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KR100678365B1 - 고상 폐기물을 이용한 저온 소결 다공성 경량 점토 벽돌및 그 제조방법 - Google Patents

고상 폐기물을 이용한 저온 소결 다공성 경량 점토 벽돌및 그 제조방법 Download PDF

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KR100678365B1
KR100678365B1 KR1020030031727A KR20030031727A KR100678365B1 KR 100678365 B1 KR100678365 B1 KR 100678365B1 KR 1020030031727 A KR1020030031727 A KR 1020030031727A KR 20030031727 A KR20030031727 A KR 20030031727A KR 100678365 B1 KR100678365 B1 KR 100678365B1
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Abstract

본 발명은 고상 폐기물인 석탄회 및 제지 소각회를 이용한 다공성 경량 점토 벽돌에 관한 것으로서, 소성 결합이 강하고 고풍스러운 번짐 및 반점 무늬와 다양한 색상을 나타내는 환경 친화적이고 인체에 유익한 내, 외장용 다공성 경량 점토 벽돌에 관한 것이다.
본 발명은 백토 30~70중량%, 흑점토 10~30중량%, 장석 7~20중량%, 석탄회 (Fly Ash) 2~45중량% 및 제지 소각회(Paper Ash) 3~10중량%를 포함하며, 벽돌의 내부에 다수의 공동(空洞)이 형성된 다공성 경량 점토 벽돌을 제공한다.
또한, 본 발명은 점토 벽돌의 주성분으로서 백토 30~70중량%, 흑점토 10~30중량%, 장석 7~20중량%, 석탄회(Fly Ash) 2~45중량% 및 제지 소각회(Paper Ash) 3~10중량%를 혼합·분쇄하는 제 1 단계 ; 상기 제 1 단계의 혼합·분쇄물 100중량부에 대하여 수분량이 15~21중량부가 되도록 유지하여 혼련하고, 상기 혼련된 혼합·분쇄물을 코어의 단면적이 2.0~2.8㎠ 인 코어가 다수개 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 공동율(空洞率)이 30~35%가 되도록 압출시킨 후 상기 압출된 소지를 벽돌 형상으로 성형시키는 제 2 단계 ; 상기 성형된 벽돌의 온도를 120℃ 까지 서서히 승온시키면서 48~60 시간 동안 건조시키는 제 3 단계 ; 및 상기 건조된 벽돌의 표면이 외부에 노출되게 적재하거나 또는 벽돌의 표면을 포개거나 맞대어 적재한 후, 온도가 1030~1150℃까지 승온 되도록 조절된 터널요 또는 불연속요에서 15~40시간 동안 소성하는 제 4 단계를 통하여 제조되는 다공성 경량 점토 벽돌의 제조방법을 제공한다.
고령토, 백토, 흑점토, 다공성, 경량, 장석, 석탄회, 제지 소각회, 점토 벽돌

Description

고상 폐기물을 이용한 저온 소결 다공성 경량 점토 벽돌 및 그 제조방법 {LOW TEMPERATURE SINTERING POROUS AND HOLLOW LIGHT WEIGHT CLAY BRICK AND METHOD OF PRODUCING IT USING SOLID INDUSTRIAL WASTE}
본 발명은 소성 결합이 강하고, 다양한 색상, 다양한 번짐 및 반점 무늬를 현출 시키고, 내부에 다공이 있는 경량화된 고품질의 점토 벽돌과 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 백토, 흑점토, 장석, 석탄회 및 제지 소각회를 주성분으로 하고, 벽돌 내부에 다공을 형성시켜 제조되는 환경 친화적이고 인체에 유익한 건축 내·외장용 재료로 사용하기에 적합한 저온 소결 유색 경량 점토 벽돌 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 점토 벽돌은 적점토 50~80중량부, 보명사(모래) 20~50중량부의 비율로 혼합 및 분쇄한 후 진공 압출기로 압출 성형하여 30~120℃로 건조한 후, 벽돌의 표면이 외부로 노출되게 적재하여 1,100~1,200℃의 온도에서 소성하여 제품화하는 무유(無釉) 및 유약(釉藥) 점토 벽돌이 있었다.
그러나, 무유(無釉) 벽돌은 색상이 적색 계열의 단순한 색상이기 때문에 다 양한 색상을 나타내지 못하였으며, 유약(釉藥) 벽돌은 납유를 사용하는데 광택이나고 자연스럽지 못한 인위적인 느낌을 주는 결점을 가지고 있다. 또한, 건조 소지에 수분을 함유한 유약(釉藥)을 살포함으로 인하여 크랙이 발생하며 수율이 70~80%에 불과하며 시유(施釉) 시설을 별도로 해야하고, 제조 과정에서 중금속인 납의 오염이 문제되며 인력도 많이 소요되어 제조원가에 있어서 경쟁력을 갖지 못하는 문제가 있었다.
