산림환경연구소

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광물

광물은 자연에서 산출되는 무기물로 일정한 화학 조성과 물리적 성질을 갖는 고체이다. 광물은 각각 독특한 결정모양, 물리, 화학적 특성을 가지고 있으며, 독자적으로 혹은 조양 광물로 산출된다. 지금까지 알려져 있는 광물의 종류는 약 2400종이며 한국에서 알려진 광물종은 약 350여종이다. 광물은 크게 한가지 원소로 이로어진 원소 광물과 두가지 이상의 원소가 결합하여 만들어진 화합물 광물로 나눠진다.

광물의 모양

원소광물-금

규산염광물-석영

규산염광물-장석

규산염광물-강옥

탄산염광물-방해석

산화광물-적철석

황화광물-황동석

황화광물-황철석

광물의 분류

규산염광물 : 전체 조암광물의 92%를 차지하고 SIO사면체를 기본구조로 한다.
무색광물 : 밝은색의 광물로 사장석, 정작석, 석영 등
유색광물 : 철 또는 마그네슘을 많이 포함하여 어두운 색을 띄는 광물로 감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모 등

광물 [鑛物,MINERAL]

자연에서 산출되는 균질한 결정질의 고체. 대부분 무기과정에 의해 생성되고 화학조성이 일정하고 원자배열이 규칙적입니다.

대부분 무기과정에 의해 만들어 집니다. 이는 생물이 만들지 않았다는 의미입니다. 조개껍질은 광물인 아라고나이트와 같은 조성과 구조를 보이지만 조개가 만들었으므로 광물이 아닙니다. 중요한 자원인 석탄과 석유도 식물이나 동물이 탄화된 것이므로 광물이 아닙니다. 하지만 변성작용으로 휘발성분이 사라지고 남은 탄소가 결정화해 만들어진 흑연은 광물입니다. 예외로 단백석, 자철석, 형석 등은 생물기원의 광물입니다.

광물은 일정한 화학식으로 나타낼 수 있습니다. 화학식이 SiO2인 석영은 규소 1개와 산소 2개의 일정한 비율로 이루어집니다. 그러나 화학식이 (Mg,Fe)2SiO4인 감람석에서는 Mg와 Fe의 양이 변하기도 합니다. 이와 같이 광물은 조건에 따라 그 성분이 일정한 범위 안에서 변합니다. 화학조성이 다른데도 같은 광물인 것은 단무지 한 줄, 햄 두 줄이 들어있든 단무지 두 줄, 햄 한 줄이 들어있든 둘 다 김밥이라는 것에 비유할 수 있습니다.

대부분의 광물에서 내부의 원자나 이온 등은 규칙적으로 배열되어 있습니다. 예외로 화산활동으로 만들어진 단백석처럼 비결정질(비정질)의 광물도 있습니다. 요즘은 루비, 다이아몬드 등 많은 광물이 합성을 통해 만들어집니다. 그러므로 엄밀히 말하면 광물은 자연에서 산출된 것을 말하고, 인공적으로 만든 광물은 인공광물 또는 합성광물이라고 부릅니다. 대부분의 광물이 고체로 존재하지만 상온에서 액체인 수은도 있습니다.

규산염광물 [硅酸鹽鑛物,SILICATE MINERALS]

이산화규소와 금속산화물의 염으로 된 광물입니다. 조암광물 대부분이 여기에 속하는데, 결합과 배열상태에 따라 네소규산염, 소로규산염, 시클로규산염, 이노규산염, 필로규산염, 텍토규산염으로 구분 할 수 있습니다.

