KR102136043B1

KR102136043B1 - 정수 슬러지를 이용한 인공어초용 대형 세라믹패널의 제조 방법

Info

Publication number: KR102136043B1
Application number: KR1020200000694A
Authority: KR
Inventors: 최승규
Original assignee: 최승규
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2020-07-20
Anticipated expiration: 2040-01-03

Abstract

본 발명은 인공어초용 세라믹 패널 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 정수 슬러지와 주출슬래그를 이용하여 소성 발포시켜 대형 세라믹 패널을 제조할 수 있으며, 발포시의 잉여 가스 비석 구조에 흡착시킴으로써 형상을 안정화시키고 후 절단하여 치수 정밀도를 안정시킬 수 있는 인공어초용 세라믹 패널 제조방법에 관한 것이다.

Description

정수 슬러지를 이용한 인공어초용 대형 세라믹패널의 제조 방법{Manufacturing method of large ceramic panel for artificial reef using purified water sludge}

본 발명은 인공어초용 세라믹 패널 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 정수 슬러지와 주철슬래그를 이용하여 소성 발포시켜 대형 세라믹 패널을 제조할 수 있으며, 발포시의 잉여 가스 비석 구조에 흡착시킴으로써 형상을 안정화시키고 후 절단하여 치수 정밀도를 안정시킬 수 있는 인공어초용 세라믹 패널 제조방법에 관한 것이다.

일본 공개특허 2003-73181호 공보에는 펄프 슬러지를 기공 형성제로서 이용하는 과립형, 펠렛형, 구형 등의 다공질체의 제조 방법이 개시되어있다. 또한 대한민국 등록특허 10-1533657호 왕겨를 이용한 투수 및 보수 성능을 갖는 세라믹 패널 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.

또한 일본 공개특허 2009-274895호에서는 다공성 대형 세라믹 패널의 제조 방법이 개시되어 있지만, 굴곡 강도가 보수성 포장용 인터 로킹 블록 품질 규격에 맞지 않는 문제가 있다.

한편, 상수 제조시의 정수 처리 공정으로 취수 중의 미립자를 응집제를 사용하여 응집 침전시켜 제거하는 방법이 채용되고 있다. 이 정수 처리에 의해 응집 침전한 대량의 슬러지는 폐기물로 처리하지 않을 수 없다. 따라서 정수 슬러지 폐기물의 처리가 시도되고 있지만, 이 경우 각각의 제품 분야마다 요구되는 제품의 형태 안정성 및 치수 안정성의 기준이 엄격하다.

따라서 정수 슬러지 폐기물의 재활용이 시도되고 있지만, 정수 슬러지의 재활용은 낮은 상황이다.

일본 공개특허 2003-73181호 일본 공개특허 2009-274895호 대한민국 등록특허 10-1533657호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,본 발명의 목적은 정수 슬러지와 슬래그를 이용하여 소성 발포시켜 대형 세라믹 패널을 제조할 수 있으며, 발포시의 잉여 가스 비석 구조에 흡착시킴으로써 형상을 안정화시키고 후 절단하여 치수 정밀도를 안정시킬 수 있다.

본 발명은 수돗물 정수 과정에서 발생한 정수 슬래그를 이용 연속 기공을 갖은 폭 1,000㎜, 길이 2,000㎜, 두께 50㎜까지 생산 가능한 대형 세라믹 패널로서, 보수성 포장용 인터로킹 블록 품질 규격에 따라 측정한 굴곡 강도가 3.0N/㎜2 이상 투수 계수가 0.01cm/sec 이상, 보수량이 0.15g/㎤ 이상, 흡수성이 70% 이상인 것을 특징으로 하고 정수 슬래그를 이용시 점토 원재료 수급에 있어 원자재 비용 절감과 산업폐기물에 속하는 정수 슬래그를 이용함으로 폐기물의 리사이클을 통한 환경 친화 재료로 탈바꿈할 수 있다.

