KR100897564B1 - 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한실리카소재 원료의 제조방법 - Google Patents

황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한실리카소재 원료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 미이용되고 있는 저품위 실리카 광물을 단계적으로 처리하여 소재(원료)화 함으로써 저품위의 실리카 광물을 부가가치가 증대된 실리카 소재를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 SiO2 성분함량이 80% 이하인 저품위 실리카 원광을 상부 및 하부스크린으로 구성된 이중스크린으로 분급하는 1차 스크린분리단계와; 상기 1차 스크린단계에서 분급된 저품위 실리카 중 하부 스크린으로 걸러진 저품위 실리카 원광에 포함된 황토를 제거하는 열처리 단계와; 이후 열처리 단계를 거친 저품위 실리카를 중쇄하는 단계와; 이후 열처리 후 중쇄된 실리카를 상부 및 하부스크린으로 구성된 이중스크린으로 2차 스크린 분리하는 단계와; 이후 2차 스크린 분리 단계를 거친 실리카를 분쇄 또는 미분쇄 공정 단계를 거쳐 입도별 분리 과정에 의한 실리카 관련소재를 생산하는 것을 특징으로 하는 미이용되고 있는 황토가 포함된 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카 관련소재의 원료를 제조하는 것을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.
고품위 실리카, 저품위실리카, 이중스크린, 조쇄, 중쇄, 분쇄

Description

황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법{Preparation of silica materials from the unutilized low-grade silica minerals contained clay}
본 발명은 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법에 관한 것으로, 자세하게는 품위가 떨어져 미이용되고 있는 저품위 실리카 광물을 조쇄, 중쇄, 분쇄, 미분쇄 등의 건식 물리적 공정을 거쳐 각 과정에서 얻을 수 있는 입도와 품위에 따라 제철용 자갈류, 시멘트 부원료, 건축 토목용 모래, 주물사(주강사)용모래, 파일, 몰탈용 모래, 충전제용 미립분말, 강화(보강)제, 시멘트 혼화제, 인조석판 및 지오 폴리머(geo-polymer)등의 실리카 소재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
지구에는 70%이상 실리카(SiO2)성분이 포함된 자원이 산재해 있고, 대표적인 실리카 광물로는 규석(모래), 규암, 규조토 등이 있다. 국내에서도 제주도를 제외한 전지역에 규석(규암)이 매장되어 있다.
이러한 실리카는 SiO2 성분함량이 90%이상의 고품위 원광을 분류처리 하여 대부분 각종산업현장에서 사용되고, SiO2 성분함량이 80% 미만인 70% 전후의 저품위 실리카 원광은 분류처리하지 않고 있다.
상기한 SiO2 성분함량이 80% 미만(주로 70%) 이어서 버려지는 저품위 실리카 광물은 규석을 채광하는 주변에 많은 양이 활용(처리)되지 않고 쌓여 있어서 비, 바람, 눈으로 인한 환경재해의 발생 원인이기도 한데, 아직까지 이러한 저품위 실리카 원료를 처리하여 부가가치가 높은 소재로 활용하는 방법은 소개되고 있지 않은 실정이다.
단지 규석의 품위향상연구, 저품위의 실리카에 별도의 첨가제(화학 약품)를 넣어 화학적으로 고품위의 실리카를 정제하는 화학적 방법 등의 연구는 수행된 바 있으나, 저품위 실리카 광물 즉 SiO2 품위가 80%이하의 실리카 광물, 특히 SiO2 품위가 70% 전후의 원광을 활용하여 단계적으로 부가가치가 높은 실리카 관련 제품을 생산하여 실리카 관련 산업의 원료로 활용하는 기술이 개시된 바 없다.
수십 년 동안 산업의 발달로 고품위 실리카 광물의 활용으로 고품위 실리카 광물이 대부분 고갈되고, 중/저품위 실리카 광물은 SiO2 성분함량이 80% 이하로 산업계에서 요구하는 품위에 만족시키지 못하고 있다.
더구나 최근 웰빙의 영향으로 일반적인 실리카 관련 산업뿐만 아니라 기능성 재료로 판상광물 및 기능성을 지닌 숯, 황토, 옥 등의 자원을 이용하여 환경재료 및 건강소재로 실리카 제품이 많이 이용되고 있는데, 이러한 실리카를 포함한 제품은 시중에서 옥, 숯, 황토, 견운모 등은 각종 실험결과로 볼 때 원적외선, 전자파 차폐, 음이온 효과 등이 있다고 보고되고 있어서 그 수요가 폭발적으로 늘어나고 있는 실정이다.
