질석

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배경

질석이라는 용어는 가열될 때 길고 벌레 같은 가닥으로 팽창하는 능력을 특징으로 하는 광물 그룹에 적용됩니다. 이 팽창 과정을 박리라고 합니다. 질석이라는 이름은 라틴어 vermiculare 의 조합에서 파생되었습니다. "벌레를 낳다"를 의미하고 영어 접미사-ite는 광물 또는 암석을 의미합니다. 팽창된 형태의 질석은 밀도와 열전도율이 매우 낮아 토양 개량제, 경량 건축 골재 및 단열 충전재로 사용하기에 매력적입니다. 팽창 질석은 또한 매우 큰 화학적 활성 표면적을 가지므로 일부 화학 공정에서 흡수제로 유용합니다. 질석을 고운 가루로 만들면 잉크, 페인트, 플라스틱 및 기타 재료의 충전제로 사용됩니다.

연혁

질석과 그 독특한 성질은 일찍이 1824년에 Thomas H. Webb가 매사추세츠 주 우스터에서 실험했을 때 알려졌습니다. 긴 가닥이 작은 벌레 덩어리처럼 보인다고 생각하여 광물에 기발한 이름을 붙인 사람은 Webb였습니다. 질석은 보다 실용적인 용도가 모색된 1900년대 초반까지 과학적 호기심에 불과한 것으로 간주되었습니다. 최초의 상업적 채굴 노력은 1915년 콜로라도에서 발생했습니다. 재료는 텅애시로 팔았지만 충분한 구매자를 찾지 못해 벤처는 실패했다. 최초의 성공적인 질석 광산은 1923년 몬태나주 리비에 있는 Zonolite Company에 의해 시작되었습니다. 광산은 1990년까지 계속 운영되었습니다.

세계에서 가장 큰 질석 채굴 작업은 남아프리카 공화국의 Phalabowra(때로는 Palabora라고도 함) 지역에 있습니다. 상당한 양의 질석을 생산하는 다른 국가로는 미국, 중국, 러시아, 브라질, 일본, 짐바브웨 및 호주가 있습니다.

1999년에는 미국에서 3개의 활성 질석 채굴 작업이 있었습니다. 사우스 캐롤라이나에서 2개, 버지니아에서 1개, 이 작업에서는 농축된 질석 광석을 전국에 위치한 박리 공장으로 운송했습니다. 국내 채광 작업에서 나온 농축 질석을 사용하는 것 외에도 이 공장은 주로 남아프리카 공화국의 외국 공급원에서 약 77,000톤(70,000미터톤)의 농축 질석을 수입했습니다.

원자재

기술적으로 질석은 운모와 유사한 수화된 층상 마그네슘-알루미늄-철 규산염의 큰 그룹을 포함합니다. 질석의 고유한 특성에는 두 가지 핵심이 있습니다. 첫 번째는 아코디언처럼 선형 방식으로 재료를 확장하거나 펼치는 힌지 플레이트를 제공하는 층류(또는 계층화된) 결정 구조입니다. 두 번째는 갇힌 물을 포함하고 있다는 사실입니다. 이 물은 가열될 때 층을 강제로 열 때 증기로 번쩍입니다. 자연적으로 발생하는 질석 광물과 토양이 매우 많으며, 이를 식별하려면 정교한 과학적 분석이 필요한 경우가 많습니다.

질석의 가장 일반적인 형태 중 하나는 일반적으로 상업용 질석으로 알려져 있습니다. 다양한 최종 용도를 위해 채굴 및 가공되는 형태입니다. 그것은 광물 흑운모와 철 함유 금광의 큰 결정을 포함하는 암석에서 파생됩니다. 이 암석이 날씨에 노출되면 분해되기 시작하여 물이 들어가고 존재하는 다양한 화학 물질과 반응합니다. 분해 및 화학 반응이 진행되면서 질석이 형성됩니다.

상업용 질석의 일반적인 화학적 분석은 38-46%의 산화규소(SiO ₂ ), 16-35% 산화마그네슘(MgO), 10-16% 산화알루미늄(Al ₂ O ₃ ), 8-16%의 물과 더 적은 양의 다른 여러 화학 물질.

상업용 질석 플레이크는 가열되고 팽창될 때 존재하는 화학 물질과 노의 온도에 따라 색상 변화를 겪습니다. 생성된 팽창된 질석 과립은 일반적으로 과립의 크기에 따라 부피 밀도가 약 4-10lb/cu ft(64-160kg/cu m)인 금갈색입니다.