본 발명은 정수 슬러지를 원료로 첨가하여 소성함으로써 정수 슬러지에 포함 된 실리카, 알루미늄 성분이 제올라이트 구조로 변화하여 소성 발포시 발생하는 가스를 흡착하여 발포 제어 기능이 있고, 제품의 안정성을 도모할 수 있는 세라믹 패널 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 패널 제조방법은 슬래그 100중량부와, 정수 슬러지 50~150 중량부와, 발포 규석 30~50중량부와, 제올라이트 30~50중량부와, 규조토 30~50중량부와, 벤토나이트 10~20중량부를 포함하는 세라믹원료 조성물을 마련하는 단계와; 상기 세라믹원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 5~20중량부을 포함하는 성형용 조성물을 마련하는 단계와; 상기 성형용 조성물을 반죽한 다음 성형하고, 건조 후 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 세라믹 패널 제조방법에 있어서, 발포 규석은 진주암을 분쇄한 분말을 870~920℃의 온도로 급속 가열하여 발포 팽창시켜 얻어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 세라믹 패널 제조방법에 있어서, 성형용 조성물은 상기 세라믹원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 5~20중량부와, 아타풀자이트 1~10중량부와, 실리카흄 1~5중량부를 혼합한 것이며,

상기 슬래그는 쓰레기 용융 슬래그, 하수 슬러지 용융 슬래그, 금속 제련시 생성되는 유리질 슬래그 무정형 유기물이 봉인 된 석탄재로 이루어지는 군으로 선택된 적어도 1종이며, 상기 정수 슬러지는 수분 함량이 5% 이하로 건조된 분말인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인공어초용 세라믹 패널 제조방법은, 점토 광물을 물과 반죽하여 성형한 패널 성형체를 마련하는 단계와; 슬래그 100중량부와, 정수 슬러지 50~150 중량부와, 발포 규석 30~50중량부와, 제올라이트 30~50중량부와, 규조토 30~50중량부와, 벤토나이트 10~20중량부를 포함하는 세라믹원료 조성물을 마련한 다음, 상기 원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 5~20중량부와, 아타풀자이트 1~10중량부와, 실리카흄 1~5중량부를 혼합한 표면 처리용 조성물을 마련하는 단계와; 상기 패널 성형체의 일면에 상기 표면 처리용 조성물을 부착하는 단계와; 상기 표면 처리용 조성물이 부착된 패널 성형체를 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인공어초용 세라믹 패널 제조방법에 의하면, 연속 기공을 갖은 폭 1,000㎜, 길이 2,000㎜, 두께 50㎜까지 생산 가능한 대형 세라믹 패널로서, 보수성 포장용 인터로킹 블록 품질 규격에 따라 측정한 굴곡 강도가 3.0N/㎜2 이상 투수 계수가 0.01cm/sec 이상, 보수량이 0.15g/㎤ 이상, 흡수성이 70% 이상인 것을 특징으로 하고 정수 슬래그를 이용시 점토 원재료 수급에 있어 원자재 비용 절감과 산업폐기물에 속하는 정수 슬래그를 이용함으로 폐기물의 리사이클을 통한 환경 친화 재료로 탈바꿈할 수 있으며, 투수 성능 및 보수량은 물론 강도도 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹 패널 제조방법의 각 단계를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인공어초용 세라믹 패널의 구조를 나타내는 단면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 정수 슬러지와 슬래그 등 재활용 자원을 활용하여 투수성과 보수성 및 굴곡 강도 등이 우수한 세라믹 패널 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 세라믹 패널 제조방법은 도 1에 나타난 바와 같이 슬래그 100중량부와, 정수 슬러지 50~150 중량부와, 발포 규석 30~50중량부와, 제올라이트 30~50중량부와, 규조토 30~50중량부와, 벤토나이트 10~20중량부를 포함하는 세라믹원료 조성물을 마련하는 S1단계와, 상기 세라믹원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 5~20중량부와, 아타풀자이트 1~10중량부와, 실리카흄 1~5중량부를 혼합한 성형용 조성물을 마련하는 S2단계와, 상기 성형용 조성물을 반죽한 다음 성형하고, 건조 후 소성하는 S3단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 S1단계에 있어서, 슬래그는 쓰레기 용융 슬래그, 하수 슬러지 용융 슬래그, 금속 제련시 생성되는 유리질 슬래그 무정형 유기물이 봉인된 석탄재로 이루어지는 군 중에서 선택된 적어도 1종인 것을 예시할 수 있다.