하지만 SiO2 성분함량이 80%이하의 저품위 실리카 원광들은 많은 양의 황토를 포함하고 있어서, 단순한 분류만으로는 황토성분을 분리하기 어렵고, 수세 등을 이용하여 황토성분을 제거하려면 많은 양의 물과, 복잡한 수세 및 건조공정이 필요하게 되고, 더구나 수세에 따른 수질오염 등의 환경오염 문제점이 발생하게 된다.
이러한 여러 가지 문제점 때문에 산업의 발달로 고품위 실리카 원료광물(규석, 규암)의 고갈과 환경 재해 요인으로 해변사와 강모래 채취 곤란, 광권 개발의 허가 등이 어려움, 외국(중국, 인도, 호주, 베트남 등등)에서 고품위의 규석, 규사 등을 수입시 일부 품위저하와 운송비, 가격상승, 법적제한(최근에는 중국에서도 규석의 원광 수출제재) 등의 문제점과 같은 현실에도 불구하고 아직까지 저품위 실리카를 보다 고품위의 실리카 관련 소재 제품화하는 방법이 구체적으로 나와 있지 않은 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 미이용되고 있는 저품위 실리카 광물을 단계적으로 처리하여 실리카 소재(원료)화 함으로써 저품위의 실리카 광물을 부가가치가 증대된 실리카 소재의 원료를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 미이용되고 있는 황토를 포함하고 있는 저품위 실리카 광물을 단계적으로 처리하여 소재(원료)화함으로써 저품위의 실리카 광물을 부가가치가 증대된 실리카 소재의 원료를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 SiO2 성분함량이 80% 이하로 미이용되고 있는 저품위 실리카 원광을 이용하여 실리카소재 관련 제품을 제조함에 있어서,
SiO2 성분함량이 80% 이하인 저품위 실리카 원광을 상부 및 하부스크린으로 구성된 이중스크린으로 분급하는 1차 스크린분리단계와;
상기 1차 스크린단계에서 분급된 저품위 실리카 중 하부 스크린으로 걸러진 저품위 실리카 원광에 붙어있던 황토를 로터리 킬른에서 600-700℃로 열처리하여 황토 중에 포함된 부착수분을 증발시켜 균열을 일으키고, 균열된 황토는 회전하는 로터리 킬른 안에서 실리카덩어리와 함께 충돌에 의해 깨트림으로서 황토를 저품위 실리카로부터 분리하는 열처리 단계와;
이후 황토를 저품위 실리카로부터 분리하는 열처리 단계를 거친 저품위 실리카를 중쇄하는 단계와;
이후 열처리 후 중쇄된 실리카를 상부 및 하부스크린으로 구성된 이중스크린으로 2차 스크린 분리하는 단계와;
이후 2차 스크린 분리 단계를 거친 실리카를 분쇄 또는 미분쇄 공정 단계;를 거쳐 입도별 분리 과정에 의한 실리카 관련소재 원료를 생산하는 방법을 특징으로 하는 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법을 제공함으로써 달성된다.
상기 1차 스크린단계에서 분급된 저품위 실리카 중 상부 스크린으로 걸러진 저품위 실리카 원광은 조 크러셔를 사용한 조쇄단계와 콘크러셔를 이용한 중쇄 단계를 거친 후 분쇄 또는 미분쇄 공정 단계를 거쳐 입도별 분리 과정에 의한 실리카 관련소재를 생산하는 것을 특징으로 한다.
상기 이중스크린으로 분급하는 1차 스크린분리단계는 상부 스크린은 40mm보다 큰 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하고, 하부 스크린은 10~40mm 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하는 스크린으로 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 이중스크린으로 분급하는 2차 스크린분리단계는 상부 스크린은 30mm보다 큰 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하고, 하부 스크린은 5mm 이상의 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하는 스크린으로 구성한 것을 특징으로 한다.
