비금속 광산자원 종합이용 국가공학기술연구센터, 하남 정주 450006; 중국 지질과학원 정주광산자원 종합이용연구소, 하남 정주 450006)
불용성 칼륨 함유 암석의 기본 특성과 국내외 종합 개발 상황을 소개하고 종합 이용 모델을 통해 개발 이용을 제안한다. 불용성 칼륨 함유 암석은 중국에 널리 분포되어 있다. 이용 가능한 칼륨 함유 자원의 부족으로 사람들은 불용성 칼륨 함유 암석의 가치 발굴과 개발 활용에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있다. 다년간의 불용성 칼륨 함유 암석의 연구 관행에 따르면 불용성 칼륨 함유 암석의 특징, 잠재적 가치 및 개발 활용을 분석하여 개발 활용 참조 [1 ~ 6] 를 제공하였다.
불용성 칼륨 함유 암석; 기본 특성 잠재적 가치 개발 이용.
제 1 저자 소개: 조항근, 연구원, 광산자원 종합 이용 개발과 화공 신소재 연구에 종사한다.
첫째, 중국의 불용성 칼륨 함유 암석의 유형과 분포 특성
불용성 칼륨 함유 암석은 중국에서 광범위하게 존재하며, 거의 모든 성에 분포가 있다. 주요 광물에 따르면, 주로 노을석, 녹두암, 칼륨 장석, 칼륨사질 셰일 등이 있다.
1) 노을석: 칼륨이 함유된 알루미 규산염 광물로 화학식은 (Na, K) 2O Al2O3 (2+N) SiO 2, n = 0 ~ 0.2 로 불용성 칼륨 함유 암석의 실리콘 함량이 상대적입니다 윈난 () 게구 () 산시 () 평리 (), 백성 (), 신장 () 등지에는 모두 대형 전형 광상이 있는데, 그중 윈난 () 개구 광상 매장량이 30× 108t 를 넘는다
2) 칼륨 응회암은 칼륨이 풍부한 화산 응회암으로, 화학성분은 K2O Al2O3 10SiO2 로 불용성 칼륨 함유 암석의 칼륨 함량이 높은 광석 유형에 속한다. 주로 쓰촨 섬서성에 분포한다. 쓰촨 녹두암은 보통 중삼층통뇌구파조의 하부에서 생산되며, 흔히 백운암이나 고염층의 후면판으로 쓰인다. 두 종류로 나뉜다: 하나는 칼륨이 풍부한 응회암으로, 주로 천동북부에 분포한다. 개현의 암석 성분 분석에 따르면 K2O 함량은 일반적으로 9.8% ~ 12.05%, 평균10.9% 로 높다. 다른 하나는 수운모 응회암으로 주로 쓰촨 남부와 남서부에 분포한다. 대부분 화산 부스러기암의 강수운모로 형성되는데, 주로 수운모를 위주로 한다. 이런 암석에는 칼륨수운모 점토암도 함유되어 있어 일반적으로 품위가 낮다. 웨이원현의 화학분석에 따르면 K2O 는 5.60% ~ 7.46% 로 품위와 두께 변화가 안정적이다.
3) 칼륨 장석: 전형적인 알루미 노 실리케이트 광물이기도합니다. 화학식은 (Na, K) 2O AL2O3 6S IO2 로 칼륨 함유 광물이며 실리콘 함량이 높고 화학적 안정성이 강하며 산과 염기에 용해되지 않습니다. 기존 조사에 따르면 칼륨 장석으로 대표되는 칼륨 함유 암석의 K2O 함량은 8%- 15% 사이 평균 10% 로 전국 각지에 있으며 지질 매장량은 수천억 톤으로 추산된다.
4) 칼륨 모래 셰일: 혼합 불용성 칼륨 함유 암석으로, K2O 함량은 일반적으로 4%- 15% 사이입니다. 대부분의 광산대의 광물 성분은 일반적으로 해록석과 함께 칼륨 장석을 동반하는 것이 특징이다. 하남 산시 내몽골 등지에서 이미 대형 광상이 발견되어 매장량이 크다.
둘째, 우리나라의 불용성 칼륨 함유 암석의 자원 가치와 개발 이용의 의의
(1) 불용성 칼륨 함유 암석은 우리나라의 중요한 칼륨 함유 자원이다.
