고순도 석영 원료는 고품질 석영 제품 생산에 필수적이며, 이후 정제 공정의 효율성은 초기 원료의 품질에 크게 좌우됩니다. 고순도 석영을 확보하려면 첨단 채굴 기술과 가공 기법이 필요하며, 여기에는 원하는 입자 크기를 얻기 위해 특정 단계에서 석영석을 정밀하게 분쇄하는 것이 포함됩니다. 고순도 석영 원료를 얻는 방법에 대한 자세한 소개는 다음과 같습니다.
1. 채굴 기술: 방향성 시추 및 현장 파쇄와 같은 현대 기술은 고순도 석영 광석의 정밀한 추출을 가능하게 합니다. 이러한 방법은 광석이 외부 환경에 노출되는 것을 최소화하여 오염을 줄입니다. 또한, 파쇄 및 운송 과정에서 엄격한 관리를 통해 광석의 순도를 유지합니다.
2. 가공 및 정제 기술: 추출된 광석은 일련의 가공 및 정제 단계를 거쳐 고순도 석영 원료를 얻습니다. 이 과정에는 파쇄, 선별, 자력선별, 그리고 불순물 제거를 위한 부유선광이 포함됩니다. 화학적 정제 및 고온 용융과 같은 첨단 정제 기술은 원료의 순도를 더욱 향상시킵니다.
표: 고순도 석영 원료를 얻기 위한 주요 단계 및 그 역할
| 단계 | 주요 내용 | 역할 |
| 채광 | 방향성 드릴링 사용 및 현장 파쇄 | 광석 순도와 품질을 보장합니다 |
| 가공 및 정제 | 파쇄, 선별, 자기 분리, 부유 선별(물리적 방법) | 불순물과 바람직하지 않은 성분을 제거합니다. |
| 화학 정제 | 화학 반응을 사용하여 특정 불순물 제거 | 원료 순도 증가 |
| 고온 핵융합 | 고온 용융 공정을 통한 잔류 불순물 제거 | 고순도 석영 원료를 얻습니다 |
위에 설명된 방법과 단계를 통해 고순도 석영 원료를 확보할 수 있으며, 이는 이후 석영 소재 정제 공정 및 신소재 연구 개발을 위한 탄탄한 기반을 마련합니다. 동시에, 기술 발전과 함께 고순도 석영 원료에 대한 수요도 지속적으로 증가하고 있어, 더욱 효율적인 확보 방법의 연구 개발이 특히 중요해지고 있습니다.
1 석영광석의 채굴 및 예비 가공
석영 소재 생산 공정에서 석영 광석의 채굴 및 예비 가공은 매우 중요한 단계입니다. 먼저, 석영 광상의 크기와 지리적 위치에 따라 노천 채굴 또는 지하 채굴 등 적합한 채굴 방식을 선택합니다. 노천 채굴은 규모가 크고 평탄한 광상에 적합한 반면, 지하 채굴은 복잡한 지질 조건을 가진 풍부한 광상에 적합합니다.
채굴된 석영 광석은 불순물을 제거하고 다른 광물의 함량을 줄이기 위한 예비 가공이 필요합니다. 예비 가공은 주로 파쇄, 선별, 자력선별, 부유선별 등의 단계로 구성됩니다. 파쇄는 큰 광석 조각을 작은 조각으로 부수어 후속 처리가 용이하도록 합니다. 선별은 진동 스크린을 사용하여 크기가 다른 석영 광석 입자를 분리합니다. 자력선별은 석영 광석과 불순물 사이의 자력 차이를 이용하여 이들을 분리합니다. 부유선별은 밀도 차이를 이용하여 기포를 발생시켜 석영 광석에서 불순물을 분리합니다.
예비 처리 과정에서 석영 광석의 화학적 정제 또한 필요합니다. 일반적인 화학적 정제 방법으로는 산 침출, 알칼리 침출, 산화 배소가 있습니다. 산 침출은 불산이나 황산과 같은 산성 용액을 사용하여 석영 광석의 불순물과 반응시켜 불순물을 제거합니다. 알칼리 침출은 수산화나트륨이나 탄산나트륨과 같은 알칼리 용액을 사용하여 불순물과 반응시켜 정제합니다. 산화 배소는 고온 소성을 통해 석영 광석의 불순물을 산화물이나 다른 화합물로 변환하여 석영 광석의 순도를 향상시킵니다.