조암광물의 대부분이 이에 속합니다. 규산염은 SiO4-4 의 큰 음이온과 금속의 작은 양이온으로 되어 있습니다. 규소이온은 4배위(配位)로 그 둘레에 4개의 산소이온이 정사면체 모양으로 배치합니다. SiO4정사면체가 결정 구조의 기초이며, 그 결합과 배열상태에 의해 규산염은,

네소규산염(오르토규산염):SiO4 사면체가 꼭지점의 산소원자를 공유하지 않고 독립된 규산이온을 이루고 있는 것으로 감람석·석류석·홍주석 등이 있습니다.
소로규산염:SiO4 사면체가 꼭지점의 산소원자를 공유하고 유한한 무리를 이루고 있으며 규소와 산소의 비율이 2:7입니다. 이극석·황장석 등이 있습니다.
시클로규산염(고리 모양 규산염):3개 또는 그 이상의 SiO4 사면체가 꼭지점의산소원자를 공유하며 고리 모양을 이루고 있습니다. 녹주석·근청석·전기석 등이 있습니다.
이노규산염(그물형 규산염):SiO4 사면체의 2개의 사슬이 평행으로 결합한 것으로, 각각의 사슬은 1개 간격으로 상대 사슬과 1개의 산소원자를 공유합니다. 규소와 산소의 비율은 4:11 이다. 휘석 ·각섬석 등이 있습니다.
필로규산염(층상규산염):SiO4 사면체가 3개의 산소원자와 공유하여 평탄한 층상구조를 만듭니다. 대부분 함수(含水) 광물입니다. 녹니석·운모 등이 있습니다.
텍토규산염(망상규산염):SiO4 사면체가 이웃하는 사면체와 그 산소원자 모두를 공유하여 입체구조를 만듭니다. 규소와 산소의 비율은 1:2입니다. 장석·준장석·제올라이트 등이 있습니다. 대부분의 규산염은 고용체로서, Ca.2+, Mg2+·Fe2+의 상호치환, Al3+·Fe3+,Na+과 K+, OH-과 F- 등의 치환에 의해 조성이 복잡하게 되어 있습니다.

무색광물

철과 마그네슘을 포함하지 않아 색깔이 밝고 밀도가 낮습니다. 석영, 장석, 백운모 등이 속합니다.

유색광물

철과 마그네슘을 포함하고 있어 색깔이 어둡고 밀도가 큽니다. 흑운모, 휘석, 각섬석, 감람석 등이 속합니다.

사장석 [斜長石,PLAGIOCIASE]

삼사정계(三斜晶系)에 속하는 소다석회장석입니다. 조장석(曹長石)과 회장석(灰長石) 및 두 가지의 여러 비율의 고용체를 총칭합니다. 굳기는 6~6.5, 비중은 2.61~2.76, 회색, 백색을 띠며, 때로는 녹색, 황색, 적색, 청색을 띱니다. 일반적으로 화성암의 구성성분이고, 변성암에서도 많이 발견됩니다.

굳기 : 6∼6.5
비중 : 2.61∼2.76
색깔 : 회색 또는 백색

조장석(曹長石:albite) NaAlSi3O8과 회장석(灰長石:anorthite) CaAl2Si2O8 및 그 2종류의 여러 가지 비율의 고용체의 총칭입다. 쪼개짐은 ［001］에 완전하며,［010］에 명확합니다. 굳기 6∼6.5, 비중 2.61∼2.76입니다. 주로 회색 또는 백색이며, 때로 녹색 ·황색 ·적색 ·청색 등을 띱니다. 유리광택이 있습니다. 회중석 성분 CaAl2SiO8을 An으로 나타내면, An 0∼10의 것을 조장석, An 10∼30인 것을 회조장석(oligoclase), An 30∼50인 것을 중성장석(andesine), An 50∼70인 것을 조회장석(labradorite), An 70∼90인 것을 아(亞)회장석(bytownite), An 90∼100인 것을 회장석이라 하여, 이들 사이에는 광학적 성질, 결정의 면각(面角), 비중 등에 연속적인 변화를 볼 수 있습니다. 단, 구조적으로는 양자(兩者) 사이의 어떤 한 점에서 불연속이 됩니다.

