KR100940869B1

KR100940869B1 - 석분 오니를 이용한 내장용 점토벽돌 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100940869B1
Application number: KR20080050182A
Authority: KR
Inventors: 최진범; 김철진; 조현구; 이기강
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2010-02-09
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: KR20090124153A

Abstract

본 발명은 석분 오니를 이용한 내장용 점토벽돌 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 석분 오니를 점토벽돌의 주요 원료로 하여 내장용 점토벽돌을 제조함으로써 석분 오니의 적극적인 재활용 방안을 제시함과 동시에 물유리 및 탄화규소를 첨가하여 소결성 및 경량화 특성을 향상시킨 내장용 점토벽돌 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 내장용 점토벽돌에 따르면, 매립되고 있는 석분 오니를 재활용할 수 있어 원재료비를 절감할 수 있고, 저온에서도 소성이 가능하여 제조과정에서 연료비가 절감되어 경제적이다. 또한 상기 내장용 점토벽돌은 기공을 함유하고 있어 경량화되므로 열전도도가 낮아져 건축물에 적용시 단열효과를 나타내어 에너지 절감효과를 기대할 수 있다.

석분 오니, 내장재, 점토벽돌, 물유리, 탄화규소

Description

석분 오니를 이용한 내장용 점토벽돌 및 그 제조방법{Clay Bricks for Interior Using Stone Sludge and Methods for Preparing Thereof}

석분은 석산에서 쇄석골재를 제조하는 과정에서 발생하는 것으로, 이것을 입도 분리하여 입도가 0.1mm 이상인 석분은 부순 모래로 사용하고, 입도가 0.1mm 이하인 석분은 석분 오니로서 사용한다.

석분 오니는 석산에서만 연간 300만 톤 이상 발생하며, 그외에 석재 가공 공장에서도 다량 발생하나 적절한 처리방법이 개발되지 못해 재활용율이 극히 미비하며 대부분 발생 현장에 방치되어 주변 환경을 오염시키고 있다.

석분 오니는 소결성이 좋지 않아 단독으로는 벽돌의 재료로서 사용되지 못하고, 기존의 다양한 원료로 제조된 점토벽돌의 일부 첨가성분으로서 점토벽돌의 제조에 사용되어 왔다.

대표적으로, 미장벽돌의 제조에 있어서, 석탄회와 함께 석분 오니를 첨가하여 벽돌의 강도를 증진시키는 기술이 공개된 바 있다 (한국등록특허 제795129호). 그러나, 상기 특허에서는 고령토와 점토를 주성분으로 하여 석분 오니를 벽돌의 특정 특성을 보강하기 위한 보조적인 원료로서만 사용하고 있다.

또한, 점토를 주성분으로 하여 폐석회와 폐석분 오니 중 1개를 첨가하고, 강도 강화 및 기능성화를 목적으로 도석, 장석, 제올라이트 분말, 일라이트 분말, 전기석 분말, 황석 분말, 황토, 카오링, 백토, 화산재 분말, 모나자이트 분말, 고로슬래그분 중 1~3개를 첨가하여 제조된 재활용 점토벽돌과 보도벽돌에 관한 기술이 공개되었으나 (한국공개특허 제2004-0096832호), 상기에 언급한 바와 같이 폐석분 오니는 필수성분이 아니고, 폐석분 오니가 첨가된다 하더라도 전체 원료 중 일부분만을 차지하고 있어, 석분 오니의 활용율은 저조하다.

따라서, 자연상태에서 방치되어 환경오염의 원인이 되는 석분 오니를 대량으로 재활용할 수 있는 방안에 대한 요구가 커지고 있는 실정이다.

이에 본 발명자들은 종래 기술들의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 석분 오니만을 사용하여 점토벽돌을 제조함으로써 석분 오니의 재활용율을 향상시키고, 더 나아가 석분 오니에 물유리(water glass)와 탄화규소를 첨가하여 점토벽돌을 제조함으로써 점토벽돌의 가소성과 경량화 특성 등 물성을 향상시킬 수 있다 는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 내장용 점토벽돌 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 석분 오니, 물유리 및 탄화규소를 함유하는 내장용 점토벽돌을 제공한다.

