보크사이트 (1318-16-7) 물리적 및 화학적 특성
보크사이트
알루미나 생산을 위한 원료로 사용되는 주요 알루미늄 광석이자 산업용 광물 원료; 구매 시 그레이드, 수분 함량 및 불순물 프로필이 가공 및 취급에 중점을 둠.
| CAS 번호 | 1318-16-7 |
| 분류 | 알루미늄 광석 / 광물 분진 |
| 전형적인 형태 | 과립상 또는 분말 고체 |
| 주요 등급 | EP |
보크사이트는 수화된 알루미늄 산화물과 산화수산화물이 주를 이루는 이질적 광석 및 산업 광물 혼합물이며, 산화물/수산화물 광물군계의 구조적 분류에 속함. 주요 1차 광물상은 깁사이트, 보에마이트, 디아스포어로, 모두 알루미늄 산화물 및 수산화물의 다형체 또는 수화 상태임. 이들은 알루미늄이 산소 및 수산기 배위체와 결합한 층상 및/또는 골격 구조를 형성하며, 이 조합체는 양쪽성 산화물/수산화물 광물상으로서 중성 조건에서는 수용성 용해도가 제한적이나 산업 정제에 적용되는 강산성 또는 강알칼리(가성) 조건에서는 화학적으로 반응성이 높음.
주요 전자적 및 구조적 특성으로는 수분 함량 변동성, 일부 광상 내 철 불순물에 의한 혼합 원자 상태 기여, 미세결정 및 비정질 성분에 기인하는 높은 표면적 및 반응성이 있음. 일반적으로 비휘발성, 전기 절연성, 상온 수용액에 불용성이나 가성 용액(농축 수산화나트륨 등)에 의해 화학적 침식이 가능하며, 산 및 불소계 시약에 의해 알루미나와 규산 불순물이 용해됨. 광산에서 채굴되는 형태는 부스러지기 쉬운 암석 또는 지각이며, 분진 발생 및 입자 크기 분포 조절이 흡입 노출 위험, 취급 및 가공 거동에 큰 영향을 미침.
보크사이트는 가공된 알루미나(\(\ce{Al2O3}\))와 궁극적으로 금속 알루미늄의 주요 산업 원료이며, 상업적으로는 가성 소다 용액 침출(Bayer 공정)로 정제되어 알루미나를 생산한 후 전해 공정을 통해 금속 알루미늄으로 환원됨. 이 물질은 광산 작업, 벌크 자재 취급 및 유압 파쇄 같은 석유 산업 맥락에서도 발견됨. 이 물질에 대해 일반적으로 보고되는 상업 등급은 EP임.
개요 및 조성
정성적 조성
보크사이트는 단일 화학량론적 화합물이 아니며, 수화된 알루미늄 산화물/산화수산화물과 광물질 불순물이 혼합된 다상 혼합물임. 일반 조성 성분 및 화학적 설명은 다음과 같음: - 수화된 알루미늄 수산화물/산화수산화물 광물: 깁사이트 (\(\ce{Al(OH)3}\)), 보에마이트 및 디아스포어 (둘 다 일반적으로 \(\ce{AlO(OH)}\)로 표기됨) - 코런덤 유사 물질로 존재하는 알루미나 및 관련 산화물 성분: \(\ce{Al2O3}\) - 연관된 불순물 및 광물질: 비정질 및 결정질 규산염 물질 (\(\ce{SiO2}\)), 산화철 (\(\ce{Fe2O3}\))과 소량의 티타늄 및 기타 금속 함유 산화물
일부 기술 지침 세트에서 계산된 이상적 화학식은 \(\ce{Al2H2O4}\)로, 이는 산업용 벌크 조성이 아닌 소규모 수화 알루미나 단위를 나타냄. 조성 맥락에서 확인된 성분 화합물에는 물(\(\ce{H2O}\))과 코런덤형 알루미나(\(\ce{Al2O3}\))가 포함됨. 일부 원료 흐름 내에는 10–30% 비정질 용융 실리카가 포함되어 있으며, 이러한 규산염 함량은 정제 거동과 호흡기 위험성에 실질적 영향을 미침.
외관 및 전형적 형태
보크사이트는 일반적으로 암갈색에서 적갈색 무취의 토양질 또는 계란 모양의 암석이나 크러스트 형태로 발견됨. 상업적 물질은 채굴 및 분쇄 공정에 따라 부스러지기 쉬운 덩어리부터 미세 분말까지 다양함. 주로 고체 벌크 광물로 기술되며, 물질 안전 문서상 어두운 갈색 무취 고체로 분류됨. 광석 처리, 선별 및 파쇄 과정에서 입자 크기 분포가 호흡성 분진을 생성하며, 이는 주요 작업장 노출 우려 대상임.
화학적 특성
반응성 및 부식성 거동
보크사이트 내 알루미늄 함유 광물상은 양쪽성 산화물/수산화물 화학을 나타냄: 상온 수용액에서 비교적 불용성이지만, 강알칼리 조건에서 용해성 알루미네이트 종을 형성하며, 강산성 조건에서는 용해된 알루미늄 이온 및 복합체를 생성함. 산업적 가성 침출 공정은 농축 수산화나트륨 내 용해 특성을 활용하여 알루미나를 추출함. 강산 및 불소 함유 시약은 알루미나 및 규산 불순물을 더 강하게 공격하며, 수산화물 성분의 열 탈수 반응은 가열 시 알루미나 유사 상으로 전이됨.