사장석은 화성암의 구성 성분으로서 가장 일반적이며, 변성암 속에도 많이 발견됩니다. 또는 각종 형식의 쌍결정(雙結晶)을 이루고, 흔히 여러 가지 성분의 사장석이 누대(累帶) 구조를 나타냅니다. 이들 사장석의 종류나 성질을 연구하는 것은 암석 연구에 매우 중요합니다. 지각을 구성하는 광물 중에서 가장 대량으로 산출되는 것은 석영이지만, 사장석 전체에 정장석 ·미사장석을 합친 장석족을 한 종류로 본다면, 그 양은 석영보다 더 많다고 합니다.

정장석 [正長石,ORTHOCLASE]

운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 광물로 색깔은 무색 ·백색 ·회색 ·담황색 ·담갈색 ·녹색을 띠며 투명하거나 불투명합니다. 유리광택이 있습니다. 도자기의 원료로서 중요하며, 유리 제조에도 사용됩니다.

굳기 : 6
비중 : 2.53∼2.58
색깔 : 무색 ·백색 ·회색 ·담황색 ·담갈색 ·녹색

화학성분은 KAlSi3O8입다. 보통 굵거나 편평한 주상 결정을 이루며, 길이 1m에 달하는 것도 있습니다. 그 밖에 괴상(塊狀) ·입상(粒狀) 또는 엽편상(葉片狀) 집합체를 이룹니다. 밑면 및 사축면(斜軸面)에 완전한 쪼개짐이 있으며, 단구(斷口)는 불평탄합니다. 굳기 6, 비중 2.53∼2.58입니다. 무색 ·백색 ·회색 ·담황색 ·담갈색 ·녹색 등이며, 투명하거나 불투명합니다. 유리광택이 있습니다. 무색 투명하거나 백색 반투명한 능주상(菱柱狀) 결정인 것을 빙장석(氷長石), 녹색인 것을 천하석(天河石) 또는 아마존석(단, 微斜長石인 綠石種도 포함한 명칭), 투명하고 내부에서 달빛 같은 푸른 섬광을 내는 것을 월장석(月長石) 또는 문스톤이라고 합니다.

흔히 나트륨 ·칼슘 등을 함유하는데, 나트륨의 일부는 매우 미세한 조장석(曹長石)의 엽편(葉片)을 규칙적으로 가진 데에서 비롯되며, 이와 같은 구조를 나타내는 것을 펠트장석이라 합니다. 정장석은 화성암이나 변성암 및 일부 퇴적암 속에 널리 분포되며, 다른 장석류와 합친다면, 지각을 구성하는 양은 석영보다 많습니다. 정장석은 도자기의 원료로서 중요하며, 유리 제조에도 사용됩니다. 월장석이나 천하석은 하급보석으로 이용되며, 특히 스리랑카의 월장석은 유명합니다.

석영 [石英,QUARTZ]

육방정계(六方晶系)에 속하는 광물.

화학식은 SiO2이며, 다른 광물들과 달리 화학적으로 매우 순수합니다. 주로 육각기둥 모양의 결정을 만들고, 쪼개짐은 없습니다.

순수한 것의 비중은 2.65이고 무색 ·백색 ·회색 ·황색 ·갈색 ·흑색 ·자색 ·적색 ·녹색 ·청색 그 밖의 여러 가지 색조를 나타냅니다. 보통은 투명하거나 반투명한데, 때때로 거의 불투명한 것도 있습니다. 유리상 광택이 강하며, 플루오르화수소산을 제외한 산 및 알칼리에 대해 안정한 편입니다. 이러한 광택과 화학적으로 안정한 성질 때문에 창문의 재료로 많이 쓰입니다. 수정이라 부르는 것이 바로 석영입니다.

석영은 분포지역이 매우 넓고 대량으로 산출되어, 옛날부터 이용되어 왔습니다. 화강암 ·석영안산암 ·유문암 등의 산성암 및 편마암 ·편암 등 변성암의 중요한 구성광물이며, 사암 ·규암 ·역암 등은 거의 모두가 석영으로 이루어져 있습니다. 스위스 ·오스트리아 ·프랑스 ·미국 미시간주(州) 등에서 아름다운 수정이 산출됩니다.