본 발명은 또한, (a) 석분 오니 100 중량부에 물유리 5~15 중량부 및 탄화규소 0.5~1.5 중량부를 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 제조하는 단계; (c) 상기 성형체를 건조기에서 60~100℃로 55~66시간 동안 건조시키는 단계; 및 (d) 상기 건조된 성형체를 900~1200℃에서 20~35시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 내장용 점토벽돌의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 일 관점에서, 석분 오니, 물유리 및 탄화 규소를 함유하는 내장용 점토벽돌에 관한 것이다.

본 발명에 따른 상기 내장용 점토벽돌은 점토벽돌의 실질적인 원료로서 석분 오니만을 사용함으로써, 석분 오니를 단순히 일부 첨가 성분으로 사용하던 기존의 점토벽돌과 차별성이 있으며, 이로 인하여, 대부분 발생 현장에서 방치되어 주변 환경을 오염시켰던 석분 오니를 적극적으로 재활용한다는 점에서 그 의의가 있다.

또한, 본 발명에 따른 석분 오니를 주요 원료로 하는 내장용 점토벽돌에 물유리를 첨가하여 소결성을 향상시키고, 탄화규소를 첨가하여 경량화 특성을 향상시킴으로써, 석분 오니를 주요 원료로 하는 내장용 점토벽돌의 물성 향상을 나타냈다는 점에서 또 다른 의의가 있다.

본 발명에 있어서, 상기 내장용 점토벽돌의 원료 함량은 석분 오니 100 중량부에 대하여, 물유리 5~15 중량부 및 탄화규소 0.5~1.5 중량부인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 내장용 점토벽돌은 기공이 형성된 것을 특징으로 할 수 있으며, 탄화 규소에 의하여 다수의 기공이 형성됨으로써, 점토벽돌의 경량화를 이룰 수 있고, 기공분포가 증가하면 열전도도가 낮아지므로 건축물에 적용시 단열효과를 나타내어 에너지 절감효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 다른 관점에서, (a) 석분 오니 100 중량부에 물유리 5~15 중량부 및 탄화규소 0.5~1.5 중량부를 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합물 을 성형하여 성형체를 제조하는 단계; (c) 상기 성형체를 건조기에서 60~100℃로 55~66시간 동안 건조시키는 단계; 및 (d) 상기 건조된 성형체를 900~1200℃에서 20~35시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 내장용 점토벽돌의 제조방법에 관한 것이다 (도 1).

본 발명에 있어서, 상기 석분 오니는 화강암을 분쇄 또는 가공하는 과정에서 발생하는 것을 특징으로 할 수 있다.

대표적인 예로서, 상기 석분 오니는 장석질 화강암을 분쇄 또는 가공하는 과정에서 발생하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 장석질 화강암을 분쇄 또는 가공하는 과정에서 발생하는 석분 오니의 화학적 결정상은 장석류와 동일하며, 하기 표 1에 나타난 바와 같은 화학조성을 가지고 있다.

석분 오니의 화학조성

성분	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FeO	MnO	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	P₂O₅	LOI	합계
함량	70.94	0.34	15.05	2.06	0.03	2.82	0.63	3.20	4.17	0.10	0.49	99.82

물유리(water glass)는 규소 산화물 중합체에 나트륨(Na) 이온을 결합한 물질로서 방수제, 결합제, 해교제 등으로 많이 사용되는 재료이다. 구체적으로는, 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산알칼리염을 진한 수용액으로 제조한 것으로서, 규사와 소다회의 혼합물을 1300~1500℃에서 용융해서 생긴 것을 저압 증기솥에서 처리하면 얻을 수 있으며, 공기 속에서는 이산화탄소를 흡수해서 겔 모양의 규산이 석출되므로, 강한 접착력을 나타낸다.

