[논문]폐유리를 재활용한 인공경량골재의 발포기구

강신휴; 이기강

doi:10.4191/kcers.2010.47.5.445

폐유리를 재활용한 인공경량골재의 발포기구
Bloating Mechanism of Artificial Lightweight Aggregate for Recycling the Waste Glass 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.47 no.5 = no.330, 2010년, pp.445 - 449

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to improve recycling rate of the waste glasses by investigating bloating mechanism. In this study, we use waste glass(W/G) and hard clay(H/C) as raw materials. The artificial lightweight aggregates were formed by plastic forming($\phi$=10 mm) and sintered by fast firing method at different temperatures(between 700 and $1250^{\circ}C$). The physical properties of the aggregates such as bulk specific gravity, adsorption and microstructure of surface and cross-section are investigated with the sintering temperature and rate of W/G-H/C contents. As the result of the bulk specific gravity graphs, we can found out the inflection point at content of W/G 60 wt%. From the microstructure images, we considered the artificial lightweight aggregates content of W/ G over 60wt% are distributed numerous micro-pores by organic oxidation without Black Core and the artificial lightweight aggregates of W/G below 60 wt% are distributed macro-pores with Black Core.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 폐유리-적점토 에코 인공경량골재 제조방법을 연구하기 위해서는 발포기구 확립이 우선되어야 하므로 폐유리-적점토 조성별 에코 인공경량골재를 제조하여 급속 소성하에 물성 및 미세구조 관찰을 하였다.
이에 본 연구는 폐유리를 원료로 하여 자연경량골재에 비하여 기공분포, 기공율, 밀도, 크기 그리고 형상 등의 특성 제어가 용이한 장점⁷⁾이 있는 인공경량골재를 제조하고 그 발포기구를 규명함으로써, 폐유리 재활용시 문제가 되는 전처리 비용을 해결하고 재활용율을 증진시킬 수 있는 인공경량골재 제조 방법을 제시하고자 하였다.

제안 방법

이 결과를 바탕으로 폐유리에 적점토를 10 wt% 단위로 치환하여 혼합 후 에코 인공경량골재를 성형하였고, 혼합 비율에 따른 각 소성온도를 결정하여 급속 소성법으로 골재를 소성하였다. 각 혼합비율에 따른 소성온도를 Table 2에 나타내었다.
사용한 폐유리와 적점토의 화학조성을 Table 1에 나타내었다(XRF, ZSX-100e, Rigaku, Japan). 폐유리를 주 원료로 한 에코 인공 경량 골재를 제조하기 위하여 적점토와 폐유리를 Pin mill을 이용하여 분쇄하였다. Fig.
폐유리와 적점토 혼합 원료의 에코 인공경량골재 소성 온도를 결정하기 위하여 폐유리와 적점토를 각각 약 10 mm의 구형으로 성형하였고, 폐유리 100%인 성형 골재를 700℃~800℃에서 50℃ 간격으로 성형 골재를 투입하여 10분간 유지한 후 배출시키는 급속 소성법으로 소성하였으며, 적점토 100%인 성형 골재는 1100℃~1250℃에서 50℃ 간격으로 급속 소성하였다.
폐유리와 적점토의 결정상을 X-선 회절분석(XRD, RINT8100H/PC, Rigaku, Japan)을 통해 측정하였고, TG/DTA(STA 409 C/CD, Netzsch. Co., Ger.)을 통해 원료의 열적 특성을 살펴보았다.

대상 데이터

본 실험에서 사용된 적점토는 적벽돌 원료로 사용되는 흙으로써 철분이 다량 포함된 알루미노실리케이트 광물이며, 폐유리는 R₂O(Na₂O+K₂O)가 12.73 wt%이며 RO(CaO+MgO)가 11.42 wt%, RO₂(SiO₂)가 65.26 wt%인 전형적인 Soda-lime 유리이다. 사용한 폐유리와 적점토의 화학조성을 Table 1에 나타내었다(XRF, ZSX-100e, Rigaku, Japan).

이론/모형

소성 후 KS L 3114 규격에 의한 방법으로 부피비중 및 흡수율을 측정하였으며, 각 조성 및 온도에 따른 골재에 대한 미세구조를 Camscope(DSC-105, Sometech Vision, Korea)를 통해 관찰하였다.

