KR100525682B1 - 세라믹 타일의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업 폐기물을 사용하여 세라믹 타일의 제조를 위한 개선된 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 철광석 광니, 비산재 및 용광로 슬래그와 같은 산업 폐기물을 사용하여 세라믹 타일을 제조하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.

Description

세라믹 타일의 제조 방법{PROCESS FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC TILES}

본 발명은 산업 폐기물을 사용하여 세라믹 타일의 제조를 위한 개선된 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 철광석 광니, 비산재 및 용광로 슬래그와 같은 산업 폐기물을 사용하여 세라믹 타일을 제조하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.

본 발명의 과정에 의해 제조된 제품은 필요에 따라 시유(glazed) 또는 무유(unglazed) 형태로 다른 형태와 크기가 될 수 있다. 불침투성에 가까운 무유 타일은 바닥이 긁히고 마모되는 산업 부설 마루판, 저장 창고, 건물 등에 유용할 것이다. 광택 마무리를 한 시유 타일이 건물의 장식용 벽을 만드는데 유용한 반면, 무광택 마무리를 갖는 시유 타일은 장식용 바닥을 만드는데 유용할 것이다.

지금까지 공지된 방법은 카올린, 장석, 석영, 활석, 엽납석(파이로필라이트) 등과 같은 고가의 광물들을 사용하여 세라믹 타일을 제조한다. 세라믹 타일을 제조하는 현재의 공정은 원료의 습윤 혼합, 분무 건조, 압축성형, 건조, 글레이징(시유) 및 소성으로 구성된다. 원료를 밀에서 습윤 혼합한다. 얻어진 습윤 슬러리는 필터 프레싱하여 물을 짜내고 그후 분무 건조하여 더 나은 압축을 위한 매우 작은 소결절의 원료를 얻는다. 준비 상태의 분말은 수압 프레싱에 의해 타일 형태로 압축되고 그후 건조되고 소성되어 무광택 타일을 얻는다. 시유 타일을 얻기 위해 먼 저 엔곱(engob)을 도포하여 소지 색상을 숨기고 그후 아직 굽지 않은 타일의 표면에 글레이즈를 도포하고 그후 소성한다. 현재의 공정은 또한 벽에 쓰는 타일의 고품질의 광택 글레이징을 위해 이중 소성을 필요로한다. 또다른 공지된 방법은 세라믹 타일을 제조하기 위해 카올린, 장석, 석영, 활석 등과 같은 다른 광물과 조합하여 철광석 테일링을 사용한다. 원료를 밀에서 습윤 혼합하고, 필터 프레싱하여 물을 짜내고 그후 분무 건조하여 더 나은 압축을 위해 작은 소결절의 원료를 얻는다. 준비 분말은 수압 프레싱에 의해 타일 형태로 압축되고 그후 건조하고 소성하여 무유 타일을 얻는다. 시유 타일을 얻기 위해 먼저 엔곱을 굽지않은 타일의 표면에 도포하고 그후 글레이즈를 도포하고 그후 소성한다.

미국 특허 5,830,251은 먼저 재료를 용융하여 유리를 형성하고, 그후 첨가제와 함께 유리를 분쇄하고 그것을 원하는 형태로 압축하고 그것을 실투시켜 최종 세라믹 타일을 형성함으로써 세라믹 타일의 제조를 개시한다.

미국 특허 5,558,690은 탄소질 재료, 플루오르 및 유리 형성 재료를 함유하는 폐기 알루미늄 포트라이너를 산화하여 탄소질 재료를 연소시키고 유리 형성 재료에 있는 플루오르를 부분적으로 휘발시키는 과정을 개시한다. 산화된 유리 형성 재료는 그후 유리화하여 유리 용융물을 형성하고 그후 이것을 플루오르 함유 타일로 성형한다.

미국 특허 5,935,885은 유기 재료를 연소하고 금속 오염물질과 유리 형성 재료를 부분적으로 산화는데 충분한 조건하에서, 유기 재료, 금속 오염물질, 및 유리 형성 재료를 함유하는 비산재를 산화시키는 과정을 개시한다. 산화된 유리 형성 재료는 그후 유리화하여 유리 용융물을 형성하고, 이것을 그후 금속 오염물질을 함유하는 최종 타일로 성형한다.

상기 과정은 몇가지 단점을 갖는다:

1. 폐기물질이 먼저 용융되어야 하고 그로써 에너지 소비를 상당히 증가시킨다.

2. 형성된 유리를 더욱 분쇄하는 것은 또한 높은 에너지 소비를 필요로한다.

