유리연마 폐슬러지를 재활용하여 제조한 다공성 소재의 기공 구조와 물리적 특성

Abstract

본 연구에서는 판유리 가공공장에서 산업부산물로 발생하는 유리연마 폐슬러지를 재활용하고, 발포제로서 CaCO3, Fe2O3 및 graphite를 사용하여 다공성 소재를 제조하였다. 발포제 사용량은 0.3%에서 1.5%까지, 소성 온도는 700℃에서 900℃까지 변화시켰다. 소성이 완료된 다공성 소재는 중앙면을 절단하여 기공구조 등을 평가하였으며, 물리적 특성과 연관하여 비교·분석하였다. 제조된 다공성 소재는 모두 표면층과 내부영역으로 구분할 수 있었으며, 즉 발포제의 종류와 함량에 관계없이 다공성 소재에서 표면층이 생성될 수 있음을 확인하였다. 특히 표면층의 기공은 내부 중심영역보다 많은 폐기공으로 구성되어 있었으며, 이는 흡수율 제어에 더욱 효과적일 것으로 판단되었다. 다공성 소재의 내부영역에 존재하는 기공의 크기 및 기공율은 CaCO3 발포제에서 가장 높았으며, Fe2O3 발포제에서 가장 낮은 값을 나타내었다. 이는 CaCO3 발포제가 발포가스 생성량이 많으며, 발포반응 후 남아 있는 CaO 성분이 유리의 점도를 낮출 수 있는 융제 역할을 수행하기 때문으로 판단되었다. 소성온도 상승과 발포제 함량 증가에 따라 다공성 소재의 겉보기 밀도는 감소하고, 흡수율이 증가하는 일반적 경향을 나타내었다. CaCO3 발포제를 사용하여 750℃ 이상에서 소성한 다공성 소재의 겉보기 밀도는 0.5 보다 작았으며, 흡수율은 Fe2O3 발포제를 0.3% 사용하여 700℃에서 소성한 다공성 소재에서 약 1% 수준이었다. 열전도율과 기공율과의 상관관계계수는 -0.8 이상으로, 제조된 다공성 소재의 열전도율이 소재 내부에 존재하는 기공 구조에 크게 의존한다는 것을 확인하였다.; Porous materials were fabricated using glass abrasive sludge with the addition of CaCO3, Fe2O3 and graphite as foaming agents. The content of foaming agents varied from 0.3% to 1.5% and sintering temperature from 700℃ to 900℃. The cutting plane of porous material was characterized for their pore properties and microstructure which were related to the physical properties. It was found that the porous material contains two regions, surface layer and an internal part. These two regions occur irrespective of type and content of foam agent. The surface layer contains more closed pores than internal part and therefore is likely to exhibit a low water absorption. The largest pore size and porosity in the internal part of porous material was observed in case of CaCO3 agent and the lowest in case of Fe2O3 agent. These results thought to be attributed to the higher amount of foaming gas and remained CaO after foaming. Apparent density decreased and water absorption increased with sintering temperature and content of foaming agents. Porous materials which fabricated using CaCO3 as a foaming agent and sintered above 750℃ were lightweight. While porous material fabricated using 0.3% of Fe2O3 as foaming agent and sintered at 700℃ showed water absorption of about 1%. Correlation coefficient between thermal conductivity and pore properties exhibit higher than -0.8, indicating that thermal conductivity was affected by pore properties.