KR20000000182A - 토루말린의 고효율 분쇄방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토루말린의 분쇄방법에 관한 것으로, 토루말린이 고경도 성질로써 분쇄가 어려움에 따라 토루말린의 우수한 특성을 활용할 수 없는 문제를 해결하기 위한 것으로, 높은경도 특성을 나타내는 토루말린을 적절한 온도로 열처리하여 자체 경도를 낮추어 줌으로써 미분쇄시 분쇄효율성을 높일 수 있어 대량생산이 가능할 뿐만 아니라 분쇄시 일체의 불순물의 혼입을 방지할 수 있도록 한 토루말린의 고효율 분쇄방법을 제공함에 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 토루말린의 원석을 세척, 건조, 조분쇄 및 미분쇄시키는 공정을 포함하는 토루말린의 분쇄방법에 있어서 상기 건조공정시 토루말린 원석을 300 ~ 450℃로 열처리하여줌을 특징으로 하는 토루말린의 고효율 분쇄방법을 제공한다.

Description

토루말린의 고효율 분쇄방법 { The method of crushing a tourmaline }

본 발명은 토루말린의 분쇄방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 고경도를 나타내는 토루말린을 미분쇄함에 있어서 온도에 따른 토루말린의 경도변화 현상을 적절하게 응용함으로써 분쇄효율성을 높일 수 있도록 한 토루말린의 고효율 분쇄방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기석으로 널리 알려진 토루말린(tourmaline)은 조밀육방결정계에 이극상을 나타내고 있으며, 화학 조성식은 WX₃B₃Al₃(AlSi₂O₉)₃(W는 Na 또는 Ca이고, X는 Al, Fe₃, Li 또는 Mg)으로 나타난다.

상기한 바의 토루말린은 전기석의 용도 이외에도 편광판 또는 보석재료로 유용하게 사용되기도 하는 광물로써 하기한 표 1에 나타난 바와같이 다양한 색상에 따라 각각의 고유한 명칭을 갖고 있을 뿐만 아니라, 광물의 특성상 높은 원적외선 방사율을 나타내고, 음이온을 발생시키며 일반 가전제품으로부터 발생되는 유해 양이온을 음이온으로 변환시키는 등의 여러가지 유효한 특성을 가지고 있어, 최근들어 이러한 토루말린을 다양한 용도로 응용하여 그 활용가치를 높이고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그러나, 상기한 바의 토루말린은 자체적으로 고경도를 나타내고 있어 평균입경 10 μ m 이하로 미세하게 분쇄하고자 하는 경우 소요시간이 매우 길어 대량생산에 적지 않은 문제점을 나타내고 있을 뿐만 아니라, 분쇄과정에서 분쇄기로부터 탈리되는 금속불순물의 혼입이 예상되는 등의 문제점으로 인하여 한정될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 높은경도 특성을 나타내는 토루말린을 적절한 온도로 열처리하여 자체 경도를 낮추어 줌으로써 미분쇄시 효율성을 높일 수 있어 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라 분쇄시 일체의 불순물의 혼입을 방지할 수 있도록 한 토루말린의 고효율 분쇄방법에 관한 것이다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 토루말린 원석을 세척, 건조, 조분쇄 및 미분쇄시키는 공정을 포함하는 토루말린의 분쇄방법에 있어서, 상기 건조공정시 토루말린 원석을 300 ∼ 400℃로 열처리하여 줌을 특징으로 하는 토루말린의 고효율 분쇄방법을 제공한다.

일반적으로 상기 토루말린의 원석에 함유된 무기물함량은 하기한 표 2에 나타난 바와 같다.

상기한 바의 원소구성을 갖는 토루말린은 조밀육방결정계의 이극상을 띄기 때문에 열응력에 대한 변화에 민감한 반응을 나타내므로 건조과정에서의 가열온도를 갑작스럽게 높일 경우에는 상기한 바의 자체 결정구조가 심각하게 변형됨으로써 고유한 전기적특성, 음이온방출 특성 등과 같은 유효한 특성이 저하될 우려가 있으므로 적절한 승온단계를 유지하는 것이 중요한데, 보다 바람직하기로는 건조온도를 1단계 50℃, 2단계 100∼150℃, 3단계 200∼250℃, 4단계 250∼300℃, 5단계 350℃ 내지450℃로 승온시키는 것이 바람직하다.

상기 토루말린의 건조시 온도를 300℃미만으로 할 경우 본 발명에서 목적으로 하는 미세분으로의 분쇄가 어려우며, 450℃를 초과하여 열처리하는 경우에는 경도저하 효과가 다소 상승할 수 있으나 그 정도가 극히 미미하며 오히려 고열처리에 의한 비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있다.

본 발명의 토루말린에는 Fe₂O₃또는 SiO₂등의 미립분 또는 먼지 등이 함유되어 있으며 이들 불순물은 분쇄 후 공정에서의 제거가 어렵기 때문에 분쇄전 습식제거하는 것이 바람직한데, 이를 위한 세척 공정에서는 자연상태로부터 채취된 토루말린 원석을 물과 함께 회전드럼에 혼합한 후 약 15 ∼ 30 rpm으로 일정시간 회전시켜 세척하거나 접촉매질을 이용한 세척방법을 이용할 수 있다.

상기 세척된 광물은 다공성 용기 등을 이용한 탈수과정을 거쳐 연속식 콘베어 등의 이송수단에 의하여 가열 건조로를 통과하면서 건조된다.

이때 건조로내의 온도는 상기한 바의 각 단계별 건조온도가 순차적으로 유지되는 구성이 바람직하며 각 단계별 건조시간은 약 10분정도면 충분하다.