공지된 방법의 제품으로 이루어지는 바닥은 그들이 상대적으로 낮은 스크래치 경도(모스 경도로 약 5)와 압축 강도를 갖기 때문에 다수의 산업 용도에서 요구되는 스크래치와 높은 마모를 견딜 수가 없다. 고가의 재료로부터 만들어진 소결된 타일의 제조 비용은 상대적으로 높다. 현재의 세라믹 바닥과 벽 타일의 제조를 위해 사용되는 원료는 그들이 덩어리로 형성되기 때문에 미세도를 달성하기 위해 분쇄하는데 긴 시간이 필요하고, 더 많은 에너지의 소비를 초래한다.

발명의 목적

본 발명의 주된 목적은 철광석 광니, 비산재, 용광로 슬래그 및 다른 저가 광물과 같은 산업용 폐기물을 사용하여 시유 및 무유 형태의 세라믹 타일을 제조하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 철광석 광니, 비산재, 용광로 슬래그 및 다른 저가 광물과 같은 산업용 폐기물을 사용하여 시유 및 무유 형태의 세라믹 타일을 제조함으로써 제조 비용을 상당히 낮추고 제품의 특성을 향상시키는 개선된 방법을 제공 하는 것이다.

본 발명의 여전히 또다른 목적은 철광석 광니, 비산재, 용광로 슬래그와 같은 산업용 폐기물을 사용하여 시유 및 무유 타일을 제조함으로써 에너지 소비를 상당히 낮추는 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 여전히 또다른 목적은 산업용 폐기물인 철광석 광니, 비산재, 용광로 슬래그를 사용하여 시유 및 무유 타일을 제조하고 그로써 환경 오염을 낮추는 개선된 방법을 제공하는 것이다.

발명의 개요

문헌 조사 및 이용가능한 정보에 따르면, 현재는 에너지 집중적인 철광석 광니, 비산재, 용광로 슬래그로부터 세라믹 타일을 제조하는데 이용가능한 방법이 없다. 본 개발의 목적은 환경 오염을 일으키는 철광석 광니, 비산재 및 용광로 슬래그와 같은 다량으로 이용가능한 폐기물을 원료로 사용하여 세라믹 타일과 같은 부가 가치 제품을 제조하는 것이다.

따라서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 산업 폐기물을 사용하여 세라믹 타일의 제조를 위한 개선된 방법을 제공한다:

(a)30 내지 50중량%의 범위의 철광석 광니, 비산재 10 내지 25중량%, 용광로 슬래그 5 내지 20중량%, 알루미노실리케이트 광물 25 내지 50중량%, 첨가제 5 내지 15중량%, 물을 포함하는 잔부를 6 내지 10 시간의 범위의 기간동안 친밀하게 혼합하는 단계,

(b)습윤 혼합된 원료를 건조시키는 단계,

(c)유기 액체 결합제를 사용하여 건조된 분말을 미립자화하는 단계

(d)원하는 크기의 타일을 형성하기 위해 미립형 분말을 압축하는 단계,

(e)10 내지 15 시간의 범위의 기간동안 90 내지 120℃의 범위의 온도에서 압축된 타일을 천천히 건조시키는 단계.

본 발명의 한가지 구체예에서, 철광석 광니, 비산재, 용광로 슬래그 및 알루미노 실리케이트 광물은 다음 조성 범위로부터 선택된다.

본 발명의 한가지 구체예에서 얻어진 압축된 타일을 30 내지 60 분의 범위의 시간동안 1100 내지 1300 ℃의 범위에 있는 온도에서 소성하여 무광택 타일을 얻는다.

본 발명의 또다른 구체예에서, 무유 타일을 소성후에 천천히 냉각한다.

본 발명의 또다른 구체예에서, 엔곱을 건조된 압축 타일에 도포하고 타일을 그후에 글레이징하여 시유 타일을 얻는다.

본 발명의 더 나아간 구체예에서, 엔곱을 압축된 타일위로 분무함으로써 도포한다.

본 발명의 더 나아간 구체예에서, 시유 타일을 15 내지 30분의 범위의 시간 동안 1050 내지 1150℃의 범위의 온도에서 소성한다.

본 발명의 또다른 구체예에서, 시유 타일을 소성후에 천천히 냉각한다.

본 발명의 더 나아간 구체예에서, 알루미노실리케이트 광물을 카올린, 벤토나이트, 일라이트 및 엽납석으로 구성되는 군으로부터 선택한다.

본 발명의 또다른 구체예에서, 첨가제는 활석, 솝스톤, 장석, 및 그들의 어떠한 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된다.