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상기 1차 스크린 분리단계 중 이중스크린의 하부 스크린의 하부로 낙하한 실리카는 기능성 인조석판 용 원료, 지오 폴리머(geo-polymer) 및 황토관련 제품원료로 사용되고,
상기 2차 스크린 분리단계 중 이중스크린의 상부 스크린을 통과한 실리카는 자갈용, 제철용, 시멘트 원료로 사용되고,
상기 분쇄 단계를 통과한 실리카는 주강사(인조모래), 토건축모래로 사용되고,
상기 미분쇄 단계를 통과한 실리카는 충전제용 인조석판, 페인트 등의 원료로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명은 미이용되는 저품위 실리카 광물을 활용하여 실리카 관련 산업의 원료(소재)를 제공하는 것으로, 1차 단계인 투입원광 분리 , 조쇄(jaw crusher) 및 중쇄(cone crusher)공정을 거쳐 생산되는 제품은 톤당 10,000원 이하, 분쇄(hammer mill) 공정을 거쳐 생산되는 제품은 톤당 약 40,000원 정도, 미분쇄(ball mill) 공정을 거쳐서 생산되는 제품은 약 100,000원 정도로 점차적으로 부가가치화 공정이 이루어 실리카(광물) 산업의 활성화에 도모된다는 장점과,
또한 매립 또는 산적으로 인한 환경 저해 요인이 해소된다는 장점과,
또한 실리카 관련 산업의 원료 부족에 충당되어 예를 들어 인조 모래의 활용으로 해변사, 강사 등의 모래 대체가 가능하고, 수입되는 실리카 광물의 대체가 일부 가능하다는 장점과,
또한 간단한 물리적 건식 공정인 분리, 파쇄, 분쇄로 자갈류, 인조 모래, 미립 분말을 생산하여 실리카 관련 제품의 원료로 또는 첨가제로 활용되는 소재를 경제적으로 생산할 수 있다는 장점과,
또한 실리카 중에 포함된 황토를 열처리하여 제거함으로써 저품위 광석 원료로부터 보다 많은 고품위 실리카를 생산할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 저품위 실리카 광물을 소재(원료)화하여 제조하는 공정도를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 본 발명의 제조공정은 먼저 SiO2 성분함량이 80% 이하인 특히, 함량 70% 전후의 실리카 함량을 가지는 저품위 실리카 원광 을 덤프트럭 등으로 가져와서 이중스크린으로 분급하는 1차 스크린분리단계를 가진다.
이때 상기 이중 스크린은 상부 스크린은 40mm보다 큰 입도를 가지는 실리카 원광이 하부로 빠지는 것을 막기 위함이고, 하부 스크린은 본 발명에서 원하는 10~40mm 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하기 위함이다. 10~40mm 입도를 가지는 실리카 원광의 성분은 뒤에 상세히 성분표가 나와 있다. 10mm보다 작은 입도를 가진 저품위 실리카 원광은 하부로 배출된다.
1차 스크린 선별단계에서 40mm이상의 규석덩어리는 수집되어 인조모래 생산과정으로 공급되고 40∼10mm의 크기의 규석조각은 선별되어 회전식 열처리 단계를 가진다. 이와 같은 회전식 열처리 단계를 거침으로써, 굵은 입자(규석조각)들 끼리 부딪치고 문질러지고, 열에 의하여 균열이 생기고, 균열이 깨지고 함으로써, 저품위 실리카에 포함된 황토를 분리 제거하게 된다.
즉, 상기 열처리단계는 선별되어 공급되는 저품위 실리카에 붙어 있는 미립의 황토분말에 포함된 부착수분을 열로써 증발시킴으로써 건조된 황토분말이 로터리킬른 내에서 회전하면서 저품위 실리카 덩어리와 황토분말끼리 부딪치고 문질러지고, 열에 의하여 균열이 생기고, 균열이 깨지고 함으로써, 저품위 실리카에 붙어있는 황토를 저품위 실리카로부터 분리 제거하게 된다. 이와 같이 로터리 킬른에서 600-700℃로 열처리하면서 통과시켜 규석의 작은 덩어리에 붙어있던 미립의 황토 분말을 분리하게 된다. 상기와 같이 온도를 한정한 이유는 로타리 킬른(kiln)은 현장에서 가격이 싼 폐유 또는 방가쉬 기름 같은 것으로 온도를 상승시키고 있다. 일단 부착수분과 균열된 조각들을 파열시키기 위하여 실험용 전기로에 넣고 살펴보면 600℃이하에서는 균열이 일어나지 않고 그대로 있다는 문제점이 있고, 그리고 700℃이상의 온도는 연료 소비에 따른 경제성등의 문제가 있다.