본 발명에서 물유리는 점토벽돌의 제조과정에서 소결성을 향상시키는 동시에 성형을 용이하게 하는 역할을 한다. 따라서, 석분 오니 100 중량부에 대하여 물유리가 5 중량부 미만으로 첨가되면 점토벽돌의 소결성 향상 효과가 나타나지 않을 뿐더러 성형이 용이하지 않고, 15 중량부를 초과하여 첨가되면 과소결이 일어나거나 용융 부착이 되므로, 물유리의 첨가량은 석분 오니 100 중량부에 대하여 5~15 중량부인 것이 바람직하다.

본 발명에서 탄화 규소는 1000℃ 이상의 고온에서 산화하면서 가스가 발생하여 기포를 형성시킴으로써 기공을 생성하여 제조되는 점토벽돌을 경량화시키는 역할을 한다. 따라서, 석분 오니 100 중량부에 대하여 탄화 규소가 0.5 중량부 미만으로 첨가되면, 본 발명에서 제조되는 점토벽돌의 경량화가 이루어지지 않고, 1.5 중량부를 초과하여 첨가되면, 지나치게 기공이 형성되어 점토벽돌의 내구성이 저하될 뿐만 아니라 고가의 탄화 규소 비용으로 인하여 고비용을 부담하여야 하는 문제가 발생하므로, 탄화 규소의 첨가량은 석분 오니 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 1.5 중량부인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 (b)단계의 성형은 압출성형 또는 가압성형인 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 압출성형은 원료를 압출기에 공급하고 금형(金型)에서 밀어내어 일정한 모양의 단면을 가진 연속체로 변환하는 성형법이고, 가압성형은 원료에 압력을 가하여 압축시킴으로서 원하는 성형체를 수득하는 성형법이다.

본 발명에 따른 석분 오니는 가소성이 부족하므로 압출성형을 하기 위해서 물유리를 첨가한다. 이 경우, 900~1200℃에서 이루어지는 소성 과정에서 물유리가 소디움 실리케이트(Na₂O-SiO₂) 유리를 형성하여 석분 오니 소지를 용융시켜서 석분 오니의 가소성을 향상시키게 된다.

상술한 바와 같은 석분 오니, 물유리 및 탄화 규소 혼합물의 성형체를 건조할 때, 60℃ 미만으로 건조하면 물유리가 벽돌 소지 표면에 막을 형성하여 건조시간이 지나치게 길어지거나 건조가 충분히 되지 않는 문제점이 있고, 100℃를 초과하여 건조하면 성형체에 균열이 발생할 우려가 있고 또 물유리가 벽돌 소지 표면에 과도하게 석출되어 소결시 용융 부착이 되므로, 상기 성형체를 60~100℃의 온도에서 건조시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 석분 오니, 물유리 및 탄화 규소 혼합물의 성형체를 60~100℃의 온도에서 건조시킬 때, 55시간 미만으로 건조시키면 건조가 충분히 이루어지지 않고, 65시간을 초과하여 건조시키면 과다하게 건조되어 균열현상이 나타날 수 있는 문제점이 있으므로, 상기 성형체의 건조시간은 55~65시간인 것이 바람직하다.

또한, 상기 석분 오니, 물유리 및 탄화 규소 혼합물의 성형체를 건조시킬 때 사용하는 건조기는 당업계에서 통상적으로 사용하는 건조기라면 제한없이 사용할 수 있다.

다음으로, 상기 건조된 성형체를 900℃ 미만 또는 1200℃를 초과하는 온도로 소성할 경우, 소성이 충분히 이루어지지 않거나 과소결되어 제조되는 점토벽돌의 물성이 저하되는 문제점이 있으므로, 상기 건조된 성형체를 900~1200℃의 온도에서 소성시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 건조된 성형체를 900~1200℃의 온도에서 소성시키되, 20시간 미만으로 소성시키면 소성이 충분히 이루어지지 않고, 35시간을 초과하게 되면 소성시간 증가에 따른 실익이 없으므로 상기 건조된 성형체를 900~1200℃의 온도에서 20~35 시간 동안 소성시키는 것이 바람직하다.