상기 슬래그에는 0.5mm 내지 0.15mm인 유리질 슬래그를 10~50중량% 함유할 수 있는데, 유리질 슬래그의 입경이 0.5㎜ 이상이 되면 가열시 골격 입자 사이의 관통 간극이 커지기 때문에 성형체의 형상을 유지하기 어렵게 되고, 0.15㎜ 이하의 함유량이 10 중량% 이하로 떨어질 경우 골격 입자 사이의 관통 간극이 줄어들어 대형 세라믹 패널의 투수 성능이 저하하기 쉬워진다.

유리질 슬래그는 가열시 용적을 팽창하는 규산염질 입자와 가열시 수축하는 규산염 입자로 구성되어 있으며, 800℃에서 성분 중의 황화철 및 황화 마그네슘이 열분해를 일으킴으로써 아황산가스가 다량으로 발생하여 가열시 골격입자 사이에 다수의 관통 간극이 생기는 기능을 이용한다.

정수장에서 수거하여 온 정수 슬러지에는 수분의 70~80% 함유되어 있어 본 발명에서는 이를 건조시킨 후 원료로서 사용하며, 바람직하게는 전체 중량에 대하여 수분량이 1~5%가 되도록 건조 처리하여 정수 슬러지로서 사용한다.

본 발명에서 사용되는 정수 슬러지는 Al₂O₃ 20 중량% 이상 및 SiO₂ 30 중량% 이상 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 정수 슬러지는 이외 Fe₂O₃, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, P₂O₅ 등이 더 포함될 수 있다. 그리고 본 발명의 정수 슬러지는 점토를 주체로 하는 응집 침전 물질, 경수의 연수처리 과정에서 생기는 석회 슬러지, 철, 망간 등의 무기 이온을 포집 한 무기 슬러지 및 플랑크톤 조류 등 유기 물질로 분류되는 슬러지 등을 포함할 수 있다.

상기 발포 규석은 진주암을 분쇄한 분말을 900℃의 온도로 급속 가열하여 발포 팽창시켜 얻을 수 있다.

상기 제올라이트 및 규조토는 여과 및 흡착 성능이 우수하여 정수 기능을 제공한다.

상기 벤토나이트는 소성시 상하로 적층된 패널 상호간 또는 대차에 부착되지 않도록 하는 역할을 한다.

본 발명의 S2단계는 성형용 조성물을 마련하는 단계로서, 원료 조성물에 물 등을 첨가하여 반죽한 다음 성형하는 단계이다.

보다 구체적으로 원료 조성물에 물 등의 첨가 원료의 혼합, 혼련 후 중공 진공 압출 후 압연기를 이용 압연 후 소정의 크기로 절단 후 원적외선을 이용하여 건조한 후 900~1,200℃에서 소성하여 이루어질 수 있다. 또한, 원료 혼합 후 과립기를 이용하여 과립입경 10mm 이하로 분쇄하여 프레스 성형 기계로 프레스 성형한 다음 건조한 후 소성하되, 소성 온도가 900℃ 이하이면 굴곡 강도가 발현하지 않고, 또한 1,200℃ 이상이면 소성 후의 형상을 유지할 수 없으며, 롤러 하스킬른을 사용하는 것을 예시할 수 있다.

