KR101068008B1 - 슬러지를 이용한 건자재 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬러지를 이용한 건자재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 퇴적슬러지 등과 같은 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%로 구성되어지되 바인더는 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 알칼리금속 및 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되고, 상기 슬러지와 바인더를 준비하는 단계; 상기 슬러지와 바인더를 혼합하는 단계; 상기 슬러지와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하는 단계; 상기 성형틀에 진동을 가한 후, 슬러지와과 바인더의 혼합물을 2차 투입한 다음 프레스 성형하는 단계; 탈형 후 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 방법으로 건자재를 제조함으로써 슬러지에 존재하는 무기물 및 바인더 내부의 무기물 용탈(dissolusion) → 아쿠아졸 형성(formation of aquasols) → 응축(condensation) → 겔 형성(gel formation) → 결정화(crystallization)하는 반응으로 강한 결합력이 발휘되기 때문에 일정 강도 이상의 건자재를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않고, 슬러지에 함유된 중금속이나 오염물질들이 강력하게 결합되어 있어 2차 오염의 문제가 없으며, 자연양생을 행함으로써 경제적일 뿐만 아니라 간단한 방법으로 건자재를 제조할 수 있다.
건자재, 건자재 제조방법, 무기질 바인더, 슬러지
Description
본 발명은 슬러지를 이용한 건자재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 퇴적슬러지 등과 같은 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%로 구성되어지되 바인더는 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 알칼리금속 및 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되고, 상기 슬러지와 바인더를 준비하는 단계; 상기 슬러지와 바인더를 혼합하는 단계; 상기 슬러지와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하는 단계; 상기 성형틀에 진동을 가한 후, 슬러지와과 바인더의 혼합물을 2차 투입한 다음 프레스 성형하는 단계; 탈형 후 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 방법으로 건자재를 제조함으로써 슬러지에 존재하는 무기물 및 바인더 내부의 무기물 용탈(dissolusion) → 아쿠아졸 형성(formation of aquasols) → 응축(condensation) → 겔 형성(gel formation) → 결정화(crystallization)하는 반응으로 강한 결합력이 발휘되기 때문에 일정 강도 이상의 건자재를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않고, 슬러지에 함유된 중금속이나 오염물질들이 강력하게 결합되어 있어 2차 오염의 문제가 없으며, 자연양생을 행함으로써 경제적일 뿐만 아니라 간단한 방법으로 건자재를 제조할 수 있는 슬러지를 이용한 건자재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 슬러지는 수돗물을 생산하는 과정에서 발생하는 부산폐기물인 정수슬러지, 하수 및 폐수처리장에서 발생되는 하수 및 폐수슬러지, 하천, 호소, 해안가에 자연발생적으로 퇴적하여 생성되는 최적슬러지 등이 있다. 이들 슬러리 중 퇴적슬러리는 재활용시 오염도가 다른 슬러지에 비하여 높지는 않지만 인체에 해를 미칠 정도의 오염물질이 함유되어 있고, 정수, 하수 및 폐수슬러지들은 처리과정에서 최종적으로 응집, 침강되어 발생되는 부산물로써, 함수율이 매우 높고 수분 탈리가 어려우며 중금속으로 오염되어 있다. 또한, 다량의 유기물이 함유되어 있어 방치하면 쉽게 자연 분해되어 심한 악취를 풍기고, 주변 환경을 오염시키며 체내 흡입 시 두통과 구토를 일으키는 원인이 되기도 한다.
상기와 같은 슬러지의 처리는 대부분 해양투기나 소각처리 혹은 단순매립에 의존하고 있다. 그러나, 해양투기의 경우 갈수록 심화되는 해양생태계 파괴의 주범 으로 인식되어 2011년부터 해양투기가 전면 금지될 예정이다. 또한, 소각 처리의 경우, 불완전한 연소로 인한 다이옥신, 포름알데히드, 아크로레인 등 이른바 맹독성 발암물질을 배출시켜 사회문제를 야기하고, 건설 및 유지비용이 막대하여 에너지자원이 부족한 우리나라의 실정에는 적합하지 않은 방법이다. 그리고, 매립의 경우에도 갈수록 매립장 확보가 어려워지고, 침출수 문제, 병원성 세균, 해충의 알, 분진발생, 악취발생 등과 관련된 민원이 끊임없이 제기되어 처리하기가 쉽지 않은 상태이다.
