석고 개발 및용도

석고 개발 및용도

 

개발및처리

 

가. 채광

ㅇ 석고는 광범위하게 산출되기 때문에, 접근성과 품위가 높은 광상만 주로 개발되고 있다. 상업용 광상들은 거의 유사한 지질 특성을 보이고 있어서 채굴 기술이 비교적 간단하다. 석고는 노천채광과 갱내채광 방법이 사용되나 세계적으로 널리 이용되는 것은 노천채광 방식이다. 석고는 상당부분을 원광의 형태로 이용되기 때문에 노천채광에서 모든 표토를 제거하는 것이 필수적이다. 갱내채굴의 경우 주로 주방식(room and pillar) 채광을 채택하며, 회수율은 70-80% 정도이다.

 

나. 처리

ㅇ 채광된 석고의 처리는 석고의 최종 용도에 따라 달라진다. 시멘트용 석고의 경우는 0.5인치 이하로만 파쇄하며, 농업용이나 충진재의 경우건조 후 약 100mesh로 미분쇄한다. 플라스터보드용 소석고는 파쇄되거나 분쇄된원광을 케틀(kettle)이나 로터리 킬른(rotary kiln)에서 약 550℃로 가열해 만들어진다.

ㅇ 초기 하소는 dihydrate(*2H2O)형태를 hemihydrate(*1/2H2O)형태로 변환시킨다. 석고의 기본응용원리는 이수석고에 열(150 ～ 170 ℃)을 가하면 일부의 결정수를 잃어 반수석고가 생성되고, 더 열을 고온으로 가열하면 전체 결정수를 잃고 무수석고가 된다. 이에 물을 가하면 역반응이 진행되는 두 변화를 이용한 것이다. 석고자체가 갖는 방화성, 단열성, 치수안정성 등의 특성을 이용한 우수한 건축자재가 활용되어지고 있다.

 

다. 배연탈황(排煙脫黃, Flue-Gas Desulfurization)석고

ㅇ 배연탈황이란 배기가스 탈황이라고도 하며, 매연과 배기가스 속에 함유된 황산화물(주로 이산화황)을 제거하는 방법을 말한다. FGD(배연탈황석고)는 화력 및 중유발전소의 연료 연소 시 발생되는 아황산가스의 대기방출을 방지하는 탈황공정에서 발생하는 부산물로서 선진국에서는 고품질의 석고보드를 생산하는 원료로 많이 사용되고 있다.

ㅇ FGD(배연탈황석고)는 물성이 안정적이어서 제품의 품질이 균일하고 기능성 보드의 경우, 제품의 기능을 배가시킬 수 있어 국내에서 생산되지 않는 고기능, 고부가가치 석고제품을 생산할 수 있는 기반을 구축하게 되었다.

 

용도

가. 용도

ㅇ 석고는 플라스터 및 플라스터 보드, 시멘트의 부 원료로 주로 사용되며, 이외에도 토양 조절제, 살충제, 제초제, 비료 등의 농업용 용도와 충전 및 안료용, 유리 제조, 화공약품 등의 용도로 사용된다.

□ 건축

ㅇ 플라스터 및 플라스터 보드

- 플라스터용으로 사용되는 석고는 반수화물(hemihydrate)형태이다. 플라스터는 포틀랜드 시멘트나 석회보다 쉽게 만들 수 있고, 건조와 경화가 쉬우며 하소 시 낮은 온도(160℃)에서 소석고로 되어 에너지 절감효과, 내화성이 높다는 장점을 갖는다. 또한 플라스터는 천연적으로 열에 잘 견딘다. 그러나 설치 후 부분적으로 물에 용해될 수 있기 때문에 외장재나 습도가 높은 환경에서는 부적절하다. 또한 포틀랜드 시멘트에 비해 강도가 약해 큰 건물의 기초에 사용하기에는 부적절하다. 플라스터에는 Ash plaster, Plaster of Paris, Retarded hemihydrate plaster, 무수 석고 플라스터, Keene's plaster 등 기본적인 5가지 형태가 있다.

- ash plaster는 벽면, 천정의 초벌칠, 모르타르, 조각과 같이 정교한 마무리를 요하지 않는 곳에 사용한다. Plaster of Paris는 내부 캐스팅, 치과용 캐스트 및 플라스터 보드와 같은 조립용 플라스터 제작용에 사용되는 거의 순수한 반수화물로 구성된 급결성 플라스터이다. Retarded hemihydrate plaster는 주요한 상업 건축용 플라스터로 굳는 속도를 지연시키는 화학 첨가물과 결합된 Plaster of Paris이다. 무수 석고 플라스터는 주로 무수석고로 구성되며 반수화물석고도 함유하며 주로 부드러운 마감재로 이용된다. Keene's plaster는 반수화물석고를 전혀 포함하지 않은 무수석고 플라스터로 이 석고는 굳는 시간이 오래 걸리며 마감이 어려운 부드러운 내부 작업에 적합하다.

