흑색 활석은 Mg3(Si4O10)(OH)2를 주성분으로 하는 규산염 광물입니다. 그래핀과 유사한 유기물로 인해 검은색 또는 회흑색을 띱니다. 부드러우며 전기 절연성과 내열성이 우수합니다. 강산 및 강알칼리에 대한 내성이 강하고 그리스에 대한 흡착 효과가 강하며 윤활성이 우수합니다. 소성 후 백색도는 최대 97%에 달할 수 있습니다.
현재는 주로 장시(江西)성 광펑(廣峰)에 분포한다. 주장, 장시성; 후난성 카펑; 핑위안, 광둥; 루촨, 광시; 충칭 펑두; 그리고 다른 위치. 장시성(江西省) 광펑(廣峰)의 매장량만 해도 10억 톤이 넘습니다.
중국 일부 지역의 검은 활석의 화학적 구성(질량 분율/%)
| 기원 | 이산화황 | Al₂O₃ | Fe₂O₃ | 칼륨 | N₀O | 산화칼슘 | 산화마그네슘 | 이산화티타늄 | 의향서 |
| 장시성 광펑 | 55.84 | 0.34 | 0.13 | — | — | 4.34 | 27.86 | — | 11.14 |
| 장시성 주장 | 61.56 | 5.86 | 2.58 | 0.57 | 0.14 | 2.32 | 17.16 | 0.19 | 8.89 |
| 후난 화지에 | 61.59 | 2.88 | 1.57 | 0.28 | 0.12 | 1.82 | 23.37 | 0.10 | 7.37 |
| 광둥 핑위안 | 53.10 | 0.49 | 0.48 | 0.02 | 0.12 | 7.18 | 27.17 | 0.07 | 10.92 |
| 광시 우저우 | 57.56 | 1.03 | 0.42 | — | — | 1.18 | 28.21 | 0.07 | 10.86 |
| 충칭 펑두 | 61.52 | 2.13 | 1.06 | — | — | 2.89 | 22.80 | — | 9.58 |
블랙 탤크는 주로 일상용 세라믹, 고무, 플라스틱, 코팅 및 제지의 충전재로 사용됩니다. 연구에 따르면 신에너지, 환경 보호, 의학, 항균 응용 분야 및 정밀 화학 분야에서도 고유한 특성을 지닌 것으로 나타났습니다. 고부가가치 제품 개발 잠재력을 가지고 있습니다.
블랙 탤크의 12가지 주요 용도
1 그래핀 복합소재
우샤오웬 연구팀은 흑색 활석을 원료로 사용하여 다양한 온도와 분위기에서 소성 또는 탄화 과정 중 상 거동 변화를 연구했습니다. 이후, 소성/탄화 과정을 거친 결과물을 원료로 소결하여 그래핀 강화 엔스타타이트 기반 복합소재를 제조했습니다.
결과는 질소 분위기에서 고온 처리 후 활석 분말 내에 다층 그래핀이 존재함을 보여주며, 이는 복합 재료의 성능 향상에 중요한 역할을 합니다. 질소 분위기에서 탄화된 제품으로 제조된 복합 재료와 비교했을 때, 공기 분위기에서 소성된 제품으로 제조된 복합 재료의 평균 굽힘 강도는 약 10 MPa 증가하고, 저항률은 한 자릿수 감소하며, 평균 열전도도는 약 6.2×10⁻¹ W/(m·K) 증가합니다.
2 전극 재료
팬펭(Fan Peng) 연구팀은 천연 흑색 활석을 원료로 사용하여 산 처리로 새로운 유형의 탄소 재료인 FC를 추출하고 제조했습니다. 이 재료를 각각 500℃와 800℃에서 열처리하여 열처리된 샘플 FC500과 FC800을 얻었습니다.
이 중 800℃ 열처리 후 탄소 재료 표면의 불소화 작용기가 완전히 제거되었습니다. 재료의 구조적 결함이 증가하고, 1차 비가역 용량이 감소하며, 전자 전도도가 증가했습니다. 결과적으로 1차 쿨롱 효율이 더 높고, 율속 특성과 사이클 특성이 더 우수했습니다. FC800 전극의 0.1C 율속 시 비용량은 477 mAh/g로, 다양한 율속 조건에서 상용 흑연 음극보다 비용량이 높습니다. 사이클 특성 또한 FC 및 FC500 전극보다 우수합니다.
