석회의 종류: 생석회 및 소석회
석회에는 생석회와 소석회 두 종류가 있습니다. 둘 다 석회암을 잘라서 얻은 석회석으로 만들어집니다. 생석회와 소석회의 차이점은 석회암의 가공 방법에 있습니다.
생석회: 화학식: CaO (산화칼슘)
석회석을 약 1000°C로 가열(연소)하면 주성분인 탄산칼슘에서 이산화탄소가 방출됩니다. 이 과정에서 생석회가 생성됩니다. 생석회는 흡습성이 뛰어나 간식 등의 건조제로 자주 사용됩니다.
소석회
화학식: Ca(OH)₂ (수산화칼슘)
생석회에 물을 넣으면("소화"라고 하는 공정) 생석회가 가열됩니다. 이것을 소석회라고 합니다. 도시락이나 음료용 보온팩과 같은 일부 제품은 이 공정을 사용하여 밧줄을 당겨 열을 발생시키는데, 이는 소석회와 동일한 원리를 기반으로 합니다.
정제되고 활성도가 높은 석회의 생산 공정에 관하여
위 설명은 석회석을 가열하여 생석회를 생산하는 방법을 설명합니다. 산업용 석회는 일반적으로 석탄 가루, 천연가스, 코크스 오븐 가스 또는 고로 가스를 연료로 사용하여 소성합니다. 고칼슘 함량, 높은 활성도, 그리고 특수한 특성을 가진 고순도 석회 제품은 첨단 소성 기술을 사용하여 생산됩니다. 여기에는 석회석 소성을 위해 예열기, 회전 가마, 수직 급속 냉각기가 사용됩니다.
과거에는 조개껍질을 이용해 굽는 경우가 많았습니다. 자연 석회화는 주로 바이오매스 칼슘과 미네랄 칼슘으로 존재합니다. 석회암은 광산에서 채굴되지 않고, 구운 굴과 조개로 만든 "조개 석회"로 대체되었습니다. (조개껍질은 탄산칼슘으로 구성되어 있으며, 이를 구워서 석회를 생성합니다.) 약 420년 전, 허무두족이 조개 석회를 굽는 방법을 처음 발견했습니다. 오늘날 자원 재활용에 중점을 두면서 조개 석회는 주로 미네랄 칼슘으로 널리 사용됩니다.
숯에서 석탄으로 연료 변경
역사 기록에 따르면 석탄 사용에 있어 획기적인 발전이 이루어진 것은 송나라 때였으며, 이는 유럽보다 수백 년 앞선 시기였다고 합니다. 검증 가능한 문서에 따르면, “자연의 작품의 활용”명나라의 많은 수공업에서 석탄 덩어리를 사용했습니다. 석회를 태울 때 "재와 장작은 석탄 19%, 장작 11%를 차지했습니다. 먼저 석탄 진흙을 사용하여 석탄 덩어리를 만듭니다. 각 석탄 덩어리 위에 돌을 한 겹 쌓고 아래에 장작을 펴서 불을 피웁니다." 이 방법은 석탄과 돌을 번갈아 쌓고 아래에 장작을 펴서 불을 붙이는 방식입니다.
당시 석회 제조업체들의 전략은 "석회 연소 연료로 숯을 석탄으로 대체하는 것"이었습니다. 숯을 사용할 경우 용광로 온도는 800°C로 제한되었지만, 석탄은 최대 1200°C까지 가열할 수 있어 효율을 크게 높이고 대량 생산이 가능했습니다. 그러나 이 전략은 처음에는 실패했습니다. 숯에서 석탄으로 전환하는 과정에서 가장 어려운 부분은 용광로를 개조하는 것이었습니다. 기존 용광로는 1200°C의 고온을 견딜 수 없었습니다.
이 획기적인 발전은 부유한 상인의 도움으로 깊이 7.5미터, 지름 0.9미터의 새로운 용광로를 건설하면서 이루어졌습니다. "주병형"으로 알려진 이 석회 연소 용광로는 직경이 다양했습니다. 중앙부의 최대 지름은 1.65미터였습니다. 이에 비해 이전의 숯 용광로는 깊이가 1.5미터에 지름이 0.84미터에 불과하여 용광로 용량에 상당한 차이가 있음을 분명히 보여주었습니다. 또한, 이 과정에서 소금이 첨가되었습니다.
석회의 광범위한 용도
"석회"라고 하면 스포츠 경기장에 그려진 흰 선과 분필을 떠올릴 수 있습니다. 또한, 호텔과 같은 대형 시설의 바닥과 벽에 사용되는 대리석을 떠올리는 사람도 있을 것입니다. 실제로 석회는 우리 삶의 여러 측면에서 광범위하게 사용됩니다. 토목 공학, 철강, 화학, 식품, 의학, 수처리, 오염 방지 등 다양한 분야에서 석회의 광범위한 활용 사례를 소개합니다.
의학 및 시약에서의 사용
칼슘정제, 주사제, 분말, 치과재료, 인공뼈, 수술 고정 붕대(석고) 등
칼슘 화합물은 칼슘과 인 보충제뿐만 아니라 주사제와 경구용 의약품의 성분으로도 다양한 의약품에 사용됩니다. 또한, 석회는 금속 재료의 표면 코팅과 생물학적 용도의 정제에도 사용됩니다.
화학 산업 용도
유리, 세라믹, 소다, 표백제, 탄화물, 펄프, 해수마그네슘, 금속마그네슘, 석유화학제품, 치약, 고무제품 등
화학 산업은 원자재를 화학 반응을 통해 가공하여 제품을 만드는 산업을 말합니다. 우리가 일상생활에서 접하는 생활용품, 사무용품, 가전제품, 유리 제품 등 모든 가공품은 화학 산업을 통해 만들어집니다. 우리 사회의 근간을 이루고 문화생활을 뒷받침하는 화학 산업은 화학 산업 없이는 존재할 수 없습니다.
