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제올라이트광석

글쓴이 : 최고관리자

◈.꿈의신소재 제올라이트 광석

제오라이트(Zeolite) 란 ?:
제오라이트는 그리스어로「끓는 돌」이라는 의미에서 유래했으며「비석」이라고도 불리는 광물입니다.
제오라이트는「결정수」라는 형태로 된 물분자가 주성분인 알루미늄의「함수계산염광물」로, 급하게 가열하면 거품을 내면서 녹는 것이 마치 끓고 있는 것처럼 보이기 때문에 명명된 것입니다.

제오라이트는 지중에서 규산염이 지열(地熱)과 지압(地壓)을 받으면서 다년간 결정화되어 생성된 자연광물로서, 이온교환이 가능한 금속이온을 갖고 있음을 특성으로 하며 수질 중에 암모니아 제거능력이 빠르고 농도 및 수온의 변동에 크게 영향을 받지 않으며 안전한 수 처리를 할 수 있습니다 또한 제오라이트의 효과로는 암모니아 및 중금속 제거능력이 뛰어납니다.
중금속 제거실험에서 각각의 단일 중금속에 대한 제오라이트의 제거능력은 Pb ＞ Cd ＞ Cr ＞ Cu ＞ Zn ＞ Mn 의 순입니다.
제오라이트는 이온 교환성과 촉매작용이 뛰어나서 토르말린의 효과를 높여줍니다.
그 외에도 아래와 같은 여러가지 우수성이 보고되고 있습니다.

놀라운 제오라이트의 3대 파워!
지구를 되살리는 광석! 활성탄을 능가하는 탈취력 폭넓은 활용법
오염된 지구 환경의 정화제로서 각광받고 있습니다.
1984년의「지력증진법」이 그 대표적인 예입니다. 이것은 화학비료에 오염되고 메마른 토양을 풍요로운 대지로 되돌리기 위해서 새로 제정된 법률인데 그 법정 토양개량지정자재로 제오라이트를 채택하고 있습니다.
그 외에도 제오라이트는 공해물질의 흡착등에서 대지의 정화, 수질 정화, 공기 정화에 유효유익한 21세기의 광물로서 앞으로 점점 더 주목을 받을 것입니다. 천연 제오라이트는 암모니아(동물의 분뇨 냄새 혹은 고기등의 썩은 냄새)의 탈취기능이 뛰어나며 천연의 무처리상태에서도 활성탄보다 우수합니다.
그리고 산이나 열로 처리함으로써 더욱 탈취기능은 향상되어 트리메틸아민 (생선 썩는 냄새), 에틸메르카부탄 (야채 썩는 냄새)의 탈취에도 활성탄에 필적하는 효과를 발휘합니다. 제오라이트는 1마이크론에서 1cm 가량까지 사이즈를 비교적 자유롭게 고를 수 있습니다.
제오라이트 분말은 종이나 플라스틱에도 혼합 가능하기 때문에 탈취 종이나 탈취 비닐봉지 등 편리한 제품을 만들 수 있습니다. 또한 기타 약품이나 안료에 섞어서 착색조립품으로 만들 수도 있습니다.

◈. 제올라이트의 응용

1. 광석 처리 및 생산공정 　
천연 제올라이트는 합성 제올라이트에 비해 필연적으로 불순물이 함유되어 다소 不균질하고 단지 제한된 광종들만 공급이 가능하여 분자체 (molecular sieve)로서 다양하지 않지만, 값이 저렴하고 대규모로 공급될 수 있기 때문에 주로 많은 물량을 필요로 하는 산업에 이용되는 것이 특징이다. 천연 제올라이트를 산업에 응용하기 위해서는 우선 괴상의 광석을 일정한 크기의 입자들로 분쇄하고 가능한 한 제올라이트를 선별. 분리함으로서 품위를 증진시키는 공정이 필수적이다. 여기에는 Zieklite 사에 의해서 알려진 소위 "SGW"와 "HiZ"라는 상표의 제지공업용 천연 제올라이트의 생산 공정이 일반적으로 흔히 사용된다. "SGW" 공정은 일종의 건식 과정인데 비해서 "HiZ" 공정은 습식으로 처리되는 점이 서로 다르다. 또한 전자의 건식 생산공정은 비교적 간편하고 경제적인 방법이지만 품질이나 분리효율이 낮다. 이에 비해서 후자의 습식 생산공정은 다소 복잡하고 노력이 많이 들긴 하지만 상대적으로 좋은 품질을 기대할 수 있다. 따라서 실제로 제올라이트 광석의 처리과정은 원광의 품위 및 불순물의 내용과 수요처의 용도에 따라 적절히 선택되어 시행되어야할 것이다