보크사이트는 일반적으로 부식성 액체 또는 가스로 분류되지 않으며, 벌크 고체 상태에서 부식성은 주요 속성이 아님. 다만, 분진은 반응성 표면과 미량 산성 또는 알칼리성 잔류물을 포함할 수 있어 장비 부식 또는 일부 재료 열화를 촉진할 수 있음.
이상적인 수화 알루미나 단위에 대한 계산된 분자 및 구조 지표(보고 기준): - 분자식 (계산된 지표): \(\ce{Al2H2O4}\) - 분자량: 119.977 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\) - 정확 질량 / 단일 동위원소 질량: 119.958385 \(\mathrm{Da}\) - 위상 극성 표면적 (TPSA): 44.4 - 수소 결합 공여자 수: 1 - 수소 결합 수용자 수: 4 - 회전 가능한 결합 수: 0 - 무거운 원자 수: 6 - 형식 전하: 0 - 복잡도: 34.2
구조 식별자:
- SMILES: O.O=[Al]O[Al]=O
- InChI: InChI=1S/2Al.H2O.3O/h;;1H2;;;
- InChIKey: XXHQVTGCFGYKNL-UHFFFAOYSA-N
이 지표들은 상업용 보크사이트 광석의 광범위한 광물·화학적 이질성을 대표하지 않고, 작고 이상화된 단위를 반영함.
상용성 및 비상용성
보크사이트 및 구성 광물은 일반적으로 건조한 상온 조건에서 일반 건축 자재와 호환 가능하나, 호환성은 공정 조건에 따라 다름: - 화학적 비상용성: 강산, 고농도 알칼리 및 불소 함유 시약은 알루미나 및 규산염 성분을 공격하며, 특히 불산과 강산 광물산은 규산 광물과 알루미나 상에 대해 매우 공격적임. - 공정 비상용성: 고온 산화 환경 또는 환원 분위기에 노출되면 상 조성이 변화(탈수, 소결)하여 물질 취급 및 가마/칼시너 선택에 영향을 미침. - 재료 접촉 문제: 연마성 고체 특성으로 인해 컨베이어 및 파쇄기에서 기계적 마모 발생 가능; 포집된 분진 및 미립자는 씰 및 베어링 마모를 초래함.
현재 데이터에서는 실험적으로 규정된 수치상의 부식성 한계 또는 호환성 기준은 제공되지 않음.
사용 및 안전
산업 및 상업적 사용 맥락
보크사이트는 산업용 알루미나 생산의 주요 원료이며, 이후 전해 환원을 통해 금속성 알루미늄으로 전환됩니다. 상업적 정제는 보크사이트의 알루미나 함유상을 용해시키고 광석 내 불순물을 분리하기 위해 가성 알칼리 침출법(Bayer 공정)을 사용하며, 이어서 기술용 알루미나(\(\ce{Al2O3}\)) 생산을 위한 소성을 수행합니다. 알루미늄 산업은 대규모로 보크사이트를 처리하는 채굴, 정제 및 제련 작업을 포함합니다.
기타 문서화된 용도에는 대량 자재 취급과 유압 파쇄 공정과 같은 일부 석유 산업 적용이 포함됩니다. 보크사이트의 연마 및 광물학적 특성은 내화물, 연마재 및 프로펀트 관련 공급망에서도 관련성이 있습니다. 채굴 및 정제 작업에서 주요 노출 위험은 공기 중 먼지를 생성하는 기계 작동(분쇄, 발파, 굴착, 파쇄, 적재)입니다.
위험 및 취급 고려사항
보크사이트의 총체적 위험 분류는 대량 광석으로서 순수 물질에 대한 표준 위험 기준에서는 일반적으로 “분류되지 않음”으로 보고되지만, 작업장 위험은 공기 중 입자 노출 및 물질별 불순물에 의해 주로 좌우됩니다. 주요 안전 고려사항은 다음과 같습니다: - 호흡기 위험: 호흡 가능한 보크사이트 먼지의 흡입은 호흡기 자극을 유발할 수 있으며, 장기간 또는 반복적 흡입 노출은 폐 손상을 유발할 가능성이 있습니다. 일부 물질 흐름에서 10-30%의 비정질 융합 규소가 보고되어 있으며, 입자 크기와 결정 형태에 따라 호흡기 위험이 증가할 수 있습니다. - 눈 및 피부: 먼지가 눈과 피부에 기계적인 자극을 줄 수 있으며, 습하거나 젖은 물질은 마찰에 의한 자극을 유발할 수 있습니다. - 환경 및 공정 위험: 대량 먼지는 미끄럼 및 침전 문제를 일으켜 작업장 청결 유지에 어려움을 초래할 수 있으며, 물질이 장비에 연마성을 나타낼 수 있습니다.
권장되는 취급 통제 및 보호 조치(등급별 지침): - 공학적 통제: 분진 억제, 분쇄 및 이송 지점의 국소 배기 환기, 밀폐된 컨베이어 및 이송 시스템, 상시 청결 유지를 통한 공기 중 먼지 최소화. - 개인 보호 장비(PPE): 측정된 공기 중 농도에 적합한 호흡기 보호구(예: 입자용 마스크), 눈 보호구, 피부 접촉을 줄이기 위한 보호복 착용. - 저장: 먼지 발생을 제한하고 취급을 복잡하게 하는 수분 침투를 방지하기 위해 건조하고 밀폐된 상태로 보관. - 응급 처치: 먼지가 접촉된 경우 눈과 피부를 세척하고, 흡입 시 신선한 공기로 이동시키며 증상이 지속되면 의학적 도움을 받도록 합니다.
상세한 위험, 운송 및 규제 정보는 제품별 안전보건자료(SDS)와 관련 현지 법규를 참조하시기 바랍니다.