- 플라스터 보드는 사용이 편리하며, 내구성, 소리와 열 차단성, 내화성이 좋다. 플라스터 보드의 기본적인 4가지 형태로는 Wallboard, Lath, Baseboard, Plank가 있다. Wallboard는 한 면은 장식용, 다른 면은 석고 플라스터를 부착할 수 있도록 고안된 것으로 두께 3/4인치, 길이 6-12피트, 폭 2-4피트이다. Lath는 석고 플라스터를 부착할 수 있도록 고안된 플라스터 보드로 두께 3/4～1/2인치, 길이 4-4.5피트, 폭 1-4피트이다. Baseboard는 플라스터를 부착할 수 있도록 고안된 것으로 Lath보다 폭이 넓다. Plank는 두께가 3/4인치로 폭이 좁은 판재이며 wallboard와 유사한 면을 가진다. 폭이 넓어지면 길이도 따라 증가하며 두꺼워질수록 방음, 내화성이 증가한다.

ㅇ 시멘트

- 석고 중 비하소석고가 시멘트에 가장 널리 쓰이며 그 다음으로는 모든 형태의 석고와 무수석고가 쓰이고 있다. 석고는 시멘트에서 함수형태 혹은 무수 형태로 일련의 조정자 역할을 한다. 건조 상태의 시멘트의 강도를 높이는 첨가제로서 뿐만 아니라 시멘트 클링커에서 탄산알루미늄의 결정화를 늦추는 역할을 한다.

□ 농업

ㅇ 토양개량제

- 토양 개량(soil conditioning)은 농업부문에 있어 석고의 가장 중요한 사용처이다. 석고 및 무수석고는 토양의 물리, 화학적 용도로 쓰이는 랜드 플라스터(land plaster)의 생산에 쓰이고 있다. 랜드 플라스터의 주요 용도는 랜드 플라스터 내에 함유된 황산칼슘과 토양내의 염화나트륨과의 반응으로 염화복합물을 중화하는 데 있다. 이는 특히 해수에 오랫동안 잠겨 있던 지역이나 자연적으로 토양이 염화나트륨을 많이 함유하고 있는 지역에 사용된다.

- 또한 석고는 토양의 공극을 증가시키고 수분이 잘 유통되게 하는데 사용될 수 있다. 영국과 미국에서는 또 다른 용도로 토양내의 질소를 안정시키는 용도로 사용한다.

ㅇ 살충제 및 제초제

- 석고는 살충제, 제초제, 살균제 내의 매개체 및 희석액으로 사용될 수 있는 광물 중의 하나이다. 이러한 용도로 사용될 수 있는 광물은 규조토, 산성백토, 카올린, 활석, 석고, 석회, 진주암, 엽납석, 세피오라이트, 아타풀자이트가 있다. 이 중 가장 널리 사용되는 광물은 규조토, 진주암이다.

- 반면 석고는 결정이 입상의 형태로 살충제 제조에 알맞다. 포화된 석고 입자들은 토양의 질소뿐만 아니라 살충제, 제초제 운반을 위한 훌륭한 매개체이다.

□ 기타

ㅇ 약품 및 식품

- 약품용 석고는 식이칼슘 보조제와 희석제로 사용된다. 식품 제조 시 칼슘 공급원 역할을 하며, 빵, 야채통조림, 시리얼 및 인공 감미 젤리 등과 같은 식품에서 결합제로 이용되기도 한다.

ㅇ 충진재 및 안료용

- 충진재용 석고는 폴리머와 도료, 접착제를 비롯한 다양한 용도에 사용된다. 석고는 장력과, 연소지연성, 반투명성을 향상시키면서 폴리머 형성 비용을 절감시키는 효과가 있다.

ㅇ 유리제조

- 석고는 유리제조시 황산나트륨을 대체해 칼슘과 황 공급원 역할을 한다. 또한 물의 탁도 유지를 위해 침전제로도 사용된다.

ㅇ 화공약품

- 석고 및 무수석고는 황산암모늄과 황산의 제조에 이용될 수 있다. 황산제조 시설에 대한 투자 경비는 황철석에서 황산을 생산하는 시설의 3배이며, 황원소를 사용하는 시설보다는 8배가 높다. 따라서 이 분야에 대한 석고의 수요는 설비투자에 대한 과중한 부담으로 극히 제한되어 있다.

 

나. 용도별 품질요건

용 도	품질요건
월보드 및 플라스터	석고 85% 이상이나 CaSO4 94-95% 이상, Na 75-250ppm, Cl 120-400ppm, Mg 50-250ppm, K 75ppm, 100메쉬 통과, -200메쉬 75% 통과품 선호
농업용	토양 조절제용은 CaSO4 함량이 70% 이상이고 80-90%가 100메쉬 통과
FGD(연소배기가스탈황)	CaSO4?2H2O 95%, 수분 10%<, MgO 0.01%<, Na2O 0.06%<, Fe2O3 0.1%<, SiO2 1.0%<, SO2 0.25%<, pH 5-9
충전제	CaSO4?2H2O 97%, 백색도 97%+
식품 및 의약품	CaSO4?2H2O 96.75% As 3ppm, Se 30ppm, F 30ppm, 중금속 10ppm 불순물 허용 최대치 : Fe 100ppm, Pb 10ppm