대한민국 특허 제1999-24186호의 "원적외선 방사율이 높고 표면에 환무늬와 흑색반점이 출현하는 벽돌 및 바닥벽돌의 제조방법"에서는 지오라이트, 고령토 및 점토를 주원료로 하고 이에 탄소를 첨가하여 소성 후 원적외선을 방사하고, 환무늬 및 흑색반점을 발생하는 건축 내, 외장용 벽돌 및 바닥벽돌의 제조방법이 있었으나, 이러한 제조방법에 의하여 제조된 벽돌은 품질이 균질하지 아니하고 높은 불량율로 인하여 수율이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.
또한, 대한민국 특허 제2002-0038212호의 "건축용 유색벽돌 및 바닥재의 제조방법"은 무기착색제를 사용하여 반점무늬와 환무늬를 형성시키는 방법이 제시되어있으나, 착색제에 의한 소지 색상은 형성할 수 있으나, 환무늬는 형성할 수 없었다.
한편, 무,유연탄을 사용하는 국내 화력 발전소의 석탄회(Fly Ash)는 연간 450만톤 이상이며, 제지 공장에서 발생하는 제지 소각회(Paper Ash)는 년간 50만톤에 달하고 있음에도 불구하고, 대부분 해양 투기나 매립에 의존하고 있어 매립지의 확보와 침출수로 인한 2차 오염 문제가 크게 대두되고 있어 재활용 방안의 연구가 시급한 실정이었다.
종래의 경량 벽돌은 벽돌의 내부에 크기가 큰 공동(空洞)이 3개가 형성된 경량 벽돌이 있었지만, 단위 면적당 공동(空洞)이 차지하는 비율이 약 15-20% 정도로 작고 단일 공동(空洞)의 크기가 크기 때문에 조적시 몰탈이 들어가게 되어 몰탈의 소비가 많고 공사 기간이 길어질 뿐만 아니라 차, 방음 및 단열의 효과가 떨어지는 등의 문제점이 있었다.
본 발명자는 저렴한 원가의 에너지 절약형 유색경량 점토 벽돌 및 바닥 점토 벽돌을 제조하기 위하여 끊임없는 연구와 실험을 거듭한 결과, 무연탄을 연료로 사용하는 국내 발전소에서 다량으로 발생하는 석탄회와 제지공정 중에 발생하는 제지 소각회에 미연소 탄소분과 소결 온도를 낮출 수 있는 알칼리 산화물이 다량 함유되어 있다는 점에 착안하여, 종래 점토 벽돌의 원료인 백토, 흑점토, 장석 등에 제지 소각회, 석탄회 및 기타 착색제 등을 첨가하여 혼합, 분쇄, 혼련, 성형, 건조, 소성 공정을 순차적으로 거쳐 환경 친화적이고, 소성결합이 강하며, 고풍스러운 번짐 및 반점무늬와 다양한 색상이 표출되는 점토 벽돌 및 그 제조방법을 제공하게 되었다.
또한, 본 발명은 벽돌의 내부에 다수의 공동(空洞)을 형성시킴으로써, 차음성, 흡음성 및 단열성이 향상된 다공성의 다양한 유색 경량 점토 벽돌을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 백토, 흑점토, 장석, 석탄회 및 제지 소각회를 주성분으로 하고, 벽돌의 내부에 다수의 공동(空洞)이 형성된 저온 소결 다공성의 경량 점토 벽돌을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 주성분의 첨가물로써 이산화망간, 산화크롬, 이산화티탄, 산화구리, 산화제이철 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물을 더 포함하는 저온 소결 다공성의 경량 유색 점토 벽돌을 제공한다.
본 발명은 백토, 흑점토, 장석, 석탄회(Fly Ash) 및 제지 소각회로 이루어지는 주성분을 혼합·분쇄하는 단계 ; 상기 혼합·분쇄물 100중량부에 대하여 물 15~21중량부를 첨가하여 이를 혼련시키고, 상기 혼련된 혼합·분쇄물을 진공 압출기를 통하여 벽돌의 내부에 다수의 공동이 형성되도록 벽돌 칼럼을 압출시킨 후 이를 컷팅하여 벽돌 형상으로 성형시키는 단계 ; 상기 성형된 벽돌을 30~120℃에서 건조시키는 단계 ; 상기 건조된 벽돌의 표면이 외부에 노출되게 적재하거나 또는 벽돌의 표면을 포개거나 맞대어 적재한 후, 터널요 또는 불연속요에서 온도를 최고 1030~1150℃ 까지 서서히 승온시키면서 15~40시간 동안 산화 또는 환원(중성)분위기로 소성시킨 후 상기 소성된 벽돌을 냉각시키는 단계로 이루어지는 다공성의 경량 점토 벽돌의 제조 방법을 제공한다.
이하 본 발명의 다공성 경량 점토 벽돌을 이루는 각각의 구성 성분 및 제조 방법을 보다 구체적으로 살펴본다.
