펄라이트 (흙)
1. 개요
펄라이트는 850–900°C의 온도에서 부드러워지면서 팽창하는 화산 기원의 비정질 유리질 암석이다. 주로 이산화 규소로 구성되며, 건축 자재, 원예, 여과 보조제 등 다양한 산업 분야에서 활용된다. 전 세계 매장량은 약 7억 톤으로 추정되며, 주요 생산국은 중국, 터키, 그리스 등이다. 펄라이트는 무균 상태로 식물 재배에 사용되며, 생명공학 분야에서 효소 고정화 지지체로도 활용된다. 펄라이트는 이산화 규소를 포함하고 있어 취급 시 주의가 필요하며, 대체재로 규조토, 팽창 점토 등이 사용될 수 있다.
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유리질 암석 -
흑요석
흑요석은 빠르게 냉각된 용암에서 형성되는 자연 발생 유리로, 석기 시대부터 도구 제작에 사용되었으며, 현대에는 외과 수술용 메스로도 활용된다. -
유리질 암석 -
경석
경석은 화산 폭발로 생성된 다공질 화산 쇄설암으로, 가볍고 다공성이 뛰어나 물에 뜨는 특징을 가지며 건축, 미용, 농업 등 다양한 분야에서 활용되고 최근에는 새로운 응용 분야 연구가 활발히 진행 중이다. -
규장질암 -
흑요석
흑요석은 빠르게 냉각된 용암에서 형성되는 자연 발생 유리로, 석기 시대부터 도구 제작에 사용되었으며, 현대에는 외과 수술용 메스로도 활용된다. -
규장질암 -
유문암
유문암은 밝은 색의 화산암으로, 석영, 사니딘, 사장석 등으로 구성되어 화강암과 유사한 화학 조성을 가지며, 높은 규산 함량과 낮은 철, 마그네슘 함량으로 점성이 높은 용암을 형성하여 폭발적인 분출과 함께 화산쇄설암, 도구, 건축 자재 등으로 사용된다. -
토양개량제 -
요소 (화학)
요소는 화학식 CO(NH₂)₂을 가지는 무색무취의 결정성 화합물로, 포유류와 양서류의 소변에 다량 함유되어 있으며, 비료, 목재 패널 제조, 배기가스 저감, 단백질 연구 등 다양한 분야에 사용되고, 1828년 뵐러에 의해 무기물에서 합성된 최초의 유기 화합물이다. -
토양개량제 -
질산 암모늄
질산 암모늄은 질산과 암모니아의 반응으로 만들어지는 염으로, 질소 비료와 폭약의 재료로 사용되며, 물에 용해될 때 흡열 반응을 일으키는 특성이 있지만 가열되거나 특정 조건에서는 폭발할 수 있어 안전 관리가 중요하다.
2. 성질
펄라이트는 850°C~900°C의 온도에서 가열하면 부드러워진다. 이때 재료에 갇힌 물이 기화하면서 팽창하여 원래 부피의 7~16배가 된다. 팽창된 펄라이트는 갇힌 기포가 빛을 반사하여 밝은 흰색을 띤다. 팽창 전 펄라이트의 부피 밀도는 약 1100kg/m3이지만, 팽창 후에는 약 30~150kg/m3으로 줄어든다.
2.1. 화학적 조성
펄라이트는 주로 70%~75%의 이산화 규소(SiO2)로 구성되어 있다. 그 외에 12%~15%의 산화 알루미늄(Al2O3), 3%~4%의 산화 나트륨(Na2O), 3%~5%의 산화 칼륨(K2O)을 포함한다. 산화 철(Fe2O3)은 0.5%~2%, 산화 마그네슘(MgO)은 0.2%~0.7%, 산화 칼슘(CaO)은 0.5%~1.5% 가량 포함되어 있으며, 3%~5%의 강열 감량(화학적 / 결합수)이 있다.
3. 생산 및 매장량
펄라이트는 재생 불가능한 자원이다. 전 세계 펄라이트 매장량은 700으로 추정된다.
아르메니아의 펄라이트 확인 매장량은 150이며, 예상 총 매장량은 최대 3000에 이른다. 비중 1.1t/m3을 고려하면 아르메니아의 확인 매장량은 165이다.
다음은 그 외 국가들의 펄라이트 매장량이다.
2018년 전 세계 펄라이트 생산량은 4.6에 달했으며, 중국, 터키, 그리스, 미국, 아르메니아, 헝가리가 주요 생산국이다.