대리석, 석고, 석고, 산와점토 등
이러한 건축 자재의 주요 성분은 석회입니다. 대리석은 이집트 피라미드와 그리스 파르테논 신전과 같은 고대 건축물에 사용되었으며, 오늘날에도 여전히 건물의 내외부 장식에 사용되고 있습니다. 석고(일명 "석고"라고도 함)와 산와 점토(망치질 석조에 사용됨)는 성곽과 같은 전통 일본 건축에서 중요한 자재로, 오랜 역사적으로 활용되어 왔습니다.
연기 탈황
화력발전소, 폐기물 소각 시설, 제철소 등에서 석유와 석탄을 대량으로 연소할 때 발생하는 배기가스에는 염화수소와 황산화물과 같은 유해 물질이 포함되어 있습니다. 이러한 유독 가스는 인체 건강에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 산림을 고사시키는 "산성비"의 원인이 됩니다. 석회는 이러한 유독 가스를 효과적으로 제거하는 데 사용됩니다.
식품 용도
곤약, 설탕, 두부, 껌, 물엿, 빵, 생선케이크, 소시지, 조미료, 한천 등
석회의 주성분은 칼슘입니다. 우리 식단에서 흔히 부족하기 쉬운 칼슘이 최근 여러 식품에 첨가되고 있습니다.
곤약 응고, 설탕 정제 시 불순물 제거, 물엿 중화제, 빵의 방부제 및 유화제, 어묵과 소시지의 질감 향상 등 다양한 용도로 사용됩니다. 또한, 청량음료에는 젖산칼슘과 인산칼슘이 첨가됩니다.
석회 제품은 물과 반응하여 열을 발생시키는 식품 보온기(사케, 도시락, 맛있는 음식, 데워진 오뎅 등)에도 사용됩니다. 또한, 뛰어난 흡습성으로 인해 식품 건조제와 흡습제에도 사용됩니다.
철강 생산
우리의 일상생활은 자동차, 기차, 비행기, 도로, 교량 등 수많은 철강 제품에 둘러싸여 있습니다. 석회는 철강 생산 공정에서 중요한 역할을 합니다.
농업 및 가축에서의 사용
비료의 네 가지 필수 원소는 질소, 인산, 칼륨, 칼슘입니다. 석회는 비료, 가축 분뇨 처리, 살충제, 산란계와 젖소 사료, 그리고 조류 인플루엔자와 같은 전염병 예방 등 다양한 용도로 사용됩니다. 석회 기반 비료는 작물에 칼슘과 마그네슘과 같은 필수 미네랄을 공급하고 토양 유기물 분해를 촉진합니다. 또한 산성 토양을 중화하고 개량합니다.
축산업에서 석회는 수분 함량을 조절하고 가축 분뇨를 살균하는 데 사용되며, 살균된 분뇨는 질소와 칼슘 비료로 재활용됩니다. 석회는 또한 100년 이상의 역사를 가진 살충제인 보르도 혼합물 생산에도 사용됩니다. 또한, 석회의 주성분인 칼슘은 가축의 건강을 위해 사료에 첨가됩니다. 최근에는 석회의 살균 효과가 조류 인플루엔자와 같은 바이러스성 감염병 예방에도 활용되고 있습니다.
토목공학 응용 분야
시멘트, 콘크리트, 골재, 아스팔트, 토양 안정화, 정적 파쇄기 등
시멘트 콘크리트는 토목 공학에 필수적인 재료이며, 석회는 이 제조에 필수적인 역할을 합니다. 석회는 또한 토양 안정화에 사용되어 연약하고 침수된 토양을 개량하여 강하고 내구성 있는 지반으로 만듭니다. 도로, 건물, 매립지, 공항 활주로의 기초 공학에도 석회가 사용됩니다.
석회를 사용하는 드문 사례 중 하나는 정적 파쇄기입니다. 오래된 콘크리트 건물이나 암석을 철거할 때 폭발물이 파편을 날리고 소음과 진동을 발생시키는 경우가 많습니다. 이는 위험할 수 있습니다. 석회가 물과 반응할 때 발생하는 팽창 특성을 이용하는 정적 파쇄기는 폭발 위험 없이 콘크리트와 암석을 안전하게 파쇄합니다.
수처리 응용 분야
석회는 물 처리, 하수 처리, 폐수 처리, 폐수 처리, 슬러지 처리 등에 사용될 수 있습니다.
정수 처리 시설은 강, 호수, 지하수 및 기타 수원에서 추출한 물을 안전한 식수로 정화한 후 가정에 공급합니다.
이 정화 과정에서는 석회를 사용하여 pH 조절, 붉은 물 방지, 슬러지 처리를 합니다.
하수처리장은 석회를 응집제로 사용하여 슬러지를 침전시키고 분리합니다. 이 침전물은 석회에 의해 탈취 및 살균되어 퇴비로 변환됩니다.
공장 폐수에 함유된 유해 중금속은 석회에 의해 침전되어 용해된 중금속을 수산화물로 회수하는 데 도움이 됩니다. 또한, 석회는 산성 폐수를 중화하는 데에도 사용됩니다.
슬러지가 축적된 강, 호수, 연안 수역, 그리고 농업 지역에서는 오염 물질과 같은 영양분이 용해되어 적조와 녹조 발생에 기여합니다. 이러한 수역에 석회를 살포하면 유기물 분해가 촉진되고, 인과 중금속의 고정도 향상됩니다. 또한 석회는 황화수소 생성을 억제하고 알칼리성 환경 유지에 도움을 주어 적조와 녹조 발생을 예방합니다.
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