석영은 석영유리의 제조, 페로규소의 제조에 사용됩니다. 규사는 석영 알갱이로 된 모래를 말하는데, 이것은 석영유리, 보통의 유리, 물유리 등의 제조 외에, 주물용 모래 ·연마재 등에도 사용됩니다. 그리고 아름다운 것은 장식품으로 쓰이기도 합니다.

휘석 [輝石,PYROXENE]

칼슘 ·마그네슘 ·철(Ⅱ) ·철(Ⅲ) ·티탄 ·알루미늄 등을 함유하는 화학조석이 다양한 규산염의 주요 조암광물로 색깔은 백색, 담갈색, 녹색, 회록색을 띱니다. 약 20종류가 알려져 있습니다.

화학성분은 W1－p(X,Y)1+pZ2O6입니다. 칼슘 ·마그네슘 ·철(Ⅱ) ·철(Ⅲ) ·티탄 ·알루미늄 등을 함유하는 규산염으로 복잡한 성분을 가집니다. 사각주, 또는 편육각주(偏六角柱)의 결정을 이루며 쌍정(雙晶)인 경우도 많습니다. 주면에 평행인 두 방향의 완전한 쪼개짐이 있고, 거의 90°로 교차되어 있습니다. 이것에 의하여 쪼개짐각이 120°와 60°의 각섬석(角閃石)과 식별할 수 있습니다. 백색 ·담갈색 ·녹색 ·회록색을 띠며, 유리광택이 있습니다.

조흔색(條痕色)은 백색 ·담갈색 ·담녹색입니다. 굳기 5∼6, 비중 3.2∼3.6입니다. 약 20종류가 알려져 있으며, 보통휘석 ·사방휘석 ·알칼리휘석 ·자소(紫蘇)휘석 ·완화(頑火)휘석 ·투휘석 ·에지린 ·리티아휘석 등이 있습니다. 완화휘석 ·자소휘석 ·철휘석 등은 사방정계에 속하여 사방휘석이라 하고, 그 외는 단사정계에 속하여 단사휘석이라 합니다. 안산암 ·현무암 등의 화산암 반정(斑晶)을 이루고 널리 분포합니다.

각섬석 [角閃石,HORNBLENDE]

단사정계(單斜晶系)에 속하는 조암광물로 휘석과 함께 화학조성의 변화 범위가 가장 넓은 광물의 하나입니다. 굳기 5~6,비중 3.1~3.3입니다. 빛깔은 암갈색 ·흑색 ·녹흑색 등이고 산에 녹지 않습니다.

굳기 : 5~6
비중 : 3.1~3.3
색깔 : 암갈색 ·흑색 ·녹흑색

각섬석족 중에서 가장 흔히 다량으로 나타나는 종류이며, 좁은 뜻으로 보통각섬석(common hornblende)이라고도 합니다. 칼슘 ·나트륨 ·칼륨 ·마그네슘 ·철(Ⅱ) ·철(Ⅲ) ·알루미늄 ·수산기 ·플루오르 등을 함유하는 규산염입니다. 화학조성이 아주 복잡하고 다양하여 한 화학식으로 나타낼 수는 없으나, 대체로 Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe,Ti)3Si6O22(OH,F)2에 가깝습니다. 굳기 5~6,비중 3.1~3.3입니다. 빛깔은 암갈색 ·흑색 ·녹흑색 등이고 산에 녹지 않습니다.

약간 긴 마름모기둥 또는 6각기둥이나 때로는 짧은 주상결정을 보이며 쌍정(雙晶)일 때도 많습니다. 주면(柱面)에 평행한 두 방향으로 완전한 쪼개짐이 있는데 이들 두 쪼개짐은 약 120°, 60°에서 서로 교차하므로, 이것에 의해서 90°로 교차하는 휘석과 구별할 수 있습니다. 주로 안산암 ·현무암 등 화성암의 반정(斑晶)을 이루며, 또 심성암 ·반심성암 ·결정편암 등과 함께 산출되기도 합니다.