투수 및 보수 성능을 가진 본 발명의 세라믹 패널은 굴곡 강도가 3.0N/mm²이상, 투수 계수가 0.01cm/sec 이상, 보습량이 0.15g/cm³이상 그리고 흡수성이 70% 이상인 것을 특징으로 한다.

성형용 조성물에는 아타풀자이트 및 실리카흄이 첨가될 수 있다.

상기 아타풀자이트는 증점제 또는 흡착제 성능을 제공하는 역할을 한다.

상기 실리카흄은 마이크로 실리카로도 알려진 실리카의 일종으로서, 소성시 용융되어 세라믹 패널의 강도를 향상하는 역할을 한다.

다음은 투수 성능과 보수 성능 및 단열 성능을 가진 대형 세라믹 패널의 제조 방법에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

슬래그 100중량부와, 정수 슬러지 100 중량부와, 발포 규석 30중량부와, 제올라이트 30중량부와, 규조토 30중량부와, 벤토나이트 10중량부를 포함하는 세라믹원료 조성물을 마련하고, 상기 세라믹원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 10중량부와, 아타풀자이트 1중량부와, 실리카흄 1중량부를 혼합한 성형용 조성물을 마련한다. 그리고 상기 성형용 조성물을 반죽한 다음 성형한 후 건조로에서 건조한 다음, 1,100℃에서 소성하여 세라믹 패널 제조를 완료하였다.

[비교예 1]

실시예 1에서 세라믹원료 조성물에서 정수 슬러지를 30 중량부 사용하고, 발포 규석을 생략한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 세라믹 패널을 제조하였다.

[비교예 2]

실시예 1에서 세라믹원료 조성물에서 발포 규석을 생략하고, 성형용 조성물에서 실리카흄을 생략한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 세라믹 패널을 제조하였다.

[실험예 1]

실시예 및 비교예를 통해 제조된 세라믹 패널의 투수계수, 보수량, 흡수높이, 비중, 굴곡강도 및 마모감량을 측정하여 아래 표 1에 기재하였다.

	투수계수 (cm/sec)	보수량 (g/㎠)	흡수높이 (%)	비중	굴곡강도 (N/㎟)	마모감량 (g)
실시예 1	0.0254	0.56	100	0.71	8.7	0.054
비교예 1	0.0153	0.47	98	0.75	7.3	0.051
비교예 2	0.0147	0.45	97	0.74	6.8	0.040

상기 표 1에 의하면, 본 발명에 따른 세라믹 패널은 비교예 1, 2와 대비할 때 투수 성능 및 보수량은 물론 강도도 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따른 세라믹 패널은 인공어초용으로 활용될 수 있으나, 그외에도 녹화 기반 재, 야외 데크, 수영장 바닥재, 소 생활권 통로, 사면 커버 재료, 옥상 냉각 바닥재, 정원 통로 등으로 활용될 수 있다. 인공어초용으로 활용되는 경우 비중이 1미만이지만 내부의 연속기공이 물이 통과하는 유로 역할을 하기 때문에 바닷물에 가라앉고 해류에 휩쓸리지 않는다.

이하에서는 본 발명에 따른 인공어초용 세라믹 패널 제조방법을 설명한다. 다만, 상술한 내용과 중복되는 내용에 대한 자세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 인공어초용 세라믹 패널 제조방법은 점토 광물을 물과 반죽하여 성형한 패널 성형체를 마련하는 S10단계와, 슬래그 100중량부와, 정수 슬러지 50~150 중량부와, 발포 규석 30~50중량부와, 제올라이트 30~50중량부와, 규조토 30~50중량부와, 벤토나이트 10~20중량부를 포함하는 세라믹원료 조성물을 마련한 다음, 상기 원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 5~20중량부와, 아타풀자이트 1~10중량부와, 실리카흄 1~5중량부를 혼합한 표면 처리용 조성물을 마련하는 S20단계와, 상기 패널 성형체의 일면에 상기 표면 처리용 조성물을 부착하는 S30단계와, 상기 표면 처리용 조성물을 부착된 패널 성형체를 소성하는 S40단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 S10단계에서 점토 광물은, 카올리나이트와, 몬모릴로나이트와, 세리사이트와, 일라이트로 이루어지는 군 중에서 선택되는 적어도 1종인 것을 예시할 수 있다.

