1. 서 언

소재는 기술을 완성도 높게 구현하는 데에 필수불가결하다고 할 수 있으며, 그 소재의 출발점은 원료이다. 기간산업의 대표적 소재인 내화물의 performance를 좌우하는 출발점 역시 내화원료라 해도 과언이 아니다. 내화물의 제조 공정에서 정형과 부정형 내화물을 비교하면, 정형은 크게 배합·혼합 성형 열처리(baking, 소성, 용융 등) 가공의 4공정으로 이루어지는데 비해 부정형의 경우는 배합·혼합 공정으로만 제조되어, 내화물 총생산량의 약 68%를 차지하는 부정형 제품의 품질은 정형에 비해 원료에 대한 의존도가 더욱 크다고 볼 수 있다.
지구 내부의 마그마가 분출하여 지표상에서 화성암이 형성되고 생성된 암석은 지표에서 풍화, 분해되어 모래나 진흙이 되어 호수나 바다에 퇴적된다. 이 퇴적암은 지하 심부에 매몰되어 고온 고압 조건하에서 변성암이 되거나 마그마로 되돌아가게 된다. 이와 같은 ‘지질 윤회’의 과정에서 다양한 내화물 자원이 형성되므로 성인(成因)에 대해 살펴보는 것도 중요하다. 국내에는 광업법에 의한 법정광물 66광종 중 25개 광종이 생산 중에 있지만, 대부분 광층(ore bed)이 빈약하고 전반적으로 저 품위 광상이 주를 이루고 있다. 현재 금속광의 경우는 금, 은, 철, 연, 아연, 티탄철 등이, 비금속광의 경우는 석회석, 규석, 규사, 장석, 활석, 납석, 고령토, 불석, 규조토, 사문석 등이 채굴되고 있다2). 비금속광물의 용도에 따른 일반적인 처리기술로는 우선 분리・정제기술을 들 수 있다. 분리・정제기술은 선택적인 파・분쇄 및 분급기술, 자력선별, 부유선별, 비중선별, 분급, 농축/탈수 및 건조기술 등으로 다양하며, 특히, 분쇄 기술의 경우에는 제품의 용도에 따른 입도 조절 방식에 따라, 파쇄, 미분쇄, 초미분쇄기술 및 이러한 공정에서 요구되는 분쇄에너지 최소화 기술 등으로 세분화 될 수 있다. 분체화 기술은 용도에 따라 요구되는 최종제품 특성을 고려하여 적용되지만, 비금속광물이 가지는 고유한 물리화학적 특성을 효과적으로 발휘할 수 있도록 조절하는 조작이 필요하게 된다. 천연의 광물을 산업용 원료소재로 사용하는 경우는 그 광물이 가지는 화학성분을 이용하는 것이 대부분이지만, 입도의 미립화 및 균일화는 물론이고 원광석이 가지는 고유한 물성과 상이한 특성을 나타내는 표면개질 또는 표면 활성화 기술을 통해 기능과 부가가치를 향상시키는 기술이 필요하다. 즉 광물자원의 효율적 이용과 부가가치 향상을 위해서는 입도 조절 기술과 더불어 입자의 표면 활성화를 통한 분체의 고기능화 및 표면개질 기술 개발이 병행되어야 한다.
세계화된 내화물 원료의 향후 동향은 수요공급 균형 이외의 요인 즉, 독과점 및 자원 민족주의에 의해 공급제한, 정세불안, 투기, 환율변동 등에 좌우되기 때문에 정확히 예측하기 어렵고, 따라서 내화물 원료의 질적, 양적 측면에서 안정적 확보를 추진하는 것이 중요하다. 특히 세계에 지대한 영향을 주던 중국산 내화물 원료는 매장량의 고갈과 중국 국내의 소비 증가 및 환경 문제 등으로 일부 원료가 수출 제한(전력 다소비에 따른 공해 발생을 유발하는 원료 등) 되거나, 최악의 경우에는 수출금지(매장량이 적거나 대량생산이 곤란한 원료 등) 될 수 있음도 고려해야 한다. 내화원료 자원이 부족한 우리나라의 경우는 수입 원료에 대한 의존도는 앞으로도 늘어날 것이므로, 중국 이외의 새로운 해외 공급원의 탐구를 추진할 필요가 있다. 단 중국은 지정학적으로 가까운 나라이며 앞으로도 중국산 내화물 원료가 상당부분을 차지할 수 밖에 없으므로, 그 대응으로서 그동안의 단순 수입에서 벗어나 개발 수입 등 종래와는 다른 장기적 관점에서 진지하게 검토하고 확보 전략을 구축해야 할 시점이기도 하다. 또한, 내화물의 지속적 기술혁신과 유관한 환경문제를 해결하기 위하여는 high-performance 이면서 환경 친화적인 새로운 원료의 개발이 요구된다. 본 고에서는 내화원료인 알루미나질, 규산질, 점토질, 마그네시아질, 크롬질, 지르콘질, silica fume 및 비산화물계에 대해 간략하게 살펴보고, 새로운 원료를 key words로 한 차세대내화물 R&D 현황 및 발전방향을 정리하고자 한다.

2. 내화원료 개관(槪觀)

내화물 원료의 특징은 다품종, 품질의 제한, 산지의 편재, 소규모의 광상(鑛床)과 함께 소비량이 상대적으로 적다는 것을 들 수 있다. 제철제강산업이 발달함에 따라 그 기반이 되는 내화물 원료의 종류가 다양해지고 있다. 내화원료의 수요와 공급을 원활히 하기 위하여는 세부 품목별로 그 사용량을 파악할 필요가 있다. 이 수요 공급에 따라 국내 공급 가능한 품목을 구분할 수 있으며, 원료의 등급을 파악하여 부가가치를 높이기 위한 방안을 도출 할 수 있다. 그러나 사용하는 원료의 다양성으로 말미암아 현재 사용중인 광물 원료소재에 대하여 그 사용처뿐만 아니라 용도별 소요량에 대한 구체적인 데이터의 확보가 용이하지 않다. 이는 수출입 물량에 있어서도 품위와 관계없이 총괄적으로 표시되거나 대표적인 품목에 가려져 있기 때문에 정확히 통계를 잡을 수 없는 것이 현실이다. 표 1과 표 2에 각각 내화물원료의 수출입 물량 및 금액과 내화물원료의 국가별 수입물량 및 금액을 나타낸다3). 그리고 점차 수요처의 요구가 다양해지고 구체적이기 때문에 전통적인 방법으로 생산되는 원료소재로는 실제 산업체에서 요구하는 다양한 수요를 감당할 수 없다.

* 자세한 내용은 세라믹 코리아 4월호에서 보실 수 있습니다.