제조 공정

상업용 팽창 질석을 생산하는 데 사용되는 제조 공정은 두 가지 개별 작업으로 구성됩니다. 원시 질석 플레이크를 생산하는 채광 및 농축 작업은 한 위치에서 수행됩니다. 다른 제품에 사용하기 위해 다양한 크기의 가볍고 팽창된 질석 과립을 생산하는 박리 및 분류 작업은 다른 위치에서 수행됩니다. 때로는 이 두 위치가 세계의 절반 거리에 있을 수 있습니다.

이 두 가지 작업에 사용되는 다양한 방법이 있습니다. 정확한 방법은 광산마다, 식물마다 다릅니다. 다음은 상업용 팽창 질석을 생산하는 데 사용되는 일반적인 제조 공정입니다.

채굴

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l 땅속의 거대한 노천에서 질석을 함유한 암석을 파냅니다. 과부하라고 하는 암석 위의 흙은 삽이나 흙 긁는 도구로 제거합니다. 그런 다음 노출된 암석층을 대형 공압 또는 유압 드릴로 뚫고 구멍을 폭발성 장약으로 채웁니다. 모든 인원과 장비가 지역 밖으로 이동되면 폭발물이 폭발합니다.

2 헐거워진 암석 더미는 삽으로 퍼 올려 트럭이나 기차에 싣고 이를 ​​인근 가공 공장으로 운반합니다.

집중

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3 암석은 크기를 줄이기 위해 일련의 분쇄기와 스크린을 통해 공급됩니다. 질석은 특정 채광 작업 및 현지 환경 규정에 따라 다양한 습식 또는 건식 기술을 사용하여 주변 암석 및 흙으로부터 분리됩니다. 이러한 기술에는 거품 부유, 중력 분리, 윈노잉 또는 정전기 분리가 포함될 수 있습니다. 이러한 각각의 기술에서 질석 자체 또는 다른 재료는 결과로 생성된 질석 플레이크가 중량으로 약 90% 순수해질 때까지 서로 갇히고 분리됩니다.

4 광산의 다양한 구역에서 추출한 질석 플레이크는 제품의 균일성을 보장하기 위해 추가 처리 전에 함께 혼합될 수 있습니다.

채점

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5 분리된 질석 플레이크를 크기별로 분류합니다. 이것은 일련의 스크린으로 수행되거나 긴 밀폐된 풍동 터널 에서 수행될 수 있습니다. . 풍동에서 플레이크는 터널의 상류 끝으로 공급되고 공기 흐름에 의해 터널의 길이를 따라 운반됩니다. 더 큰 조각은 더 무겁고 먼저 기류에서 떨어지고 터널 바닥의 호퍼에 갇힙니다. 이러한 중량 분리는 모든 플레이크가 호퍼에 걸릴 때까지 터널 길이를 따라 계속됩니다. 각 호퍼 구멍의 길이와 공기의 속도를 제어하여 플레이크를 직경이 약 0.63인치(16mm)에서 약 0.02인치(0.8mm)까지 다양한 크기 또는 등급으로 분류할 수 있습니다. 채굴되는 특정 질석이 큰 플레이크의 높은 비율을 형성하는 경향이 있는 경우 플레이크를 약간 부수어 박리하고 크기를 줄일 수 있습니다. 이 과정을 디부킹(debooking)이라고 하며 각질 제거 과정에서 플레이크를 빠르게 가열할 수 있습니다.

6 등급이 매겨진 질석 플레이크는 다양한 박리용으로 운송하기 위해 큰 비닐 봉지 또는 기타 용기에 버려집니다. 질석의 처리를 나타내는 도표. 식물. 플레이크가 해외 공장으로 운송되는 경우 운송을 위해 선박의 화물창에 대량으로 적재됩니다.

각질 제거

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7 질석 플레이크는 트럭이나 기차로 항구나 광산에서 각질 제거 공장으로 운반되며, 그곳에서 하역되어 오염 물질과 날씨로부터 보호하기 위해 덮개가 있는 장소에 보관됩니다. 플레이크가 수분을 흡수하는 것을 방지하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 플레이크를 팽창시키기 위해 필요한 온도로 플레이크를 가열하는 데 너무 많은 에너지가 필요합니다.

