[논문]굴패각의 물리화학적 특성 및 소성가공 특성에 관한 연구

이학수; 박덕원; 우달식

doi:10.5762/kais.2009.10.12.3971

굴패각의 물리화학적 특성 및 소성가공 특성에 관한 연구
A Study on physicochemical and calcination processed characteristic of oyster shell 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.10 no.12, 2009년, pp.3971 - 3976

이학수 ((재)한국계면공학연구소) , 박덕원 (한국세라믹기술원) , 우달식 ((재)한국계면공학연구소)

초록
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본 연구에서는 버려지는 굴패각을 상수도관 내부의 부식방지를 위한 세라믹 코팅제의 원료물질로 활용하고자 굴패각의 물리화학적 특성 및 소성가공 특성에 관한 연구를 수행하였다. 굴패각은 92.08%가 탄산칼슘($CaCO_3$)으로 이루어져 있었으며, 분쇄된 굴패각 입자의 형태는 대부분 타원형 형태를 나타내었다. 그리고 소성 처리된 굴패각의 특성은 소성온도가 높고 소성시간이 경과할수록 무게감소량 및 칼슘함량이 증가하는 경향을 나타내어 소성온도를 높이고 입자크기를 작고 균일하게 할수록 소성가공이 효율적인 것으로 나타났다. 이에 소성가공 처리된 굴패각은 정수장 및 상하수도관의 내부 부식방지를 위한 세라믹 코팅제의 원료물질로써 재활용이 가능할 것으로 판단하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we secured wasted oyster shells as raw materials in order to applicate it to corrosion preventive ceramic coating reagent in the drinking water pipeline. Then, we investigated physicochemical properties in terms of basic calcination processing. Oyster shell was composed with 92.08% of $CaCO_3$ and the shapes of the pulverized particles were mostly oval. The calcined oyster shell showed increasing tendency of weight loss and of calcium content with the lapse of time and increase of temperature. The result indicates that the higher calcination processing temperature and the uniformly smaller particle size give more efficiency during calcination process. Therefore it is anticipated to be a good ceramic material to protect a surface of cleaning bed and inside of a tap water pipes from corrosion.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

배관의 부식으로 인한 녹물 출수를 억제하기 위해서는 액상에폭시에 의한 상수도 라이닝방법과 PE관의 반전삽입 방법이 있으나, 전자는 경화시간이 24시간 이상 필요하여 시공시간이 길며 무엇보다도 비스페놀A에 대한 안전성 문제가 대두되어 있고, 후자는 시공 후 약 1년 경과시점부터 들뜸 현상이 발생되어 국내 적용이 매우 미미한 실정이다.[7] 따라서, 본 연구는 해안에서 무분별하게 버려지는 굴패각을 상도관등 수도시설의 코팅제로 재활용하기 위해 굴패각의 물리화학적 특성 및 소성가공 특성을 연구하였다.
본 연구는 재활용되지 못하고 대부분 매립 및 방치되고 있는 굴패각을 상수도관 내부의 부식방지를 위한 세라믹 코팅제의 원료물질로 활용하고자 패각분말에 대한 물리화학적 특성 및 소성가공 특성에 대한 연구를 수행하였으며, 도출된 결론은 다음과 같았다.

제안 방법

굴패각을 구성하고 있는 성분을 분석하기 위해 그림 1과 같은 원형의 굴패각을 수돗물로 세척한 후 건조기에 100℃로 24시간 건조하여 70㎛크기로 분쇄하여 XRF분석을 실시한 결과 굴패각의 성분 중량비가 표 1과 같이 나타났다.
본 연구에서 사용된 굴패각은 충남 태안의 X지역에 야적되어 있는 굴패각을 수거, 운반하여 수돗물로 세척 후 100℃에서 24시간 건조한 시료를 파쇄하여 사용하였다. 굴패각의 성분 분석은 X선 형광분석기(XRF : X-Ray Fluorescence Spectro meter, S2 Ranger, BRUKER)를 사용하였으며, 결정구조를 확인하기 위하여 X-선 회절장치(XRD : X-Ray Diffractometer System, D/MAX -2500V, Rigaku)를 사용하여 분석을 실시하였다. 또한, 굴패각의 강열감량 및 상전이 온도를 조사하기 위해 열중량분석(TG : Thermogravimetric, TGA/STDA85leLF, 1600METTLER-TOLEDO)과 시차주사열량계(DSC : Differential Scanning Calorimeter, DSC822e, METTLER TOLEDO KOREA)를 사용하였다.
굴패각의 성분 분석은 X선 형광분석기(XRF : X-Ray Fluorescence Spectro meter, S2 Ranger, BRUKER)를 사용하였으며, 결정구조를 확인하기 위하여 X-선 회절장치(XRD : X-Ray Diffractometer System, D/MAX -2500V, Rigaku)를 사용하여 분석을 실시하였다. 또한, 굴패각의 강열감량 및 상전이 온도를 조사하기 위해 열중량분석(TG : Thermogravimetric, TGA/STDA85leLF, 1600METTLER-TOLEDO)과 시차주사열량계(DSC : Differential Scanning Calorimeter, DSC822e, METTLER TOLEDO KOREA)를 사용하였다. 파쇄한 입자 형태를 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM : JSM-840A, JEOL)을 통해 관찰하였으며, 굴패각의 소성가공 특성을 알아보기 위해 Furnace로 500～900℃로 10～240분간 소성처리한 후 무게감소량 및 칼슘함량을 측정하였다.
또한, 굴패각의 강열감량 및 상전이 온도를 조사하기 위해 열중량분석(TG : Thermogravimetric, TGA/STDA85leLF, 1600METTLER-TOLEDO)과 시차주사열량계(DSC : Differential Scanning Calorimeter, DSC822e, METTLER TOLEDO KOREA)를 사용하였다. 파쇄한 입자 형태를 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM : JSM-840A, JEOL)을 통해 관찰하였으며, 굴패각의 소성가공 특성을 알아보기 위해 Furnace로 500～900℃로 10～240분간 소성처리한 후 무게감소량 및 칼슘함량을 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 굴패각은 충남 태안의 X지역에 야적되어 있는 굴패각을 수거, 운반하여 수돗물로 세척 후 100℃에서 24시간 건조한 시료를 파쇄하여 사용하였다. 굴패각의 성분 분석은 X선 형광분석기(XRF : X-Ray Fluorescence Spectro meter, S2 Ranger, BRUKER)를 사용하였으며, 결정구조를 확인하기 위하여 X-선 회절장치(XRD : X-Ray Diffractometer System, D/MAX -2500V, Rigaku)를 사용하여 분석을 실시하였다.

