[후아테 광물 가공 백과사전] 카올린의 비밀 공개: 흙에서 첨단 소재로의 아름다운 변신
도토 비금속 광물이며, 주로 로 구성된 점토 및 점토암의 일종입니다.카올리나이트 점토 광물. 흰색이고 섬세한 성질 때문에 백운석질 토양이라고도 불립니다. 장시성 징더전시 가오링촌의 이름을 따서 명명되었습니다. 순수한 카올린은 흰색이고 섬세하며 부드럽고 흙과 같은 성질을 지니고 있으며, 가소성 및 내화성 등의 우수한 물리화학적 특성을 가지고 있습니다. 주요 광물 성분은 카올리나이트, 할로이사이트, 함수운모, 일라이트, 몬트모릴로나이트, 석영, 장석 등입니다.
카올린은 자연에서 흔히 볼 수 있는 매우 중요한 점토 광물입니다. 이는 알칼리 금속과 알칼리 토금속이 부족한 산성 환경에서 화성암 및 변성암에 있는 장석이나 기타 규산염 광물이 풍화되어 형성됩니다.
01 분류
토양 분류
천연 카올린에 함유된 광물은 크게 점토 광물과 비점토 광물로 나뉜다. 점토 광물은 주로 카올리나이트와 소량의 몬트모릴로나이트, 운모, 염소석을 포함하며, 비점토 광물은 주로 장석, 석영, 함수 광물, 적철석, 홍철석 등의 철 광물, 철광석, 갈철석 등의 철 광물, 루틸 등의 티타늄 광물, 그리고 식물 섬유 등의 유기물을 포함한다. 카올린의 성질을 결정하는 것은 주로 점토 광물이다.
원인 분류
카올린 광상의 기원과 광물화 지질, 지리적 조건, 광상 규모, 광체 형태 및 산출 특성, 그리고 서로 다른 광물화 과정에 반영된 광석 물질 구성 성분의 차이를 바탕으로, "카올린 광산 지질 탐사 규정"은 중국의 카올린 광상을 3가지 유형과 6가지 세부 유형으로 분류합니다.
풍화 유형:이는 다시 풍화 잔류형과 풍화 침출형으로 세분화됩니다.
열수 변질 유형:이는 다시 열수 변질형과 현대 온천 변질형으로 세분화됩니다.
퇴적물 유형:석탄 함유 지층에서는 퇴적암형과 퇴적풍화암형, 그리고 카올리나이트 점토암형으로 구분된다.
산업용 유형
고령토 광상 생성 과정을 바탕으로, "고령토 광산 지질 탐사 규격"에서는 중국의 고령토 광상을 광물화 지질, 지리적 조건, 광상 규모, 광체 형태 및 산출 특성, 그리고 다양한 광물화 과정에 의해 반영되는 광석 성분의 차이에 따라 3가지 유형과 6가지 세부 유형으로 분류합니다. 또한, 광석의 조직, 가소성, 그리고 모래의 질량 분율에 따라 3가지 유형으로 나뉩니다.
딱딱한도토: 단단하고 비가소성이지만, 부수고 갈면 가소성 물질이 됩니다.
부드러운도토:부드럽고, 가소성이 매우 높으며, 모래질 질량 분율이 50% 미만입니다.
남자 이름도토:질감이 부드럽고, 소성도가 약하며, 모래 함량이 50% 이상입니다.
02 기원
중국의 카올린 광물 자원은 세계 최고 수준으로, 267개의 확인된 광상과 29억 1천만 톤의 확인된 매장량을 보유하고 있습니다. 그중에서도, 중국의 비석탄 건설용 카올린 자원은 세계 5위이며, 확인된 매장량은 14억 6천8백만 톤에 달합니다. 주로 광둥성, 산시성, 푸젠성, 장시성, 후난성, 장쑤성에 집중되어 있으며, 이는 중국 전체 매장량의 84.55%를 차지합니다. 또한, 중국의 석탄 함유 건설용 카올린(카올리나이트) 매장량은 세계 1위이며, 확인된 매장량은 14억 4천2백만 톤입니다. 주로 다퉁, 화이런, 숴저우, 산시성, 준가르, 우다, 내몽골, 화이베이, 안후이성, 한청, 산시성 등에 분포되어 있으며, 그중 내몽골의 준가르 탄광에 가장 많은 자원이 매장되어 있습니다.
중국에는 5개의 주요 카올린 매장지가 있습니다.
