전략적 신흥 산업 광물인 중정석은 황산바륨(BaSO₄)을 주성분으로 합니다. 높은 밀도, 뛰어난 화학적 안정성, 무독성 및 무해성을 지니고 있어 다양한 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 보여줍니다.
중정석 분말(BaSO4)의 응용 분야
드릴링 머드 가중제
중정석은 전 세계에서 시추 진흙 가중제(drilling mud weighting agent)의 가장 흔한 원료입니다. 현재 전 세계 유정 생산이나 석유 및 가스 혼합 시추에서 중정석은 대체 불가능한 존재입니다. 석유 및 가스 산업의 시추 활동을 통해 약 78%의 중정석이 소비됩니다. 중정석은 진흙 밀도를 높이고, 충분한 액주 압력을 형성하며, 지층 압력을 균형 있게 조절하고, 분출 사고를 방지할 뿐만 아니라, 드릴 비트를 냉각하고, 드릴 파이프를 윤활하고, 시추공 벽을 밀봉하고, 절삭 잔여물을 제거하는 역할을 합니다.
바륨 화학 제품
바륨염은 무기화학의 기본 물질이며, 다양한 사양의 바륨염은 각기 다른 용도를 가지고 있습니다.
첫째, 다양한 바륨 화학 제품 생산의 주요 원료입니다. 산화바륨, 탄산바륨, 염화바륨, 질산바륨, 침전 황산바륨, 수산화바륨, 아연 바륨 화이트 등의 화학 원료를 생산하는 데 사용될 수 있습니다.
둘째, 탄산 바륨은 세라믹 및 세라믹 유약, 기능성 유리, 자성체, 전자 부품 및 기타 바륨염 제품의 생산에 사용될 수 있습니다.
셋째, 황산바륨은 도료, 코팅, 플라스틱, 배터리, 제련 및 기타 분야에서 사용할 수 있으며, 이 중 변형 황산바륨은 농업용 멀치, 온실 보호 필름, 포장 필름 및 기타 산업에서 사용할 수 있습니다.
고순도 탄산바륨은 액정 및 광학 유리 기판 산업에 사용될 수 있습니다. 질산바륨은 광학 유리, LCD 화면, 그리고 고급 전자 산업에 사용됩니다. 또한 산화제, 분석 시약, 그리고 플레어, 불꽃놀이, 세라믹 유약, 그리고 의약품에도 사용됩니다. 리토폰이라고도 알려진 아연 바륨 화이트는 일반적으로 사용되는 고품질 백색 안료입니다. 황산바륨(70%)과 황화아연(30%)의 혼합물입니다. 침전 황산바륨은 주로 의료, 중급 및 고급 코팅 및 잉크, 플라스틱, 고무, 유리, 세라믹 등 다양한 분야에 사용됩니다. 의료용 황산바륨은 주로 의료 영상 분야에 사용됩니다.
기능성 필러
1 고무 및 플라스틱 필러
고무 및 플라스틱 제품에 황산바륨을 첨가하면 내마모성, 인장 강도, 경도 및 노화 방지 효과를 높이고 비용을 절감할 수 있습니다. 페인트 및 코팅에 황산바륨을 첨가하면 도막의 두께, 강도, 내구성 및 안정성이 향상되고 코팅에 특정 기능을 부여할 수도 있습니다.
2 제지용 필러
제지 산업에서 고밀도 중정석 분말은 백색도와 표면 피복성을 개선하기 위해 백지와 코팅지의 필러 및 코팅 필러로 사용될 수 있습니다.
3 전도성 코팅
변성 SnO2 또는 Sb2O3를 중정석 코팅의 포장층으로 도입하여 밝은 색상의 전도성 코팅으로 사용하는 방법입니다. 이러한 전도성 코팅은 저항률이 낮습니다. 군사, 의료 및 전자 제품에 전자파 간섭을 줄이고 정전기 방지 효과를 제공하기 위해 사용됩니다.
방사선 방호 재료
중정석은 X선과 감마선을 효과적으로 흡수할 수 있기 때문입니다. 의료용 보호복의 격리층과 외부 보호층 소재로 자주 사용됩니다.
서자잉(She Ziying) 등이 개발한 중정석 콘크리트는 중정석을 주요 골재로 사용합니다. 이 콘크리트는 콘크리트의 겉보기 밀도와 치밀성을 높이는 동시에 X선과 감마선에 대한 우수한 차폐 성능을 제공합니다.
건설 산업에서 중정석을 주요 골재로 사용한 고밀도 콘크리트 구조물은 특수한 방사선 차폐 특성을 가지고 있습니다. 중정석의 방사선 감쇠력은 중정석 농도에 비례하여 증가합니다. 따라서 병원, 원자력 발전소, 연구소 및 기타 시설의 의료 장비에서 발생하는 방사선 위험으로부터 중정석을 차폐하는 데 사용됩니다.
