Physicochemical properties and sintering behavior of pottery stone as a raw material in porcelain products

Physicochemical properties and sintering characteristics of pottery stone (Taebaek, Haenam, Aphae, Haengnam) were evaluated as a raw material for porcelain products. Due to acid leaching procedure, the concentration of iron oxide ($Fe_2O_3$) was decreased to < 1.0 wt%, which affects the whiteness of sintered samples. Mean particle size of acid leached samples is $5.7{\sim}10{\mu}m$ with narrow particle size distribution (PSD), which is lower than that of the pristine ($8{\sim}18{\mu}m$) with broad PSD. According to phase analysis by X-ray diffraction, most of pottery stones (PS) have Quartz phase as a main phase with Pyrophyllite as a second phase, however, Haenam PS shows halloysite phase. The absorption rate was in order of Taebaek (A, B, C)~Aphae (A, B) < Taebaek (Special A) < Haengnam < Haenam, and the samples sintered in reductive atmosphere showed lower absorption rate. This result might be due to the concentration of feldspar contained in PS, working as a flux in sintering process. Comparing the color of the sintered samples, the whiteness of refined PS (Taebaek special A, Haenam, Hangnam) is higher than acid leached PS (Taebaek A/B/C, Aphae A/B). The whiteness (L*) for refined PS is 95~97 %, which is higher than acid leached (82~96 %). This might be due to lower iron oxide concentration of the refined PS (0.11~0.58 %) than those of the acid leached PS (0.41~1.91 %) even though most of iron oxide was removed by acid leaching.

국내 도석 광물의 물리화학적 물성 및 도자기 원료로서 소결 특성 평가

국내에서 생산되는 태백도석, 해남도석, 압해도석, 행남도석을 수집한 후, 정제되지 않은 원료는 산처리 공정을 수행하고 도자기용 소지로 제조한 후, 산화 및 환원 소성하여 소성체의 물성을 평가하였다. 정제되지 않은 태백, 압해도석의 경우, 산처리 공정을 통하여 철분 함량을 1.0 % 이하로 감소시켰다. 또한, 산처리 전 도석의 입도는 mean size $8{\sim}18{\mu}m$으로 정제된 도석의 $5.7{\sim}10{\mu}m$에 비교하여 입도가 크고 굵은 입자가 많아 넓은 입도분포를 가졌다. X선 회절법을 이용한 결정상 분석결과에 따르면 대부분의 도석은 소성 전에는 석영(Quartz)을 주상(main phase)로 하고 납석(Pyrophyllite)를 포함하는 결정구조를 보이고 있으며, 해남도석의 경우에는 할로이사이트(halloysite) 결정상을 포함하고 있음을 알 수 있다. 소성체의 흡수율은 태백A/B/C~압해A/B < 태백특A < 행남 < 해남 순으로 나타났으며 환원 소성한 경우가 더 낮은 흡수율을 보였다. 이러한 흡수율 경향은 도석 광물에 포함된 장석(융제)의 함량 때문인 것으로 판단된다. 소성체들의 색상을 비교하면 산처리 공정후, 정제원료(태백특A, 해남, 행남)가 산처리한 비정제 원료(태백A/B/C, 압해 A/B)에 비하여 백색도가 높음을 알 수 있다. 소성체의 비교에서 정제원료의 백색도의 인자인 L* 값이 95~97 %로 비정제 원료(산처리 공정후)의 82~96 % 보다 높은 것을 확인할 수 있다. 이것은 비정제 원료를 산처리하여 철분을 제거하였음에도 불구하고 철분 함량(0.41~1.91 %)이 정제원료의 철분함량(0.11~0.58 %) 보다 높기 때문으로 판단된다.