건축 재료 및 경량 골재로의 응용 　
천연 제올라이트는 이 광물의 정확한 인식도 없는 상태에서 이미 수세기 전부터 중부 유럽에서 내식성 시멘트 (pozzolanic cement)의 원료와 경량 석재로 사용되어 왔었던 것으로 알려져 있다. 대개 1950 년경부터 미국, 이태리, 일본 및 멕시코 등에서도 이와 유사한 용도로 천연 제올라이트가 처음으로 응용되기 시작함으로서 천연 제올라이트의 활용이 본격화된 것으로 생각된다. 현재는 원광을 그대로 사용하는 위와 같은 방식의 천연 제올라이트의 응용은 거의 이루어지고 있지 않지만, 진주암 (perlite)의 경우처럼 고온 (1200-1400o C)에서 하소시켜 경량골재로 사용하는 새로운 방안이 모색되어 많이 이용되고 있다. 여기에는 대개 클리놉틸로라이트가 사용되며 이 가열처리 공정을 통해서 비중 치가 0.8 밖에 되지 않고 공극율이 평균 65 %에 이를 정도의 다공질 경량물질이 얻어질 수 있는 것으로 알려져 있다. 　

농업 분야로의 응용 　
현재 천연 제올라이트는 국내외를 막론하고 농업 분야에서 가장 많이 응용되는 것으로 알려져 있다.
농업 분야에 응용되는 경우는 제올라이트의 응용 범위나 성격에 따라
(1) 토질 개량제,
(2) 비료 나 농약의 보조제, 그리고
(3) 가축 사료로 이용되는 경우로 구분될 수 있다.
여기에는 주로 클리놉틸로라이트나 모오데나이트가 많이 사용된다.
특히 클리놉틸로라이트 중에서도 K 함량이 적은 것들이 이와같은 목적의 이용에 적합한 것으로 알려져 있다.
따라서 국내산 천연 제올라이트들은 농업 분야로의 응용에 적절한 광물상과 화학조성을 갖는 것으로 여겨진다.
산성의 토양을 중화시키는 토질 개량제로서의 천연 제올라이트의 이용은 이미 100여 년 전부터 일본에서 시행되어 왔었고 최근에는 국내에서도 시도되고 있다.
이는 제올라이트의 양이온 교환능의 특성이 응용된 경우로, 토양중의 수소 이온이 제올라이트의 교환성 양이온들과 이온 교환되어 이 광물에 고착됨으로서 이와 같은 토질개선 효과를 가져오는 것으로 생각된다.
비료 성분과 제올라이트를 섞어서 경작지에 사용하면, 암모늄 이온이나 K이온 같은 중요한 비료성분들이 지속적으로 작용할 수 있도록 도와주고 부수적으로는 토양의 적당한 습도를 유지시켜 주는 효과를 가져온다.
제올라이트는 또한 제초제나 살충제 등의 농약성분의 매개체로서도 좋은 효능이 좋은 것으로 알려져 있다. 　
이와 같은 제올라이트의 응용은 천연 제올라이트, 특히 클리놉틸로라이트의 선택적 흡착성과 양이온 치환능이 복합적으로 응용되는 경우인 것으로 생각된다.
아직 이 효능의 생화학적 메카니즘이 규명되지 않아서 본격적인 응용이 이루어지고 있지는 않지만, 가축의 사료로서 제올라이트의 응용에 대한 새롭고 흥미로운 결과들이 최근에 많이 알려지고 있다.
주로 돼지와 닭 등의 가축과 양식중인 송어나 잉어 등의 물고기의 사료에 일정량의 제올라이트를 섞어서 사용하면, 발육 증진, 발병율 저하, 그리고 산란율 제고 등의 좋은 효능이 나타나는 것으로 알려져 있다.
이는 주로 제올라이트의 선택적 흡착성과 연관이 있는 효과로 추정되지만 아직 정확한 보고가 없는 실정이다.
동물실험을 통한 위와 같은 흥미로운 결과들에 대해서 비상한 관심을 갖고 있는 세계 굴지의 화공 및 제약 회사들은 궁극적으로는 인간에게까지 적용하는 문제를 검토하고져 하는 목적에서,
관련학계와 협력하여 이 효능의 생화학적 메카니즘을 규명하려는
연구를 추진하고 있다. 　

