활석 등급 및 마모 값에 관한 연구: 광물 구조가 마모 성능을 결정합니다.

활석분말은 제지 산업의 핵심 기능성 충진재로서 문화지, 포장지, 특수지에 널리 적용되며 일반적으로 종이 건조 중량의 10~30%를 차지합니다. 현대 제지기의 작동 속도가 분당 1500미터를 초과하고 제지 장비가 점점 더 정교해짐에 따라 충전재의 마모 특성은 제지기 작동 안정성, 장비 사용 수명 및 생산 비용에 영향을 미치는 중요한 요소가 되었습니다.

활석 광석은 여러 광물과 관련된 복잡한 광물 매장지이며 순수한 활석은 극히 드물며 마그네사이트가 주요 관련 불순물로 사용됩니다. 활석과 마그네사이트는 경도, 결정 구조 및 입자 형태가 크게 다르기 때문에 다양한 등급의 활석 분말의 마모 성능이 크게 다릅니다. 본 논문에서는 두 광물의 핵심 특성 차이를 광물학적 관점에서 분석하고 활석에 의한 마모의 근본 원인을 규명합니다.

I. 연구배경 및 핵심이슈

실제 생산에서 마그네사이트 함량이 높은 저등급 활석분말은 30mg~45mg 범위의 마모값을 갖는 반면, 고순도 고급 활석분말은 10mg 미만의 마모값을 달성할 수 있습니다. 마모 값이 과도한 필러는 직물 마모를 가속화하고 종이 절단기의 수명을 단축하며 정제 장비의 에너지 소비를 증가시킵니다. 이는 유지 관리 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 용지 품질도 저하시킵니다.

따라서 활석 등급, 불순물 함량 및 마모 값 간의 내부 상관 관계를 명확히 하는 것은 활석 광물 처리 기업과 제지 제조업체가 필러를 선택할 때 중요한 지침이 됩니다.

Liaoning Xinda Talc Group R&D 센터의 실험 데이터를 바탕으로 이 연구는 광물 특성, 정량적 규칙, 장비 영향 및 적용 권장 사항이라는 네 가지 차원에서 활석 마모 문제를 포괄적으로 조사합니다.

II. 활석 대 마그네사이트: 놀랍도록 뚜렷한 결정 구조

활석: 고유한 윤활성을 지닌 라멜라 구조 활석은 화학식(ce{Mg3Si4O10(OH)2})을 갖는 2:1 층상 규산염 광물입니다. 그 구조는 두 개의 규소-산소 사면체 층 사이에 끼워진 한 층의 마그네슘-산소 팔면체로 구성되며, 인접한 층은 약한 반 데르 발스 힘에 의해서만 결합됩니다.

이러한 구조로 인해 활석은 미세한 층상 입자를 쉽게 형성할 수 있으며 층간 미끄럼 저항이 매우 낮고 자기 윤활성이 뛰어납니다. 장비와 섬유 사이에 분포된 "미세 볼 베어링"처럼 작용하는 활석 입자는 마찰을 효과적으로 줄여줍니다.

마그네사이트: 능면체 프리즘 구조, 단단하고 절단 마모가 발생하기 쉬운 구조

마그네사이트는 분열이 약하거나 없는 방해석형 공간 네트워크 구조를 특징으로 하는 탄산염 광물입니다. 날카로운 균열 표면을 가진 입자로 부서집니다.

마그네사이트는 대부분 능면체 결정과 프리즘 결정으로 존재합니다. 외력에 의한 소성 변형 대신 취성 파괴가 발생하여 장비 마모의 주요 원인인 미세한 절단 도구 역할을 하는 날카로운 모서리의 입자가 생성됩니다.

III. 경도 비교: 연질 광물과 경질 불순물

모스 경도는 광물의 내마모성과 변형 저항성을 측정하는 핵심 지표입니다.

활석은 모스 경도가 1에 불과하며 자연에서 가장 부드러운 광물 중 하나이며 손톱으로 긁힐 수 있습니다. 힘을 가하면 층 사이에서 미끄러져 더 얇은 조각으로 부서지고 접촉 표면은 거의 마모되지 않습니다.

마그네사이트는 모스 경도가 3.5~4.5로 방해석과 형석 사이에 해당합니다. 제지 웨트엔드의 고속 작동 환경에서 이러한 단단한 입자는 스테인리스 스틸 직물과 세라믹 부품에 심각한 마모를 유발합니다.

특히 마모는 경도에 의해서만 결정되는 것은 아닙니다. 부서진 마그네사이트에서 형성된 날카로운 모서리 입자는 응력 집중을 유발하고 마모 효과를 대폭 증폭시키는 반면, 편평한 활석 층상 입자는 충돌 시 접촉 응력을 감소시킵니다.

IV. 활석과 마그네사이트의 파라제네시스 및 산업 분리 기술

랴오닝(Liaoning), 산동(Shandong), 광시(Guangxi)를 포함한 중국의 주요 활석 생산 지역은 활석과 마그네사이트의 미세한 내부 성장과 부생이 특징이므로 두 광물의 완전한 해리가 어렵습니다. 현재 네 가지 주류 산업 분리 방법이 채택됩니다.

1. 수작업 선별: 미끄러운 활석과 거친 마그네사이트의 질감 차이를 바탕으로 수동 선별; 효율이 낮고 정밀도가 낮은 거친 입자의 광석에만 적용 가능합니다.

2. 부상(Flotation) : 활석의 소수성과 마그네사이트의 친수성을 이용한 분리로 활석 함량이 90% 이상인 농축물을 생산할 수 있습니다. 지배적인 정화 과정.

3. 정전기 분리: 반대 전하에 의한 정전기 분리 - 활석은 음전하를 띠고 마그네사이트는 고전압 전기장 하에서 양전하를 띠고 있습니다.

4. 선택적 분쇄-체질: 경도 차이를 활용합니다. 연질 활석은 우선적으로 미세한 입자로 분쇄되는 반면 경질 마그네사이트는 거친 입자를 유지한 후 체를 통해 분리됩니다.

광석 정화 등급이 높을수록 활석 등급이 높아지고 마모 값이 낮아지지만 동시에 수율이 감소하고 생산 비용이 높아집니다. 낮은 마모 성능과 경제적 효율성의 균형은 업스트림 및 다운스트림 기업의 주요 관심사로 남아 있습니다.