3가지 친환경 소재
Qin Wenli와 동료들은 현장 합성 기술을 이용하여 흑색 활석/NiTiO3 복합 재료를 제조했습니다. NiTiO3는 유전 손실을 증가시키고 재료의 전자파 흡수 성능을 향상시켰습니다. 전자파 흡수 성능을 흑색 활석/NiFe2O4 복합 재료와 비교함으로써, 전자파 흡수 분야에서 흑색 활석의 응용 분야를 확대했습니다.
제조된 흑색 활석/NiFe2O4 복합재는 우수한 전자파 흡수 성능을 나타냅니다. 마이크로파를 이용하면 분해가 어려운 오염 물질에 대한 강력한 분해 효과를 나타내어, 오염 물질 분해에 있어 흑색 활석의 적용 범위를 더욱 확대할 수 있습니다.
4가지 특수 세라믹 소재
고온 소성 후, 흑색 활석의 주요 상은 규산마그네슘과 석영이며, 둘 다 유전율이 낮은 성분입니다. 따라서 흑색 활석은 저비용, 저유전율 세라믹 재료의 후보 물질로 기대됩니다.
류즈정(Liu Zizheng) 연구팀은 장시성 광펑(Guangfeng)의 흑색 활석 광산을 연구 대상으로 삼아 흑색 활석 기반 마이크로파 유전체 세라믹 재료를 제조했습니다. 이 연구는 흑색 활석 세라믹이 MgSiO3 엔스타타이트 상 및 SiO2 석영 상과 공존함을 보여줍니다. 소결 밀도와 시료 조성은 세라믹 재료의 마이크로파 유전 특성에 상당한 영향을 미칩니다. 소결 온도가 1325°C일 때, 시료는 εr = 5.11, Qxf = 56782 GHz, τf = -17.85×10⁻⁶/°C로 가장 우수한 마이크로파 유전 성능을 보였습니다. 이 연구는 흑색 활석의 고부가가치 활용에 대한 새로운 아이디어를 제공할 뿐만 아니라, 5G 상용 마이크로파 장치에 사용되는 세라믹 재료에 대한 혁신적인 솔루션을 제시합니다.
5 마찰 재료
마찰재에 사용될 경우, 다수의 2차 접촉면을 생성하여 접촉점을 지속적으로 형성하고 접촉면의 변화를 줄여 마찰 계수의 안정성을 크게 향상시킵니다.
상시와 동료들은 마찰재의 마찰 계수 안정제로서 브레이크 패드의 전반적인 성능에 미치는 영향을 연구했습니다.
연구진은 세 가지 요인(코크스 분말, 인조 흑연, 검은 활석)을 사용하여 2단계 직교 실험을 설계하여 마찰 방지 필러가 마찰 성능에 미치는 영향을 평가했습니다.
결과는 고온에서 흑색 활석, 코크스 분말, 인조 흑연 간의 시너지 효과가 증가하여 마모를 효과적으로 감소시키는 것을 보여줍니다. 총 마모율은 2.49×10⁻⁷ cm³/(N·m)에서 1.84×10⁻⁷ cm³/(N·m)로 감소했습니다.
이들 중 6중량% % 코크스 분말, 9중량% % 인조흑연, 7중량% % 흑색 활석을 혼합한 것이 가장 좋은 마찰계수 안정성을 보였다.
6가지 항균 소재
산 활성화 미네랄은 Ag, Cu²⁺, Zn²⁺와 같은 항균 금속 이온을 이식하는 기능성 양이온 운반체로 사용됩니다. 활성 이온은 미네랄에 안정적으로 유지되며, 천천히 안전하게 방출되어 항균 및 살균 효과를 발휘합니다.
