스크랩 석회석이란 무엇인가

[최재구]

석회석의 정의

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석회석은 CaCO₃를 주성분으로 하는 수성암이며 CaO 성분의 공급원료 중에서 가장 널리 쓰이는 광물이다. 탄산석회질의 생물인 유공층, 조개껍질, 산호, 석회조등이 화석으로 된 것과 해수 중의 박테리아에 의해서 생기는 탄산암모니움이 칼슘의 염류와 작용하여 탄산칼슘이 되어 침전해서 생긴 것이 있다. 또 그후에 변성작용을 받아서 재결정된 것이 있으며, 외관이 미려한 것은 대리석이라고 부르기도 한다. 석회석은 Cambrian기로부터 제 3기 까지의 각 지질시대에 걸쳐서 널리 분포되어 중요한 지층의 일원으로 되어 있는데 그 중에서도 고생대의 석회석이 가장 많고, 이용가치도 크다. 우리나라의 석회석은 지질시대로 보아 Oldvisian기 또는 Cambrian기에 속하는 석회석 광상이 두꺼운 지층을 형성하여, 강원도를 중심으로 거의 전국에 널리 분포되어 있고, 매장량이 막대하다.
방해석은 탄산칼슘이 그 화학조성이고 석회석은 주로 방해석으로 이루어지며, 방해석의 순수한 것은 투명하나 불순물이 포함되면 여러 가지 색깔을 띠고 망치로 가볍게 두들기면 능면체의 벽개편으로 깨진다. 또한 방해석은 복굴절이 생기고 편광도 생기므로 광학용으로 중요한 광물이다. 방해석이 완전한 결정체이고 무색 투명한 것을 아이슬란드 스파아라고 한다.
석회석의 무기재료공업에서의 이용을 보면 시멘트공업, 플라스틱공업, 유리공업, 도자기공업 등 거의 모든 공업과 관계가 있으며, 무기재료공업 이외에도 제철, 카바이드공업, 소다공업, 석회질소공업, 침강성탄산칼슘공업 등 헤아릴수 없을 정도로 용도가 넓다. 제철. 카바이드, 침강성탄산칼슘 등의 공업에 쓰이는 석회석은 미정질의 것이 좋은데, 그것은 결정질의 석회석은 가마 안에서 가열되면 붕괴하기 쉽기 때문이다. 다만 시멘트공업에서는 석회석을 분쇄해서 조합한 다음 소성하게 되므로, 일반적으로 보다 분쇄하기 쉬운 결정질의 석회석을 상용한다. CaCO₃의 조성을 갖는 결정에는 칼사이트와 아라고나이트가 있지만 아라고나이트는 가열하면 일단 칼사이트가 되었다가 분해한다. 그리고 석회석은 대부분 칼사이트로 되어있다. 또 조개껍질은 주로 아라고나이트로 되어 있다. 석회석의 화학조성은 순수한 경우는 CaO 56%, CO2 44%이지만 보통 고용체로서 MgCO₃, FeCO₃, MnCO₃ 등을 함유하므로 MgO, FeO, MnO 등의 불순성분을 함유한다. 또 점토나 갈철광과 같은 광물을 수반할 때가 많은데, 이때에는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 등의 불순성분을 함유한다. 그 중에서도 가장 널리, 그리고 많이 함유되는 것은 MgCO₃이다.
따라서 석회석에서는 MgCO₃의 함량이 문제시될 때가 가장 많다.
같이 표준국에서 구분하고 있다. 그리고 석회석에서는 MgCO₃분이 따라 다니는 경우가 보통이므로 MgCO₃의 함량에 따라 분류한다. 이 그림에서는 칼사이트, 아라고나이트, 마그네사이트, 돌로마이트의 DTA곡선을 비교하기 위하여 같이 그린것인데 각 광물의 분해 특징을 알 수 있다. 그리고 아라고나이트의 450℃에서의 흡열피크는 아라고나이트가 칼사이트로 전이하기 때문에 생기는 피크이다.
석회암을 채굴하여 상품가치가 있게 정선한 한가지 상품을 석회석이라고 흔히 석회암 그 자체를 석회석이라 부른다. 석회석은 광물학적으로는 방해석으로 이루어지고 이론적인 조성은 산화칼슘(CaO) 56%, 이산화탄소(CO₂) 44%이나 천연적으로 산출될 때는 약간의 불순물을 함유하고 있다. 석회석은 백색, 회색인 비교적 연한 광물이나 열수변질작용을 받은 것은 약간 굳고 치밀하게 되고 착색하여 대리석이 된다. 석회석은 가열하면 탄산가스를 방출하여 생석회가 되고 또 염산에는 기포가 발생하는 특성이 있어서 쉽게 판별이 된다.

(1) 결정학적 분류

아라고나이트

칼사이트

바테라이트

이 분류에 의하면 일반적으로 칼사이트가 주류를 이룬다.