본 발명의 여전히 또다른 구체예에서, 유기 결합제는 폴리비닐 알코올, 메틸 셀룰로스, 카르보메톡시 셀룰로스 및 덱스트린으로 구성되는 군으로부터 선택된다.

본 발명의 더나아간 구체예에서, 결합제는 4-8 중량%의 범위의 양으로 사용된다.

본 발명의 여전히 또다른 구체예에서, 타일을 위한 압축 압력은 250-300 kg/cm ²의 범위이다.

본 발명의 또다른 구체예에서, 압축된 타일의 건조를 90-120℃의 온도 범위에서 수행하여 건조된 타일에서 0.5% 미만의 수분 함량을 얻는다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 공정에서, 철광석 광니, 비산재 및 용광로 슬래그의 액상 소결은 알루미노실리케이트 광물의 존재하에서 발생한다. 첨가제는 더 낮은 온도(1150 내지 1250℃)에서 반응 소결을 촉진하도록 원료가 혼합되는 동안에 첨가된다. 본 발명에서 사용된 철광석 광니는 산화철, 및 실리카를 함유하고 본 발명에서 사용된 비산재는 실리카, 알루미노 및 산화철을 함유하고, 본 발명에서 사용된 용광로 슬래그는 산화칼슘, 실리카, 알루미나 및 산화마그네슘을 함유한다.

실리카는 어떠한 세라믹 타일 조성물이 유리 상은 물론이고 결정질을 형성하기 위해 가장 중요한 구성 성분이다. 본 발명에서 사용된 세가지 폐기 물질은 알루미나, 산화철 및 산화칼슘 및 산화마그네슘과 함께 실리카를 함유한다. 이들 구성성분은 가열하는 동안 함께 반응하고 반응 소결에서 뮬라이트, 페이알라이트, 회장석(아노타이트) 및 다른 결정상을 형성한다. 결정상은 균일하게 분포되고 유리상 매트릭스에서 강화된다. 그 결과, 높은 스크래치 경도 및 강도의 원인이 되는 강하고, 조밀하고 컴팩트한 미세조직이 얻어진다. 본 발명 타일 소지의 열 팽창은 글레이즈의 열 팽창과 동일하거나 간신히 이것보다 높게 유지되어, 글레이즈 재료는 소지로의 압축하에서 남아있어 글레이즈의 미세균열 및 벗겨짐을 피한다.

본 발명에 의해 제조된 타일은 다음 범위의 특성을 가진다:

치수 안정성 0.5% 변형이내

표면 성질 눈에 보이는 결함이 95% 없음

퍼센트 물 흡수 바닥용 2-5%

벽용 14-16%

스크래치 경도 6-7 (모스 경도)

파단 계수 250 kg/cm ²

압축 강도 350 내지 500 kg/cm ²

하기의 실시예는 예증으로서 주어지고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예 1

포트 밀에서 10시간의 지속 기간동안 300g의 철광석 광니, 250 g의 비산재, 80g의 용광로 슬래그, 300g의 알루미노실리케이트 광물 및 70g의 첨가제를 750 cc의 물과 균일하게 혼합하였다. 슬러리를 105℃에서 전기 오븐에서 건조시켰다. 60cc의 폴리비닐 알코올을 건조된 분말위에 균일하게 분무하였다. 260 kg/cm ² 압력에서 압축함으로써 112 x 112 x 7mm 치수의 시판 크기 타일을 제조하였다.

그후 타일을 14시간동안 110℃에서 오븐 건조하였다. 제품을 45분동안 1240 ℃에서 소결함으로써 최종적으로 무유 타일을 얻었다. 얻어진 특성들은 하기 표 1에 주어진다.

실시예 2

포트 밀에서 9시간동안 370 g의 철광석 광니, 200 g의 비산재, 120g의 용광로 슬래그, 250g의 알루미노실리케이트 광물 및 60g의 첨가제를 850 cc의 물과 균일하게 혼합하였다. 오븐에서 110℃에서 건조함으로써 슬러리의 탈수를 수행하였다. 50cc의 카르복시-메틸 셀룰로스를 분말위에 철저하게 분무하였다. 112 x 112 x 8mm 치수의 정사각형 형태의 타일을 300 kg/cm ² 압력에서 압축하였다.

그후 타일을 15시간동안 110℃에서 오븐에서 건조하였다. 1225℃에서 1시간 동안 제품을 소결함으로써 최종적으로 유리화된 무유 타일을 얻었다. 특성들은 하기 표 1에 주어진다.