(1)다공성의 경량 점토 벽돌의 구성 성분 및 그 작용
본 발명의 도자기질 경량 점토 벽돌의 주요 구성 성분은 백토 30~70중량%, 흑점토 10~30중량%, 장석 7~20중량%, 석탄회(Fly Ash) 2~45중량% 및 제지 소각회 (Paper Ash) 3~10중량% 이다.
또한, 상기 주요 구성 성분 100중량부에 대하여 이산화망간(MnO2) 1~4중량부, 산화구리(CuO) 0.5~2.0중량부, 이산화티탄(TiO2) 1.0~4.0중량부, 산화제이철 (F2O3) 0.5~4.0중량부 및 산화크롬(Cr2O3) 1.0~2.5중량부로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 더 첨가할 수 있다.
또한, 노란 색상을 발현하기 위하여, 이산화티탄 (1.0~2.5중량부) 및 산화제이철 (0.5~4.0중량부)을 상기 주성분에 첨가할 수 있다. 이하, 각각 성분에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
우선, 백토(Kaolin)는 카올리나이트와 할로이사이트를 주원료로 하는 백색의 점토이다. 백토의 실리카 성분은 벽돌의 뼈대 역할을 하고 알루미나 성분은 내화성을 부여하여 소성 범위를 넓게하는 작용을 할뿐만 아니라, 화학 작용, 마모 및 열충격에 대한 저항성이 우수하다.
백토(Kaolin)의 함량이 주성분의 30중량% 미만인 경우에는 소성강도가 떨어지며, 외부 환경에 대한 저항성에 문제가 있고, 70중량%를 초과할 경우에는 가소성이 떨어지고 건조시 건조강도가 저하되고, 소결시에는 소성강도가 저하되어, 압축강도가 떨어지고 흡수율이 높아지는 등 벽돌의 물성에 나쁜 영향을 미치게 된다. 전체적인 색상과 강도를 고려 할 때, 필요한 백토의 함량은 주성분의 30~70중량%가 바람직하다.
흑점토는 함수 알루미나 규산염광물을 주성분으로 하는 집합체로서, 점토는 입도가 미세하여 물에 풀었을 때 부유되며 수분을 가하면 가소성이 발현되는 성질이 있다. 또한, 건조되면 굳어져 강성을 나타내고 고온으로 소성하면 굳게 소결 되는 특성이 있다. 점토 광물로서는 카올리나이트, 디카이트, 핼로이사이트 등의 카올린계 광물, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 산성백토 등의 몬모릴로나이트계 광물, 일라이트, 해록석(海綠石) 등의 운모류 이외에도 녹니석류(綠泥石類) ·앨로판 등 여러 가지가 있다.
흑점토의 함량이 주성분의 10중량% 미만인 경우에는 강성과 강한 소결력을 보이는 점토의 특성을 발휘할 수 없고, 30중량%를 초과하는 경우에는 가소성은 증가하지만, 건조 수축 및 소성 수축력이 증가하여 건조 및 소성시 벽돌의 균열 및 변형이 발생하는 문제점이 있기 때문에, 주성분 총 중량의 10~30 중량%가 바람직하다.
장석(Feldspar)은 칼륨, 나트륨, 칼슘, 바륨의 알루미노 규산염 광물로써 화학성분은 (K, Na, Ca, Ba)(Al, Si)4O8이며, 장석의 대부분은 칼륨장석(KAlSi3 O8), 나트륨장석(NaAlSi3O8), 칼슘장석(CaAl2Si2O8)의 세가지 단성분의 계열에 속하며 연속 고용체를 이루고 있다. 본 발명의 점토 벽돌에 사용하기에 바람직한 장석으로는 알칼리장석 또는 사장석이 있다.
장석은 알칼리 성분을 비교적 많이 함유하고 있어 소성시 융제 역할을 하여 소성 온도를 낮추는 기능을 한다. 또한, 소결을 촉진하여 소결 시간을 단축하고, 소결 강도 및 압축 강도를 향상시키고, 흡수율을 저하시킬 뿐만 아니라, 내후성과 투광성을 부여하는 기능을 한다.
장석의 함량이 주성분의 7중량% 미만인 경우에는 장석 첨가에 의한 효과를 볼 수 없고, 20중량%를 초과할 경우에는 원가 상승의 문제가 있으며 장석 첨가에 의한 가속된 효과를 볼 수 없기 때문에, 주성분의 7~20중량%가 바람직하다.
석탄회(Fly Ash)는 화력 발전소에서 나오는 폐기물로서 탄소 성분과 회성분을 많이 함유하고 있다. 석탄회는 벽돌의 제조시 원가 절감은 물론 수분 조절에 유용하게 사용되고, 소성 온도를 낮추어 연료비를 절감시킨다. 또한, 석탄회는 수분과 수화하여 포졸란 반응을 일으켜 건조 강도를 증가시키고, 소성시 소결강도를 증가시키는 역할을 하여 벽돌의 압축강도, 흡수율 및 벽돌의 경량화에 많은 영향을 끼친다. 또한, 벽돌의 제조에 있어서는 미연카본에 의한 환원소성시에 반점 및 번짐 무늬를 표출시키는 작용을 한다.
