중정석은 가장 흔한 바륨 광물입니다. 황산바륨의 일종이며, 석영-중정석 광맥이나 형석-중정석 광맥처럼 저온 열수 광맥에서 흔히 발견됩니다. 또한, 납석, 섬아연석, 황동석, 주사와 함께 산출되는 경우가 많습니다. 우리나라의 중정석 매장지는 대부분 후난성, 광시성, 칭하이성, 장시성에 분포하며, 대부분 거대한 단일 광물 열수 광맥 형태입니다. 중정석은 퇴적암에서도 결절 형태로 나타날 수 있으며, 특히 퇴적성 망간 광상에서 흔히 발견됩니다. 얕은 바다의 이질 및 사질 퇴적암에서도 산출됩니다. 풍화된 퇴적물에서는 잔류 점토에 덮여 있는 경우가 많으며, 결절 또는 각진 형태로 나타납니다.
중정석 산업의 응용 분야 중 하나는 다양한 바륨 화합물 생산을 위한 원료로 사용하는 것입니다.
중정석은 귀중한 원자재입니다. 산화바륨, 탄산바륨, 염화바륨, 질산바륨, 침전황산바륨, 수산화바륨, 티탄산바륨 등 다양한 화학물질을 만드는 데 사용됩니다. 이러한 원자재 생산에는 막대한 투자와 엄격한 기술 기준이 요구됩니다. 중정석 제품은 일반적으로 높은 수익률을 제공합니다.
바륨 티타네이트
세라믹은 전자 세라믹의 핵심 원료입니다. 우수한 절연성을 지닌 이 소재는 다층 세라믹 커패시터에 필수적인 요소입니다. 세라믹 커패시터는 현재 주류 기술로 자리 잡았으며, 작은 크기, 큰 용량, 높은 주파수, 저렴한 가격 등의 장점으로 다른 커패시터에 비해 우수한 성능을 보입니다. 또한, 높은 신뢰성을 자랑합니다. 집적 회로 기술의 발전은 세라믹 커패시터의 인기를 더욱 높이고 있으며, 최근 몇 년간 성장률은 12.71톤/년(TP3T)에 달했습니다.
탄산바륨
바륨염 제품은 생산 규모가 가장 크며, 자성 재료, 광학 유리, TV 브라운관 유리, 세라믹, 에나멜, 코팅제, 고무, 강철 침탄 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 또한 다른 바륨염을 만드는 데에도 사용됩니다. 전 세계 탄산바륨의 총 수출입량은 40만 톤에 달합니다. 주요 수입국은 일본, 미국, 캐나다, 한국, 프랑스, 스웨덴이며, 중국은 최대 수출국입니다. 중국은 세계 시장을 독점할 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 통일된 전략이 부족한 실정입니다.
염화바륨
염화바륨은 다양한 용도로 사용되는 핵심 화학 원료입니다. 다른 바륨염, 안료, 코팅제를 만드는 데 사용될 수 있으며, 매염제, 가죽 제품, 살충제, 의약품, 잉크, 연수제 제조에도 사용됩니다. 또한 금속 열처리제 제조에도 사용되며, 염소-알칼리 산업의 염수 정제에도 사용됩니다. 중국은 염화바륨의 주요 수출국이며, 탄산바륨의 세계 시장 또한 독점하고 있습니다.
황산바륨
X선 촬영 시 이중 조영제로 사용할 수 있습니다. 고밀도 위장관 조영제이며, 단독으로 사용하거나 저밀도 가스와 혼합하여 이중 조영 효과를 낼 수 있습니다. 소화관 조영에 자주 사용됩니다. 국내 사용자들은 미세하고 균일한 황산바륨보다 불규칙한 황산바륨이 더 좋다고 말합니다.
질산바륨
주로 불꽃놀이 제품, 광학 유리 및 감시 렌즈에 사용됩니다. 중국에서는 국내 판매량의 대부분이 불꽃놀이 제조업체에 공급되며, 소량은 군수 및 유리 산업에 사용됩니다.
수산화바륨 제품
바륨은 주로 수산화바륨 팔수화물과 수산화바륨 일수화물로 나뉩니다. 수산화바륨 팔수화물은 바륨계 윤활유, 의약품, 플라스틱, 레이온, 유리, 에나멜 등 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 또한 석유, 정제유, 연수제(자당 함유)의 다기능 첨가제로도 사용됩니다. 수산화바륨 팔수화물은 수산화바륨 일수화물 제조에도 대량으로 사용됩니다. 수산화바륨 일수화물은 주로 엔진 오일 첨가제로 사용되며, 플라스틱 산업에서는 가소제 및 복합재 안정제로 사용됩니다. 철 함량이 낮은(10×10⁻⁶ 이하) 수산화바륨 일수화물은 광학 유리 및 감광성 재료에 사용될 수 있습니다. 수산화바륨 팔수화물은 주로 국내에서 판매되고, 수산화바륨 일수화물은 전량 수출됩니다. 최근 수산화바륨 팔수화물과 일수화물은 바륨염 중에서 가장 빠르게 성장하고 있습니다.