성능/효과

Fig. 6(a), (b) 그래프 모두 폐유리 60 wt%-적점토 40 wt%를 기점으로 기울기가 달라지는 것을 알 수 있는데 이는 Fig. 4와 Fig. 5에서 볼 수 있듯이 폐유리 함량이 60 wt%이상인 경우는 에코 인공경량골재의 단면에 Black Core가 없이 미세한 기공이 매우 많이 분포되어 있고, 반면에 폐유리 함량이 60 wt% 이하인 골재에서는 Black Core가 생성되어 있음을 확인할 수 있었다.
2) 폐유리 에코 인공경량골재는 유기물의 산화로 인한 발포와 유리 연화점 이상인 750℃에서 발포하여 부피비중 1 이하로 경량화되었다.
3) 폐유리 함량이 60 wt% 이상인 에코 인공경량골재는 유기물의 산화에 의한 발포가스 생성과 표면의 점성거동에 의하여 발포됨을 알 수 있었으며, 초경량 비구조용 골재제조에 유리하다.
4) 폐유리 함량이 60 wt% 이하인 에코 인공경량골재는 산화철의 환원 반응에 의한 발포가스 생성과 표면치밀화에 의하여 발포됨을 알 수 있었으며, 구조용 경량골재 제조에 유리하다.
6(a)와 같이 폐유리 함량 60 wt%를 기점으로 기울기가 달라지는 것이 확인된다. 또한 Fig. 6에서 폐유리 60 wt% 이하의 조성별 발포온도 기울기는 거의 유사하며, 폐유리 60 wt% 이상의 조성별 발포온도 기울기는 일치하여 실험의 일관성을 검증할 수 있었다.
3의 TG/DTA 분석에서 알 수 있듯이 약 700℃ 부근의 연화점과 유기물의 산화로 인하여 발포된 것으로 사료된다. 또한 적점토 100 wt% 인공경량골재는 전혀 발포가 일어나지 않고 소결이 진행되는 것을 확인할 수 있었다.
폐유리 100 wt%와 적점토 100 wt%로 제작된 인공경량골재의 소성실험 결과 폐유리 100 wt% 인공경량골재는 750℃에서 발포하여 부피비중이 1 이하로 나타났으며(Fig. 5), 이는 Fig. 3의 TG/DTA 분석에서 알 수 있듯이 약 700℃ 부근의 연화점과 유기물의 산화로 인하여 발포된 것으로 사료된다. 또한 적점토 100 wt% 인공경량골재는 전혀 발포가 일어나지 않고 소결이 진행되는 것을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유리질 계통의 폐기물은 무엇으로 분류될 수 있는가?	유리질 계통의 폐기물들은 형상 및 용도에 따라 판유리(flat glass), 공동유리(hallow glass), 섬유유리(fiber glass) 그리고 광학유리(optical glass) 등으로 분류될 수 있으며 이들의 재활용 여건은 금속 또는 플라스틱류의 폐기물에 비하여 상대적으로 매우 낮다. 이러한 유리류들은 생산제품 종류가 다양하여 분리수거 등 재활용을 위한 전처리 비용이 높은데 비해 재활용품의 부가가치가 상대적으로 낮고, 유리제품의 용도에 따라 구성 성분 및 유리의 특성이 다른 까닭에 이들 유리를 대량으로 손쉽게 처리할 수 있는 방안의 마련이 쉽지 않아 재활용에 어려움을 겪고 있는 실정이다.
	선진국에서는 이러한 폐유리의 처리에 대해 어떤 방안이 연구되었는가?	한편, 선진국에서는 이러한 폐유리의 처리방안에 대해 다각적으로 검토하여 콘크리트의 혼화재 및 골재로 활용하는 방안, 도로의 포장재로 활용하는 방안,1) 건축 내외장재에 활용하는 방안3) 등이 연구되었으며 관련 기술이 성숙되어 있는 단계로 일부 상용화에 성공한 사례도 있다. 그러나 국내의 경우 관련 연구는 이화영 등4)이 경량골재 제조시 유리연마슬러지를 혼입하여 경량골재 소성온도를 낮추는 연구를 하였으나, 유리슬러지 혼입량이 최대 25%로 제한되어 있으며, 이철태 등5)과 엄동식 등6)은 발포유리로의 재활용 연구를 하였으나 경제성이 없으며, 김영길 등1)은 폐유리로 타일을 제조하는 연구는 하였으나, 폐유리의 비가소성을 해결하지 못하여 성형의 문제점을 갖고 있는 등 비교적 다양하게 수행되었으나 아직 상용화에 성공한 사례는 크게 찾아 볼 수 없는 상황이다.
	유리질 계통의 폐기물의 재활용에 어려움을 겪는 이유는 무엇인가?	유리질 계통의 폐기물들은 형상 및 용도에 따라 판유리(flat glass), 공동유리(hallow glass), 섬유유리(fiber glass) 그리고 광학유리(optical glass) 등으로 분류될 수 있으며 이들의 재활용 여건은 금속 또는 플라스틱류의 폐기물에 비하여 상대적으로 매우 낮다. 이러한 유리류들은 생산제품 종류가 다양하여 분리수거 등 재활용을 위한 전처리 비용이 높은데 비해 재활용품의 부가가치가 상대적으로 낮고, 유리제품의 용도에 따라 구성 성분 및 유리의 특성이 다른 까닭에 이들 유리를 대량으로 손쉽게 처리할 수 있는 방안의 마련이 쉽지 않아 재활용에 어려움을 겪고 있는 실정이다.2)

참고문헌 (7)

Y. K. Kim, Y. G. Jung, J. B. Song, M. C. Shin, and H. S. Lee, "Fabrication and Physical Properties of Tiles Recycled Waste Glass," J. Kor. Ceram. Soc., 42 [3] 193-97 (2005).

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