석탄회의 함량이 주성분 전체의 2중량% 미만인 경우에는 석탄회의 첨가에 의한 상기 효과를 기대하기 어렵고, 45중량% 초과할 경우에는 벽돌의 성형이 어렵고, 소결시 과도한 기공이 발생하여 벽돌의 기본적인 물성에 악영향을 끼친다는 문제가 있으며, 바람직한 석탄회의 함량은 2~45중량%이다.
제지 소각회(Paper Ash)는 제지의 제조에 있어서 발생하는 폐기물로써, 그 구성 성분은 이산화규소, 산화알루미늄, 산화망간, 이산화티탄, 산화나트륨, 산화칼륨, 아황산, 수분, 미연카본 등이 있다. 제지 소각회는 석탄회 보다는 입자가 더 작으며 석탄회와 더불어 흡수율 및 소성 강도 등 벽돌의 기본적인 물성을 향상시키는 작용을 한다. 제지 소각회의 함량이 주성분 전체의 3중량% 미만인 경우에는 제지 소각회 첨가에 의한 효과를 기대할 수 없고, 10중량%를 초과하는 경우에는 제지 소각회 첨가에 의한 물성 향상의 가속된 효과가 나타나지 않을 뿐만 아니라 벽돌의 성형에 불리하게 작용하므로, 제지 소각회의 함량은 3~10중량%인 것이 바람직하다.
첨가제로서, 이산화망간(MnO2)은 발색에 영향을 미치는 회색 및 검은색의 발색 보조제이며, 소결성을 향상시키는 기능을 한다. 이산화망간의 첨가량이 상기 주성분 100중량부에 대하여 1중량부 미만인 경우에는 이산화망간 첨가에 의한 효과를 기대하기 어렵고, 4중량부를 초과하는 경우에는 너무 진한 검은색 계통의 발색을 나타낼 뿐만 아니라, 소성시 제품이 녹아 내리는 등 문제가 있을 수 있기 때문에, 주성분 100중량부에 대하여 1~4중량부 인 것이 바람직하다.
또한, 미립의 이산화망간을 첨가함으로써 소지의 입자와 입자 사이가 충진되면서 촉매역할을 하여 소성결합이 좋아져 압축강도가 증가되고 흡수율을 저하시켜 고강도의 점토 벽돌을 제조할 수 있다. 이산화망간이 첨가된 벽돌을 소성처리 함으로써, 기본색상인 연회색 바탕에 검은색 계열의 타원형의 반점이 현출된다.
이산화티탄(TiO2)은 백색의 원료로서 발색 보조제이며, 산화철과 같이 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 산화철의 함유량이 높으면 짙은 노랑색으로 발색되고, 산화철의 함량이 적으면 밝은 노랑색으로 발색된다. 또한, 이산화티탄은 소결강도를 높이는 작용을 한다. 이산화티탄의 함량은 주성분 100중량부에 대 하여 1.0~4.0 중량부 만큼 첨가하는 것이 바람직하다.
산화제이철(Fe2O3)은 붉은 색이며 화학적으로 안정하고, 내후성과 흡착력이 우수하여 다른 안료와의 혼합성이 좋으며, 수지와 용제와는 거의 반응하지 않는 발색제이다. 산화제이철의 함량이 높을수록 진한 적갈색을 띄게 되며, 벽돌의 강도와 소결성도 높아 진다.
노란색을 얻기 위한 이산화티탄과 산화철의 함량은 주성분 100중량부에 대하여 이산화티탄 1.0~2.5중량부 및 산화철 0.5~4.0중량부를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
산화크롬(Cr2O3)의 색은 일반적으로 녹색이며, 저화도의 알칼리성 유약에서는 황색을 나타내며, 납 유약에서는 적색을 얻을 수 있다. 또한, 특수한 색을 띠는 크롬주석핑크가 있는데, 여기에서는 적은 양의 크롬으로 핑크 또는 진한 자적색(紫赤色)의 정색을 보이므로 붉은 계통의 채료로도 사용될 수 있다. 산화크롬은 벽돌의 제조시 발색보조제로 쓰이며 주성분 100중량부에 대하여 1.0~2.5중량부를 혼합하여 발색을 하는 것이 바람직하다. 산화크롬이 과량으로 사용되는 경우에는 제품의 내화도 및 색상에 악영향을 끼칠 수 있다.
산화구리(CuO)의 일반적인 색상은 청녹색이며, 알칼리성 유약에서는 청색을 나타내고, 연유에서는 녹색을 나타낸다. 구리의 특이한 정색은 적색인데, 환원소성분위기에서 발색된다. 산화크롬과 마찬가지로 벽돌 제조를 제조할 때 발색 보조제로 사용되며, 주성분 100중량부에 대하여 산화구리 0.5~2.0중량부를 혼합하여 발색시키는 것이 바람직하다.