이상 설명한 바의 건조과정을 마친 토루말린 원석을 져우크라셔( jaw crusher ), 스탬프밀( stamp mill ), 일정한 속도로 회전하는 폴( poll ) 또는 분쇄악판 등의 분쇄기를 통과시켜 평균입경 3 ∼ 10mm로 조분쇄시키는데, 상기 과정에서는 토루말린의 평평한 판형의 결정상이 파괴되기 시작하면서 조분쇄가 이루어 진다.

상기 미분쇄시는 진동분쇄기를 이용한 분쇄방법이 바람직하며, 이러한 진동분쇄방법은 통상적으로 수행되는 분쇄방법으로써, 분쇄매체로써의 바(bar) 또는 볼(ball)을 상기 조분쇄된 토루말린과 진동분쇄기 내에 혼합한 후 바이브레이션을 이용하여 진동분쇄 시킨다.

이때 분쇄시간에는 특별한 제한을 두지 않으나, 대략 1 ∼ 3시간을 하는 것이 바람직하며, 약 2시간 정도로 분쇄시키는 것이 가장 적합하다.

상기 설명한 바의 미분쇄 공정을 수행한 후 필요한 입경의 토루말린 입자를 얻기 위해서는 토출된 분쇄 토루말린을 분급기를 이용하여 분급시켜 얻을 수 있으며, 나머지 조분발은 다시 진동분쇄기로 피드백시켜 분쇄시키는 과정을 반복 수행하게 된다.

상기한 바의 제 분쇄공정중 발생될 수 있는 미량의 철분에 대한 선별은 자성체를 이용하여 상기 분쇄기의 토출구에서 분리 회수 할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 토루말린의 고효율 분쇄방법을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하겠으나 본 발명이 하기한 실시예에 한정된 것이 아님을 밝혀 둔다.

< 실시 예1 >

브라질의 미나스제라이스 지역에서 산출된 10 ∼ 50mm의 입경크기를 갖는 토루말린 원석 100중량부와 물 150중량부를 세척드럼에 혼입한 후 상기 세척드럼을 약 20rpm의 속도로 회전시키며 약 20분간 정회전과 역회전을 반복시키면서 세척시켰다.

상기 세척공정이 완료된 토루말린을 금속용기에 넣고 자중에 의하여 탈수시킨 후 1단계 50℃, 2단계 100 ∼ 150℃, 3단계 200 ∼ 250℃, 4단계 250 ∼ 300℃, 5단계 350 ∼ 450℃ 및 450 ∼ 500℃로 유지되는 연속식 가열로에 컨베이어를 이용하여 30mm/min의 속도로 이송시켰다.

이상의 가열로를 통과시키는 과정에서 각 단계별 온도로 열처리된 토루말린을 채취하여 하기 실험 예1에서 정한 방법으로 경도 측정을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

계속하여 상기한 바와 같이 열처리된 토루말린을 25rpm의 회전속도를 갖는 롤크라셔를 통과시켜 조분쇄를 실시함으로써 1 ∼ 5mm의 입경크기를 갖는 토루말린을 얻었다.

상기 조분쇄된 토루말린을 33 ± 2℃의 온도가 유지된 상태에서 바(bar)가 충진된 진동밀에 2시간동안 미분쇄한 후 53메쉬, 63메쉬, 75메쉬, 80메쉬. 100메쉬, 125메쉬, 150메쉬, 180메쉬, 200메쉬, 250메쉬, 300메쉬, 315메쉬, 400메쉬 망을 연속적으로 설치하여 분급하였다.

이때 토루말린 분말의 배출구에는 마그네틱 분리기(magnetic separarer)를 이용하여 철분을 제거해 주어 분급기에 혼입되지 않도록 하였다.

상기한 바의 미분쇄된 토루말린 분말의 평균입경은 약 300 μ m로 나타났다.

< 실험 예1 >

상기 실시예1에서 경도측정방법( HRc 측정방법 )은 KSB0806에 준한다.

상기 표 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 약 300℃ 이상으로 열처리한 토루말린의 경우 경도가 최대 55HRc이하로 나타나 상온에서의 80HRc와 비교하여 현저한 강도 저하현상을 나타내었음을 알 수 있었으며, 450℃를 초과하여 열처리한 경우에는 강도저하 효과가 극히 미미하였음을 알 수 있었다.

< 실시예 2내지4 >

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기한 바의 조분쇄 과정을 완료한 토루말린석을 미분쇄전에 약 -196℃로 유지되는 액체질소내에 약 1분간 담지시켰으며 미분쇄 시간을 각각 10분 20분 및 30분으로 한 후 분쇄된 토루말린의 평균입경을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

상기 표 4의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 방법으로 열처리된 토루말린을 미분쇄전 저온의 액체질소에 담지하였을 경우 초기 분쇄효율이 높을 뿐만 아니라 미립분과 조립분의 입도편차가 작아 처리효율을 크게 높일 수 있음을 알 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 높은경도 특성을 나타내는 토루말린을 적절한 온도로 열처리하여 자체 경도를 낮추어 줌으로써 미분쇄시 분쇄 효율성을 높일 수 있어 대량 생산이 가능할 뿐 아니라 분쇄시 일체의 불순물의 혼입을 방지할 수 있도록 한 토루말린의 고효율 분쇄방법을 제공하는 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 토루말린 원석을 세척, 건조, 조분쇄 및 미분쇄시키는 공정을 포함하는 토루말린의 분쇄방법에 있어서, 상기 건조공정시 토루말린 원석을 300 ~ 450℃로 열처리하여줌을 특징으로 하는 토루말린의 고효율 분쇄방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 토루말린 원석을 분쇄된 액체질소에 담지시킴을 특징으로 하는 토루말린의 고효율 분쇄방법.