(2) 결정크기별 분류

당정질	4mm or more (입상결정)
	2mm (극조립결정)
	1mm (조립결정)
	1/2mm = 0.5mm (중립결정)
	1/4mm = 0.25mm (세립결정)
	1/8mm = 0.125mm (극세립결정)
미정질	1/16mm = 62.5μ (아석질)
	1/256mm = 4μ (석질)

(3) 화학적 성분에 의한 분류

약점착암	암석
백아 탄산염 75%	석회암 점토 25%
이회 탄산염 25%	이회암 점토 75%
점토	점토암

(4)석회석 기본 물성

구 분	석회석 (탄산칼슘)		소회석 (수산화칼슘)	생석회 (산화칼슘)
화학식	CaCO3		Ca(OH)2	CaO
분자량	100		74	56
비중	칼사이트	2.75	2.25	3.37
	아라고나이트	2.94
	바테라이트	2.54
용해도 (at 20℃)	0.0065		0.117	-
모스경도	칼사이트	3	2~3	2~3
	아라고나이트	3.5~4
결정형	칼사이트	육방정계	육방정계	등축정계
	아라고나이트(aragonite)	사방정계
	바테라이트	육방정계
굴절률	칼사이트	1.486	1.547	1.840 1
		1.658
	아라고나이트	1.530	1.574
		1.681
		1.685
비열 (cal/g.℃)	0.19/0℃		0.27/0℃	0.18/0℃
	0.20/100℃		0.30/100℃	0.19/100℃
전이온도 (℃)	칼사이트	445~470	-	-
	아라고나이트

(5) 석회석의 광물학적 특성

화학식	CaCO3
이론조성	CaO : CO2 = 56.0 : 44.0
입자특성	coarse sized 결정 형태, 큰 결정질형태로  산출( 다양한 크기의 입   자로 산출), 결정은 능면체
굴절율	1.63-1.66   복굴절성이 높다
경   도	3.0
밀   도(비 중)	2.71   (2.5-2.8)
[색   상]	무색,백색,핑크,갈색등
투명도	무색투명 - 반투명- 불투명
광   택	유리광택
pH	7.8-8.5
화학적특성	묽은 염산에 녹아 기포를 발생
특   성	도료의 체질안료, 가장범용적
용   도	시멘트, 석회, 비료, 카바이트, 펄프공업, 플라스틱 및 도료공업

 

  (6)석회석의 원광석 사진 

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[ 석회석 ]

(7) 석회석의 화학 조성

Chemical	SiO2	Al2O3	MgO	CaO	Fe2O3	Ig-loss
contents(%)	0.8	0.1	1.0	54.5	0.1	43.0

(8)석회석의 용도

석회석은 이집트의 피라밋의 건축재 및 석회 모르타르로 쓰인아래 인류 문화발달에서 없서서는 안될 원료로 되었다. 특히 철강, 시멘트공업의 발달에 따라 그 중요성은 한층 더 커지고 유기합성화학의 주역으로서도 그 소비는 증가한다. 석회석은 여러 가지 용도에 사용되고 있으나 세계적으로도 시멘트제조에 대부분 사용한다. 그 외에 제철, 제강공업에서 용제로 사용하는 것은 선철, 강철에 함유되는 황과 인 등을 제거하고 내화재료를 보호하며 슬래그의 유동성을 좋게하고 로내온도를 조절하는 목적에 사용한다. 석회는 강철, 카아바이드, 표백제, 소다공업, 펄프공업, 해수 마그네시아, 비료, 건축재료 등에 사용된다. 최근에는 용광로에 석회석을 직접 장입하지 않고 소결원료에 10∼15%의 석회석 분말을 섞어 자용성 소결괴를 만들어 용광로에 장입하고 있다. 제강에서는 선철에 고철, 철광석등과 석회석을 혼합하여 평로, 전기로 및 전로등에서 용융 제강한다. 카아바이드는 석회석을 소성하여 생석회를 만들어 코오크스, 무연탄 등의 탄소제와 같이 전기로에서 용융 제조한다. 카아바이드는 석회질소, 유기합성 등에 많이 사용되고 또 암모니아 소오다법에 의한 수산화나트륨의 제조원료로도 사용한다.
 방해석은 복굴절성이 있어서 편광 프리즘으로 이용되고 특히 일정방식으로 절단한 것은 프리즘으로서 광물현미경에 장치하여 광물의 광학적 성질을 조사하게 되고 최근에는 인공적으로 편광판이 합성되어 사용하고 있다.

항      목		용               도
플 라 스 틱	경 질 PVC	압출성형(창틀샤시, 파이프, 물받이, 이형품), 캘린더 가공(필름, 타일), 사출성형
	연 질 PVC	압출성형(전선, 이형품), 캘린더 가공(시트, 레저, 필름, 바닥재)
	PP	사출성형품(가전부품, 자동차부품, 잡화), 압출성형품(연신테이프)
	PE	사출성형품(잡화), 압출성형품(각종포대, 필름, 연신테이프), 취입성형(각종용품), 진공성형(각종 용기)
	Polyester	SMC, BMC 가압성형(위생기기, 세면대, 욕조, 정화조), Filament winding(파이프), 대형 성형품
	기 타	EVA(스폰지, 시트, 완구), 폐놀(전선반, 식기, Pot),에폭시(접착제), 나일론(공업용품), 아크릴(화장판)
[고 무]	합성고무(신발, 전선, 케이블, 타이어, 호스, 벨트, 공업부품), 천연고무(신발, 각종공업부품, 스폰지, 벨트, 호스), 라텍스(접착제)
도 료	합성수지도료, 수성도료, 유성도료, 실링제, 코킹제, 선박도료, putty
제 지	도공(아트지, 코트지, 그라비아지), 증량재(상질지, 중질지, 박엽지(Rice paper, Indian paper)), 합성지(포스터, 지도)
기 타	건자재(인조대리석, 벽장재, 화장판, 규산칼슘판, 요업, 농약수화제 Carrier, 비료, 배합사료, 동물약품, 칼슘제, 배연탈황, 중화, 안료(분필, 화구, 크레용, 파스텔), 식품(소시지, 츄잉껌, 비스킷, 쥬스, 어묵, 두유), 석회제조, 시멘트 등

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