(2) 다공성의 경량 점토 벽돌 및 그 제조방법
본 발명인 경량 점토 벽돌 제조의 첫 번째 단계는 주성분인 고령토(백토) 30~70 중량%, 고령토(흑점토) 10~30중량%, 장석 7~20중량%, 석탄회 2~45 중량%, 제지 소각회 3~10중량%를 혼합·분쇄하는 단계이다. 예를 들면, 상기 분쇄는 롤밀을 통하여 평균직경이 0.7~1.0mm 이하가 되도록 분쇄할 수 있다.
다음 단계는 상기 혼합·분쇄물 100중량부에 대하여 물 15~21중량부를 첨가하여 혼련하고, 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 압출·성형을 시키는 단계이다.
본 단계에서 상기 물의 함량이 주성분 100중량부에 대하여 15중량부 미만인 경우에는 성형이 되지 않고, 21중량부를 초과할 경우에는 벽돌의 형태가 유지되지 않으며 제품 규격의 치수 오차가 커지는 문제가 있다. 또한, 발색제 1~8중량부를 첨가하는 것도 가능하다.
본 단계에서 상기 성형은 유압프레스에 의한 성형방법이 아닌 소지속의 공기를 완전히 제거한 후 진공 토련하여 압출시킨 후, 압출된 소지를 벽돌 형상으로 절단하여 성형하는 단계로 이루어진다. 이러한 성형 방법은 점토를 많이 사용할 때 적합하며, 프레스 제품보다 조직이 치밀하고 흡수율 및 소결 강도를 향상시킬 수 있는 방법이다.
상기 진공 압출기의 금형은 벽돌의 내부에 다수의 공동(空洞)이 형성되도록, 다수의 코어를 가진 금형을 사용하여야 한다. 보다 구체적으로, 상기 금형은 공동( 空洞)이 형성된 면의 전체 단면적에 대한 공동(空洞)의 면적의 비율, 즉 공동율(空洞率)이 30% 미만인 경우에는 공동(空洞) 형성에 따른 차음, 방음 및 단열 등의 효과가 미약하고, 35%를 초과할 경우에는 초경량의 점토 벽돌로서 과도한 강도의 저하를 수반하는 문제가 있기 때문에, 공동율(空洞率)은 30 ~ 35% 인 것이 바람직하다.
또한, 다공성 경량 점토 벽돌를 제조할 때 큰 공동(空洞)이 소수개 있는 것보다는 작은 공동(空洞)이 많이 있는 것이 차(방)음 및 단열의 효과에서 유리하며, 특히 공동(空洞) 1개의 면적은 통상적인 벽돌 단면적의 1.2 ~ 1.5%에 해당하는 2.0 ~ 2.8㎠ 이 바람직하며, 공동(空洞)의 개수는 25 ~ 36개가 바람직하다.
다음 단계는, 상기 성형된 벽돌을 건조로에서 최초 약 30℃에서 온도를 최고 약 120℃까지 시간당 50℃ 내외로 서서히 승온하여 48~60 시간 동안 건조시키는 단계이다.
마지막 단계는 상기 건조된 벽돌을 가마에서 소성 후 냉각시키는 단계인데, 상기 가마로는 터널 가마(tunnel kiln) 또는 불연속 가마가 바람직하고, 상기 가마의 내부 온도는 최초 약 40℃에서 부터 1030~1100℃까지 온도를 시간당 50℃ 내외로 서서히 높이면서 15~40시간 동안 산화 또는 환원(중성)분위기로 소성한 후, 소성된 벽돌을 시간당 100℃ 내외로 서서히 냉각시키는 단계이다.
본 단계에서, 상기 성형 건조된 벽돌의 적재 방법으로는 벽돌 각각의 표면이 노출되게 적재하거나, 표면을 서로 포개거나 맞대어 적재하는 것이 바람직한데, 표면이 노출되게 적재하는 경우에는 새로운 색상을 발현시킬 경우에 적합한 것이고, 표면을 포개거나 맞대어 적재하는 방법은 적재된 벽돌면 사이의 경계부분에서 번짐 무늬와 반점무늬를 현출시키고자 하는 경우에 적합한 적재 방식이다.
또한, 상기 점토벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 첨가물로서 이산화망간(MnO2) 1~4중량부, 산화크롬(Cr2O3) 1~2.5중량부, 이산화티탄(TiO 2) 1.0~4.0중량부, 산화구리(CuO) 0.5~2.0중량부 및 산화제이철(F2O3) 0.5~4.0중량부로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 첨가물로 혼합함으로써 다양한 색상의 저온소결 경량 점토 벽돌 및 바닥 점토 벽돌을 제조할 수도 있다. 노랑색상을 현출시키기 위해서는 상기 점토 벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 첨가물로써 이산화티탄(TiO2) 1.0~2.5중량부 및 산화제이철(F2O3) 0.5~4중량부를 첨가하여 혼합하는 것이 바람직하다.