기타 바륨염 제품 및 정밀화학제품
몰리브덴산바륨은 에나멜 제품용 접착제 및 나프타 정제에 자주 사용되며 금속에 대한 접착력이 우수합니다. 메타붕산바륨은 첨가제형 난연제로, 다른 난연제와 함께 사용 시 시너지 효과를 나타냅니다. 또한 도료 산업에서 프라이머 및 상도제에 사용되며 항균 효과가 있습니다. 인산바륨은 주로 윤활유 첨가제의 세척 분산제로 사용됩니다. 크롬산바륨은 복합 전기 도금용 부식 방지제로 사용됩니다. 바륨 계열 첨가제는 국내에서도 생산되고 있으며, 스테아르산바륨, 유기 아연 바륨, 라우르산바륨, 알킬벤젠술폰산염 등이 있습니다. 이러한 첨가제는 일반적으로 염화바륨(또는 수산화바륨)을 유기산과 반응시켜 제조합니다. 그중 알킬벤젠술폰산염은 고품질 음이온성 계면활성제이자 오일 용해성 방청제로 탁월한 성능을 나타냅니다.
바라이트 산업 응용 분야 2: 시추 진흙 증량제로서의 사용
석유 및 가스정을 시추할 때 사용하는 시추 진흙과 점토는 일반적으로 비중이 약 2.5입니다. 물의 비중은 1이므로 진흙의 비중은 상대적으로 낮습니다. 때때로 진흙의 무게가 석유 및 가스의 압력을 견디지 못해 분출 사고가 발생할 수 있습니다. 지하 압력이 높을 때는 진흙의 비중을 높여야 하는데, 진흙에 중정석 분말을 첨가하는 것이 효과적인 방법입니다. 시추 진흙에 사용되는 중정석은 일반적으로 325메쉬 이상의 미세도를 가져야 합니다. 중정석의 미세도가 충분하지 않으면 침전이 발생할 가능성이 높습니다. 시추 진흙에는 비중이 4.2 이상인 중정석이 필요하며, 황산바륨(BaSO4) 함량은 95% 이상, 가용성 염류 함량은 1% 미만이어야 합니다. 이러한 용도의 시장은 크지만, 기술 요구 조건이 낮기 때문에 대부분의 국내 중정석 광산과 황산바륨 제조업체에서 이러한 제품을 생산할 수 있어 경쟁이 치열합니다.
중정석 산업 응용 분야 3: 리토폰 안료
고품질 백색 안료인 리토폰은 페인트 및 도장 분야에서 널리 사용됩니다. 황산바륨을 가열하고 환원제를 사용하면 황화바륨(BaS)이 생성됩니다. 그런 다음 이를 황산아연(ZnSO4)과 반응시키면 70%의 황산바륨과 30%의 황화아연 혼합물이 생성되는데, 이것이 바로 리토폰 안료입니다. 리토폰 제조에 사용되는 중정석은 매우 순도가 높아야 합니다. 황산바륨 함량이 95%를 초과해야 하며, 눈에 보이는 유색 불순물이 없어야 합니다. 리토폰에 대한 시장 요구 사항은 매우 엄격합니다. 함량과 백색도 외에도 입자 크기(미세도)가 최소 1250메쉬에 도달해야 합니다. 이러한 엄격한 기준에도 불구하고, 많은 기업들이 여전히 리토폰을 생산하고 있습니다. 이들 기업은 주로 주강 삼각주와 양쯔강 삼각주에 위치하고 있습니다. 이들 기업의 월간 수요는 규모에 따라 100~200톤 정도로 적습니다. 하지만 생산 기술이 기준을 충족한다면, 리토폰 시장은 고급 제품 개발의 핵심 분야가 될 수 있습니다.
바라이트 산업 응용 분야 4: 충전재 산업용 바라이트
페인트 제조에서 중정석 분말은 충전재로 사용됩니다. 중정석은 페인트 도막의 두께, 강도 및 내구성을 향상시킵니다. 아연-바륨 백색 안료는 실내 페인트에 납 백색 및 마그네슘 백색 안료보다 우수합니다. 페인트 산업에서는 입자가 미세하고 백색도가 높은 중정석이 필요합니다. 또한 중정석은 제지, 고무 및 플라스틱 산업에서도 충전재로 사용됩니다. 중정석은 고무와 플라스틱의 경도, 내마모성 및 노화 방지 특성을 향상시킵니다. 고무 및 제지 산업에서 사용되는 중정석 충전재는 BaSO4 함량이 98% 이상, CaO 함량이 0.36% 이하이어야 하며, 산화마그네슘이나 납을 함유하지 않아야 합니다.