이러한 슬러지를 재활용함으로써 슬러지의 처리를 행하는 기술이 많이 연구되고 있다. 예를 들어, 하수슬러지를 이용한 퇴비화, 정수 및 하수슬러지를 이용한 복토용, 성토용, 지반강화용, 토지개량용 그리고 건축자재용 흙골재로의 개발, 시멘트 원료로의 사용에 대한 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
특히, 건자재로의 이용은 특허 제860017호 "공정오니 및 슬러지를 이용한 토목 및 건축자재용 흙골재조성물 및 이의 제조방법", 특허 제602441호 "폐기물을 이용한 고형화 제품 제조 방법과 제조 시스템", 특허 제450898호 "하수슬러지를 이용한 소성 건자재 제조방법", 특허 제812828호 "하ㆍ폐수슬러지를 고형화시키는 고화제(파라픽스) 및 이를이용하여 제조되는 복토재", 특허 제757518호 "폐산, 폐알칼리 및 슬러지의 처리 및 자원화 방법", 특허 제490731호 "폐자재슬러지를 로타리킬른에서 건조 또는 소성하여 토목, 건축자재를 제조하는 방법", 특허 제458876호 "섬유 폐기 슬러지를 재활용한 건축 자재 제조방법", 특허 제517230호 "황토, 점토, 백토 및 고령토로 이루어진 여재원료 및 음식물쓰레기, 유기성폐기물, 산업용폐기 물로 이루어진 다공성 세라믹 제조방법", 특허 제583763호 "하수처리장 탈수슬러지를 활용한 경량골재의 제조방법", 특허 제520463호 "유기성 슬러지를 활용한 불연성 경량 건축마감재료의 제조방법 및 그 제품" 등과 같이 많은 문헌에 기재되어 있다.
그러나, 종래의 슬러지를 재활용하여 건자재를 제조하는 방법들은 제조되는 제품에서 중금속은 물론 기타 오염물질이 용출되어 2차 오염을 일으켜 토양 및 주변 환경을 오염시키는 문제점들이 있고, 제조되는 제품의 강도가 만족스럽지 못하여 실제 적용이 미약하며, 시멘트를 일정량 사용하고 있어 시멘트 사용으로 인한 환경오염 문제 및 시멘트 제조시 발생되는 이산화탄소로 인한 환경 파괴를 유발하고, 제조 공정이 복잡하며, 많은 전처리 공정 및 제조 공정을 거쳐야 하는 등의 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 슬러지를 용이하게 재활용할 수 있으면서 일정 강도 이상의 건자재를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않고, 슬러지에 함유된 중금속이나 오염물질들이 강력하게 결합되어 있어 2차 오염의 문제가 없으며, 자연양생을 행함으로써 경제적인 슬러지를 이용한 건자재를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 건자재를 간단한 방법으로 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 또 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 퇴적슬러지 등과 같은 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%로 구성되어지되 바인더는 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 알칼리금속 및 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되고, 상기 슬러지와 바인더를 준비하는 단계; 상기 슬러지와 바인더를 혼합하는 단계; 상기 슬러지와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하는 단계; 상기 성형틀에 진동을 가한 후, 슬러지와과 바인더의 혼합물을 2차 투입한 다음 프레스 성형하는 단계; 탈형 후 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 방법으로 건자재를 제조함으로써 슬러지에 존재하는 무기물 및 바인더 내부의 무기물 용탈(dissolusion) → 아쿠아졸 형성(formation of aquasols) → 응축(condensation) → 겔 형성(gel formation) → 결정화(crystallization)하는 반응으로 강한 결합력이 발휘되기 때문에 일정 강도 이상의 건자재를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않고, 슬러지에 함유된 중금속이나 오염물질들이 강력하게 결합되어 있어 2차 오염의 문제가 없으며, 자연양생을 행함으로써 경제적일 뿐만 아니라 간단한 방법으로 건자재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 슬러지를 이용한 건자재 및 이의 제조방법은 강한 결합력이 발휘되기 때문에 일정 강도 이상의 건자재를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않고, 슬러지에 함유된 중금속이나 오염물질들이 강력하게 결합되어 있어 2차 오염의 문제가 없으며, 자연양생을 행함으로써 경제적일 뿐만 아니라 간단한 방법으로 건자재를 제조할 수 있는 효과 가 있다.
본 발명에 따른 슬러지를 이용한 건자재는 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 퇴적슬러지 등과 같은 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%로 구성되어지되 바인더는 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 알칼리금속 및 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 것으로 특징지워진다.
또한, 본 발명에 따른 건자재 제조 방법은 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 퇴적슬러지 등과 같은 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%로 구성되어지되 바인더는 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 알칼리금속 및 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더를 준비하는 단계; 상기 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%를 혼합하는 단계; 상기 슬러지와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하는 단계; 상기 성형틀에 진동을 가한 후, 슬러지와과 바인더의 혼합물을 2차 투입한 다음 프레스 성형하는 단계; 탈형 후 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 것으로 특징지워진다.