하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는 것이지, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
주원료인 백토 50중량%, 흑점토 25중량%, 장석 7중량%, 석탄회 15중량%, 제지 소각회 3중량%를 혼합하여 분쇄하였다. 다음, 상기 주성분 100중량부에 대하여 물 17중량부를 넣어 혼련하고, 단면적이 2.89㎠인 코어가 28개 형성되고 압출되는 소지의 절단면이 가로244mm × 세로113mm 이 되도록 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 상기 혼합물을 압출시킨 후, 압출된 소지를 벽돌 형상으로 절단하여 성형시켰다. 다음, 온도가 최고 120℃ 까지 서서히 승온되도록 조절된 건조로에서 상기 성형된 벽돌을 약 50시간 건조시켰다. 다음, 상기 건조된 점토 벽돌의 표면을 서로 포개거나 맞대어 적재하여 터널가마에 투입하고, 가마 내부 온도를 최고 1100℃ 까지 서서히 승온하여, 39시간 환원(중성) 분위기로 소성하여 냉각시킴으로써, 벽돌이 서로 포개거나 맞대어진 면에서 붉은 색 계열의 번짐 무늬 및 반점 무늬가 현출되는 다공성의 경량 점토 벽돌(가로 230mm ×세로110mm, 공동 1 개의 단면적 : 2.75㎠)을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-1과 같다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 코어가 30개 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 혼합물을 압출한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하였으며, 그 주요 물성은 하기 표 5-1과 같다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 코어가 32개 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 혼합물을 압출한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하였으며, 그 주요 물성은 하기 표 5-1과 같다.
[실시예 4]
상기 실시예 2에서 주성분 100중량부에 대하여 물 17중량부와 함께 이산화 망간 2 중량부를 더 넣어 혼련한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 처리하여, 벽돌이 포개진 면에서 회색바탕에 검은색 계열의 번짐무늬 및 반점무늬가 현출되는 다공성의 경량 점토 벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-1과 같다.
[실시예 5]
상기 실시예 2에서 주성분 100중량부에 대하여 물 17중량부와 함께 산화구리 0.7 중량부를 더 넣어 혼련한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 처리하여, 벽돌이 서로 포개진 면에서 청녹색 계열의 번짐무늬 및 반점무늬가 있는 다공성의 경량 점토 벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-1과 같다.
[실시예 6]
상기 실시예 2에서 주성분 100중량부에 대하여 물 17중량부와 함께 이산화티탄 2.5중량부와 산화제이철 1중량부를 더 넣어 혼련하고, 터널 가마의 내부 온도를 최고 1175℃ 까지 승온시키고 39시간 동안 산화분위기로 소성한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 처리하여, 고강도의 밝은 노랑의 색상을 나타내는 다공성의 경량 점토 벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-1과 같다.
[실시예 7]
상기 실시예 2에서 주성분 100중량부에 대하여 물 17중량부와 함께 산화크롬 2.5중량부를 더 넣어 혼련하고, 터널 가마의 내부 온도를 최고 1175℃ 까지 승온시키고 39시간 동안 산화분위기로 소성한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 처리하여, 고강도의 녹색계통을 나타내는 다공성의 경량 점토 벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-1과 같다.
[실시예 8]
상기 실시예 1에서 단면적이 2.1㎠인 코어가 27개 형성되고 압출되는 소지의 절단면이 가로 202mm ×세로 97mm 가 되도록 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 혼합물을 압출한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 처리하여, 벽돌이 서로 포개거나 맞대어진 면에서 붉은 색 계열의 번짐 무늬 및 반점 무늬가 현 출되는 다공성의 경량 점토 벽돌(가로 190mm ×세로 90mm, 공동 1 개의 단면적 : 2.0㎠)을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-1과 같다.
[비교예 1]
고령토(백토) 68중량%, 고령토(흑점토) 25중량%, 장석 7중량%를 혼합하여 분쇄한 후, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 물 17중량부를 넣어 혼합, 혼련하고, 코어가 없고, 압출되는 소지의 절단면이 가로 244mm ×세로113mm 이 되도록 형성된 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 압출 시킨 후, 압출된 소지를 벽돌 형상으로 절단하여 성형시킨다. 다음, 건조로의 온도를 최고 120℃ 까지 서서히 승온되도록 조절하면서, 상기 성형된 벽돌을 약 50시간 건조시킨다. 다음, 상기 건조된 점토벽돌을 서로 포개거나 맞대어 적재하여 터널가마에 투입하고, 가마 내부 온도를 최고 1175℃ 까지 서서히 승온하여, 39시간 산화분위기로 소성하여 냉각시킴으로써 점토벽돌(가로 230mm ×세로110mm)을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-2과 같다.
[비교예 2]
상기 비교예 1에서 단면적이 2.94㎠인 코어가 30개 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 혼합물을 압출한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 경량 점토 벽돌(공동 1 개의 단면적 : 2.80㎠)을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-2와 같다.
