지구상의 동물은 자신만의 방식으로 자신의 집을 짓습니다. 우리 인간도 마찬가지로 지구에 나타난 이후 자신만의 방식대로 집을 만들어 생활을 해 왔습니다. 돌이 많이 나는 지역은 돌을 주재료 돌집을 짓고, 흙이 많이 나는 지역은 흙과 식물을 섞어서 흙집을 짓고, 나무가 많은 지역에서는 나무를 주재료로 나뭇집을 짓고 살아 오고 있습니다. 하지만 인간의 숫자가 늘어나고 한곳에 집중적으로 모여 살아가게 된 후부터는 집을 짓는 주재료가 많이 변하고 있습니다. 그 대표적인 주재료가 바로 시멘트일 것입니다. 시멘트는 대량으로 생산이 가능하고 빠르게 경화되는 특성에 내구성이 튼튼하여 30년 이상은 충분히 버티는 강도를 갖고 있습니다. 현대 시대에 이르러서는 대부분의 도시가 이 시멘트를 이용하여 건물을 짓고 있습니다.
시멘트의 주성분은 무엇일까요?
제가 상식적으로 아는 선에서는 석회암이 바로 시멘트의 주재료라고 알고 있습니다. 인공지능을 이용하여 시멘트의 주성분을 물어 보니 다음과 같이 대답을 해 주었습니다. 시멘트의 주성분은 석회석, 점토, 규석, 철광석 등입니다. 석회석의 주성분은 탄산칼슘(CaCO3)이며, 시멘트의 응결성을 향상 시키는 역할을 합니다. 점토는 산화규소(SiO2)가 주성분이며, 시멘트의 강도를 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 규석은 규산칼슘(CaSiO3)이 주성분이며, 시멘트의 강도를 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 마지막으로 철광석은 산화철(Fe2O3)이 주성분이며 시멘트의 색상을 조절하는 데 사용됩니다. 이 중에서 석회석의 비중은 전체 비율 중에 50% 이상을 차지하는 가장 중요한 성분입니다. 석회암(石灰岩, Limestone)은 조개 껍질과 같은 패류에서 형성되는 지질입니다.
석회암은 어떻게 만들어지나요?
석회암은 수백만년 이상의 과정동안 지질학적 변화를 거쳐 형성됩니다. 맨처음 과정으로 석회암의 주요 성분인 칼슘 카보네이트는 바다나 호수 등의 수생 생태계에서 수생 생물들의 활동에 의해 생성됩니다. 특히 패류와 같은 수생 생물의 사체가 바닥에 오랜 기간동안 쌓이는 과정을 반복하게 되고 이의 결과로서 수산화칼슘이 생성되게 됩니다. 이는 다시 해양 환경에서 칼슘 카보네이트로 치환되는 화학적 반응 과정을 거치게 됩니다. 이러한 수산화칼슘의 칼슘카보네이트로의 치환은 수백만 년동안 반복적으로 일어나며 이는 칼슘 카보네이트가 지표면에 축적되는 결과를 만들게 됩니다. 축적된 칼슘 카보네이트는 압력과 시간에 의해 압축되고 경화됩니다. 지하에서의 압력과 온도 변화는 칼슘 카보네이트 결정을 형성시킵니다. 이러한 과정을 통해 석회암의 결정구조가 형성됩니다. 지질학적 변화에서 가장 중요한 요소는 시간입니다. 최소로 필요로 하는 시간이 수백만 년입니다. 상상하기 조차 힘든 긴긴 시간입니다.
한국에서 석회암의 주생산지는 어디인가요?
한국의 석회암이 주로 채굴되는 지질은 대부분 백악기 후반에서 신생대 초기에 형성된 평탄하고 두꺼운 퇴적암층으로 알려져 있습니다. 이러한 퇴적암층은 주로 바다나 호수 등의 수중에서 칼슘 카보네이트가 침전되어 형성되었습니다. 특히 한국의 경우, 대부분의 석회암이 중생대의 친석회암과 신생대의 조석회암으로 구성되어 있습니다. 경북 포항 지역의 석회암은 보통 백악기 후반에 형성된 퇴적암층에서 주로 발견됩니다. 이 지역은 백악기 후반부터 신생대 초반까지의 바다 또는 호수에서의 침전작용으로 형성된 것으로 추정됩니다. 이러한 지질학적 특성으로 경북 포항 지역은 석회암 채굴에 적합한 지역으로 알려져 있습니다. 경북 포항 지역 중에서도 북구의 오천읍과 죽장면, 남구의 대송면이 석회임 채굴에 활발한 지역입니다. 채굴된 석회암은 건설 및 산업용으로 활용되고 있습니다.
시멘트는 제조 과정은 무엇인가요?
먼저 석회암과 혼합물(주로 실리카, 철광석 등)을 섞어 주고 적절한 크기로 분쇄합니다. 혼합되어 분쇄된 가루는 회전로나 회전용기 안에서 약 1,400도 이상의 고온으로 가열하는 소성 과정을 거치게 됩니다. 이 과정은 원료를 클리커로 변환시키는 과정으로 클리커는 시멘트의 주요 성분인 석회알루미네이트와 칼슘실리케이트를 형성합니다. 소성된 클리커는 다시 분쇄기를 통해 고르게 분쇄됩니다. 분쇄된 클리커를 첨가물을 정해진 비율대로 혼합을 하고 다시 섞어주는 과정을 거칩니다. 최종적으로 생산된 시멘트는 포장되어 건설이나 산업현장으로 판매가 이루어 집니다.