본 발명에서 사용되는 슬러지는 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 퇴적슬러지로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상을 사용할 수 있다. 슬러지는 반건조 또는 건조된 것을 사용하는 것이 효과적이며, 압축되어 고형화된 것 보다는 분말상으로 건조된 것이 바람직하고, 분쇄하여 사용하는 것이 효과적이다.
또한, 슬러지는 적어도 함수율이 20% 미만인 것을 사용하는 것이 제조되는 건자재의 건조시 효과적일 뿐만 아니라 건조 후 변형율을 감소시킬 수 있기 때문에 바람직하고, 분쇄하여 사용할 경우 슬러지의 입자는 50 ∼ 325메쉬(mesh)의 입도를 갖는 것을 사용하는 것이 효과적이며, 입도가 50메쉬 미만일 경우에는 제조되는 건자재의 강도가 만족스럽지 못한 문제점이 있고, 325메쉬를 초과할 경우에는 제조 원가가 상승되어 경제적이지 못하다.
바인더에서 광물질 분말은 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 것을 사용한다.
상기 광물질 분말에는 인체에 해를 끼치지 중금속이 함유되지 않는 것을 사 용하는 것이 바람직하며, 상기 성분 이외에 미량의 원소들이 함유될 수도 있고, 상기 성분들 중에서 일부가 함유되지 않거나 다른 성분들로 치환된 광물질도 사용 가능하다. 또한, 광물질 분말의 원소 구성비는 특별히 제한되는 것은 아니지만, C, O, Mg, Al, Si, S, Cl 및 Ca는 반드시 함유되어야 하며, 각각의 원소들의 기능이 명확하게 규명되지는 않았지만 상기의 원소들 각각이 함유되지 않았을 경우에는 본 발명에 의한 효과를 얻을 수 없다.
상기 광물질 분말은 200 ∼ 325메쉬(mesh)의 입도를 갖는 것을 사용하는 것이 효과적이며, 입도가 200메쉬 미만일 경우에는 제조되는 건자재의 강도가 만족스럽지 못한 문제점이 있고, 325메쉬를 초과할 경우에는 제조 원가가 상승되어 경제적이지 못하다.
한편, 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로는 Li ,Na, K, Rb, Cs, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg의 염화물을 의미하는 것으로 1종 이상이 사용되어야 하고, 클러스터화된 물에 의해서 미네랄 입자가 콜로이드 용액을 형성하고, 형성된 콜로이드 용액은 광물질 분말의 미네랄과 결합하여 바인더로서의 기능을 나타내게 된다.
보통 물은 35개 내외의 물분자가 연결되어 대단히 큰 클러스터를 이루고 있으며, 아황산가스, 탄산가스, 일산화탄소, 염소 가스등이 물에 녹아 들어가면 이것들이 물분자의 클러스터 사이에 붙어 엉키게 될 뿐만 아니라 이들 가스류가 물에 용해되어 황산, 아황산, 탄산, 염산등으로 되면서 물을 산성화시키고, 수은, 납, 카드뮴, 알루미늄을 비롯한 유독중금속류도 클러스터에 엉키게 된다. 이렇게 물을 산성화시키는 가스류나 유독금속을 포함하고 있는 클러스터가 큰 물은 인체에 유해한 효과를 나타낼 뿐만 아니라 본 발명에서는 결합력의 저하 원인이 되어 본 발명에서 얻고자 하는 효과가 발현되지 않게 된다.
따라서, 본 발명에서는 4 ∼ 14㎛대의 원적외선방사, 자화처리, 초음파처리 등을 통하여 물분자의 클러스터를 5 ∼ 6개의 분자로 세분화하여 물분자의 클러스터 사이에 엉키어있던 유독가스를 공중으로 날려보내고 중금속류는 침전시켜 상등액만을 취한 클러스터화된 물을 사용한다.
클러스터화된 물은 공지된 다양한 방법으로 제조 가능하고, 공지된 안정화 방법으로 안정화시킨 것을 사용하는 것이 바람직하며, 클러스터화되지 않은 물을 본 발명에서 사용할 경우에는 바인더의 결합력이 저하되는 문제점이 있다.
클러스터화된 물에 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 투입하여 용해한다. 이 때 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물의 사용량은 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1 ∼ 60중량%의 양을 사용하는 것이 효과적이며, 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물이 1중량% 미만으로 사용될 경우에는 광물질 분말로부터 유래되는 미네랄 성분과의 결합력이 저하되는 단점이 있고, 60중량%를 초과할 경우에는 첨가 상승 효과가 미약하다.
클러스터화된 물에 알칼리금속 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 용해시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제를 제조한다.