8 플레이크를 컨베이어 벨트에 올려 놓고 세라믹 벽돌이 늘어선 20-25피트(6.1-7.6m) 높이의 수직 용광로의 상단으로 들어 올립니다. 플레이크가 용광로의 길이로 떨어지면서 천연 가스 에 의해 연소되는 하나 이상의 버너를 통과합니다. . 용광로 내부의 온도는 약 1,000-1,500°F(540-810°C)에 이르며, 이는 플레이크에 갇힌 물이 증기를 발생시키고 플레이크가 벌레 같은 입자로 팽창하도록 하기에 충분합니다. 용광로 바닥에서 입자는 경사면을 따라 미끄러집니다. 이것은 용광로에서 입자의 배출을 지연시키고 질석이 완전히 팽창하기 위해 더 가열되도록 합니다. 다른 박리 설비는 다른 퍼니스 구성을 사용할 수 있지만 일반적인 작업 순서는 비슷합니다.

분류

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9 뜨겁고 팽창된 질석 입자는 진공에 의해 수직 튜브로 끌어 올려집니다. 작은 돌이나 기타 고체 오염 물질은 너무 무거워 공기의 부드러운 흐름으로 위로 운반되어 튜브 바닥으로 떨어집니다. 공기 흐름은 또한 뜨거운 질석을 식히는 역할을 합니다.

10 고객 또는 응용 분야에서 미세 입자가 필요한 경우 질석을 분쇄하고 선별하여 특정 크기 또는 크기 범위를 생산하기 위해 선적을 위해 포장할 수 있습니다. 일부 각질 제거 공장에서는 최종 용도에 따라 더 큰 입자를 선별하거나 다양한 크기로 분류할 수도 있습니다.

11 분류 또는 분류된 질석 입자는 저장 호퍼에 쌓인 다음 소매 판매용으로 개별 4-6 cu ft(0.10-0.15 cu m) 종이나 비닐 봉투에 넣거나 더 큰 50 cu에 넣습니다. 다양한 상업용 응용 프로그램에 사용하기 위한 ft(1.3 cu m) 백. 가방은 봉인되고 라벨이 붙은 후 배송을 위해 창고로 옮겨집니다.

건강 측면

질석 광상은 운모, 석영 및 장석과 같은 다양한 기타 재료를 포함할 수도 있습니다. 이 예금은 광산 위치마다 다릅니다. 제조 과정에서 이러한 물질 중 일부는 작업자에게 잠재적인 건강 위험을 초래할 수 있습니다. 미국 및 기타 많은 국가에서 이러한 위험은 물질 안전 데이터 시트(MSDS)에 정의되어 있으며, 물질 안전 데이터 시트는 위험을 식별하고 물질의 안전한 취급 및 폐기에 대한 정보를 제공합니다.

질석 처리에서 가장 흔한 건강 위험 중 하나는 결정질 실리카인 석영에서 비롯됩니다. 일반적으로 더 큰 입자로만 존재하지만 더 미세한 입자로 분쇄되면 먼지가 흡입되어 규폐증이라는 폐 질환을 유발할 수 있습니다. 그 결과, 질석 처리 작업 영역에서 재료를 갈고, 체질하고, 자루에 담는 영역에는 엄격한 먼지 관리 및 개인 보호 조치가 포함됩니다. 소비자 수준에서 실리카 분진에 대한 노출은 무시할 수 있으며 건강에 해를 끼치지 않습니다.

일부 질석 광상에는 다양한 형태의 석면이 일정량 존재할 수도 있습니다. 현재 주요 질석 생산업체에서 사용하는 광석체는 해당 MSDS에 따라 재료를 처리할 때 작업자에게 석면 건강 위험을 초래하지 않습니다. 2000년 8월, 미국 환경 보호국(EPA)은 토양 개량제로 판매되는 질석에 관한 보고서를 발표했습니다. 보고서에서 그들은 석면으로 인한 소비자의 위험이 거의 또는 전혀 없다고 결론지었습니다.

미래

질석 대신 사용할 수 있는 몇 가지 다른 재료가 있지만 질석의 극도로 낮은 밀도와 열전도도는 계속해서 많은 응용 분야에서 매력적입니다. 1999년에는 세계에 약 5,500만 톤(5,000만 미터톤)의 질석 매장량이 있는 것으로 추정되었습니다.