[비교예 3]
상기 비교예 1에서 단면적이 2.94㎠인 코어가 33개 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 혼합물을 압출한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방 법으로 경량 점토 벽돌을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-2와 같다.
[비교예 4]
상기 비교예 1에서 단면적이 2.74㎠인 코어가 36개 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 혼합물을 압출한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 경량 점토 벽돌(공동 1 개의 단면적 : 2.60㎠)을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-2와 같다.
[비교예 5]
상기 비교예 1에서 단면적이 2.74㎠인 코어가 39개 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 혼합물을 압출한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 경량 점토 벽돌(공동 1 개의 단면적 : 2.60㎠)을 제조하였다. 그 주요 물성은 하기 표 1-2와 같다.
[표 1-1. 다공성의 경량 점토 벽돌(실시예 1 내지 8)의 물성]
구분 주원료대체물 및 첨가물 압축 강도 (kgf/cm2) 흡수율(%) 색상 무늬 중금속 용출시험
실시예 1 석탄회 제지소각회 315 7.8 Ivory 번짐무늬 불검출
실시예 2 석탄회 제지소각회 300 8.9 Ivory 번짐무늬 불검출
실시예 3 석탄회 제지소각회 290 8.4 Ivory 번짐무늬 불검출
실시예 4 석탄회, 제지소각회, 산화망간 310 8.6 Grey 번짐무늬 불검출
실시예 5 석탄회, 제지소각회, 산화구리 280 9.0 Blue 번짐무늬 불검출
실시예 6 석탄회, 제지소각회, 이산화티탄, 산화제이철 290 8.5 Yellow 없음 불검출
실시예 7 석탄회, 제지소각회, 산화크롬 300 9.5 Green 없음 불검출
실시예 8 석탄회, 제지소각회 270 9.0 Ivory 번짐무늬 불검출
[표 1-2. 점토 벽돌(비교예 1 내지 5)의 물성]
구분 주원료대체물 및 첨가물 압축강도 (kgf/cm2) 흡수율(%) 색상 무늬 중금속 용출시험
비교예 1 없음 290 9.8 Ivory 없음 불검출
비교예 2 없음 300 9.0 Ivory 없음 불검출
비교예 3 없음 275 9.1 Ivory 없음 불검출
비교예 4 없음 285 9.1 Ivory 없음 불검출
비교예 5 없음 260 9.4 Ivory 없음 불검출
* 중금속용출시험 항목: Hg, Cu, Cr+6, Pb, Cd, As, CN- (mg/L)
하기 표 2는 본 발명의 원료인 백토, 흑점토, 장석, 석탄회 및 제지소각회의 성분을 분석한 자료이다.
[표 2. 주요원료의 성분분석]
구분 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O TiO2 MnO2 P2O5 C Ig- loss
고령토 (흑점토) 63.2 17.5 0.60 0.90 3.36 3.05 1.22 - - - - 9.50
고령토 (백토 A) 48.6 30.5 4.91 0.36 1.73 1.51 2.39 - - - - 9.76
고령토 (백토 B) 49.7 31.1 7.66 0.28 0.83 1.09 3.16 - - - - 6.09
고령토 (백토 C) 48.2 30.3 4.87 0.32 1.70 1.48 2.31 - - - - 9.71
고령토 (백토 D) 72.8 16.1 0.09 0.12 0.97 4.84 0.28 0.03 0.09 0.02 - 4.12
장석 70.5 16.2 0.29 0.12 0.73 5.55 2.83 - - - - 3.59
석탄회 43.9 29.1 0.76 0.68 3.55 3.78 0.58 1.43 - - 14.0 16.1
제지 소각회 46.0 17.1 16.6 7.1 2.4 0.6 0.57 0.8 - - 1.0 7.3
[표 3. 소성분위기에 따른 발색제의 정색변화]
발색원료 소성분위기
산화 환원 중성
이산화망간 갈색(흑색) 적갈색 갈색(흑색)
이산화티탄 오렌지색 암오렌지색 오렌지색
산화철 적갈색 청색 적갈색
산화크롬 황록색(홍색) 녹색(청록색) 녹색(청록색)
산화구리 청색, 녹색 적색 청색, 녹색
이산화티탄 + 산화철 노란색 오렌지색 노란색
[표 4. 실시예 1 내지 8의 소성 전 후의 벽돌의 조성 분석]
구분 SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O TiO2 MnO2 P2O5 C Ig- loss
소성 전 51.5 29.6 3.13 0.76 3.11 1.17 1.17 0.65 0.11 0.04 4.74 5.14
소성 후 54.7 33.1 3.92 0.80 2.94 2.10 2.39 0.59 0.06 0.03 0.02 0.11
하기 표 5는 실시예 1 내지 8과 비교예 1 내지 5의 공동율, 열전도도 등을 분석한 자료이다.