멍위항(Meng Yuhang)과 동료들은 700°C에서 소성한 검은 활석(Talc)의 안정적인 층상 구조, 우수한 생체적합성 및 항균 특성을 바탕으로 용액 시스템에서 현장 침전을 통해 새로운 항균 소재인 ZnO/Talc 검은 활석을 제조했습니다.
항균 실험 결과에 따르면 Z/T-30의 농도가 1 mg/mL일 때 항균율은 100%에 근접했으며, 이는 GB/T21510-2008 "나노 무기 재료의 항균 특성 시험 방법"에서 요구하는 5 mg/mL보다 훨씬 낮았습니다. Z/T-30의 농도가 2 mg/mL일 때 L929 세포의 생존율은 84%로 75% 임계값보다 여전히 높았으며 유의미한 세포 독성은 없었습니다. 또한, 활석과 비교하여 Z/T-30은 Mg²⁺의 용출량이 적어 재료의 광범위 항균 특성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 따라서 Z/T-30은 우수한 항균 활성과 우수한 생체 적합성을 나타내어 유망한 무기 항균 재료가 됩니다.
7 의학
블랙 탤크는 화학 조성이 독성이 낮고, 점토와 같은 미네랄 구조로 지혈, 균열 방지 및 흡착 효과가 있습니다. 기름때, 인체 부패, 유기물 등을 효과적으로 흡수하여 지혈, 살균, 항균 작용을 합니다. 또한 약물 첨가제로도 사용할 수 있습니다.
8 필러
검은색 활석은 일상 생활에서 사용하는 도자기 제작에 사용됩니다. 도자기의 균일한 밀도, 매끄러운 표면, 그리고 소성 후 우수한 광택을 얻는 데 도움이 됩니다. 도자기는 다양한 성분의 비율에 따라 다양한 색상을 나타낼 수 있습니다.
9 플라스틱
플라스틱에 검은색 활석가루를 첨가하면 내화학성, 내열성, 안정성, 견고성, 인장 강도, 크립 저항성 및 전기 절연성이 향상됩니다.
10 고무
고무에서 검은색 활석 분말은 가소성과 접착력을 감소시키고 표면 평활성을 향상시킵니다. 내열성, 내산성, 내알칼리성 및 절연성 고무 제품에 일반적으로 사용됩니다.
예를 들어, 자동차 타이어의 카본블랙 일부를 검은 활석가루로 대체하면 고무의 내열성을 향상시킬 수 있습니다.
11 코팅
코팅에 검은 활석 분말을 첨가하면 제조 비용을 절감하는 동시에 전단 강도, 압력 강도, 인장 강도를 증가시키고 변형 강도, 신장률, 열팽창 계수를 감소시킬 수 있습니다.
12 종이 만들기
제지 산업에서 흑색 활석의 활용은 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 한편, 고품질 백색 활석 광산은 해마다 감소하고 있으며, 제지용 백색도 기준을 충족하는 광산도 점차 줄어들고 있습니다.
흑색 활석은 유기물과 유리 탄소를 함유하고 있어 흑색 또는 회흑색 외관을 띠지만, 소성 후 백색도는 91% 이상, 심지어 97%까지 도달할 수 있습니다. 이는 백색 활석의 백색도를 능가하는 고품질 충전재입니다. 반면, 흑색 활석은 비늘 모양의 구조, 우수한 단열성, 내열성, 흡착성, 그리고 윤활성을 가지고 있어 종이에 부가적인 기능성을 부여합니다. 일반적으로 제지 산업에서 충전제 및 수지 처리제로 사용됩니다.
결론
검은색 활석의 사용은 최근에 개발된 것이 아닙니다. 오랫동안 세라믹 소재, 고무, 플라스틱, 코팅제의 필러로 사용되어 왔습니다.
그러나 블랙 탤크의 응용 가치는 이러한 분야에만 국한되지 않습니다. 신에너지 및 신소재 분야에서의 잠재력은 이미 인정받고 있습니다. 더욱이, 블랙 탤크의 방대한 매장량은 시장 동향에 맞춰 고부가가치 제품 개발을 촉진하고 더 큰 개발 잠재력을 제공합니다.
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