1. 프라이머 및 매스틱 코팅제:
바라이트 분말은 충진력이 매우 높아 프라이머 및 매스틱 코팅과 같은 다양한 코팅에 적합합니다. 낮은 비표면적, 균일한 입자 크기, 우수한 유동성 덕분에 가공 중 마모가 매우 적습니다. 황산바륨은 자동 프라이머 표면에 이상적이며, 높은 충진율에서도 균일성과 매끄러움을 유지합니다.
2. 탑코트:
내화학성 코팅에서 바라이트 분말은 다른 대부분의 충전제보다 우수한 성능을 발휘합니다. 불활성 및 물, 산, 용제에 대한 불용성, 그리고 미세하고 광택 있는 입자는 상도 코팅을 오랫동안 보호해 줍니다. 바륨 황산염은 표면 경도 및 색상 안정성을 향상시키기 위해 상도 코팅에 사용하는 것이 좋습니다.
3. 라텍스 페인트:
중정석 분말은 무게 때문에 주로 라텍스 페인트에 사용됩니다. 특히 "내산성" 라텍스 페인트로 알려진 고광택 및 실크 질감 페인트에 많이 사용됩니다. 중정석은 분산성이 좋고 광학 회전 유지력이 뛰어나며 유동성이 좋아 화학적 성능을 향상시킵니다. 황산바륨은 고광택 페인트와 라텍스 페인트에 적합합니다.
4. 인쇄 잉크:
중정석 분말은 고품질 잉크에 매우 적합합니다. 마모성이 낮고 광택이 뛰어나며 색상이 안정적입니다. 또한 점착성이 낮고 유동성이 좋습니다. 특히 황산바륨은 높은 광학 회전도를 요구하는 잉크에 사용하기에 적합합니다.
5. 목재 코팅:
중정석 분말은 응집력이 낮고, 빛 분산이 적으며, 입자가 미세합니다. 따라서 안료 상도 코팅, 바니시 및 스프레이 페인트에 이상적입니다. 연구 결과에 따르면 황산바륨은 내화학성 및 내후성이 뛰어납니다.
6. 분체 도장:
분말 코팅에서 중정석 분말은 광택, 유동성, 충진성 및 안료 호환성을 향상시킬 수 있습니다.
7. 접착제:
중정석 분말을 첨가하면 접착제의 유동성, 충전성 및 내화학성이 향상됩니다.
8. 열가소성 수지:
중정석 분말의 열전도율과 유동성은 사출 성형 시간을 단축시켜 줍니다. 또한, 핵형성제인 황산바륨은 플라스틱의 강도와 열 안정성을 향상시킵니다.
9. 종이 코팅:
중정석 분말은 미술 용지나 흰색 반투명 색지 등 종이 코팅의 광택과 유동성을 향상시킵니다. 경우에 따라 황산바륨은 광택 손실 없이 이산화티타늄을 대체할 수 있습니다.
중정석 산업 응용 분야 5: 시멘트 산업용 광물화제
시멘트 생산에서 중정석과 형석 광물화제를 첨가하면 C3S의 생성 및 활성화를 촉진하여 클링커 품질을 향상시키고 초기 강도를 20~25%, 후기 강도를 10% 증가시킵니다. 또한 클링커 소성 온도를 1450℃에서 1300±50℃로 낮출 수 있습니다. 최적의 효과는 중정석 함량이 0.8~1.5%일 때 나타납니다. 백색 시멘트 제조 시에도 중정석과 형석 광물화제를 사용하면 소성 온도를 1500℃에서 1400℃로 낮출 수 있습니다. 또한 유리 CaO 함량을 감소시키고 강도와 백색도를 향상시킵니다. 석탄 폐석을 시멘트 원료로 사용했을 때 중정석을 첨가하면 저클링커 시멘트의 강도, 특히 초기 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이는 석탄 폐석을 활용하여 저칼슘, 에너지 절약형, 초기 강도 및 고강도 시멘트를 생산할 수 있는 방법을 제시합니다.
중정석 산업 응용 분야 6: 방사선 차폐 시멘트, 모르타르 및 콘크리트
중정석은 X선을 흡수하는 성질이 있어 바륨 시멘트, 중정석 모르타르, 중정석 콘크리트를 만드는 데 사용됩니다. 이러한 재료는 금속 납판을 대체할 수 있으며, 원자력 발전소를 차폐하거나 병원, 연구소와 같은 건물을 X선으로부터 보호하는 데 사용됩니다. 바륨 시멘트는 주로 중정석과 점토를 소결하여 만듭니다. 주성분은 규산이바륨이며, 분쇄 과정에서 석고가 첨가됩니다. 비중은 4.7~5.2로 일반 포틀랜드 시멘트보다 높으며, 강도는 325~425입니다. 바륨 시멘트는 비중이 높기 때문에 중정석과 같은 무거운 골재와 혼합하여 균일하고 밀도가 높은 X선 차단 콘크리트를 만들 수 있습니다. 중정석 모르타르는 X선을 효과적으로 차단하는 고밀도 모르타르입니다. 일반적으로 수화열이 낮은 포틀랜드 시멘트를 사용하며, 시멘트:중정석 분말:중정석 모래:굵은 모래의 비율을 1:0.25:2.5:1로 하여 제조합니다. 중정석 콘크리트는 밀도가 높고 X선 차폐 능력이 뛰어납니다.