[표 5-1. 실시예 1 내지 8의 방법으로 제조된 벽돌의 공동율, 열전도도 등의 분석 자료]
구분 공동 수(개) 공동율(%) 기공율(%) 열전도도 (W/mK)
실시예 1 28 30.4 19.2 0.6371
실시예 2 30 32.6 18.0 0.6015
실시예 3 32 34.8 18.5 0.6632
실시예 4 30 32.6 18.8 0.6248
실시예 5 30 32.6 18.4 0.6514
실시예 6 30 32.6 19.9 0.6124
실시예 7 30 32.6 20.3 0.6450
실시예 8 27 31.6 18.3 0.6214
[표 5-2. 비교예 1 내지 5의 방법으로 제조된 벽돌의 공동율, 열전도도 등의 분석 자료]
구분 공동 수(개) 공동율(%) 기공율(%) 열전도도 (W/mK)
비교예 1 0 0 20.8 0.7515
비교예 2 30 33.2 20.2 0.6413
비교예 3 33 36.5 19.7 0.6518
비교예 4 36 37.0 19.4 0.6539
비교예 5 39 40.1 20.2 0.6945
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 점토벽돌의 주재료인 백토, 흑점토, 장석을 대신하여, 산업폐기물인 석탄회 및 제지 소각회를 사용함으로써 원료비용을 약 30%까지 절감하여 원가 경쟁력을 높이고, 생태계를 위협하는 유해물질의 배출을 사전에 차단하는 환경 복지 선진국 기반 구축에 초석이 되는 우수한 발명이다.
또한, 석탄회나 제지 소각회에 포함된 약 6중량% 내외의 알칼리성분으로 인한 저온 소결 효과와 탄소를 포함한 가연성 성분(8~16중량%)의 연소에 의하여 열에너지를 얻을 수 있으므로, 기존의 소결 온도보다 약 100℃ 낮은 온도에서 소결이 이루어지는데, 이러한 저온 소결은 연료비를 최대 약 40% 까지 절감할 수 있는 것 으로서 에너지 절약 차원에서 아주 획기적인 것이다.
또한, 본 발명의 방법으로 생산된 다공성 경량 점토 벽돌은 완전결합에 의한 고형화, 안정화된 것이어서, 침출수로 인한 2차오염을 염려할 필요가 없는 환경 친화적이고 인체에 유익한 우수한 점토 벽돌이다.
또한, 본 발명에 형성된 다수의 공동(空洞)은 벽돌을 경량화 시키고 원가를절감시킬 뿐만 아니라, 본 발명은 공동(空洞)이 없거나 적게 형성된 벽돌에 비하여 건물시공 후 벽체 내부에 형성된 다수 공기 층이 음파의 차단 및 열전도를 떨어뜨리는 작용에 의하여 우수한 흡음, 차음 및 단열 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 점토 벽돌의 주성분으로 백토 30~70중량%, 흑점토 10~30중량%, 장석 7~20중량%, 석탄회(Fly Ash) 2~45중량% 및 제지 소각회(Paper Ash) 3~10중량%를 포함하며, 벽돌의 내부에 다수의 공동(空洞)이 공동율은 30 ~ 35% 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 다공성 경량 점토 벽돌.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 점토 벽돌의 주성분 100중량부에 대하여, 이산화망간(MnO2) 1~4중량부, 산화구리(CuO) 0.5~2.0중량부, 이산화티탄(TiO2) 1.0~4.0중량부, 산화제이철(F2O3) 0.5~4.0중량부 및 산화크롬(Cr2O3) 1~2.5중량부로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 경량 점토 벽돌.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 점토 벽돌의 주성분 100중량부에 대하여 첨가물로서 이산화티탄(TiO2) 1.0~2.5중량부 및 산화제이철(F2O3) 0.5~4.0중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성의 유색 경량 점토 벽돌.
  4. 삭제
  5. 점토벽돌의 주성분으로 백토 30~70중량%, 흑점토 10~30중량%, 장석 7~20중량%, 석탄회(Fly Ash) 2~45중량% 및 제지 소각회(Paper Ash) 3~10중량%를 혼합·분쇄하는 제 1 단계 ;
    상기 혼합·분쇄물 100중량부에 대하여 수분량이 15~21중량부가 되도록 유지하여 혼련하고, 상기 혼련된 혼합·분쇄물을 공동(空洞)이 다수개 형성된 다공 금형이 장착된 진공 압출기를 통하여 공동율(空洞率)이 30~35%가 되도록 압출시킨 후 상기 압출된 소지를 벽돌 형상으로 성형시키는 제 2 단계 ;
    상기 성형된 벽돌의 온도를 120℃ 까지 시간당 50℃ 내외로 서서히 승온시키면서 48~60 시간 동안 건조시키는 제 3 단계 ; 및
    상기 건조된 벽돌의 표면이 외부에 노출되게 적재하거나 또는 벽돌의 표면을 포개거나 맞대어 적재한 후, 온도가 1030~1100℃ 까지 승온되도록 조절된 터널요 또는 불연속요에서 15~40시간 동안 소성하는 제 4 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 경량 점토 벽돌의 제조방법.
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