Special 생활 및 전통세라믹스 기술 개발 동향(2)

페로니켈 슬래그(ferronickel slag)를 이용한 저열팽창성 cordierite계 내열자기 개발

김남일_목포대학교 산학협력단 연구교수
이상진_목포대학교 첨단재료광학과 교수

1. 개 요 

4차 산업혁명 디지털기술의 급격한 발전으로 기존의 산업이 사라지고 새로운 산업이 창출되며, 이러한 변화가 우리 삶에 깊숙이 침투되면서 사회, 경제, 문화, 교육은 물론 기업의 프로세스, 조직문화와 풍토, 비즈니스 모델이 바뀌어 가고 있다. 또한 종래의 세계관인 물리 세계가 가상(cyber)으로, 제품이 서비스로, 소유가 공유로, 소비가 순환과 재생으로 새로운 세계관을 향해 바뀌고 있다. 이와 같이 디지털기술과 데이터 기반으로 새로운 사회시스템과 경제 환경이 바뀌어지는 이 때에, 환경에 대한 관심은 날이 갈수록 인류의 삶에 가장 중요한 이슈로 대두되어, 탄소중립화, ESG(Environmental, Social Governance) 경영, SDG(Sustainable Development Goals) 실천 및 RE-100(Renewable Energy 100%) 등의 실현은 우리 기업들이 앞으로 해결해야 할 큰 과제가 되고 있다. 특히 열에너지를 많이 사용하는 세라믹산업 전체에서도 탄소중립화를 2050년까지는 어떠한 방법으로든 실행해야 하는 무거운 숙제를 안고 있다. 갈수록 환경을 외면한 기업은 생존할 수 없는 시대가 오고 있다. 우리는 지금부터 대책을 수립해야 한다. 그러므로 폐자원을 재활용하는 기술개발에 더욱 관심을 가져야 하고, 이러한 연구를 적극적으로 지원하여 많은 연구개발이 진행될 필요가 있다. 이러한 예로, 페로니켈(FeNi) 합금의 제련 부산물로 연간 200만 톤 이상 배출되고 있는 페로니켈 슬래그(ferronickel slag, FNS)를 활용하여 저 열팽창성 cordierite계 내열자기 제조기술 개발 내용과 향후 세라믹산업에 활용 가능성을 소개하고자 한다.

2. 페로니켈 슬래그란?

2-1. 원광의 특성

니켈광은 주로 유화광(硫化鑛)과 산화광으로 나누는데 유화광은 주로 러시아, 캐나다에 존재하고 산화광은 주로 풍화작용에 의하여 생성되며 뉴칼레도니아, 인도네시아, 필리핀, 쿠바 등 아열대 지방에 분포되어 있다. 우리나라에서는 주로 뉴칼레도니아 산을 수입하고 있다. 산화광 Ni는 마그마의 규산염 용융물(melts)이 분해되어 Ni는 Fe와 함께 Mg 규산염(olivine: 3(Mg,Fe,Ni)2·SiO4)이 되어 마그마 속에서 침전된다. 냉각 후 (Mg, Fe) 규산염이 사문암(蛇紋岩) 작용을 받아서 1차 사문암이 되고 이것이 다시 지각변동과 풍화작용을 받아서 laterite, saprolite, garnierite가 생성한다. 고온다습한 아열대 지방은 풍화작용의 호조건으로 풍화가 촉진되고 Ni의 품위는 풍화조건에 따라서 크게 바뀐다. 이들 산지별 화학적으로 풍화된 니켈 원광의 화학 분석치는 표 2.1과 같다. 뉴 칼레도니아산이 니켈함량이 2.49%로 인도네시아 및 필리핀에 비하여 약간 높다. MgO 함량은 26.27%로 뉴 칼레도니아산이 가장 많이 함유하고 있다. 국내 수입 니켈원광은 뉴 칼레도니아산을 사용하고 있다.

그림 2.1. 뉴칼레도니아산 니켈원광의 X-선 회절분석

그림 2.2. Ferronickel 제조공정도(주식회사SNNC)

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