또한, 예비 가공 과정에서 수분 관리가 필수적입니다. 석영 광석은 일반적으로 수분 함량이 높기 때문에, 수분 관리가 제대로 이루어지지 않으면 후속 정제 공정 및 신소재 개발의 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 예비 가공 과정에서 수분 함량을 낮추기 위해 건조 처리가 적용됩니다.
석영 광석의 채굴 및 예비 가공은 석영 소재 정제 공정과 신소재 연구개발에 있어 중요한 연결 고리입니다. 채굴, 파쇄, 선별, 자력선별, 부유선별, 화학적 정제 및 수분 조절을 통해 석영 광석을 가공함으로써 석영 소재 생산에 필요한 고품질 원료를 확보할 수 있으며, 이를 통해 전체 생산 공정의 효율성과 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있습니다.
2 천연석영의 분쇄 및 분류 기술
천연석영의 파쇄 및 분급은 고순도 석영 원료 제조의 핵심 단계입니다. 이 공정의 목표는 큰 석영 원료를 기계적 힘을 이용하여 후속 정제 공정의 요건을 충족하는 입자로 분해하고, 입자 크기에 따른 정밀 분리를 수행하여 후속 화학 정제의 효율과 최종 제품의 순도를 향상시키는 것입니다.
(1) 파쇄기술
석영 분쇄는 주로 충격, 압축, 분쇄와 같은 기계적 힘에 의존합니다. 일반적으로 사용되는 장비로는 조 크러셔, 콘 크러셔, 볼 밀, 레이몬드 밀, 제트 밀 등이 있습니다. 분쇄 공정에서는 석영의 경도(모스 7), 취성, 그리고 벽개 특성을 고려하여 과도한 분쇄를 방지해야 합니다. 과도한 분쇄는 불순물 원소(예: 철, 알루미늄)를 유입시키거나 입자 표면을 활성화시킬 수 있습니다.
거친 및 중간 분쇄: 일반적으로 조 크러셔 또는 콘 크러셔를 사용하여 원료 크기를 수십 센티미터에서 밀리미터 단위로 줄입니다. 이 단계에서는 기계적 마모로 인한 오염을 줄이기 위해 분쇄 비율(공급 원료 크기 대비 제품 크기 비율)을 3~8로 조절해야 합니다.
• 미세 분쇄: 볼 밀 또는 진동 밀을 사용하여 석영 입자를 마이크로미터 단위(예: D50=10~50 µm)로 더욱 미세화합니다. 분쇄 매체(예: 지르코니아 볼, 알루미나 볼)의 선택이 매우 중요합니다. 교차 오염을 방지하기 위해 경도가 석영보다 낮아야 합니다.
• 초미립 분쇄: 고순도 석영 원료의 경우, 제트 밀(예: 유동층 제트 밀)이나 유성 볼 밀을 사용하여 서브마이크론(D50<1µm)의 초미립 분말을 생산할 수 있습니다. 제트 밀은 고속 입자 충돌을 이용하여 분쇄하므로 철 오염을 효과적으로 방지하지만, 에너지 소비량이 높습니다.
표: 일반적인 석영 분쇄 장비의 성능 비교
| 장비 유형 | 제품 입자 범위(µm) | 오염 위험 | 에너지 소비 | 적용 단계 |
| 턱 분쇄기 | 50~500 | 중간 | 낮은 | 거친 분쇄 |
| 볼밀 | 1~100 | 높은 | 중간 | 미세 분쇄 |
| 제트 밀 | 0.1~10 | 낮은 | 높은 | 초미립 연삭 |
(2) 분류기술
분류 석영 입자를 크기, 밀도 또는 모양에 따라 분리하여 농축된 입자 크기 분포를 갖는 제품을 얻는 공정입니다. 분류 장비는 사이클론 분류기, 공기 분류기, 하이드로사이클론, 진동 스크린을 포함한 건식 및 습식 유형으로 구분됩니다.
• 건조 분류: 다음과 같은 건식 분쇄 공정에 적합합니다. 제트 밀링, 공기 흐름 내 원심력이나 관성력을 이용하여 입자를 분리합니다. 예를 들어, 터보 공기 분류기는 로터 속도(n)를 조정하여 절단점(d)을 제어할 수 있으며, 이때 장치 및 입자 밀도와 관련된 상수가 적용됩니다.