일반적으로 사용되는 시멘트질 재료는 다음과 같습니다.
- 수화열이 낮은 포틀랜드 시멘트.
- 고알루미나 시멘트.
- 바륨 시멘트.
- 스트론튬 시멘트.
이 중에서 포틀랜드 시멘트가 가장 널리 사용됩니다.
일반적인 배합비는 시멘트 : 중정석 쇄석 : 중정석 모래 : 물 = 1:4.54:3.4:0.5 또는 1:5.44:4.46:0.6 또는 1:5:3.8:0.2입니다. 방사선 차폐 모르타르 및 콘크리트용 중정석은 최소 80%의 BaSO4를 함유해야 합니다. 석고, 황철석, 황화물, 황산염과 같은 불순물은 7%를 초과해서는 안 됩니다.
중정석 산업 응용 분야 7: 도로 건설
10% 바라이트가 함유된 고무와 아스팔트 혼합물은 주차장 포장에 사용됩니다. 내구성이 뛰어납니다. 중장비 도로 건설 장비의 타이어에는 바라이트가 부분적으로 채워져 있는데, 이는 무게를 더해 매립지를 다지는 데 도움이 됩니다.
바라이트 산업 응용 분야 8: 기타 용도
중정석은 기름과 혼합하여 직물에 발라 유포를 만드는 데 사용됩니다. 중정석 분말은 등유 정제에 사용됩니다. 제약 산업에서는 위장관 조영제로 사용됩니다. 또한 살충제, 가죽, 폭죽 제조에도 사용됩니다. 뿐만 아니라, 중정석은 금속 바륨을 추출하는 데에도 사용됩니다. TV와 진공관에서는 게터 및 바인더로 사용됩니다. 금속 바륨은 알루미늄, 마그네슘, 납, 칼슘과 합금하여 베어링을 만드는 데 사용됩니다. 요약하자면, 중정석은 중요한 비금속 광물이며 화학, 건설, 기계 산업 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
제트 밀을 이용하여 초미세 중정석 분말을 생산합니다.
초미세 바라이트 분말은 제트 밀링 기술로 제조됩니다. 이 기술은 효율적이며 매우 미세한 입자를 생산할 수 있습니다. 이 공정에는 몇 가지 주요 단계와 특징이 있습니다.
제트 밀링 공정
제트 밀링은 고속 압축 공기 또는 가스를 사용하여 노즐을 통해 입자를 가속시키는 방식입니다. 이로 인해 입자들이 서로 충돌하여 크기가 작아집니다. 이 방법을 통해 입자 크기가 2.5 마이크론(D97) 이하인 초미세 분말을 만들 수 있습니다.
장비: 제트 밀은 중정석 재료를 챔버에 투입하여 초음속으로 가속시키는 방식으로 작동합니다. 입자들은 제어된 환경에서 충돌하며, 분쇄 매체 없이 크기가 줄어들어 오염을 최소화합니다.
효율성: 제트 밀링은 높은 효율성으로 잘 알려져 있습니다. 입자 크기 분포가 좁고 평균 입자 크기가 1~4 마이크론인 미세 입자를 생성할 수 있습니다. 또한 높은 순도를 유지하고 응집을 방지합니다.
생산 능력: 최신 제트 밀은 높은 생산량을 처리할 수 있습니다. 일부 시스템은 시간당 최대 500kg의 중정석을 처리할 수 있습니다.
환경적 고려사항: 제트 밀링은 환경에 미치는 영향이 적어 선호됩니다. 기존 분쇄 방식과 달리 폐기물 발생량이 최소화되고 광범위한 세척이 필요하지 않습니다.
제트 밀링을 이용한 중정석 분말 제조의 장점
높은 순도: 연삭 매체가 없으므로 마모 입자로 인한 오염 위험이 적습니다.
입자 크기 제어: 작업자는 다양한 산업 용도에 맞는 특정 입자 크기를 얻기 위해 공정을 미세 조정할 수 있습니다.
확장성: 제트 밀링 기술은 품질 저하 없이 대규모 생산 요구에 맞춰 쉽게 확장할 수 있습니다.
제트 밀링을 이용한 초미세 중정석 분말 생산 프로젝트 사례
