[논문]무기 내화 단열재 개발을 위한 제주도 현무암의 화학조성에 대한 연구

강명보; 감상규; 김남진

doi:10.17664/ksgee.2019.15.3.001

무기 내화 단열재 개발을 위한 제주도 현무암의 화학조성에 대한 연구
A Study on the Chemical Compositions of Jeju Basalt for the Development of an Inorganic Insulation Material 원문보기

한국지열에너지학회논문집 = Transactions of the Korea Society of Geothermal Energy Engineers, v.15 no.3, 2019년, pp.1 - 6

강명보 (제주대학교 에너지공학과) , 감상규 (제주대학교 환경공학과) , 김남진 (제주대학교 에너지공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The basalt fiber, which is found to be non-toxic and harmless to the human body, is expected to become a trend for industrial fibers as they have better properties of non-combustion, heat-resistant, soundproof, absorbent, moistureproof, wear-resistant, corrosion resistant, lightweight, and high strength properties. Thus, in this study, we analyzed the chemical compositions of basalt produced at seven sites on Jeju Island for making a high value inorganic insulation material. The results showed that the MgO content of basalt collected from the eastern part of Jeju Island was higher than 7.5 percent, while that of the western region was less than 6 percent.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Wast stone (a) & sludge (b) on Jeju
그림 Fig. 2. Location for collecting basalt sample.
그림 Fig. 3. XRD of Sample 1.
그림 Fig. 4. XRD of Sample 2.
표 Table 1. Measurement Conditions
그림 Fig. 5. XRD of Sample 3.
그림 Fig. 6. XRD of Sample 4.
그림 Fig. 7. XRD of Sample 5.
그림 Fig. 8. XRD of Sample 6.
그림 Fig. 9. XRD of Sample 7.
표 Table 2. Chemical compositions of Jeju basalts

AI 본문요약
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문제 정의

아울러 제주도에서는 연간 1,518,035ton의 폐기물이 발생하고 있는데[11], 현무암 폐기물을 무기 내화 단열재로 개발할 경우 도내에서 발생하는 폐기물 처리 및 폐기물의 고부가가치 자원화에 기여할 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 제주도에서 발생하는 현무암 폐석 및 슬러지를 활용하여 고부가가치의 내화 단열재를 생산하기 위한 사전연구로 제주지역 현무암에 대한 화학적 성분을 분석하여 딘열재 재료로서의 가능성과 현무암 생성과 지열에너지와의 연관성을 예측하고자 한다.
본 연구를 위해서 채취한 현무암 시료의 광물조성 및 화학성분을 알아보기 위해 이를 한국기초과학지원연구원 대구센터에 의뢰하여 분석하였다. 광물조성은 X-선 회절분석기(X-ray Diff ractometer(XRD), Philips X’pert APD, Netherland)로 2θ가 0~50 범위에서 일반속도로 분석하였으며, 화학조성은 시료를 1,100°C의 고온에 녹여 glass bead법으로 파장분산형 X-선 형광분석기(Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer (WD-XRF), Bruker Co.

대상 데이터

본 연구를 위한 시료채취는 석산이 활발히 운영되고 있는 7개 지점에서 현무암 폐석을 채취하였으며, 채취지점은 Fig. 2와 같다.

이론/모형

본 연구를 위해서 채취한 현무암 시료의 광물조성 및 화학성분을 알아보기 위해 이를 한국기초과학지원연구원 대구센터에 의뢰하여 분석하였다. 광물조성은 X-선 회절분석기(X-ray Diff ractometer(XRD), Philips X’pert APD, Netherland)로 2θ가 0~50 범위에서 일반속도로 분석하였으며, 화학조성은 시료를 1,100°C의 고온에 녹여 glass bead법으로 파장분산형 X-선 형광분석기(Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer (WD-XRF), Bruker Co., S8 Tiger)로 분석하였으며 그 측정 조건은 Table 1과 같다.