열처리 단계를 거친 저품위 실리카는 콘 크러셔를 이용하여 중쇄단계(5mm이하의 가루는 버리고 그이상의 크기는 입도분리 하여 다음단계로 들어감)를 거친다.
이후 중쇄된 실리카를 이용하여 이중스크린으로 이루어진 2차 스크린 분리단계를 거친다.(5mm-30mm)
또한 성분함량은 (SiO2 90%이상으로 실리카 관련제품 생산원료으로 가능) 이다.
상기 2차 스크린 분리단계중 이중스크린의 상부 스크린을 통과한 실리카는 자갈용, 제철용, 시멘트 원료로 사용되고,
상기 분쇄 단계를 통과한 실리카는 주강사(인조모래), 토건축모래로 사용되고,
상기 미분쇄 단계를 통과한 실리카는 충전제용 인조석판, 페인트 등의 원료로 사용된다.
상기에서 주강사는 SiO2 성분함량이 93%이상이고, SK(내화도)가 33이상인 것으로 예전에는 고품위의 실리카를 사용해서 만들어졌다. 본 발명에 따른 주강사는 SiO2 성분함량이 95%이상으로 대체가 가능하다.
또한 상기 1차 스크린 분리단계의 이중 스크린 상판을 통과한 실리카는 40mm이상의 규석 덩어리로 건조과정이 필요없이 조쇄, 중쇄, 분쇄 및 미분쇄 과정을 거 쳐 부가가치화 규석관련 제품으로 생산하여 사용된다.
또한 상기 1차 스크린 분리단계의 이중 스크린 하판 하부로 낙하한 실리카는 황토 분이 많이 포함된 10mm이하의 혼합재료로 기능성 인조 석판, geo-polymer, 황토관련 제품 및 토양보충제 등으로 사용된다.
또한 상기 2차 스크린 단계에서 2차 스크린 하부로 낙하한 실리카는 5mm이하로 농업용, 충전제, geo-polymer, 황토관련 제품, 인조석판 등의 원료로 사용된다.
상기 본 발명의 각 단계에 사용되는 스크린, 죠크러셔(jaw crusher), 콘 크러셔(cone crusher), 햄머 밀(hammer mill), 볼 밀(ball mill) 등은 그 각각의 장치 자체는 이미 공지 공용되어 시중화(대중화) 된 장비로 본 발명에서는 이와 같은 통상의 공지된 장치 자체를 권리로 청구하는 것이 아니고, 이러한 장비를 유기적으로 결합하여 본 발명의 원료로 사용되는 미이용 되고 있는 저품위 실리카를 활용하여 실리카 관련 제품을 만드는 제조방법을 청구하는 것이다. 즉, 이러한 공지의 장치구성을 유기적으로 결합하여 물리적인 방법으로 이송, 분리, 선별, 조쇄, 중쇄, 분쇄 및 미분쇄 공정을 거쳐 각 과정에서 얻어지는 제품을 원료로 하여 실리카 관련 제품에 활용하는 기술을 청구하고 있는 것이다.
이하, 보다 구체적으로 본 발명에 사용되는 저품위의 실리카 원광 성분부터 고품위 실리카 소재 제조단계까지를 설명한다.
1. 저품위 실리카 원광 성분
도 2는 본 발명의 원료로 사용되는 저품위 실리카의 현장 및 시료 채취 사진인데, 도시된 바와 같이 본 발명의 원료로 사용되는 저품위 실리카 광물은 규석을 채광하는 주변에 많은 양이 활용(처리)되지 않고 쌓여 있어서 비, 바람, 눈으로 인한 환경재해의 발생원인이 되고 있다.
저품위 실리카 원광을 현장에서 5개 시료를 채취하여 화학성분 분석한 결과 아래표와 같이 SiO2 성분이 40-80% 범위이고, XRD 분석결과 규석, 장석, 운모(견운모, 일라이트), 녹니석 등이 포함되어 있다.