중국은 칼륨 비료가 심각하게 부족한 나라로, 매년 해외에서 대량의 칼륨 비료를 수입한다. 2005 년 전국 칼륨 수입량은 883× 104t 로 세계 무역량의 19.9% 를 차지하며 세계에서 두 번째로 큰 수입국이다. 세계 농업대국으로서 칼륨비료 부족으로 기초비료 질소인 칼륨비료 비율이 장기적으로 불균형했고, 질소칼륨비료 비율은 오랫동안 1: 0.2 이하로 세계 평균수준보다 낮았다 1: 0.30. 중국의 칼륨 비료는 장기간 자급할 수 없어 이미 농업 발전의 큰 장애물이 되었다. 칼륨 비료는 대외의존도가 90% 에 달하며, 이용할 수 있는 칼륨 비료는 이미 우리나라에서 희소한 비금속 광물 중 하나가 되었다. 이 상황의 주요 원인은 우리나라가 이용할 수 있는 칼륨 자원인 수용성 칼륨 자원이 매우 적고 분포가 고르지 않아 서부 지역에 95% 이상이 분포되어 있기 때문이다. 따라서 앞으로 지질작업은 수용성 칼륨 소금 자원을 찾는 것을 강화하는 것 외에 대량의 불용성 칼륨 바위의 개발과 활용이 이미 우리 경제 발전의 큰 사건이 되었다.
(2) 불용성 칼륨 함유 암석도 우리나라의 중요한 대체 알루미늄 자원이다.
국토자원부와 중국 최대 알루미나 생산업체인 중국 알루미늄업 통계에 따르면 우리나라 보크사이트의 자원보장기간은 약 10 년으로 유색금속업계가 통상 요구하는 50 년 이상의 자원보장요구 사항을 충족시키지 못하고 있다. 비보크 사이트 알루미늄 자원은 우리나라에 광범위하게 분포되어 있으며, 지각의 평균 산화 알루미늄 함량은 약 17% 로 그 매장량이 보통이 아님을 알 수 있다. 중요한 문제는 알루미늄 자원 대신 이러한 풍부한 비보크 사이트를 활용할 수 있는 경제적이고 실행 가능한 기술을 찾는 방법입니다. 칼륨 함유 암석은 알루미늄 규산염 광물로서 향후 알루미늄 자원을 대체하는 비보크 사이트 후보 광물이다. 만약 비보크 사이트 대체 알루미늄 자원의 기술적 난제를 해결할 수 있다면, 우리나라가 비보크 사이트 대체 점토, 나트륨 장석, 명보크 돌 등 알루미늄 자원을 이용한 전형을 개발하여 알루미늄 공업의 건강한 발전을 위한 강력한 자원 보장을 제공할 것이다.
(3) 불용성 칼륨 함유 암석도 우리나라의 중요한 실리콘 비료 자원이다.
불용성 칼륨 함유 암석의 종합 이용 연구는 실리콘 비료 생산을 위한 새로운 자원원을 개설하는 데 도움이 되며, 우리나라의 대량의 알루미늄 규산염 자원의 가치를 높이기 위한 기술 지원을 제공한다.