• 습식 분류: m.m. 물 매질에서 진행되며, 침전 또는 원심력을 통해 입자를 분리합니다. 하이드로사이클론은 원심력장을 이용하여 분류합니다. 절단 크기(d50)는 오버플로우 직경(D₀)과 공급 압력(μ는 유체 점도)과 관련이 있습니다. 습식 분류는 효율이 더 높지만 후속 건조가 필요합니다.
(3) 공정 최적화 포인트
분쇄 및 분류 효율성을 개선하려면 다음 매개변수 제어에 주의해야 합니다.
1. 입자 크기 분포: 분쇄 시간 및 분류기 휠 속도와 같은 매개변수를 조정하여 좁은 분포(예: 표준 편차 σ <1.5)를 달성하고 이후 정제에 영향을 미치는 지나치게 거칠거나 미세한 입자를 피합니다.
2. 불순물 관리: 폴리우레탄이나 고순도 알루미나와 같은 재질로 만든 라이너를 사용하고 금속 원소 함량(예: 철, 크롬)을 정기적으로 테스트합니다.
3. 에너지 균형: "다단계 분쇄 + 분류"와 같은 폐쇄 회로 공정을 채택합니다. 예: "볼 밀 - 공기 분류기" 조합은 과도한 분쇄를 줄이고 단위 제품당 에너지 소비를 낮춥니다.
분쇄 및 분류 공정을 최적화함으로써, 고순도, 균일한 크기의 석영 원료를 산 침출 및 부유 선별과 같은 후속 정제 단계에 제공할 수 있으며, 이는 최종 제품 품질을 보장하는 기반을 형성합니다.
3.3 조석영의 예비 정제 단계
조석영의 예비 정제 단계는 주로 파쇄, 선별, 세정, 그리고 부유 선별로 구성됩니다. 먼저, 큰 석영 광석 블록을 특정 입자 크기 요건에 맞춰 파쇄합니다. 그런 다음 선별 장비를 사용하여 다양한 크기의 석영 입자를 분리합니다. 다음으로, 세정제를 사용하여 석영 입자를 세정하여 표면 불순물을 제거합니다. 마지막으로 부유 선별 장비를 사용하여 석영 입자와 불순물을 분리하여 더 높은 순도의 조석영 제품을 생산합니다.
다음 표는 조석영의 예비 정제 과정에서 각 단계에 대한 작동 매개변수를 나타낼 수 있습니다.
| 단계 | 작동 매개변수 |
| 눌러 터뜨리는 | 분쇄기 모델, 분쇄율, 분쇄 시간 |
| 상영 | 스크린 메시 조리개, 스크리닝 시간 |
| 스크러빙 | 스크러빙제 종류, 농도, 스크러빙 시간 |
| 주식 상장 | 부유제 종류, 농도, 부유시간 |
또한, 조석영의 정제 효율을 향상시키기 위해 자기 분리 및 정전기 분리와 같은 보조 공정을 활용할 수 있습니다. 이러한 공정은 조석영에서 자성 또는 전도성 불순물을 더욱 제거하여 제품의 순도를 향상시킬 수 있습니다.
선택 가이드 분쇄기
적절한 분쇄 장비를 선택하는 것은 목표 입자 크기 달성, 생산 용량 극대화, 그리고 석영 분말 생산의 비용 효율성 확보에 매우 중요합니다. 다양한 분쇄 기술은 특정 응용 분야 요구 사항에 맞춰 고유한 장점을 제공합니다.
다음 표는 석영 분말을 가공하는 데 사용되는 4가지 일반적인 분쇄 시스템을 비교하고, 각 시스템의 주요 운영 매개변수와 일반적인 사용 사례를 강조하여 보여줍니다.
| 장비 | 가격 | 훌륭함 | 용량 | 일반적인 응용 분야 |
| 볼밀 | 높은 | 거친 분말(80~2500메시) | 높은 | 광석, 시멘트, 석영 분말 |
| 레이먼드 밀 | 낮은 | 미세분말(80~325메시) | 정상 | 비금속 광물 |
| 수직 롤러 밀 | 높은 | 미세분말(20~400메시) | 정상 | 시멘트 클링커, 슬래그, 석탄, 석영 |
| 제트 밀 | 낮은 | 초미립분말(325~3250메시) | 낮은 | 초미립석영, 화학물질, 안료 |
에픽 파우더
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— 게시자: 제이슨 왕, 수석 엔지니어
