카올린은 비금속 광물로, 카올리나이트 계열 점토 광물이 주를 이루는 점토 및 점토암의 일종입니다. 희고 섬세한 성질 때문에 장시성 징더전의 가오링 마을 이름을 따서 돌로마이트 점토라고도 불립니다. 순수한 카올린은 희고 부드러우며, 입자가 고운 토양과 같습니다. 또한 우수한 가소성과 내화성을 비롯한 다양한 특성을 지니고 있습니다. 카올린은 주로 카올리나이트, 에클로자이트, 운모, 일라이트, 몬트모릴로나이트, 석영, 장석 등의 광물로 구성됩니다. 카올린은 제지, 도자기, 내화물, 페인트, 고무 충전제, 에나멜 유약, 백시멘트, 플라스틱, 연삭 휠, 비누, 살충제, 의약품, 화학제품, 건축자재 등 다양한 산업 분야에 사용됩니다. 또한 국방 산업을 비롯한 여러 산업 분야에서도 활용됩니다.
고령토의 주요 가공 기술
카올린 가공은 크게 두 단계로 이루어집니다. 바로 광물 처리와 정제입니다. 또한 초미세 분쇄, 소성 및 표면 개질 공정도 포함됩니다. 도토 원광석은 카올리나이트 계열 광물을 주성분으로 하며, 몬트모릴로나이트, 일메나이트, 알루미나, 석영, 장석, 운모, 철 광물(리모나이트, 헤마타이트, 로도크로사이트, 황철석 등)이 소량 함유되어 있습니다. 또한 이산화티타늄(일메나이트, 루틸 등), 유기물(식물 섬유, 유기질 이탄, 석탄) 및 기타 불순물도 포함되어 있습니다. 광물 충전재로 사용될 경우 선광 및 정제 공정에 적용되어야 합니다.
카올린의 선별 공정은 광석의 종류에 따라 다릅니다. 연질 카올린과 사질 카올린은 경질 카올린(카올리나이트)과 다르며, 각각 다른 선별 및 정제 공정을 사용합니다.
세척 카올린의 주요 생산 공정
섬프
원광석에 물과 분산제를 첨가하여 정해진 점도를 맞춘 후, 믹서나 매셔에서 슬러리를 만듭니다. 펄핑 과정을 통해 카올린을 분산시키고 모래와 식물성 불순물로부터 분리합니다. 이렇게 하여 다음 단계에 적합한 점도의 슬러리를 준비합니다.
굵은 모래를 제거하는 스크류 분류기
카올린 원광석에 함유된 석영, 장석, 운모 및 기타 불순물의 크기는 일반적으로 325메쉬보다 큰 조립질인 반면, 카올린 자체는 주로 -2μm 크기의 미세 입자로 구성되어 있습니다. 대부분의 석영과 장석 조립 모래는 나선형 선별기를 사용하여 제거할 수 있습니다.
하이드로사이클론 분류
이 공정은 하이드로사이클론 선별 방식을 사용합니다. 카올린 미세 모래(미세 석영, 장석 및 기타 불순물)를 제거합니다. 다중 선별을 위해 직경 75mm, 50mm, 25mm 등 다양한 직경의 하이드로사이클론을 사용합니다.
수평 나선형 원심분리기 분류
원심분리기는 나선형으로 물질을 분류합니다. 재질에 따라 분류하는 방식이며, 제품의 품질을 유지하기 위해 분리 계수 등의 매개변수를 조정합니다. 현재 국내 카올린 선별 공정에서도 하이드로사이클론 선별 분류기를 사용하고 있지만, 유량 및 압력 변화로 인해 -2μm까지 제품 품질을 안정화하기 어렵습니다. 하이드로사이클론은 90% 이상의 분류 효율을 달성하지만, 수평 나선형 원심분리기만큼 효율이 좋지는 않습니다.
자기 분리
양질의 카올린이 요구되는 경우, 대부분의 경우 강자석 분리, 고경사 자석 분리, 화학적 표백, 부유선별 및 선택적 응집이 필요합니다. 카올린에 함유된 갈철석, 적철석, 로도크로사이트, 황철석, 아나타제, 루틸 등의 착색 광물 불순물은 자성이 약하므로, 모래를 제거한 후 카올린을 강자석 분리기 또는 고경사 자석 분리기를 이용하여 추가적으로 자석 분리할 수 있습니다.
카올린에 함유된 철과 티타늄 광물은 대부분 미세 입자 형태로 존재하기 때문에, 일반적인 강력한 자력 분리로는 제거율이 낮아 산업 현장에서는 카올린 자력 분리에 고경사 자력 분리기를 주로 사용합니다. 또한, 초전도 자력 분리기를 이용하여 카올린의 철분 제거 성능을 향상시킨 사례도 있습니다. 이 자력 분리기는 자력 강도를 더욱 높일 뿐만 아니라, 고품질 카올린을 더 많이 얻을 수 있고 에너지 소비도 줄일 수 있습니다. 자력 분리 후에도 카올린의 백색도가 고품질 카올린 기준에 미치지 못할 경우에는 일반적으로 화학적 표백 공정을 사용합니다.
카올린 세척용 특수 자력 분리기는 최대 16000GS의 자력을 가진 습식 강력 자력 분리기로, 카올린 분쇄 공정 중 재생 철을 제거하고 카올린의 백색도를 향상시킬 수 있습니다. 카올린 제분 과정에서 카올린 내 재생 철을 제거하여 백색도를 개선하고 기타 약자성 물질을 제거할 수 있습니다.
