수분함량 3 ~ 5%로 조절하는 단계(S5)와,
상기 수분함량이 조절된 제2혼합물을 800 ~ 1200 ℃에서 10 ~ 15시간 소성하여 제조되는 최종혼합물을 제조하는 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭 제조방법.
- 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%의 혼합하여 제조되는 점토혼합물과,
제철부산물 20 ~ 70 wt% 및 석분오니 30 ~ 80wt%을 혼합하여 제조되는 슬러지 혼합물과,
상기 점토혼합물 50 ~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 제조되는 제1혼합물;
상기 제1혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고 상기 혼합물을 압축하여 블럭형상의 제2혼합물을 제조하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭.
- 청구항 2항에 있어서,
제2혼합물은, 40 ~ 100℃ 에서 20 ~ 40시간 동안 건조하고, 수분함량 3 ~ 5 %로 조절한 후, 850 ~ 1250 ℃에서 10 ~ 15시간 소성되어 최종혼합물을 제조하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭.
- 청구항2항에 있어서,
제철부산물은,
제철용 철광석 생산공정에서 발생하는 슬러지 또는 분진 중 선택되는 어느 1종 또는 2종을 혼합한 것인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 친환경 점토블럭.
- 점토 20 ~ 80 wt%와 고령토 20 ~ 80 wt%의 혼합으로 조성되는 점토혼합물과,
제철부산물, 석분오니, 폴리염화알루미늄, 탄산칼슘, 백운석, 볏짚 재 , 사탕수수 껍질 및 폐아스콘 골재를 혼합하여 제조되는 슬러지혼합물과,
상기 점토혼합물 50~ 90 wt% 및 슬러지혼합물 10 ~ 50 wt%을 혼합하여 조성되는 제1혼합물;
상기 제1혼합물 70 ~ 90 wt% 및 물 10 ~ 30 wt%을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 15 ~ 30MPa로 압축하여 블록형상으로 제조되는 제2혼합물;
상기 제2혼합물을 40 ~ 100 ℃ 에서 15 ~ 30 시간 동안 건조하고, 수분함량 1 ~ 3%로 조절한 후, 상기 수분함량이 조절된 제3혼합물을 850 ~ 1250℃에서 10 ~ 15시간 소성하여 제조되는 최종혼합물인 것을 특징으로 하는 에너지 절감 및 강도가 개선된 친환경 점토블럭.
- 청구항 5항에 있어서,
슬러지혼합물은,
제철부산물 20 ~ 68 wt% 및 석분오니 10 ~ 40 wt%, 폴리염화알루미늄 1 ~ 2 wt%, 탄산칼슘 4 ~ 5 wt%, 백운석 5 ∼ 12 wt%, 볏짚 재 1 ~ 5 wt%, 사탕수수 껍질 1 ~ 5 wt% 및 폐아스콘 골재 10 ~ 40 wt%을 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감 및 강도가 개선된 친환경 점토블럭.
- 청구항 5항 및 청구항 6항에 있어서,
슬러지혼합물은,
입도 2 ~ 8 mm를 갖는 폐목재 1 ~ 10 wt%를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 절감 및 강도가 개선된 친환경 점토블럭.
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| KR1020210087695A KR102643385B1 (ko) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 에너지 절감형 친환경 점토블럭 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210087695A KR102643385B1 (ko) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 에너지 절감형 친환경 점토블럭 및 이의 제조방법 |
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| KR20230007003A true KR20230007003A (ko) | 2023-01-12 |
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Citations (4)
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| KR100969951B1 (ko) * | 2010-01-25 | 2010-07-15 | 제이에스세라믹 주식회사 | 석분오니를 이용한 점토벽돌과 그 제조방법 |
| KR20160134211A (ko) * | 2015-05-15 | 2016-11-23 | 박형준 | 제철부산물을 이용한 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 점토벽돌 또는 점토바닥재 |
| KR101703903B1 (ko) * | 2016-08-19 | 2017-02-09 | 우성세라믹스공업 주식회사 | 톱밥을 벽돌 조성의 원료와 벽돌의 표면처리에 동시에 활용한 점토벽돌 및 그 제조방법 |
| KR101877404B1 (ko) | 2017-12-08 | 2018-07-11 | 주식회사 선일로에스 | 폐아스콘을 활용한 점토블럭 및 이의 제조방법 |
-
2021
- 2021-07-05 KR KR1020210087695A patent/KR102643385B1/ko active IP Right Grant
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