성능/효과

1) 굴패각은 92.08%의 탄산칼슘(CaCO₃)로 이루어져 있었으며, 900℃이상 가열시 산화칼슘 형태로 존재하였다. 또한, 입자형태는 대부분 타원형 형태를 나타내었다.
2) 굴패각의 소성온도 및 소성시간에 따른 특성변화는 소성온도가 높을수록, 소성시간이 경과 할수록 무게감소율은 증가하는 경향을 나타냈으며, 소성온도가 높고 입자크기가 작을수록 무게감소율 또한 증가하는 것으로 나타났다.
3) 칼슘함량은 소성시간이 경과할수록, 소성온도가 높을수록 산화칼슘함량이 증가하는 것으로 나타나 소성온도가 높고 분말의 입자크기를 작게 할수록 소성가공이 효율적인 것으로 나타났다.
따라서, 900℃이상 가열해도 잔존되는 성분은 이산화탄소(CO₂)로 판단된다. TG-DSC분석 결과를 XRF분석 결과와 조합하여 판단하면 XRF분석결과에서 손실된 물질의 92.69%, 즉 전체 굴 패각 성분의 40.23%가 이산화탄소이며 순수한 유기물은 2.51%, 수분 0.66%로 나타났다. 즉, 굴패각은 92.
굴패각 입자크기를 0.08~2.00mm로 각각 분쇄하여 500~700℃로 240분간 소성하여 무게감소율을 측정한 결과 그림 8과 같이 소성온도가 높고 입자 크기가 작을수록 무게감소율은 증가하는 것으로 나타났다.
굴패각을 2mm 크기의 입자로 분쇄하여 소성온도를 500～700℃로 240분간 소성한 결과 그림 6과 같이 500℃<600℃<700℃순으로 무게감소율이 증가하는 경향을 나타내었고, 소성시간을 10～240분간 소성시킨 굴패각의 무게감소율 측정결과 그림 7에 나타낸 바와 같이 소성시간이 경과할수록 무게감소율은 증가하는 것으로 나타났다.
굴패각의 소성시간 및 소성온도 변화에 따른 칼슘함량 변화를 살펴본 결과 그림 9에서 보는 바와 같이 소성시간이 경과할수록, 소성온도가 높을수록 칼슘함량은 증가하는 것으로 나타났다.
또한, XRD분석 결과를 통해서도 굴패각의 주요 구성성분이 탄산칼슘(CaCO₃)임을 그림 2에서 확인할 수 있었다.
또한, 소성한 굴패각의 BET분석결과 굴패각은 표 2와 같이 329m2/g의 비표면적을 나타내었으며, 그림 6에서 보는 바와 같이 다공성을 띠고 있는 것으로 확인하였다.
66%로 나타났다. 즉, 굴패각은 92.08%의 탄산칼슘(CaCO₃)와 4.75%의 무기물, 2.51%의 유기물 및 0.66%의 수분으로 존재하는 것을 알 수 있었다.
표 1의 결과 굴패각은 산화칼슘(CaO)성분이 51.56%을 차지하고 있었으며, (1)의 계산에 의해 간접적으로 탄산칼슘(CaCO₃)의 중량을 계산한 결과 92.08%가 함유되어 있는 것으로 나타났다.

후속연구

4) 굴패각의 성분분석 결과 소량의 인과 칼슘이 함유되어 있어 코팅 시 인산칼슘을 생성하여 강도를 증진시킬 수 있고, 비표면적이 329m²/g을 갖는 다공성 무기물로써 열충격에 의한 수축팽창에 매우 안정하여 코팅 시크랙 방지 효과가 있어 소성 가공된 굴패각을 상수도관 내부 부식 방지를 위한 세라믹 코팅제의 원료로써 재활용이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	굴패각의 성분은 무엇인가?	66%로 나타났다. 즉, 굴패각은 92.08%의 탄산칼슘(CaCO3)와 4.75%의 무기물, 2.51%의 유기물 및 0.66%의 수분으로 존재하는 것을 알 수 있었다.
	굴패각의 입자형태는 무엇인가?	08%의 탄산칼슘(CaCO3)로 이루어져 있었으며, 900℃이상 가열시 산화칼슘 형태로 존재하였다. 또한, 입자형태는 대부분 타원형 형태를 나타내었다.
	굴패각의 소성온도 및 소성시간에 따른 특성변화는 어떠한가?	2) 굴패각의 소성온도 및 소성시간에 따른 특성변화는 소성온도가 높을수록, 소성시간이 경과 할수록 무게감소율은 증가하는 경향을 나타냈으며, 소성온도가 높고 입자크기가 작을수록 무게감소율 또한 증가하는 것으로 나타났다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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