(1) 후난성 헝양현 제파이진은 광물자원이 풍부합니다. 고령토, 네펠린, 장석, 석영의 매장량은 2억 톤에 달하며, 약 40개의 광산 및 광물 가공 회사가 있습니다. 다파일링 광산 지역(주로 고령토 광산)은 단일 광산의 매장량이 8천만 톤에 이르러 아시아 최대 규모를 자랑합니다. 이 지역의 연간 생산량은 50만 톤 이상으로, 전국 수백 개의 도자기 공장에 공급되고 있습니다.
(2) 마오밍 지역의 카올린. 마오밍 분지의 카올린 광물은 풍화된 퇴적암의 일종으로, 석영 및 기타 모래 함량이 50% 이상이어서 사질 카올린 광물로 불립니다. 생성 과정으로 보면, 마오밍 카올린은 운반 및 자체 분쇄, 그리고 풍화라는 세 단계의 풍화 잔류물을 거쳤습니다. 카올린은 완전히 풍화되어 주로 미세한 입자의 단일체 형태로 존재하며, 주로 제지 코팅 원료로 사용됩니다.
(3) Longyan Kaolin은 풍화된 잔류 Kaolin 매장물입니다. 철 함량이 0.3% 미만, 티타늄 함량이 0.02% 미만이고, 일정량의 저온 용해 원소(Li2O)를 함유하고 있어 전기 도자기, 고급 생활용품 및 예술 도자기의 이상적인 원료입니다.
(4) 쑤저우 양산 카올린은 열수변성 카올린이다.순수한 질감을 지닌 쑤저우 양산 점토의 화학적 조성은 카올리나이트의 이론적 조성과 매우 유사합니다. Al2O3 함량은 약 39.0%에 달하며, 흰색을 띠고 입자가 미세합니다. 주로 촉매 담체 및 화학 원료로 사용됩니다.
(5) 허푸 고령토. 풍화된 잔류 카올린 광상입니다. 주로 건축용 세라믹의 원료로 사용됩니다.
(6) 북부 석탄 시리즈 카올린. 카올리나이트는 퇴적암으로, 주로 우리나라의 석탄 생산 지역에 분포하며, 건축, 코팅, 페인트 및 제지 코팅에 사용되는 석탄 기반 토양입니다.
앞서 언급한 6대 주요 생산 지역은 중국 생산량의 80% 이상을 차지하며, 자원 유형 측면에서도 주요 대표 지역입니다.
03유se
카올린은 가소성, 접착력, 건조 강도, 소결 특성 및 소성 후 백색도 등의 특성으로 인해 다양한 용도로 사용되며, 특히 세라믹 생산의 주요 원료로 사용됩니다. 흰색이고 부드러우며 분산성 및 흡착성이 우수하고, 화학적 성질 및 화학적 무질서도와 같은 우수한 가공 특성 덕분에 제지 산업에서도 널리 사용됩니다. 또한 고무, 플라스틱, 내화물, 석유 정제 등의 산업 분야는 물론 농업 및 국방 분야의 첨단 기술에도 널리 활용됩니다. 주로 세라믹 산업, 코팅, 내화물, 제지, 페인트, 고무, 고급 도자기, 전선 및 케이블, 산업용 플라스틱, 화학 산업용 충전제, 잉크, 식품, 화장품, 의약품 등에 사용되며, 페인트 및 코팅에서 리토폰 및 티타늄의 일부를 대체하는 고가의 백색 분말 재료로도 사용됩니다.
04 처리 기술
카올린에서 석영, 장석, 운모, 철광물, 티타늄광물 등과 같은 비점토 광물 및 유기물을 분리하고 다양한 산업 분야의 요구를 충족하는 카올린 제품을 생산하기 위해, 중력 분리, 부유선별, 자력 분리 등의 정제 및 불순물 제거 방법 외에도, 화학적 표백, 초미세 박편, 소성, 표면 개질 등의 심층 가공 방법을 사용하여 카올린을 처리해야 하는 경우도 있습니다.
(1) 수리 분류
수력학적 분류에는 나선형 분류(1mm 이상의 굵은 모래 분리), 침전조 분류(0.053mm 이상의 가는 모래 분리), 하이드로사이클론 분류(0.053mm 이하의 가는 모래 분리), 원심분리기 또는 소형 하이드로사이클론 분류(0.002~0.010mm의 초미세 입자 분류용)가 포함됩니다.
(2) 고경사 자기 분리
1,600kA/m 이상의 자기장 세기는 자성 농축 매체를 사용하여 카올린에서 Fe2O3와 TiO2를 제거하고 종이 코팅 및 고품질 세라믹 원료를 생산하는 데 사용됩니다.
(3) 선택적 응집
응집제를 첨가하면 미세한 석영, 황철석, 명반석 등의 불순물이 선택적으로 분리되어 칼날 코팅 카올린이 생산됩니다. 일반적으로 사용되는 응집제로는 헥사메타인산나트륨, 폴리아크릴아미드암모늄, 규산나트륨 등이 있습니다.