<표 1> 채취시료(원광) 화학성분 분석결과
No SiO2 (%) Al2O3 (%) Fe2O3 (%) CaO (%) MgO (%) K2O (%) Na2O (%) TiO2 (%) MnO (%) P2O5 (%) Igloss (%) Li20 (ppm)
1 77.48 13.60 1.48 0.45 0.18 3.87 0.29 0.31 0.01 0.20 1.82 21.5
2 44.45 33.05 6.02 0.60 0.12 7.55 1.39 0.66 0.01 1.06 4.59 75.3
3 54.08 20.99 12.50 0.35 0.40 0.05 0.11 1.26 0.02 0.46 9.97 53.8
4 70.49 14.74 4.98 0.43 0.83 2.52 0.31 0.74 0.07 0.11 5.02 43.0
5 69.02 15.18 5.65 0.40 1.01 2.66 0.29 0.63 0.07 0.18 4.99 43.5
2. 1차 스크린 분리단계
본 발명은 일반적인 저품위 광물의 분쇄방법과 달리 먼저 이중 스크린에 의한 분리를 먼저 한다.
본 발명에 사용되는 저품위 실리카는 바위모양이 아니고, 큰것이 자갈류 또는 작은 바위가 포함되어 있지만 대부분 작은 상태로 있다. 그러다 보니 종래 방법(파쇄후 분리 공정)과는 달리 상부의 40mm의 망을 먼저 통과시켜서 상층은 이송 하여 종래의 방법으로 죠크러셔(jaw crusher)로 부수고 40mm 망을 통과 분과 10mm망을 통과하지 못한 저품위 규석원료는 다음단계의 열처리 및 건조단계에서 600-700℃로 열처리하게 된다. 10mm 망을 통과 분은 기능성 인조석판 용 원료, geo-polymer 및 황토과련 제품원료로 활용가능하다.
3. 열처리 단계 및 2차 스크린 분리
본 발명은 상기 1차 스크린 분리단계에서 이중스크린을 사용하여 10~40mm 입도로 분리 후, 열처리(건조)단계를 거처, 2차 스크린 장치를 통과 한다.
또한 2차 스크린 역시 이중 스크린으로 구성되는데, 상부 스크린은 30mm이상을 거르는 스크린이고, 하부는 5mm이상을 거르는 스크린으로 구성된다.
일반적으로 황토가 포함된 저품위 실리카 광물은 미이용 광물로 실리카 관련제품으로 거의 활용하지 않고, 학술 및 통상적으로 소재화(원료)하는 방법은 직접 스크린 선별로 30-40mm이상을 활용하고 30mm스크린 통과 분은 매립 및 보충토로 처리하지만 본 발명은 열처리 공정을 수행한 후 스크린으로 분리하면 5mm 이상은 실리카 관련 원료로 이용되고 5mm 통과한 5mm이하의 크기를 가지는 실리카는 황토를 원료로 하는 관련 제품 생산에 이용하게 된다.
즉, 통상적인 스크린 선별장치로 30-40mm 이상을 분리하고, 30-40mm 스크린 통과 분은 통상시 벨트 타입의 이송장치로 이송하면 벨트에 붙어서 이송하기가 어렵고, 특히 눈이나 비 온 후에는 황토로 인해 벨트에 달라붙어서 잘 떨어지지도 않고, 작동하기가 어렵지만 로타리 킬론(rotary kiln, 온도 600-700℃)을 통과시키면 건조되면서 규석의 작은 덩어리에 붙어있던 미립의 황토 분말이 떨어져 직접 스크린 분리시보다 작은 입도로 분리가 되고 분리된 황토 분말은 인조석판 및 지오-폴리머(geo-polymer)의 원료 분말로도 사용하게 된다.
즉, 본 발명과 같이 열처리를 하면 회전에 의하여 규석의 입자들 끼리 부딪치고, 문질러지고, 모래알 같은 규석의 균열(crake)에 자극을 주어 규석의 표면에 붙은 황토가 떨어지고, 황토에 있는 결정수 및 부착수분이 증발함으로써 규석의 모체와 분리가 가능하게 된다.
상기에서 로타리 킬론(rotary kiln,)을 사용한 이유는 황토분은 수분을 많이 함유하고 있어서 건조는 섭씨 100도 이상을 장시간 요구되고 더구나 많은 양이 통과시는 각 부분에 열전달을 고르게 하기 위함이고,
온도의 한정이유는 황토(고령토, 점토)의 결정수가 적어도 600℃ 이상에서 가능하므로, 600℃이하에서는 균열이 일어나지 않고 그대로 있다는 문제점이 있고, 그리고 700℃이상의 온도는 연료 소비에 따른 경제성등의 문제가 있기 때문이다.
