국내산 석회석의 석회 제조 과정에서의 소성 특성에 관한 응용광물학적 연구 = Applied-mineralogical study on the calcination characteristics of domestic limestones in lime manufacturing

국문 초록 (Abstract)

현재 국내에서 생석회 제조 용도로 사용되는 세립질 석회석을 대상으로 이들의 소성 특성을 규제하는 원광의 응용광물학적 세부 영향 요인들의 관여 정도를 평가함으로서, 생석회 제조 과정에서 원광 선택의 중요성을 고취시키고자 하였다. 이를 위해서 원광의 조성 및 조직적 특성과 동일한 가열처리 조건(온도: 1000℃, 시간: 30분, 2, 4, 10, 16 시간) 하에서 합성된 소성 산물들의 품질 특성을 체계적으로 분석 및 계측하고 그 결과를 비교.검토 하였다.
선정된 광석들은 모두 방해석 품위가 98 wt%를 상회하는 고품위 석회석이지만 결정도, 조직 및 불순물의 조성의 조성에 있어서 다소간의 차이를 나타낸다. 이 같은 원광 특성상의 차이에 따라 합성된 생석회는 다양한 품질 특성을 보인다. 이 연구에서는 중요한 원광 특성 인자인 원암의 결정 입도, 결정형상 및 조직에 관한 사항을 총체적으로 지시하는 형상계수와 경계 빈도수 논리와 방법론을 적용하여 석회석 원광과 합성된 생석회 간의 생성적 관계를 해석하였다. 일반적으로 광석의 결정 형상계수와 경계 빈도수의 증가는 생석회 제조 과정에서 높은 소성율과 낮은 소결 정도를 조장할 뿐만 아니라 분화율에 있어서도 긍정적인 효과를 보였다. 그렇지만 결정 형상계수와 경계 빈도수가 상대적으로 클 경우에는 쉽게 과소성 되기 때문에 고반응성 생석회를 제조하는 데에는 가열처리 시간을 최소화하는 공정상의 기술이 요구된다. 석회석이 산출되는 암층별로는 풍촌층 석회석이 상대적으로 매우 낮은 소성율을 나타내는 것이 특징이고, 갑산층과 정선층 석회석은 소성율과 분화율에 있어서 좋은 품질 특성을 보였다. 소성율과 소결 정도 및 분화율 등에 있어서 전반적으로 정선층에서 산출된 석회석이 고반응성 생석회의 원료로서 가장 적합한 것으로 평가되었다. 또한 소결 현상은 상대적으로 황철석 및 침철석과 같은 함철광물의 함량이 높은 갑산층 석회석에서 보다 두드러지게 나타나는 것이 특징이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study is aimed to emphasize the significance of ore selection in lime manufacturing through the evaluation of applied-mineralogical impact factors of crude ores controlling calcination characteristics for some domestic limestones used currently for lime manufacturing. To do this work, systematic characterization and determination were carried out for the limestone ores and their calcination products in a fixed calcining condition (target temperature: 1000℃, retention time: 30 minutes, 2, 4, 10, 16 hours), and the results were correlated and discussed. Selected high-Ca limestones in this study are as much as > 98 wt%, but they are somewhat diverse in crystallinity, texture, and impurity composition. Synthesized quicklimes are varied depending on such a difference in ore characters. Theory and methodology for shape factor and grain boundary frequency representing the whole factor of crystal size, crystal shape, and texture, were adopted in this study to elucidate the genetic relationship between limestone ore and its calcined equivalent. In general, an increase in crystal shape factor and grain boundary frequency obviously facilitates not only higher calcination rate and lower sintering effect but also good decrepitation in quality. However, a technical advance to minimize the retention time is necessary for manufacturing of highly-reactive quicklime, because higher crystal shape factor and grain boundary frequency may induce easily to the dead-burned state. The Pungchon limestone has relatively very low calcination rate, and the limestones from the Gabsan formation and the Jeongseon formation exhibit good quality in calcination rate and decrepitation. Among these samples, the limestone ore from the Jeongseon formation is evaluated to be best for crude ore in manufacturing of highly-reactive quicklime. In addition, it is characteristic that the Gabsan limestone comparative rich in Fe-bearing mineral such as pyrite and goethite is more conspicuous in sintering effect.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서언 = 1
• 1-1. 연구 배경 및 목적 = 1
• 1-2. 석회석과 생석회 = 3
• 2. 실험 및 연구 방법 = 6
• 2-1. 표품 및 대표 시료의 선정 = 6
• 2-2. 석회석 원광의 감정 및 분석 = 7
• 2-2-1. 광물 조성 및 화학 조성의 분석 = 7
• 2-2-2. 결정의 크기 및 그 분포 측정 = 8
• 2-2-3. 벽개 및 쌍정의 측정 = 8
• 2-2-4. 입자의 형상계수 및 경계 빈도수의 측정 = 9
• 2-3. 소성 실험 방법 및 조건 = 11
• 2-4. 생석회의 특성 규명을 위한 시험 및 분석 = 12
• 2-4-1. 소성율 및 수축률의 측정 = 12
• 2-4-2. 결정도 및 소결 정도의 측정 = 13
• 2-4-3. 공극률 및 공극의 크기 측정 = 13
• 2-4-4. 반응성 및 분화율의 측정 = 14
• 3. 원광의 응용광물학적 특성 = 16
• 3-1. 광물 조성 및 조직 = 16
• 3-2. 광물상 및 결정도 = 19
• 3-3. 화학 조성 = 25
• 3-4. 불순 광물의 조성과 존재 상태 = 27
• 3-5. 품위 및 품질 산정 = 30
• 4. 생석회의 특성 및 품질 시험 결과 = 34
• 4-1. 생석회 제품 현황 및 그 품질 평가 = 34
• 4-1-1. 제품 선택 과정 및 공정 현황 = 34
• 4-1-2. 생석회 제품의 품위 및 품질 평가 = 36
• 4-2 생석회 실험 물질의 특성 및 품질 시험 결과 = 44
• 4-2-1. 일반 물성적 특성 = 44
• 4-2-2. 소성율 및 소결 특성 = 46
• 4-2-3. 결정도 및 결정형 = 50
• 4-2-4. 공극률 및 공극의 형상 = 55
• 4-2-5. 반응성 = 55
• 4-2-6. 분화율 = 57
• 4-2-7. 백색도 = 57
• 4-2-8. 화학조성 = 59
• 5. 생석회 합성 실험 과정에서의 원광의 규제 요인 해석 = 62
• 5-1. 소성 효율에 관여된 규제 요소 = 62
• 5-2. 생석회의 결정도와 원광 특성 = 65
• 5-3. 공극률과 반응성 = 67
• 5-4. 분화율 규제 요소 = 70
• 5-5. 백색도 규제 요인 = 72
• 6. 생석회 제조 과정에서의 원광 선택의 중요성 = 76
• 7. 결론 = 79
• 참고문헌 = 81
• Abstract = 84
• 감사의 글 = 86