칼륨 함유 암석에는 60% 이상의 실리카가 함유되어 있다. 그러나 용해성이 좋지 않아 유효 실리콘 함량이 낮아 실리콘 비료 효율 저하로 직접 쓰인다. (윌리엄 셰익스피어, 실리콘, 실리콘, 실리콘, 실리콘, 실리콘, 실리콘, 실리콘, 실리콘) 실리콘비료는 20 세기 말 새로 개발된 화학비료로 국제토양계에서 질소 인 칼륨에 이어 네 번째 식물 영양소로 꼽힌다. 실리콘 비료는 칼슘산 위주의 용해성 미네랄 비료로 무독성, 무미, 부식성, 유실 쉽지 않다. 쌀, 밀, 옥수수, 면화, 땅콩, 유채, 사탕수수, 과일, 채소에 널리 쓰인다. 작물에 필요한 실리콘은 대부분 토양에 의해 제공되지만, 토양에서 식물에 흡수될 수 있는 실리콘은 매우 적다. 관련 부서의 조사에 따르면 우리나라 장강유역의 70% 는 토양이 실리콘이 부족하고 황하, 화이해, 교동반도 지역의 약 절반에 달하는 토양이 실리콘이 부족해 실리콘 부족 지역이 점차 확대되고 있는 것으로 나타났다. 실리콘은 작물 성장의 중요한 영양소이다. 실리콘이 작물에 흡수되면 뿌리의 성장과 발육을 촉진하고, 복복, 해충, 가뭄에 저항하고, 추위에 저항하고 양분을 흡수하는 능력을 높이고, 작물의 품질을 개선하며, 현대의' 녹색식품' 발전의 요구에 부합한다. 따라서 칼륨 추출 기술의 종합 이용에서 여기에 포함된 실리콘을 장기 실리콘 비료 원료의 원천으로 고려할 수 있다면 우리나라 실리콘 비료 생산을 위한 새로운 자원원을 개설하는 데 도움이 될 것이다. 현재 중국 지질과학원 정주광산종합이용연구소는 임주에서 칼륨소금, 수산화알루미늄, 실리콘비료를 얻어 종합 활용을 위해 칼륨혈암 종합이용 연구를 벌이고 있다.
셋째, 불용성 칼륨 함유 암석 자원의 연구와 개발
(a) 외국 불용성 칼륨 함유 암석 자원의 연구 개발 현황
불용성 칼륨 함유 암석의 경우 외국의 관련 연구개발은 소수의 국가, 특히 구소련에서만 진행된다.
구소련은 알루미늄 광산 자원이 상대적으로 부족했기 때문에 일부 산화 알루미늄 공장은 칼륨 혈암을 원료로 산화 알루미늄을 생산하여 재활용 칼륨을 종합적으로 이용하여 이미 공업화 생산 공장을 갖게 되었다. 전형적인 기업은 피카레프 알루미늄 공장으로 칼륨 암석 노을석을 원료로 산화 알루미늄, 부산물 탄산칼륨, 탄산나트륨을 생산한다. 키로보바드 알루미늄 공장은 명보석을 원료로 산화 알루미늄을 생산하는데, 부산물로는 황산, 황산 칼륨, 오산화 이산화이탄이 있다. 전자는 알칼리법을 채택하고 후자는 산법을 사용한다. 그들의 연구와 산업화 기술은 모두 산화 알루미늄 추출을 위주로 칼륨 소금 회수, 찌꺼기를 건축 자재로 취급하거나 직접 건축 자재와 그 원료로 삼는다.
칼륨 장석에서 가장 처리하기 어려운 칼륨 장석의 종합 이용을 위해 외국 광석은 철분 함량이 낮고 칼륨 장석의 순도가 상대적으로 높고 광물 상감 관계가 간단하여 간단한 선광을 통해 철을 제거한 후 도자기, 유리의 양질의 칼륨 장석 원료로 많이 쓰인다. 화학 종합 관리에는 아직 성숙한 기술이 없다.
(b) 중국의 불용성 칼륨 함유 암석 자원의 연구 개발 현황
우리나라의 칼륨 함유 암석에 대한 연구는 1960 년대에 시작되었고, 윈난노을석의 연구는 비교적 전형적이었다. 채택된 기술로는 수화학법과 소결법이 있다. 현재 투자자들은 이미 운남에 공업에 투자하여 실습할 계획이다.
불용성 칼륨 함유 암석 (이하 칼륨 함유 암석) 의 연구개발 기술에 대한 국내 연구는 다음과 같이 요약할 수 있다.
1) 칼륨 암석 광물을 함유하고 있는데, 주로 칼륨 장석으로, 선광을 통해 도자기와 유리의 원료로 사용되어 국내 공업 관행에서 이미 성숙했다. 일반적으로 원광 상감 관계가 간단하고 칼륨 장석 광물의 순도가 좋아 광산을 고르고 잡동사니를 제거하기 쉽다. 상감 관계가 복잡한 광석에 대해서는 선광 제거 효과가 좋지 않아 일반적으로 적합하지 않다. 중국 지질과학원 정주광산종합이용연구소는 우리나라 일부 불용성 칼륨 함유 암석 광석에 대한 선광 실험 연구를 실시했는데, 주로 칼륨 장석 광석을 겨냥하여 광석에서 철분 불순물을 낮춰 유리와 도자기 생산의 원료 수요를 충족시키는 것을 목표로 하고 있다.