희토류 원소로는 란탄늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로피움, 가돌리늄, 테르비움, 디스프로슘, 홀미움, 에르비움, 투리움, 이트븀, 루테늄, 스칸듐, 이트륨 등이 사용 가능하며, 게르마늄도 사용 가능하다. 희토류 원소를 소량 함유하는 물은 알칼리금속 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물의 보조제로서의 기능을 수행함과 동시에 살균 및 정균 작용에 의하여 미네랄과 콜로이드 용액의 결합이 용이하게 이루어지도록 하는 기능을 한다. 희토류 원소의 함유량은 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만으로 사용하는 것이 효과적이며, 희토류 원소를 함유하는 물에서도 물은 클러스터화된 물을 사용한다.
한편, 제조되는 액상의 결합제에 pH 조절제를 사용하여 제조되는 제품의 pH가 약알칼리성이 되도록 하며, pH 조절제의 사용량은 요구되는 pH에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기와 같이 제조되는 액상의 결합제와 광물질 분말은 각각 10 ∼ 90중량%의 양으로 혼합되어 바인더가 제조된다. 액상의 결합제가 10중량% 미만이거나 광물질 분말이 90중량%를 초과할 경우에는 경화 시간이 오래 소요되는 단점이 있으며, 액상의 결합제가 90중량%를 초과하거나 광물질 분말이 10중량% 미만일 경우에는 건자재로의 성형이 용이하지 못한 문제점이 있다.
액상의 결합제와 광물질 분말이 혼합되면 급격하게 응축 및 경화가 발생하게 되므로 사용하기 직전에 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 건자재의 제조방법은 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 퇴적슬러지 등과 같은 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%로 구성되어지되 바인더는 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 알칼리금속 및 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더를 준비하는 단계; 상기 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%를 혼합하는 단계; 상기 슬러지와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하는 단계; 상기 성형틀에 진동을 가한 후, 슬러지와과 바인더의 혼합물을 2차 투입한 다음 프레스 성형하는 단계; 탈형 후 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성된다.
본 발명의 건자재 제조 방법에 있어서 슬러지와 바인더의 혼합은 건식, 반건식, 습식으로 상기 설명한 조성 비율에 따라서 배합할 수 있으며, 슬러지의 함수율에 따라 조성 비율을 조절할 수 있다.
상기 슬러지와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하는 단계; 상기 성형틀에 진동을 가한 후, 슬러지와 바인더의 혼합물을 2차 투입한 다음 프레스 성형하는 단계는 건자재를 균일하게 성형할 수 있는 방법이라면, 특별히 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 선택하여 적용할 수 있다.
건자재로의 성형이 완료되면 탈형하고 자연 양생을 행한다. 바람직하게는 25 ∼ 80℃의 온도에서 양생하는 것이 효과적이지만, 실온에서 양생하되 온도에 따라 양생 기간을 조절할 수 있다.
본 발명에 의한 건자재로서의 성형에 대한 작용 기전은 명확히 밝혀지지는 않았지만 슬러지의 무기질 및 광물질 분말의 무기물이 클러스터화된 물과 함께 강하게 결합되어 높은 강도를 나타낼 뿐만 아니라 건자재 제조시 사용되는 공지의 결합제의 사용없이 무기질만으로 건자재의 제조가 가능해진다..
즉, 무기질 및 슬러지의 무기물이 클로스터화된 물에 용탈(dissolusion) → 아쿠아졸 형성(formation of aquasols) → 응축(condensation) → 겔 형성(gel formation) → 결정화(crystallization)하는 반응으로 강한 결합력이 발휘되어 건자재에서 요구되는 강도 이상의 강도를 얻을 수 있으며, 유기 결합제의 사용으로 인한 문제점 및 합성수지재의 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않고, 자연양생을 행함으로써 경제적일 뿐만 아니라 간단한 방법으로 슬러지를 제조할 수 있다.
특히, 슬러지에 함유된 중금속 등과 같은 환경 오염물질이 바인더와 강하게 결합되어 있고, 물에 용해되지 않아 2차적으로 슬러지로부터 오염물의 배출이 없어 친환경적으로 슬러지를 재활용할 수 있는 효과를 얻게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 건자재의 성형 매카니즘을 설명하는 모식도이다.
Claims (3)
- 정수슬러지, 하수슬러지, 폐수슬러지, 퇴적슬러지로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%로 구성되어지되 바인더는 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 알칼리금속 및 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 건자재.
- C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 알칼리금속 및 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 희토류 원소를 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더를 준비하는 단계; 상기 슬러지 60 ∼ 95중량%와 바인더 5 ∼ 40중량%를 혼합하는 단계; 상기 슬러지와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하는 단계; 상기 성형틀에 진동을 가한 후, 슬러지와과 바인더의 혼합물을 2차 투입한 다음 프레스 성형하는 단계; 탈형 후 자연양생하여 고화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 건자재의 제조 방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 양생은 실온에서 행하는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 건자재의 제조 방법.
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