화학적 표백
표백은 카올린의 화학적 성질을 변화시키는 과정입니다. 이 과정은 카올린의 성능과 함유된 불순물과 밀접한 관련이 있습니다. 철, 티타늄, 유기물은 카올린의 주요 불순물이며, 이러한 불순물들은 카올린의 성능을 저하시킵니다. 일반적으로 다양한 화학적 표백 방법이 사용되는데, 여기에는 환원법, 산화법, 산화-환원 복합법, 산 침출 처리법 등이 있습니다.
여과 공정
이 장비는 고압 슬러리 공급 방식을 사용합니다. 이를 통해 생산성이 향상되고 제품 수분 함량을 32~35% 이하로 유지할 수 있습니다. 또한 에너지 절감 및 작업 환경 개선에도 도움이 됩니다.
건조 및 파쇄 과정
고압 건조기를 사용할 수 있습니다.
현재 국내산 카올린 제품은 대부분 저급이며, 80%는 도자기 산업에서만 사용 가능합니다. 고품질 카올린 제품의 품질과 생산량은 국내 시장의 요구를 충족해야 합니다.
세척 카올린 제품의 백색도에는 여러 요인이 영향을 미칩니다. 이러한 요인은 광석의 원산지, 선별 방법에, 제품의 입자 크기, 수분 함량의 네 가지 측면에서 분석할 수 있습니다.
(1) 광석 공급원
원산지나 채광 지역에 따라 세척된 카올린 원광석의 불순물 함량이 다르며, 이에 따라 백색도 또한 달라집니다. 티타늄과 철 화합물은 카올린의 백색도에 영향을 미치는 주요 불순물입니다. 이 두 성분의 합이 1%를 초과하면 일반적으로 백색도는 85% 미만이 됩니다.
연구에 따르면 카올린에 함유된 철은 갈철석, 적철석, 황철석, 로도크로사이트, 일메나이트와 같은 다양한 형태로 존재합니다. 이러한 다양성 때문에 카올린은 여러 가지 색을 띨 수 있습니다. 카올린 내에 존재하는 철은 결정 형태일 뿐만 아니라, 카올린과의 결합 형태 또한 다양합니다. 결정 형태의 철은 미세한 입자로 존재하며, 비정질 형태의 철은 카올린 입자의 표면에 캡슐 형태로 존재합니다. 비정질 철이 가장 흔하게 나타납니다.
이 과정에서 동일한 색조의 광석만 함께 처리해야 한다는 점에 유의하십시오. 광석의 색상은 엄격하게 분류해야 하며, 처리 유형에 따라 분류해야 합니다. 처리 과정에서 색조가 다른 광석을 혼합해서는 안 됩니다. 이러한 방식으로만 광석의 순도를 확보하고 제품의 백색도를 향상시킬 수 있습니다.
(2) 선광 방법
우선, 카올린에 함유된 철의 존재 상태를 정확하게 파악하여 적절한 철 제거 방법을 선택해야 합니다. 카올린의 철 제거 및 백색화 방법은 크게 물리적, 화학적, 생물학적 방법의 세 가지 범주로 나뉩니다.
일반적으로 카올린 원료를 농축하거나 유해 물질을 제거하기 위해 물리적 방법(재선별, 부유선별, 자력 분리)을 사용합니다. 이러한 방법들은 먼저 대부분의 불순물 광물을 선별하여 카올린을 정제합니다. 고경사 및 초전도 자력 분리기는 카올린에서 철을 제거하는 데 효과적입니다.
하지만 물리적 방법에는 한계가 있습니다. 불순물 광물의 함량이 낮거나 크기가 작을 경우에는 효과가 없으며, 분리 효과도 뚜렷하지 않습니다. 또한 격자 구조의 철을 분리할 수도 없습니다. 따라서 고품질의 백색 카올린을 얻으려면 물리적 선별에만 의존할 수는 없습니다.
우리는 화학 물질을 이용하여 광물에서 철을 제거합니다. 이 화학 물질은 철만 용해시키고 다른 광물은 용해시키지 않습니다. 철을 제거하는 화학적 방법은 매우 간단합니다. 바로 산화환원법을 이용하는 것입니다. 이 방법은 이미 성숙 단계에 접어들어 널리 사용되고 있습니다. 하지만 비용이 많이 들고 심각한 환경 오염을 유발합니다.
비교해 보면 화학적 방법에는 단점이 있다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 하지만 실제로 철을 매우 하얗게 만드는 효과가 뛰어나기 때문에 여전히 선호되는 방법입니다.
(3) 제품 세분화 크기
일반적으로 광석 입자 크기가 미세할수록 백색도가 높아집니다. 그러나 광물의 용도에 따라 실제 가공 과정에서 요구되는 입자 크기는 다릅니다. 또한, 추가 가공은 작업량을 증가시키고 작업 효율을 저하시켜 가공 비용 절감에 더욱 유리할 수 있습니다.
(4) 수분 함량
광석의 수분 함량은 백색도에 큰 영향을 미치는 주요 요인입니다. 광석의 수분 함량을 낮추면 백색도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 따라서 광석 처리 과정에서는 과학적이고 효과적인 방법을 사용하여 광석의 수분 함량을 줄여야 합니다. 이것이 바로 처리된 광석의 백색도를 높이는 유일한 방법입니다.
카올린은 철 제거 및 표백에 유용한 성분을 함유하고 있습니다. 카올린을 사용하면 제품을 더욱 하얗고 윤기 있게 만들어 가치를 높일 수 있습니다. 카올린 광석의 종류와 생성 과정은 지역에 따라 다르며, 함유된 철의 형태도 다양합니다. 따라서 철을 제거하기 위해서는 상황에 맞는 적절한 방법을 선택해야 합니다. 최적의 철 제거 방법을 찾기 위해서는 다양한 실험을 거쳐야 합니다.