인도 구자라트 주 파탄바브의 오샴 언덕은 인도에서 유일한 펄라이트 광물 자원이다.
4. 용도
펄라이트는 낮은 밀도와 비교적 저렴한 가격(미가공 펄라이트 1톤당 약 150USD) 덕분에 다양한 상업적 용도로 개발되었다. 펄라이트는 건축 자재, 원예, 여과 보조제, 충전재 등 다양한 용도로 사용된다.
2007년 미국의 펄라이트 사용 비율은 다음과 같다.
4.1. 원예 및 농업
펄라이트는 주로 식물 재배에 사용된다. 펄라이트는 가열 시 소독되기 때문에 무균 상태로 잡초 종자나 해충이 없어 식물 재배용으로 안전하다. 특히 수경 재배에 이용하면 좋고 번식과 파종상, 프러그묘 생산, 이식, 실내 조경 등에 많이 활용되고 있다.
원예에서 펄라이트는 토양 개량제로 사용되거나, 수경 재배 또는 꺾꽂이 묘목을 위한 배지로 단독으로 사용될 수 있다. 토양 개량제로 사용될 때는 투과성이 높고, 낮은 보수성을 가지며, 토양 압축을 방지하는 데 도움이 된다.
4.2. 건축 및 건설
펄라이트는 경량 플라스터, 콘크리트, 몰탈, 단열재, 천장 타일에 사용된다. 또한 샌드위치 구조 복합재와 같은 복합 재료를 만들거나 신택틱 폼을 만드는 데에도 사용될 수 있다.
2007년 미국의 펄라이트 사용 비율은 다음과 같다.
4.3. 여과
펄라이트는 규조토를 대체하여 상업용 수영장 여과 기술에 사용되는 등 훌륭한 여과 보조제로 널리 사용된다. 여과 매체로서 펄라이트 사용은 전 세계적으로 인기가 증가하고 있다. 펄라이트 기반 여과 제품이 여럿 출시되었으며, 이 중에는 NSF-50 승인을 받은 제품(Aquify PMF Series 및 AquaPerl)도 있어 수질, 기술 안전 및 성능 표준을 충족한다. 펄라이트는 기존 하수 시스템을 통해 안전하게 폐기할 수 있지만, 일부 수영장 운영자는 침전조나 스크리닝 시스템을 사용하여 펄라이트를 분리하여 별도로 폐기하기도 한다.
4.4. 생명공학
펄라이트는 열적 및 기계적 안정성이 뛰어나고 독성이 없으며, 미생물 공격과 유기 용제에 대한 저항성이 높다. 이러한 특성 때문에 펄라이트는 생명공학 분야에서 널리 사용된다. 펄라이트는 생물 정화 및 센싱 응용 분야에서 효소와 같은 생물 촉매를 고정하는 데 탁월한 지지체로 밝혀졌다.
4.5. 기타 용도
펄라이트는 주조 공장, 극저온 단열재, 세라믹(점토 첨가제) 및 폭발물 산업 등 다양한 용도로 사용된다. 화장품에서는 흡수제 및 기계적 각질 제거제로 사용된다.
5. 펄라이트 대체재
펄라이트는 모든 용도에서 다른 재료로 대체될 수 있다. 대체재는 다음과 같다.
* 규조토: 여과 보조제로 사용된다.
* 팽창 점토: 건축 자재용 대체 경량 충전재로 쓰인다.
* 셰일
* 부석
* 슬래그
* 버미큘라이트: 펄라이트의 많은 팽창제는 버미큘라이트의 박리제이며 두 무역 협회에 모두 속한다.
6. 안전성
펄라이트는 이산화 규소를 포함하고 있어 취급 시 주의가 필요하다. 대량의 펄라이트를 다룰 때는 보안경과 규소 필터 마스크를 착용하는 것이 좋다.
6.1. 미국의 펄라이트 노출 기준
직업안전보건청(OSHA)은 작업장에서 펄라이트 노출에 대한 법적 제한(허용 노출 기준)을 8시간 작업일 기준 총 노출 15mg/m3, 호흡기 노출 5mg/m3로 설정했다. 국립산업안전보건연구원(NIOSH)은 8시간 작업일 기준 총 노출 10mg/m3, 호흡기 노출 5mg/m3의 권고 노출 기준(REL)을 설정했다.