글/사진 이병하 명지대학교 산업대학원 도자기기술학과 교수 지난 호의 요약 지난 호에서는 원료의 화학조성 값을 이용하여 원료 내에 함유되어 있는 점토, 장석, 규석의 양을 계산하는 방법에 대하여 기술하였습니다. 즉, 원료 내에 함유되어 있는 광물의 조성을 계산하기 위해서는 우선 백분율(%)로 표시되어 있는 원료의 화학 조성 값을 몰(mole) 조성값으로 바꾸어 주어야 합니다.몰로 표시된 원료의 조성값을 염기성 산화물(R2O, RO), 중성 산화물(R2O3), 산성 산화물(RO2) 순으로 재배치한 다음 원료내에 장석의 양, 점토의 양 및 규석의 양을 계산하여 주면 됩니다. 지난 호의 함께 보기 지난 호에 함께 풀어보기는 <표1>과 같은 화학 조성값을 갖는 점토의 광물조성을 구하는 것이었습니다. <표1> 점토의 화학 조성(%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O 강열감량 48.97 36.86 0.42 0.11 0.88 0.41 12.35 풀이 점토의 광물 조성을 계산하기 위하여 먼저 백분율로 표시된 점토의 화학 조성 값을 몰(mole) 조성으로 바꾸어 주면 <표2>와 같습니다.(지난 호 풀이 1참조) 이 경우 Fe2O3는 단독으로 존재하는 것으로 가정하여 바꾸지 않아도 됩니다. 강열감량 값은 물(H2O)로 보아 계산한 것입니다. <표2> 점토의 화학 조성(몰) SiO2 Al2O3 CaO K2O Na2O 강열감량 0.8162 0.3614 0.0020 0.0094 0.0066 0.6861 <표2>를 염기성 산화물, 중성 산화물, 산성 산화물 순으로 재배치 한 다음 각 광물의 양을 계산합니다. <표3>광물 조성 계산 방법 구성 산화물 K2O Na2O CaO Al2O3 SiO2 H2O 몰수 0.0094 0.0066 0.0020 0.3614 0.8162 0.6861 1단계 0.0094 카리장석 0.0094 0.0094 0.0564 (K2O·Al2O3·6SiO2) 0.0066 소다장석 0.0066 0.0066 0.0396 (Na2O·Al2O3·6SiO2) 0.0020 회장석 0.0020 0.0020 0.0040 (CaO·Al2O3·2SiO2) 나머지 0.3434 0.7162 0.6861 2단계 0.3434 점토 0.3434 0.6868 0.6868 (Al2O3·2SiO2·2H2O) 나머지 0.0294 3단계 0.0294 규석 (SiO2) 0.0294 나머지 해당 광물의 백분율(%)을 구하기 위하여 각 광물의 몰수에 대하여 분자량을 곱하여 줍니다. 즉 카리 장석 : 0.0094(몰)×556=5.23(％) 소다 장석 : 0.0066(몰)×524=3.46(％) 회 장 석 : 0.0020(몰)×279=0.56(％) 점 토 : 0.3434(몰)×258=88.60(％) 규 석 : 0.0294(몰)×60 =1.76(％) 따라서 이 점토의 광물 분석 결과는 카리장석 5.23％, 소다장석 3.46％, 회장석 0.56％, 점토가 88.60％, 규석 1.76％, 산화철이 0.42％입니다. 장석의 광물 조성 계산 지금까지는 점토의 광물 조성을 계산하여 보았습니다. 이번 호에서는 장석의 광물 조성을 계산하는 방법에 대하여 기술하고자 합니다. 장석의 광물 조성 계산 방법도 점토의 광물 조성 계산 방법과 같습니다. 복습하는 겸해서 장석의 광물 조성을 계산하여 보도록 합시다. 실예 장석을 분석하였더니 그 결과가 <표4>와 같을 때 광물 조성을 구하시오. <표4> 장석의 화학 조성(%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O 강열감량 66.6 18.7 0.5 0.8 9.5 2.7 1.2 풀이 1. 백분율로 표시된 장석의 화학 조성 값을 해당 산화물의 분자량으로 나누어 몰비로 바꾸어 줍니다. <표5> 장석의 화학조성(몰) SiO2 Al2O3 CaO K2O Na2O 강열감량 1.11 0.183 0.014 0.101 0.044 0.067 이 경우 Fe2O3는 단독으로 존재하는 것으로 가정하여 몰로 바꾸어주지 않아도 됩니다. 또한 강열감량은 결정수분과 유기물로 인한 것이지만 여기서는 물로 계산한 다음 나머지는 유기물로 보아주면 됩니다. 2. <표5>를 염기성 산화물, 중성 산화물, 산성 산화물 순으로 재배열한 다음 <표6>과 같이 3단계로 나누어 계산합니다. <표6> 장석의 광물 조성 계산 방법 구성 산화물 K2O Na2O CaO Al2O3 SiO2 H2O 몰수 0.101 0.044 0.014 0.183 1.11 0.067 1단계 0.101 카리장석 0.101 0.101 6×0.101 (K2O·Al2O3·6SiO2) =0.606 0.044 소다장석 0.044 0.044 6×0.044 (Na2O·Al2O3·6SiO2) =0.264 0.014 회장석 0.014 0.014 2×0.014 (CaO·Al2O3·2SiO2) =0.028 나머지 0.024 0.212 0.067 2단계 0.024 점토 0.024 0.024×2 0.024×2 (Al2O3·2SiO2·2H2O) =0.048 =0.048 나머지 0.164 0.019 3단계 0.164 규석 (SiO2) 0.164 3. <표6>의 계산결과 장석 안에는 카리장석이 0.101몰, 소다장석이 0.044몰 회장석이 0.014몰, 점토가 0.024몰, 규석이 0.164몰, 산화철이 0.3% 함유되어 있습니다. 이들 값을 백분율로 바꾸기 위해서는 해당 광물의 몰수에 각각의 분자량을 곱하여 주면 됩니다. 즉 카리 장석 : 56.16％ 소다 장석 : 23.06％ 회 장 석 : 3.91％ 점 토 : 6.19% 규 석 : 9.84％ 산 화 철 : 0.5%로 구성되어 있습니다. 이 경우 <표4>의 장석내에 함유된 장석의 총량을 계산할 경우에는 소량의 산화철은 소지 내에서 장석과 같이 융제 역할을 하므로 산화철의 함량을 장석으로 합산하여 계산합니다. 그러면 <표4>의 장석 내에는 장석이 83.63% (56.16%+ 23.06%+3.91%+0.5%), 점토가 6.19%, 규석이 9.84%로 구성되어 있습니다. 함께 풀어보기 다음과 같은 화학 조성값을 가지는 점토와 장석의 광물 조성을 구하여 보시오. 원료의 화학조성(%) SiO2 Al2O Fe2O3 CaO K2O Na2O 강열감량 점토 52.08 32.54 1.27 0.504 0.846 0.124 12.636 장석 74.72 14.99 0.064 0.392 3.384 6.448 ─ 궁금한 점은 문의해 주시기 바랍니다 쪾연락처 : 031-330-6461 쪾E-mail : lbh@mju.ac.kr 필자약력 공학박사 명지대학교 세라믹공학과 교수 명지대학교 산업대학원 도자기 기술학과 주임교수 명지대학교 한국도자기 연구센터 소장