제지공업으로의 응용 　
천연 제올라이트의 뛰어난 백색도 (brightness), 흡수 및 흡착능력, 미세한 결정도 그리고 낮은 경도와 같은 성질들은 제지공업에서 훌륭한 충진 재료로써의 응용을 가능하게 한다.
여기에는 주로 판상의 결정형을 이루는 클리놉틸로라이트가 많이 사용된다. 원래 펄프나 캐올리나이트의 보다 값싼 대체물질로 사용되기 시작하였으나, 현재는 제올라이트를 사용하여 보다 고급의 지질을 얻을 수 있다는 사실이 알려짐에 따라 이에 대한 응용이 선진 외국에서는 점차 증대되는 경향을 보인다.
즉, 제올라이트로 충진된 종이는 캐올리나이트같은 점토광물로 충진된 것 보다 잉크가 잘 번지지 않고 좀더 불투명할 뿐 만 아니라 기타 다른 물성에 있어서도 뛰어난 지질을 보인다는 것이다.
여기에 사용되는 클리놉틸로라이트는 높은 백색 도를 유지하기 위해서 원광 자체에서도 착색물질의 기원이 될 수 있는 함 철 광물이 적어야 하고 이미 기술한 생산공정을 통해서 보다 정제된 비교적 高순도의 품질을 필요로 한다.
제지용 클리놉틸로라이트는 일반적으로 10 um 미만의 미세한 입도와 3 % 미만의 백색도의 품질 요건을 갖추어야 하는 것으로 알려져 있다

