[논문]Nanocomposite용 천연산 몬모릴로나이트의 정제 특성 연구

채영배; 정수복; 조성백; 김상배; 조건준; 김병규; 현종영; 조효영

문제 정의

따라서 본 연구는 유기-무기나노복합재의 제조에 사용되는 층상 화합물을 국내에 부존되어 있는 몬모릴로나이트로 대처하기 위하여 저품위 몬모릴로나이트를 물리직인 방법으로 정제하여 고품위의 몬모릴로나이트를 제조하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 상기의 평가방법 중 MB법, EGME법 및 XRD를 이용하여 국내· 외에서 산출되는 각각의 시료에 대한 정량 분석을 실시하여, 그 결과를 그림 1에 나타내었다.
본 연구에서는 국내산 몬모릴로나이트의 고순도화를 유도하고 고부가가치화 용도로 개발하고자 하는 것이므로 국내 광산 중에서 매장량이 많거나 정제 효과가 우수할 것으로 예상되는 몬모릴로나이트를 시료로 선정하고자 하였다.

제안 방법

국내산 및 외국산의 원료의 화학성분 조성 및 함유 불순물의 특성을 비교하기 위하여 X선 형광분석(XRF) 및 X선 회절 분석(XRD)을 실시하였다. 표1과 그림2에서 알 수 있는 바와 같이, 다른 국내산 시료에 비해 감포 40호와 감포 46호의 시료는 원료광물의 상태가 비교적 우수한 것으로 판단되었다.
몬모릴로나이트의 품위 향상을 위한 선택파 ·분쇄 및 분급, 비중 선별, 자력 선별 등 단일 공정의 적용만으로는 품위 향상에 한계가 있기 때문에 상기 공정들을 합리적으로 조합하여 공정을 설계하고 적용실험을 실시하였다. 1차적으로 해쇄 및 체가름을 실시하여 미립의 불순광물이 편중된 미립산물을 분리하고, 조립산물에 대하여 자력선별, 비중 선별, 분급 등을 순차적으로 적용시킨 결과 CEC가 109士1 meq/100g 인정제산물을 약 50% 회수할 수 있었다.

성능/효과

1) 감포 46호 시료에 포함된 불순광물로는 조장석(albite), 석영(quartz), 크리스토발라이트(crystobalite), 운모류(mica), 미 사장석(microcline、), 불석(clinoptilolite), 녹염석(epidote) 등이 혼입되어 있고, 감포 40호는 미량의 조장석(albite), 석영(quartz), 운모류(mica), 석회석(calcite), 불석(clinoptilolite) 이외에도 적 철석(hematite)이 상 당량 혼재되어 있었다.
몬모릴로나이트의 품위 향상을 위한 선택파 ·분쇄 및 분급, 비중 선별, 자력 선별 등 단일 공정의 적용만으로는 품위 향상에 한계가 있기 때문에 상기 공정들을 합리적으로 조합하여 공정을 설계하고 적용실험을 실시하였다. 1차적으로 해쇄 및 체가름을 실시하여 미립의 불순광물이 편중된 미립산물을 분리하고, 조립산물에 대하여 자력선별, 비중 선별, 분급 등을 순차적으로 적용시킨 결과 CEC가 109士1 meq/100g 인정제산물을 약 50% 회수할 수 있었다.
2) 해쇄 및 선택적 파· 분쇄 과정을 거쳐 분급을 실시하였을 때에 정제산물의 CEC는 98meq/100g에서 102meq/100g로 향상되었고, 자력선별· 분리를 실시한 결과 104meq/100g 정도 향상시킬 수 있었으며, 비중 선별을 실시한 결과 CEC가 약 106meq/100g 정도까지 향상시킬 수 있었으나, 단일 공정의 적용만으로는 품위 향상의 한계가 있었다.
3) 몬모릴로나이트의 품위 향상을 위하여 1차적으로 해쇄 및 체가름을 실시하여 미립의 불순광물이 편중된 미립산물을 분리하고, 조립산물에 대하여 자력선별, 비중 선별, 분급 등을 순차적으로 적용시킨 결과 CEC가 109meg/100g 정도의 정제산물을 약 50% 회수할 수 있었다.
감포 40호 및 46호 시료에 포함된 불순광물들의 종류를 파악하기 위하여 다양한 방법으로 농축시킨 후, XRD에 의한 분석 결과는, 그림 2와 같이, 감포 46호의 경우 불순광물로는 조장석(albite), 석영(quartz), 크리스토 발라이트(crystobalite), 운모류(mica), 미 사장석(microcline), 불석(clinoptilolite), 녹염석(epidote) 등이 혼입되어 있음을 확인할 수 있었다. 이에 비해 감포 40호는 미량의 조장석(albite), 석영(quaHz), 운모류(mica), 석회석(calcite), 불석(clinoptilolite) 이외에도 적철석(hematite) 이 상당량 혼재되어 있음을 알 수 있었다,
녹염석, 적 철석, 석영, 장석류 등의 불순광물은 몬모릴로나이트보다 비중이 높은 특성을 갖고 있으므로 비중 차이를 이용하면 이들의 제거가 양호할 것이 예상된다. 비중 선별을 실시한 결과, 정제산물의 CEC는 106±1meq/100g 정도였고, 비중 선별에 의해 heavy minerals로 분리된 산물에는 albite, quartz 등이 상당량 함유되어 있음을 확인할 수 있었다.
시료 중에 함유된 녹염석, 불석, 적철석 등의 불순물 제거를 위하여 자력선별을 실시한 결과 원료광물의 입단별로 다소의 차이는 있었으나, +1mm의 입도 범위에서 자력 선별에 의하여 분리된 자성산물에 quartz, albite가 상당량 함유됨을 확인할 수 있었다. 그리고 원시료의 CEC는 98meq/100g 정도였으나, 자선에 의해 불순물이 제거된 정제산물의 QEC는 104±1 meq/100g 정도였다.
감포 40호 및 46호 시료에 포함된 불순광물들의 종류를 파악하기 위하여 다양한 방법으로 농축시킨 후, XRD에 의한 분석 결과는, 그림 2와 같이, 감포 46호의 경우 불순광물로는 조장석(albite), 석영(quartz), 크리스토 발라이트(crystobalite), 운모류(mica), 미 사장석(microcline), 불석(clinoptilolite), 녹염석(epidote) 등이 혼입되어 있음을 확인할 수 있었다. 이에 비해 감포 40호는 미량의 조장석(albite), 석영(quaHz), 운모류(mica), 석회석(calcite), 불석(clinoptilolite) 이외에도 적철석(hematite) 이 상당량 혼재되어 있음을 알 수 있었다,
국내산 및 외국산의 원료의 화학성분 조성 및 함유 불순물의 특성을 비교하기 위하여 X선 형광분석(XRF) 및 X선 회절 분석(XRD)을 실시하였다. 표1과 그림2에서 알 수 있는 바와 같이, 다른 국내산 시료에 비해 감포 40호와 감포 46호의 시료는 원료광물의 상태가 비교적 우수한 것으로 판단되었다.

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