본 실시예에서는 비중이 1보다 높은 패널 성형체의 일면에 비중이 1(예를 들어 0.5~0.9)보다 작은 표면 처리용 조성물을 부착한 다음, 소성하는 것을 특징으로 하며, 도 2에 나타난 바와 같이 소성된 표면 처리용 조성물은 해조류 서식층을 형성하게 된다.

상기 표면 처리용 조성물은 패널 성형체의 일면에 뿜칠 내지 도포되는 방식으로 부착되어, 소성이 완료되면 요철 형상의 거친 표면과 다수의 기공이 형성되기 때문에 해조류가 서식할 수 있는 환경을 제공한다. 인공어초용 세라믹 패널을 조립하여 사면체, 육면체 등의 인공어초를 제작하는 경우 해조류 서식층은 외부에 노출되도록 배치된다.

한편, 해조류 서식층의 표면에는 점토와, 물과, 해조류 포자를 혼합한 조성물을 포함하는 혼합물을 도포한 다음 건조한 포자층을 더 형성할 수 있는데, 포자층은 1~3mm의 두께로 형성되어 인공어초가 바다 속에 투입되면 포자층 중 점토가 서서히 풀어지면서 해조류 포자가 해조류 서식층 표면 기공에서 활착하게 되므로, 빠른 시간 안에 최적의 해양 수중 환경을 조성할 수 있게 된다.

이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

슬래그 100중량부와, 정수 슬러지 50~150 중량부와, 발포 규석 30~50중량부와, 제올라이트 30~50중량부와, 규조토 30~50중량부와, 벤토나이트 10~20중량부를 포함하는 세라믹원료 조성물을 마련하는 단계와;
상기 세라믹원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 5~20중량부을 포함하는 성형용 조성물을 마련하는 단계와;
상기 성형용 조성물을 반죽한 다음 성형하고, 건조 후 소성하는 단계;를 포함하되,
상기 성형용 조성물은 상기 세라믹원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 5~20중량부와, 아타풀자이트 1~10중량부와, 실리카흄 1~5중량부를 혼합한 것이며,
상기 슬래그는 쓰레기 용융 슬래그, 하수 슬러지 용융 슬래그, 금속 제련시 생성되는 유리질 슬래그 무정형 유기물이 봉인 된 석탄재로 이루어지는 군 중에서선택된 적어도 1종이고,
상기 정수 슬러지는 수분 함량이 5% 이하로 건조된 분말인 것을 특징으로 하는 세라믹 패널 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 발포 규석은 진주암을 분쇄한 분말을 870~920℃의 온도로 급속 가열하여 발포 팽창시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 패널 제조방법.
삭제
점토 광물을 물과 반죽하여 성형한 패널 성형체를 마련하는 단계와;
슬래그 100중량부와, 정수 슬러지 50~150 중량부와, 발포 규석 30~50중량부와, 제올라이트 30~50중량부와, 규조토 30~50중량부와, 벤토나이트 10~20중량부를 포함하는 세라믹원료 조성물을 마련한 다음, 상기 원료 조성물 100중량부를 기준으로 물 5~20중량부와, 아타풀자이트 1~10중량부와, 실리카흄 1~5중량부를 혼합한 표면 처리용 조성물을 마련하는 단계와;
상기 패널 성형체의 일면에 상기 표면 처리용 조성물을 부착하는 단계와;
상기 표면 처리용 조성물이 부착된 패널 성형체를 소성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공어초용 세라믹 패널 제조방법.
청구항 1 또는 청구항 4의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 인공어초용 세라믹 패널.