(4) 화학적 표백
카올린에 함유된 갈철광과 적철광의 고가철을 용해성 2가철로 환원시키기 위해 보험 분말과 같은 표백제를 첨가하거나, 황철석과 염료 불순물을 산화시켜 카올린의 백색도를 향상시키기 위해 산화제를 첨가합니다.
(5) 껍질 벗기기
플레이킹 기계에서는 미세한 중간 크기의 볼을 교반하여 분쇄 효과를 내므로 카올린 응집 입자가 미세한 결정으로 분리되어 입자 크기가 2μm 미만이고 함량이 90% 이상인 블레이드 코팅 카올린이 생산됩니다.
(6) 소성
카올린을 800~1000℃에서 소성하면 수분이 빠져나가고 상변화가 일어나며 일부 불순물이 휘발됩니다. 이러한 과정을 통해 카올린의 백색도와 절연성이 향상되어 케이블, 고무 및 플라스틱 충전재 생산에 사용됩니다. 소성은 석탄 기반(경질) 카올린에 필수적인 가공 방법입니다.
(7) 표면 개질
카올린 점토는 플라스틱 고무에 첨가되는 카올린 점토의 양을 늘리기 위해 결합제 등으로 코팅되며, 고무 플라스틱용 카올린 점토 충전제를 처리하는 데 사용됩니다.
그중에서도 자력 분리는 광물 처리 분야에서 널리 사용되는 물리적 광물 분리 방법입니다. 자력 분리의 기본 원리는 광물 자체의 자기적 차이를 이용하여 분리하는 것입니다. 광물의 자화 특성에 따라 자력 분리는 강자력 분리, 약자력 분리, 역자력 분리, 고경사 자력 분리 등으로 구분되어 다양한 광물의 종류에 맞춰 적용할 수 있습니다. 광물 처리 장비는 주로 판형 자력 분리기, 수직 링형 고경사 자력 분리기, 전자기 슬러리 고경사 자력 분리기, 저온 초전도 자력 분리기 등을 포함합니다.
05 광물 처리 응용 사례
프로세스 1: 외국산 카올린 점토를 예로 들면, 이 시료의 주요 불순물은 산화철, 산화티타늄, 규산철이다. 원광석에서 Fe₂O₃와 TiO₂의 불순물 함량은 각각 0.89%와 0.17%이며, 백색도는 67.29%에 달한다.
이러한 불순물을 효과적으로 제거하기 위해 다음과 같은 시험 계획을 수립했습니다. 먼저, 원광석을 전자기 슬러리 자력 분리기를 통과시켜 2단계 자력 분리 공정(조분리 및 정선)을 거쳐 대부분의 불순물을 1차적으로 제거합니다. 그런 다음, 얻어진 정광을 초전도 자력 분리기를 통해 추가 정제하여 불순물 함량을 더욱 줄이고 카올린의 품질을 향상시킵니다.
테스트 흐름도
시험 결과에서 알 수 있듯이, 원광석은 전자기 슬러리 + 전자기 슬러리 + 초전도 자력 분리법을 통해 분리하여 Fe2O3 함량 0.35%, 백색도 87.52%의 카올린 정광 제품을 얻을 수 있다.
프로세스 2:원광석은 초전도 5T 자기 분리 공정을 거칩니다. 시험 과정은 그림 2에, 시험 결과는 표 2에 나타나 있습니다.
그림 2. 실험적인 선광 공정 흐름도
원광석을 초전도 5T 자력 분리법으로 분리하여 Fe2O3 0.40%, Al2O3 22.92%, SiO2 68.78%, TiO2 0.10%, CaO 1.90%의 조성과 백색도 86.97%, 수율 90.90%의 카올린 정광 제품을 얻었다.
고령토는 다기능 산업 원료로서 광범위한 응용 가능성을 지니고 있습니다. 과학 기술의 지속적인 발전과 산업의 지속 가능한 개발에 따라 고령토는 더욱 다양한 분야에서 중요한 역할을 수행할 것입니다. 앞으로 우리는 심층적인 연구와 기술 혁신을 통해 고령토의 응용 범위를 더욱 확대하고, 보다 효율적이고 지속 가능한 이용을 실현하여 인류 사회 발전에 더욱 크게 기여하고자 합니다. 동시에 고령토 채굴 및 가공 과정에서 발생할 수 있는 환경 문제에도 주의를 기울이고, 고령토 자원의 합리적인 개발이 생태 환경 보호와 조화를 이루도록 적극적인 조치를 취해야 합니다.
게시 시간: 2024년 5월 13일