이러한 온도를 만족할때만 로터리킬른의 회전에 의하여 부딪치고, 문질러지고, 건조되게 된다.
<표 5>열처리 및 건조 유무에 따른 함량 분석표
품 명 SiO2(%) Al2O3(%) Fe2O3(%) CaO(%) MgO(%) 작열감량(%) 비 고
40mm 통과 시료(원시료) 73.1 13.1 3.09 0.07 0.13 8.02 미건조
20mm 이상 시료 95.0 1.89 0.18 0.04 0.07 1.05 600-700℃
20-5mm 시료 93.2 2.22 0.23 0.06 0.09 1.09 600-700℃
4. 실리카 관련 제품 원료(소재)화
열처리 및 건조 후 얻어지는 분말은 진동 스크린 장치로 재차 분리하여 고품위 실리카 관련 소재를 제조 하게된다. 1차 스크린에서 40mm이상의 큰덩어리는 조쇄공정(기존공정)에 의하여 처리되고, 열처리 후 2차 스크린 분리과정에서 얻어지는 30mm이상은 제철용, 시멘트 부원료, 자갈용 등등과 보다 높은 부가가치화 목적으로 분쇄 및 미분쇄과정을 거쳐 실리카 관련 원료를 제조한다. Hammer mill에 의한 분쇄과정을 거치면 인조모래(1-0.2mm) 생산으로 주강사외 토·건용, 몰탈, 파일, 블록 등의 원료로 이용되고, ball mill에 의한 미분쇄(평균입도 43㎛) 과정을 거쳐 생산되는 실리카 제품을 미립분말로 충전제(석판, 타일, 고무, 타이어, 농업용, 페인트), 혼화제(파일, 시멘트, 몰탈) 등의 원료로 생산 할수 있다.
5. 제조된 고품위 실리카의 성분
대량 생산을 위하여 제작한 스크린과 이송장치를 이용하여 선별 분리한 결과 제조되는 생산품의 분석 결과는 아래 표와 같이 상품위는 SiO2 약 98%, 중품위는 약 97%, 하품위는 약 93%의 결과를 나타내었다. 실리카(SiO2) 함량에 따라 내화도 및 강도의 차이가 있으므로 대부분의 실리카 관련 제품은 SiO2 90%이상이 요구되고 있는 현실이다.
<표 6> 스크린 분리에 의한 화학성분 분석결과
SiO2 (%) Al2O3 (%) Fe2O3 (%) CaO (%) MgO (%) K2O (%) Na2O (%) TiO2 (%) MnO (%) P2O5 (%) Igloss (%)
상품위 98.98 0.68 0.04 <0.01 0.01 0.08 0.02 <0.01 <0.01 <0.01 0.08
중품위 97.76 1.43 0.08 <0.01 0.02 0.30 0.05 0.02 <0.01 <0.01 0.18
중품위 97.56 1.61 0.10 <0.01 0.02 0.27 0.04 0.02 <0.01 <0.01 0.18
하품위 93.58 2.52 0.30 0.10 0.15 0.50 0.41 0.07 0.01 0.04 2.18
상기와 같이 본 발명에 따라 미이용 저품위 실리카를 분리, 선별, 조새, 중쇄, 분쇄 및 미분쇄 공정을 거치면 요구되는 실리카 관련 제품의 원료를 생산할 수가 있다. 열처리 공정을 거친 후 진동 선별기로 크기를 분류하면 자갈용외 실리카 제품, 분쇄 공정을 거치면 인조모래 관련 제품을 생산, 미분쇄 공정을 거치면 충전제 관련 제품을 생산할 수가 있다. 그리고 단계적으로 부가가치화가 이루어지는 제품 원료(소재)를 생산할 수가 있는 방법이다.
6. 기능성 판재 원료 소재화
기능성을 지닌 인조 석판을 제조하기 위하여 1차 스크린 10mm 통과 분(도 3 참조)과 열처리 후 2차 스크린 5mm 통과 분(도 4 참조)을 활용하고, 주 강도를 유 지하기 위하여 분쇄 및 미분쇄 과정을 거친 후 얻어진 분말과 미립분말을 이용하여 실험한 결과 양호한 기능과 미적 감각을 가진 인조판재 제조가 가능하였다.
