석회, 석회석, 생석회, 소석회 개요

 

석회는 칼슘이 들어 있는 무기 화합물을 가리키는 용어로 금번 석회석, 생석회, 소석회 차이에 대해 살펴보고자 한다.

 

 

석회(lime), 석회석(limestone), 생석회, 소석회 개요

 

 

석회(石灰, lime)는 칼슘이 들어 있는 무기 화합물을 가리키는 용어로, 탄산염, 산화물, 수산화물이 가득한 물질이다.

일반적으로는 생석회 [산화칼슘, CaO]와 생석회가 물과 반응한 소석회 [수산화칼슘, Ca(OH)2]를 통틀어 ‘석회’라고 한다.

 

 

석회석(Limestone)

 

석회석은 주로 탄산칼슘[Calcium Carbonate]으로 구성되어 있는 광물이며, Limestone으로 통용된다.

화학적으로 CaCO3 를 주성분으로 하는 수성암[水成岩]이며, CaO성분의 공급원료 중에서 가장 널리 쓰이는 광물이다.

이것은 탄산석회(炭酸石灰)질의 생물인 유공충, 조개껍질, 산호, 석회조 등이 화석으로 된것과 해수중의 박테리아에 의해 생기는 탄산암모니움이 칼슘의 염류와 작용하여 탄산칼슘으로 침전되어 생긴 것이다.

 

석회암은 광산이나 채석장에서 채광하며, 석회석을 파쇄 및 분급과정을 거쳐 괴상과 분상 형태로 생산한다.

괴상으로는 백색도가 높은 것은 제지용으로 사용하고 CaO가 높은 것은 제철용 생석회를 생산하기 위하여 사용이 되며, 분상으로는 PVC 충진용과 제철소 소결공장, 대기오염물질인 아황산가스 흡수제, 산폐수 중화용, 아스콘 필러용 등으로 사용되고 있다.

 

<그림 1> 석회석

 

 

생석회(CaO)

생석회는 산화 칼슘(Calcium oxide, CaO)으로 생회(生灰), 강회(剛灰), 백회(白灰)라고도 불린다. 일반적으로 탄산 칼슘(CaCO3)을 높은 온도로 가열하면 이산화탄소(CO2)를 잃으며 생성된다.

석회석이 탈탄산화되어 형성된 산화칼슘[CaO]을 말하며 Quicklime으로 통용된다.

석회석을 용도에 따라 900℃ ~ 1,200℃에서 열분해하여 만든다.

▶ 생성회의 제조

> CaCO3(석회암) + heat → CaO + CO2

> CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

 

생석회가 물에 용해되면 물과 반응하여 수산화 칼슘(Ca(OH)2)이 생성되면서 이온화 되어 용액이 염기성을 띤다.

CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)

이와 같은 성질 때문에 산성비와 화학 비료 등으로 산성화 된 논이나 밭을 중화시키는 데 많이 이용되었다. 하지만 중화 과정에서의 중화열의 양 및 물에 용해되는 과정에서의 용해열의 양이 비교적 크기 때문에 보관 시 밀폐하여 공기 중의 수분과의 접촉을 피해야 하며, 이온화도가 상당히 크기 때문에 수용액과의 직접적인 접촉을 피해야 한다. 이와 같은 주의를 기울이지 않을 시 화재가 발생할 수 있으며, 피부 조직에 화상을 입을 수 있다.

 

생석회의 가장 큰 수요처는 제강분야로 제강공정의 Slag 처리 융제로서 유해물인 인과 황을 제거하며 강의 품질을 향상시키는 역할을 한다.

 

<그림 2> 생회석

  

 

소석회(Ca(OH)2)

 

소석회는 수산화 칼슘(Calcium hydroxide, Ca(OH)2)으로 가성석회라고 불리기도 한다. 수산화기를 포함하고 있기 때문에 수용액 상에서 염기성을 띤다. 물에 잘 녹지는 않지만 이온화도(해리성)가 높은 특성이 있기 때문에 물에 녹은 수산화칼슘은 강한 염기성을 나타낸다. 강한 염기성을 이용하여 소석회. 즉, 수산화 칼슘이 들어간 비료를 사용하여 산성화 된 토양을 중화시키는데 사용하기도 한다.

 

산화칼슘[CaO]에 물의 첨가를 통한 수화반응 결과물로, 열이 발생하면서 생성되는 수산화칼슘[Ca(OH)2]을 말하며 Slaked Lime 혹은 Hydrated Lime으로 통용된다.

▶ 소석회의 생성 반응

> CaO + H2O → Ca(OH)2

> CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq)

 

생석회를 물로 수화시킨 소석회는 분상과 액상으로 구분이 되며, 분상은 공업용 소석회와 고반응 소석회로 구분된다. 공업용 소석회는 공업 폐수중화용(아연, 삼불화질소)으로 사용된다.

CaO 함량과 분말도에 따라 용도가 구별되며 주로 건축 내외장재, 폐수처리, 농업용의 용도로 쓰인다.

고반응 소석회는 배연탈황용(소각처리업체 산성가스 및 다이옥신 제거)으로 화학, 비철금속, 환경 산업에서 사용됩니다. 수질 개선용인 액상은 반도체 폐수와 기타 산 폐수 중화용으로 다각도로 사용되고 있습니다.

 

<그림 3> 소석회

탄산칼슘(CaCO3)

탄산 칼슘(Calcium carbonate, CaCO3)은 탄산이온과 칼슘이온이 만나 생성되는 흰색 물질로 탄산 석회라고도 하며, 물에 잘 녹지 않아 수용액 상에서 침전한다. 석회암 동공의 종유석이나 석순, 석주 등을 이루는 물질이며, 흑설탕칠판에 쓰는 분필의 성분이기도 하다. 지구상에 존재하는 대부분의 이산화 탄소(CO2)는 탄산 칼슘의 형태로 존재한다. 탄산 칼슘을 9000 ℃ 이상의 고온에서 가열하면 이산화 탄소가 빠져 나가면서 산화 칼슘(CaO)이 생성된다. 산에는 쉽게 반응하여 이산화 탄소를 발생하며 녹는다.

탄산칼슘은 석회석을 분쇄한 것으로 주로 입도 및 백색도에 의해 보통탄산칼슘과 중질탄산칼슘으로 분류된다.

 

 

보통탄산칼슘은 단순 파분쇄의 산물로 주용도는 배연탈황용과 아스팔트 충진재 등으로 이용되며, 중질탄산칼슘은 미분쇄하고 분급하여 제조한 것으로 주로 제지, 고무 등 공업제품의 충진재 용도로 많이 사용되고 있다.

 

<그림 4> 탄산칼슘

 

 

비료로 사용되는 석회

무기물성으로 강 알카리로 구성된 석회비료는 토양을 개량하고 작물에 양분을 공급하는 친환경 비료로, 토양의 산성화를 방지하는 좋은 비료이나, 너무 많이 사용하면 알칼리 피해를 받을 수 있으니 주의해야 한다.

석회비료의 종류에는 생석회, 소석회, 탄산석회 등이 있다.

 

 

 

 

Reference : 1. 대성MDI HP

2. https://ko.wikipedia.org/wiki