이와 같은 방법으로 제조된, 본 발명에 따른 내장용 점토벽돌은 석분 오니의 사용으로 인한 자원의 재활용 효과, 물유리의 사용으로 기대할 수 있는 가소성 향상에 인한 저온 소성의 가능성, 그에 따른 소성 비용 절감 효과 및 탄화 규소 사용으로 인한 점토벽돌의 경량화와 단열재로서의 사용가능성 등의 효과를 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 내장용 점토벽돌의 제조

표 2의 조성비로 석분 오니 벽돌, 점토벽돌 1 및 점토벽돌 2를 제조하였다.

	석분 오니	물유리	탄화규소
석분 오니 벽돌	100kg	-	-
점토벽돌 1	90kg	10kg	-
점토벽돌 2	90kg	10kg	0.5kg

건조된 석분 오니, 물유리 및 탄화규소를 표 2에 나타난 바와 같은 조성비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 그 후, 상기 혼합물을 압출성형하여 110x230x90 mm 직육면체 형상의 성형체를 제조한 다음, 상기 성형체를 터널형 건조기에 넣어 80~90℃에서 60시간 동안 건조하고, 상기 건조된 성형체를 1000~1100℃에서 25~30시간 동안 소성하여, 석분 오니 벽돌, 점토벽돌 1 및 점토별도 2를 제조하였다.

실험예 1: 점토벽돌의 물성 실험

실시예 1에서 제조된 석분 오니 벽돌, 점토벽돌 1 및 점토벽돌 2의 물성을 각각 측정하여, 원료 함량에 따른 벽돌의 물성을 비교하였다. 여기서, 비중 및 흡수율은 내화벽돌의 겉보기 기공율, 흡수율 및 비중 및 측정방법인 KSL 3114 방법으로 측정하였으며, 경량율은 아래의 공식 (I)을 사용하여 계산하였다.

경량율 = 점토벽돌 비중/석분 오니 벽돌 비중 -----(I)

벽돌의 물성

	비중		흡수율(%)		경량율
	1000℃	1100℃	1000℃	1100℃	1000℃	1100℃
석분 오니벽돌	1.4	1.6	28	24	1	1
점토벽돌 1	1.71	2.02	16	4	1.22	1.26
점토벽돌 2	1.35	1.45	20	7.5	0.96	0.91

그 결과, 표 3에 나타난 바와 같이, 점토벽돌 1은 석분 오니벽돌에 비하여 흡수율이 낮아져 소결이 더욱 잘 되었으나, 경량율은 오히려 높아졌으며, 이는 물유리 첨가에 기인한 것이라는 것을 알 수 있다. 한편, 점토벽돌 2는 석분 오니벽돌에 비하여 흡수율과 경량율이 모두 낮아져, 소결도 잘 되었을 뿐만 아니라 경량화도 향상된 것으로 미루어 볼 때 일반적으로 내장재가 갖추어야 할 기공을 많이 함유하고 있음을 알 수 있고, 또 기공이 많을수록 단열 성능이 좋으므로 내장용 점토벽돌로 적합하다는 것을 알 수 있다.

이러한 결과는 일반적으로 점토벽돌의 소결정도가 비중에 비례하고 흡수율에 반비례한다는 사실로부터 유추하여 해석할 수 있는 사항이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 내장용 점토벽돌의 제조과정을 나타내는 흐름도이다.

Claims

입도가 0.1mm 이하인 석분 오니 100 중량부에 대하여, 물유리 5~15 중량부 및 탄화규소 0.5~1.5 중량부를 함유하는, 내장용 벽돌.
삭제
다음의 단계를 포함하는, 내장용 벽돌의 제조방법:

(a) 입도가 0.1mm 이하인 석분 오니 100 중량부에 물유리 5~15 중량부 및 탄화규소 0.5~1.5 중량부를 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계;

(b) 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 제조하는 단계;

(c) 상기 성형체를 건조기에서 60~100℃로 55~66시간 동안 건조시키는 단계; 및

(d) 상기 건조된 성형체를 900~1200℃에서 20~35시간 동안 소성시켜 내장용 벽돌을 제조하는 단계.
제3항에 있어서, 상기 석분 오니는 화강암을 분쇄 또는 가공하는 과정에서 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 (b)단계의 성형은 압출성형 또는 가압성형인 것을 특징으로 하는 방법.