류진웨이 등은 중정석을 이용하여 나노 황산바륨을 생산할 것을 제안했습니다. 이를 비스코스 방사 용액에 첨가하면 의료용 방호복에 사용할 수 있는 새로운 복합 필름이 생성됩니다. 이 소재는 순수 비스코스 필름보다 더 높은 X선 흡수력을 보입니다.
자성 재료
변형된 중정석의 폭넓은 물질적 응용 분야 외에도, 중정석은 종종 바륨 페라이트 재료를 합성하기 위한 바륨 공급원으로 사용됩니다.
바륨 페라이트 자성체(BaFe₁₂O₁₉)는 중국 최초의 산업용 영구자석 제품입니다. 뛰어난 자기적, 광학적, 전자기적 특성을 지닌 바륨 페라이트는 5G 기술, 센서, 스텔스 기술, 광섬유, 기록 매체, 영구자석, 바이오 의약품 등에 응용될 수 있습니다. 또한, 바륨 페라이트 자성체는 수질 및 공기 정화용 광촉매로도 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
나노기술을 통해 바륨 페라이트 자성체는 헥사페라이트 바륨 나노시트를 형성할 수 있습니다. 이는 약물 전달 및 항균 활성을 포함한 생물의학 분야에 활용될 수 있습니다.
전자파 차폐 소재
중정석 유래 나노 변형 황산바륨은 스텔스 코팅의 주요 소재로 사용됩니다. 흡수 및 차폐 기능을 제공합니다. 전자기파 군사용 스텔스 애플리케이션에 사용됨.
시멘트 광화제
시멘트 생산 시, 중정석 첨가는 C3S 형성 및 활성화를 크게 촉진하는 동시에 클링커 품질을 향상시킵니다. 중정석 첨가는 초기 시멘트 강도를 20~25%, 후기 강도를 약 10% 증가시킵니다. 이는 클링커 소결 온도를 1450°C에서 1300°C±50°C로 낮췄을 때의 결과입니다.
석탄 갱석 기반 시멘트 원료에 적절한 중정석을 첨가하면 저클링커 포화율 시멘트의 강도, 특히 초기 강도가 크게 향상됩니다. 이는 석탄 갱석을 종합적으로 활용하고 저칼슘, 에너지 절약형, 초기 강도, 고강도 시멘트를 생산하는 효과적인 방법을 제공합니다.
유리 플럭스 및 침전제
유리 제조에서 황산바륨은 플럭스이자 청징제 역할을 합니다. 황산바륨의 삼산화황(SO₃)은 저온에서는 유리에 높은 용해도를 보이지만, 고온에서는 용해도가 감소하여 분해되어 이산화황(SO₂)과 산소(O₂)를 방출합니다. 이는 교반 및 청징 효과를 생성하여 유리 용융 균일도를 개선하고, 기포 및 기타 결함을 줄이며, 광학적 특성을 향상시키고, 화학적 안정성을 증가시킵니다.
특정 광학적 특성이 요구되는 광학 유리 및 장식용 유리의 경우 시각적 효과와 광학적 품질을 향상시키고 제품 수명을 연장합니다.
조영제
황산바륨은 소화관 영상화를 위한 일반적인 임상 X선 조영제로 사용됩니다. 표면 개질 기술은 기존 제품의 빠른 침전 및 영상 흐림 문제를 해결합니다. 나노입자 및 한의학과 결합하면 다양한 응용 분야와 개발 잠재력을 제공합니다.
리튬이온 배터리 첨가제
나노스케일 중정석을 리튬이온 배터리 양극 소재 도펀트로 사용하면 전극판 활성이 향상되고, 경화가 방지되며, 배터리 사이클 수명이 약 20% 증가됩니다.
하수처리제
변성 중정석은 폐수 처리 및 오염물질 흡착과 같은 환경 응용 분야에 더욱 적합해집니다. 예를 들어, 중정석의 장기적인 크롬 흡수는 중정석 구조를 가진 Ba(CrO₄,SO₄) 고용체의 에피택셜 과성장을 통해 발생합니다. 중정석에 Ba(CrO₄,SO₄)가 침전되면 독성 크롬산염 농도가 크게 감소하여 수질 환경이 개선됩니다.
결론
중국은 풍부한 중정석 자원을 보유하고 있지만, 이 산업은 오랫동안 1차 원자재 수출에 집중해 왔으며, 광범위한 채굴 관행과 저부가가치 개발로 인해 자원 안보가 위협받고 있습니다.
기술 발전에 따라 중정석 산업은 고순도, 초미세화, 고성능 복합 소재로 진화하고 있습니다. 최근 나노소재와 충전 겔 소재의 발전은 중정석의 활용 가치를 크게 향상시켰습니다. 향후 중국 내 집약적이고 효율적이며 친환경적인 중정석 산업 발전 체계를 구축하기 위해서는 심층 가공 개선, 전략적 신흥 산업 개발, 그리고 응용 분야 확대에 중점을 두어야 합니다.
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