환경 분야로의 응용 　
천연 제올라이트는 최근에 환경 보존 및 개선을 위한 목적에서 많이 응용되고 있다.
전세계적으로 날로 환경 오염이 심각해짐에 따라 이 분야로의 응용은 크게 확대될 것으로 전망된다.
이 분야로의 제올라이트의 응용은 대부분 대규모로 이루어지는 관계로 합성 제올라이트 보다 값싼 천연 제올라이트가 앞으로 이 부문에 많이 소요될 것으로 생각된다. 　
현재 환경 문제와 관련된 천연 제올라이트의 응용의 예로는
(1) 축산 농가의 환경 개선,
(2) 도시의 생활하수의 처리,
(3) 공업 폐수의 처리,
(4) 음료수의 수질 개선 그리고
(5) 방사성 폐기물 처리 및 방사성 물질의 오염 방지 등을 들 수 있다. 축산 농가에서 가축들의 분뇨로 인한 악취와 외부로의 암모니아 및 암모늄 이온들의 유출은 천연 제올라이트의 이 성분에 대한 뛰어난 선택적 흡착 및 이온교환 특성에 의해서 크게 개선될 수 있다.
또한 필요에 따라 암모늄 이온으로 포화된 이 제올라이트를 회수하여 암모니아 비료의 대체품으로 재 사용할 수도 있다는 보고도 알려진 바 있다. 　
도시의 생활하수의 처리도 주로 위와 같이 암모늄 이온을 걸러내는 방식으로 이루어진다. 미국 등지에서는 이미 10여 년 전부터 하수의 종말처리장에서 대규모로 천연 제올라이트가 이용되어 왔다.
공업 폐수의 처리는 주로 제올라이트의 뛰어난 분자체 능력 (molecular sieving property)과 관련되어 이루어진다.
이 부문에 있어서는 다양한 구경의 광종의 동원이 가능한 합성 제올라이트가 천연 제올라이트 보다 우월한 효능을 발휘하지만, 화학성분상 다소 단순한 공업 폐수를 대규모로 처리하는 데에는 천연 제올라이트가 유용한 것으로 알려져 있다.
제올라이트의 선택적 이온교환 특성은 많은 무기염류가 녹아있는 경수를 연화시키는 데 탁월한 효능을 보인다는 것은 주지의 사실이다. 　
이와 같은 응용의 예는 최근에 국내의 가정에서 흔히 볼 수 있는 각종의 정수 장치에서 실감할 수 있을 것이다.
그러나 천연 제올라이트의 이 부문에서의 응용은 주로 상수도의 수질관리에서 대규모로 이루어질 수 있을 것으로 생각된다.
국외는 물론 국내에서도 전력의 핵에너지에 대한 의존도가 날로 증대되는 추세와 더불어 핵발전소에서 나오는 핵폐기물 등에 의한 방사성 물질의 오염에 대한 국민들의 우려의 목소리가 점차 커지고 있다는 것은 주지의 사실이다.
이 방면의 선도적인 위치에 있는 미국에서는 이미 1960 년대부터 천연 제올라이트로 폐기된 방사성 물질을 처리하는 방안들이 모색되어 왔었다. 이 부문에 대한 연구 결과들의 정보 교환은 보안관계상 각국마다 다소 통제되는 경향이 있어서 잘 알려져 있지 않지만,
천연 제올라이트가 산출되는 지하의 응회암 층에 핵폐기물을 매몰하거나 핵발전소에서 유출되는 폐수중의 방사성 이온들을 제올라이트의 선택적 이온교환 특성을 이용해 제거하는 방식 등으로 응용되는 것으로 보인다. 　 방사성 폐기물 내의 Sr과 Cs와 같은 방사성 물질들은 제올라이트에 의해서 선택적으로 제거되어 보다 취급하기 쉬운 형태로 처리될 수 있다.
그러나 핵폐기물을 제올라이트 층에 영구적으로 매몰하는 경우에는 잔류 방사성 원소들의 붕괴에 의한 천연 제올라이트의 열적 안정성이 그 지층의 지질구조적 안정성과 함께 검토되어야 하는 것으로 최근에 알려진 바 있다.
따라서 앞으로는 국내에서도 이와 같은 천연 제올라이트의 응용 방안이 관련기관 및 학계에서 활발히 모색되어야할 것으로 생각된다. 　

기타 化工업 분야로의 응용 　
1960 년대에 일본에서 모오데나이트를 사용하여 소위 "pressure-swing" 공법으로 공기로부터 질소를 제거하여 90 % 이상의 높은 순도의 산소 깨스를 생산하는 방안이 모색되어 현재 많이 사용되고 있다.

산소이외에도 반대로 질소의 생산도 필요에 따라 질소를 흡착한 제올라이트를 재처리하면 가능한 것으로 알려져 있다.

일반적으로 청연 제올라이트를 사용한 산소의 생산공정에는 모오데나이트가 클리놉틸로라이트 보다 효능이 뛰어난 것으로 알려져 있다.

일반적으로 불순 깨스의 제거나 각종 화학공정에서 촉매로서의 응용은 천연 제올라이트가 균질성과 흡착 능력의 정도나 다양성에 있어서 합성 제올라이트에 비해 뒤떨어지므로 그 적용 범위나 규모에 있어서 많은 제한이 뒤따른다. 　

그러나 산성의 천연 가스 중의 H2O, CO2, 및 H 2S와 같은 비 연소성 불순 깨스를 제거하는 공정에는 천연 제올라이트가 많이 응용되고 있는 실정이다.

또한 석유 화학공업 부문에서도 인위적으로 이온 교환된 제올라이트가 촉매로서 좋은 효능을 갖는 것으로 알려져 최근에 실제로 많이 응용되고 있는 실정이다.

따라서 앞으로 천연 제올라이트의 정제 기술이나 이온치환 (특히 수소 이온교환) 등의 촉매로서의 활성도 제고를 위한 기술이 발달하면 이 부문에서도 천연 제올라이트가 많이 활용될 것으로 생각된다. 　

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