성능/효과

5% 이상으로 높은 반면, 서쪽지역은 6% 미만을 보였다. 따라서 단열재 재료로써 제주 동쪽지역의 현무암이 우수한 품질을 가지고 있으며, 지열에너지도 높을 것을 예측할 수 있다. 그러나 MgO의 함량이 높을 경우 현무암의 녹는점이 높아지는 성질이 있기 때문에 단열재 생산에 대한 연구가 더 이루어져야 할 것이다.
MgO는 녹는점이 2,852°C로 MgO 성분이 많다는 것은 과거 화산활동이 활발했다는 것을 의미한다[12]. 따라서 본 연구의 결과로부터 제주도는 서쪽지역보다 동쪽지역이 화산활동이 활발했으며 그 결과 동쪽의 지열에너지가 높을 것으로 예측할 수 있다.

후속연구

따라서 단열재 재료로써 제주 동쪽지역의 현무암이 우수한 품질을 가지고 있으며, 지열에너지도 높을 것을 예측할 수 있다. 그러나 MgO의 함량이 높을 경우 현무암의 녹는점이 높아지는 성질이 있기 때문에 단열재 생산에 대한 연구가 더 이루어져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	단열재 재료로서 현무암에 대한 연구가 더욱 필요한 이유는 무엇인가?	따라서 단열재 재료로써 제주 동쪽지역의 현무암이 우수한 품질을 가지고 있으며, 지열에너지도 높을 것을 예측할 수 있다. 그러나 MgO의 함량이 높을 경우 현무암의 녹는점이 높아지는 성질이 있기 때문에 단열재 생산에 대한 연구가 더 이루어져야 할 것이다.
	현무암섬유란 무엇인가?	따라서 독성이 없고 인체에 무해한 것으로 밝혀진 현무암섬유가 산업용 단열 섬유의 대세로 자리 잡게 될 것으로 예측된다. SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO 등 높은 내열성능을 가지고 있는 물질로 이루어진 현무암을 이용하여 만들어지는 현무암섬유는 다른 무기질 섬유소재보다 우수한 불연, 방열, 내열, 방음, 흡음, 방습, 내마모성, 내침식성, 내부식성, 경량 고강도 특성을 갖고 있으며, 색상은 탄소섬유와 비슷하고 성질은 유리섬유와 흡사하여 외국에서는 건축물뿐만 아니라 기계산업, 자동차산업, 태양열, 지열시스템과 같은 신재생에너지 산업에서도 널리 사용되고 있다[1, 2, 3, 4]. 특히 현재는 열적 특성이 우수한 현무암 섬유와 타 섬유와의 합성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[5, 6].
	현무암섬유의 특징은 무엇인가?	따라서 독성이 없고 인체에 무해한 것으로 밝혀진 현무암섬유가 산업용 단열 섬유의 대세로 자리 잡게 될 것으로 예측된다. SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO 등 높은 내열성능을 가지고 있는 물질로 이루어진 현무암을 이용하여 만들어지는 현무암섬유는 다른 무기질 섬유소재보다 우수한 불연, 방열, 내열, 방음, 흡음, 방습, 내마모성, 내침식성, 내부식성, 경량 고강도 특성을 갖고 있으며, 색상은 탄소섬유와 비슷하고 성질은 유리섬유와 흡사하여 외국에서는 건축물뿐만 아니라 기계산업, 자동차산업, 태양열, 지열시스템과 같은 신재생에너지 산업에서도 널리 사용되고 있다[1, 2, 3, 4]. 특히 현재는 열적 특성이 우수한 현무암 섬유와 타 섬유와의 합성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[5, 6].

참고문헌 (12)

Ayrilmis, N., Jarusombuti, S., Fueangvivat, V., Bauchongkol, P., and White, R. H., 2011, Coir fiber reinforced polypropylene composite panel for automotive interior applications. Fibers Polym. Vol. 12, pp. 919-926.

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상세보기
Dhand, V., Mittal, G., Rhee, K.Y., Park, S. J., and Hui, D., 2015, A short review on basalt fiber reinforced polymer composites. Compos. Part B. Vol. 73, pp. 166-180.
www.jeju.go.kr
KIGAM, 2000, A Study on the Application of Powered Basalt. pp. 3-32.
Kim, K. Y., 2006, A study on the application of powdered basalt sludge in construction engineering and its special characteristic, Ph. D. Dissertation, Jeju National University, South Korea. pp. 28.
Kim, D. S., 2010, Manufacture of castings using basalt sludge and waste stone on Jeju Island, JGEC Report. pp. 8.
Ministry of Environment, 2016, National waste occurrence and disposal. Annual Report pp. 55-78.
http://chemistry-reference.com

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