7. 인조 석판 제조 실험
상기 원료를 혼합하여 도 5에 개시된 것과 같은 장치로 인조 판재를 제조하여 연마 장치로 연마하여 본바 도 6과 같이 양호한 판재 제조가 가능하여 저품위 실리카 광물을 원료 소재로 활용이 가능함을 알 수가 있다.
본 발명의 고품위 실리카를 원료로 인조 판재를 제조하는 공정은 원료의 혼합, 성형, 진공가압, 열처리, 절단 및 연마 공정으로 이루어진다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 저품위 실리카 광물을 소재(원료)화하여 제조하는 공정도이고,
도 2는 본 발명의 원료로 사용되는 저품위 실리카의 현장 시료 채취 사진이고,
도 3은 1차 스크린 10mm 통과분 (황토가 포함된 저품위)시료 채취 사진이고,
도 4은 열처리 후 2차 스크린 5mm 통과분(건조 황토가 포함된 시료) 시료 채취 사진이고,
도 5는 본 발명의 고품위 실리카를 이용하여 인조판재를 성형하는데 사용되는 압축, 진공 및 가열 장치의 한 실시사진
도 6은 본 발명에 따라 제조된 인조판재의 사진이다.

Claims (6)

  1. SiO2 성분함량이 80% 이하로 미이용되고 있는 저품위 실리카 원광을 이용하여 실리카소재 관련 제품을 제조함에 있어서,
    SiO2 성분함량이 80% 이하인 저품위 실리카 원광을 상부 및 하부스크린으로 구성된 이중스크린으로 분급하는 1차 스크린분리단계와;
    상기 1차 스크린단계에서 분급된 저품위 실리카 중 하부 스크린으로 걸러진 저품위 실리카 원광에 붙어있던 황토를 로터리 킬른에서 600-700℃로 열처리하여 황토 중에 포함된 부착수분을 증발시켜 균열을 일으키고, 균열된 황토는 회전하는 로터리 킬른 안에서 실리카 덩어리와 함께 충돌에 의해 깨트림으로서 황토를 저품위 실리카로부터 분리하는 열처리 단계와;
    이후 황토를 저품위 실리카로부터 분리하는 열처리 단계를 거친 저품위 실리카를 중쇄하는 단계와;
    이후 열처리 후 중쇄된 실리카를 상부 및 하부스크린으로 구성된 이중스크린으로 2차 스크린 분리하는 단계와;
    이후 2차 스크린 분리 단계를 거친 실리카를 분쇄 또는 미분쇄 공정 단계;를 거쳐 입도별 분리 과정에 의한 실리카 관련소재 원료를 생산하는 방법을 특징으로 하는 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 스크린단계에서 분급된 저품위 실리카 중 상부 스크린으로 걸러진 저품위 실리카 원광은 조 크러셔를 사용한 조쇄단계와 콘크러셔를 이용한 중쇄 단계를 거친 후 분쇄 또는 미분쇄 공정 단계를 거쳐 입도별 분리 과정에 의한 실리카 관련소재를 생산하는 것을 특징으로 하는 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 이중스크린으로 분급하는 1차 스크린분리단계는 상부 스크린은 40mm보다 큰 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하고, 하부 스크린은 10~40mm 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하는 스크린으로 구성한 것을 특징으로 하는 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법.
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 이중스크린으로 분급하는 2차 스크린분리단계는 상부 스크린은 30mm보다 큰 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하고, 하부 스크린은 5mm 이상의 입도를 가지는 실리카 원광을 선별하는 스크린으로 구성한 것을 특징으로 하는 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 1차 스크린 분리단계 중 이중스크린의 하부 스크린의 하부로 낙하한 실리카는 기능성 인조석판 용 원료, 지오 폴리머(geo-polymer) 및 황토관련 제품원료로 사용되고,
    상기 2차 스크린 분리단계 중 이중스크린의 상부 스크린을 통과한 실리카는 자갈용, 제철용, 시멘트 원료로 사용되고,
    상기 분쇄 단계를 통과한 실리카는 주강사(인조모래), 토건축모래로 사용되고,
    상기 미분쇄 단계를 통과한 실리카는 충전제용 인조석판, 페인트 등의 원료로 사용되는 것을 특징으로 하는 황토가 함유된 미이용 저품위 실리카 광물을 이용한 실리카소재 원료의 제조방법.
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