2) 가마 재 휘발성 재활용 칼륨. 이 방법의 본질은 칼륨 함유 암석을 시멘트 원료로 사용하여 고온에서 일부 산화 칼륨을 가마재에 휘발하여 가마재에서 칼륨을 회수하는 것이다. 휘발 속도 제한으로 칼륨의 회수율이 낮다.
3) 나트륨 염 로스팅 방법. 이 과정의 본질은 나트륨 이온의 좋은 침투성과 염소 이온의 화학적 활성성을 이용하여 고온에서 칼륨 함유 암석의 안정된 화학 구조를 파괴함으로써 칼륨을 용해성 염화칼륨으로 전환시키는 것이다. 이 방법의 단점은 회수율이 낮고, 설비의 부식이 심하며, 환경오염이 커서 현재 산업화하기 어렵다는 것이다.
4) 칼륨 함유 암석의 산 처리. 이 과정의 본질은 가열과 산 가수 분해를 통해 칼륨 함유 암석의 구조를 파괴하는 것입니다. 이 방법에서 파생된 공예는 HCl 법, H2SO4 법, 질산법, 황산암모늄 로스팅법, 수명법, 염기성 황산알루미늄법 등이 있으며 여러 가지 특허 발표가 있다. 그러나 구조가 간단하고, 단말기 제품의 가치가 낮고, 신재생난이 어렵고, 설비의 부식이 심하고, 환경 관리 비용이 높기 때문에 산업화를 실현하기 어렵다.
5) 박테리아 칼륨 용해 방법. 이 공예는 세균을 이용하여 실리콘 광물을 용해시켜 칼륨 장석의 구조를 파괴하고 수용성 칼륨을 얻는다. 현재 널리 사용되고 있는 균종은 주로 규산염 세균이다. 규산염 세균은 결정체 구조가 다른 광물에 뚜렷한 칼륨 해독 효과가 있다. 반면 규산염 세균이 일리석 칼륨 용해에 미치는 영향 (칼륨이 층간 지역에 존재함) 은 칼륨 장석 (칼륨이 구조적 틈새에 존재함) 보다 훨씬 강하다. 미네랄이 많은 경우, 세균은 미네랄의 결정체 구조에 따라 뚜렷한 작용 강도나 속도 차이를 보여 다른 종류의 미네랄에 다른 정도의 손상을 입힐 수 있다. 규산염 세균이 광물에 미치는 이런 파괴작용은 광물의 출처, 광물의 결정도 정도, 관련 광물의 상태에 따라 다르다. 생명기술의 발전에 따라 이 공예는 비교적 좋은 방법이어야 하지만, 현재는 세균 배양 비용이 높고 산업화 전망이 크지 않다. 셰일 종합 이용 연구를 실시하여 불용성 칼륨 자원의 경제적 가치를 발굴하고, 우리나라 수용성 칼륨 자원의 부족을 완화하고, 우리나라 칼륨 소금/칼륨 생산의 새로운 자원과 신기술을 개척하는 데 도움이 되며, 허난성과 전국 농업이 칼륨을 이용할 수 있는 자원 매장량을 보호하고 제고하는 데 중요한 과학적 의의가 있다.