실시예 3

포트 밀에서 8시간동안 320 g의 철광석 광니, 150 g의 비산재, 150g의 용광로 슬래그, 300g의 알루미노실리케이트 광물 및 80g의 첨가제를 800 cc의 물과 철저하게 혼합하였다. 110℃에서 오븐에서 건조함으로써 슬러리의 탈수를 수행하였다. 55cc의 폴리비닐 알코올을 분말위에 균일하게 분무하였다. 250 kg/cm ² 에서 압축함으로써 112 x 112 x 6mm 크기 타일을 제조하였다.

그후 타일을 15시간동안 110℃에서 건조하였다. 먼저 엔곱, 그후 글레이즈를 타일의 표면위에 균일하게 분무하였다. 최종적으로 1150℃에서 30분동안 소성을 수행하여 글레이즈 타일을 얻었다. 얻어진 특성들은 표 1에 주어진다.

실시예 4

포트 밀에서 10시간동안 400 g의 철광석 광니, 150 g의 비산재, 100g의 용광로 슬래그, 250g의 알루미노실리케이트 광물 및 100g의 첨가제를 750 cc의 물을 사용하여 습윤 혼합하였다. 110℃에서 오븐에서 건조함으로써 슬러리의 탈수를 수행하였다. 그후 60cc의 폴리비닐 알코올을 건조 분말위에 균일하게 분무하였다. 280 kg/cm² 압력에서 압축함으로써 112 x 112 x 7mm 치수의 시판 크기 타일을 제조하였다. 그후 타일을 15시간동안 110℃에서 오븐 건조시켰다. 엔곱과 글레이즈를 타일의 표면에 균일하게 분무하였다. 최종적으로 소결을 30분동안 1100℃에서 수행하여 시유 타일을 얻었다. 얻어진 특성들을 표 1에 나타낸다.

본 발명의 주된 이점들은:

a) 본 발명은 주된 원료로서 풍부하게 이용가능한 산업 폐기물을 이용하여 타일을 제조하고, 그로써 공지된 공정에 비해 제조 비용을 낮추고 오염을 줄인다.

b) 본 발명은 원료의 분쇄 시간의 관점에서 에너지를 절약한다.

c) 본 발명의 제품은 현재의 과정에 의해 제조된 제품보다 스크래치 경도, 파단 계수 및 압축 강도의 관점에서 뛰어나다.

Claims (14)

1. 산업 폐기물을 사용하는 세라믹 타일의 제조 방법으로서,

   (a)30 내지 50중량%의 범위의 철광석 광니, 비산재 10 내지 25중량%, 용광로 슬래그 5 내지 20중량%, 알루미노실리케이트 광물 25 내지 50중량%, 첨가제 5 내지 15중량%, 물을 포함하는 잔부를 6 내지 10 시간의 범위의 기간동안, 친밀하게 혼합하는 단계,

   (b)습윤 혼합된 원료를 건조시키는 단계,

   (c)유기 액체 결합제를 사용하여 건조된 분말을 미립자화하는 단계

   (d)원하는 크기의 타일을 형성하기 위해 미립형 분말을 압축하는 단계,

   (e)10 내지 15 시간의 범위의 기간동안 90 내지 120℃의 범위의 온도에서 압축된 타일을 천천히 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 철광석 광니, 비산재, 용광로 슬래그 및 알루미노 실리케이트 광물이 하기의 조성 범위로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 얻어진 바와 같은 압축된 타일을 30 내지 60 분의 범위의 시간동안 1100 내지 1300℃의 범위의 온도에서 소성하여 무유 타일을 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3항에 있어서, 무유 타일이 소성후 천천히 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 엔곱을 건조된 압축 타일에 도포하고 그후에 타일을 글레이징하여 시유 타일을 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5항에 있어서, 엔곱을 압축된 타일위로 분무함으로써 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5항에 있어서, 시유 타일을 15 내지 30분의 범위의 시간동안 1050 내지 1150℃의 범위의 온도에서 소성하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 5항에 있어서, 시유 타일을 소성후에 천천히 냉각하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1항에 있어서, 알루미노실리케이트 광물은 카올린, 벤토나이트, 일라이트 및 엽납석으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1항에 있어서, 첨가제는 활석, 솝스톤, 장석, 및 그들의 어떠한 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1항에 있어서, 유기 결합제는 폴리비닐 알코올, 메틸 셀룰로스, 카르보메톡시 셀룰로스 및 덱스트린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1항에 있어서, 결합제는 4-8 중량%의 범위의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1항에 있어서, 타일에 대한 압축 압력은 250-300 kg/cm ²의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1항에 있어서, 압축된 타일의 건조는 90-120℃의 온도 범위에서 수행하여 건조된 타일에서 0.5% 미만의 수분 함량을 얻는 것을 특징으로 하는 방법.