그림 1 소결 불용성 칼륨 종합 이용 공정
6) 칼륨 함유 암석의 알칼리 처리. 알칼리성 방법에는 고온수화학법, 석회소결법, 알칼리성 석회소결법 및 그에 의해 파생된 기타 알칼리성 방법이 포함됩니다. 이 공예의 본질은 고온고염기수체계 또는 고온석회가 존재하는 상태에서 알루미늄을 용해성 알루미늄산 나트륨, 알루미늄산 칼륨, 알루미늄산 칼슘으로, 실리콘을 규산칼슘으로 변환하여 알루미늄과 칼륨을 회수하는 것이다. 찌꺼기는 건축 재료로 사용하거나 실리콘비료를 생산할 수 있다. 이 방법의 가장 큰 특징은 종합이용을 잘 실현할 수 있고, 설비가 간단하고, 폐회로 순환이 쉽고, 환경오염이 적다는 것이다. 이 방법의 또 다른 특징은 알칼리법으로 회수된 칼륨은 비교적 높은 가치의 탄산칼륨과 수산화칼륨으로 존재하고 알루미늄은 고가치의 화학산화 알루미늄 형태로 존재한다. 예를 들면, 일수경알루미늄, 활성산화 알루미늄, 용해성 산화 알루미늄, 초백초세산화 알루미늄, 실리콘은 실리콘 비료 또는 건축재료 형태로 존재한다. 칼륨 함유 암석 개발 이용을 산업화로 향하는 좋은 시장 경제 기반을 마련하였다. 중국 지질과학원 정주광산자원 종합이용연구소는 산서자금산 광산과 산둥 칼륨 장석 광산을 연구했다. 칼륨의 종합수율은 70% 이상이고, 산화 알루미늄의 종합수율은 65% 이다. 모든 찌꺼기는 시멘트 원료로 쓰인다. 이 프로젝트는 국토자원부 과학기술진보상을 수상했다. 이 방법을 바탕으로 2003 년 국내 과학연구기관이 포두칼륨이 풍부한 판암에 대한 연구에 따르면 알칼리법은 여전히 칼륨 함유 암석을 처리하는 가장 좋은 공예 방법으로 남아 있다. 그림 1 및 그림 2 는 칼륨 함유 암석을 처리하는 두 가지 알칼리 방법의 일반적인 프로세스 흐름도를 보여 줍니다.
그림 2 고압 수 공정
넷. 개발 활용 권장사항
1) 국내외 칼륨 함유 암석의 연구 현황에 따르면 중국은 앞으로 칼륨 함유 암석의 개발 및 이용에 기술 노선과 최종 제품 설계에 초점을 맞춰야 한다. 기술 노선에서는 공예가 간단하고 조작하기 쉬우며 경제적이고 합리적인 방향으로 진행해야 한다. 최종 제품 설계에서는 칼륨, 알루미늄의 유용한 성분을 최대한 추출해 잔류 실리콘의 용도를 찾는 원칙에 따라 칼륨, 알루미늄 제품 가치 극대화의 원칙에 따라 실리콘 제품의 선택은 대량 사용의 원칙에 근거해야 한다. (윌리엄 셰익스피어, 칼륨, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄, 알루미늄) 그래야만 칼륨 혈암의 가치가 충분히 발굴되고 실제로 적용될 수 있다.
2) 국가 또는 관련 지방은 R&D 역량을 집중해 교통 수력 채굴 여건이 좋은 광구를 우선적으로 개발해 주변 지역의 공업 상황을 고려하며 기존 자원, 대형 시멘트 시장 또는 농용 비료 시장에 가까운 지역을 선택해 칼륨 함유 암석을 개발해 처음부터 선순환으로 나아가야 한다.
참고
[1] 조항근 등. 칼륨 장석의 고압수 화학 침출. 중국 망간 산업, 2002, (1): 27-29,43.
소, 등등. 규산염 박테리아의 칼륨 용해 활성에 관한 연구. 토양 공보, 2005 년, (6): 950-953
조항근, 등등. 알칼리 석회 소결법에 의한 칼륨 장석의 종합 이용에 관한 연구 비금속 광물, 2003, (1): 24-29
불용성 칼륨 광석에서 규산 칼슘 칼륨 비료로의 전환에 관한 연구. 청두대학교 학보 (자연과학판), 1999, (2): 45-49
칼륨 장석의 전환율을 높이는 실험실 연구. 화학광물과 가공, 1999, (12): 6-9.
슈, 기다려. 칼륨 장석 종합 개발 이용의 새로운 방법. 비금속 광물, 2005, (4): 48-50
불용성 칼륨 광석 자원 연구 개발 현황 분석
조항근, 마화룡, 후, 장크인
중국 비금속 광물 자원 종합 이용 국가 공학 센터; 정주광산자원종합이용연구소, CAGS, 하남 정주 450006)
초록: 불용성 칼륨 함유 광석의 일부 특성이 소개된다. 상응하는 연구 관행과 결합해 종합 개발의 기술과 방법을 종합하여 서술하였다. 자원의 종합 개발 활용에 대한 건의를 제출하다.
키워드: 칼륨 함유 광석, 분석.