운모 [雲母,MICA]

화강암 중의 중요한 조암광물로서, 층상 규산염광물입니다. 굳기는 2.5~4, 비중은 2.75~3.2, 황색, 갈색, 녹색을 띱니다. 성분과 성질에 따라 백운모, 소다운모, 흑운모, 금운모, 홍운모, 진발다이트 등이 있는데, 각 운모의 종류에 따라 용도도 다릅니다.

굳기 : 2.5 ~ 4
비중 : 2.75 ~ 3.2
색깔 : 황색 ·갈색 ·녹색

돌비늘이라고도 합니다. 층상구조를 가지며, 보통은 육각 판상의 결정형을 이룹니다. 또한 인상(鱗狀) ·섬유상 ·주상(柱狀)을 이루는데, 어느 형태나 밑면에 완전한 쪼개짐이 있어서 아주 엷게 벗겨집니다. 광물 중에서 가장 쪼개짐이 완전하며, 쪼개진 조각은 탄력이 강합니다.

화학성분은 매우 복잡하여, X2Y4~6Z8O2(OH,F)4의 화학식을 가진 층상 규산염광물입니다. X=K,Na,Ca, 12배위(配位), Y=Fe,Mg,Al,Ti,Li, 6배위, Z=Si,Al, 4배위입니다. 굳기 2.5~4, 비중 2.75~3.2입니다. 쪼개짐이 한 방향으로 완전합니다. 황색 ·갈색 ·녹색 등을 띠며, 흑색광택이 있다. 성분이나 그 밖의 성질에 따라 백운모 ·소다운모 ·흑운모 ·금운모 ·홍운모 ·진발다이트 등으로 대별됩니다.

용도도 달라서, 백운모는 내화성(耐火性)이 강하고 전기의 부도체이므로, 전기절연물 ·내화재 특히 난로의 창 등에 사용되며, 분말은 은백색으로 번쩍이므로, 금은니(金銀泥)로 이용됩니다. 금운모도 질이 좋은 것은 백운모와 마찬가지로 쓰이는데, 흑운모는 철분이 많아 이용 가치가 적습니다. 홍운모 ·진발다이트는 리튬을 함유하므로 그 광석으로 이용됩니다

점토광물 [粘土鑛物,CLAY MINERAL]

산출상태가 주로 점토인 규산염광물로 극히 미세한 광물 입자로된 토상 광물의 총칭입니다. 주요한 점토광물로서는 카올리나이트 ·디카이트 ·벤토나이트 ·산성백토 ·해록석 등 여러 가지가 있습니다.

토양 중의 점토 부분을 이루는, 주로 2차적으로 생성된 것으로서 극히 미세한 광물 입자로 된 토상(土狀) 광물의 총칭입니다. 토양이나 풍화작용을 받은 암석에서 산출되며, 화산대가 발달한 지대의 화산재 등의 퇴적물이나 퇴적암에서 산출됩니다. 열수작용이나 풍화작용에 의해서 쉽게 다른 광물로 변하며, 변화하는 과정에서 특이한 성질을 가진 광물을 형성합니다.

주요한 점토광물로서는 카올리나이트 ·디카이트 ·핼로이사이트 등의 카올린계 광물, 몬모릴로나이트 ·벤토나이트 ·산성백토 등의 몬모릴로나이트계 광물, 일라이트 ·해록석(海綠石) 등의 운모류 이외에도 녹니석류(綠泥石類) ·앨로판 등 여러 가지가 있습니다. 층상구조를 가지고 있으며 Si-O 사면체층과 Al-O 팔면체층의 교호 여하에 따라 1:1형, 2:1형, 혼합층형 등으로 나눕니다. 또한 X선, 전자현미경, 시차열분석, 적외선분석 등의 방법으로 연구됩니다.

비결정질 물질은 포드졸의 B층 및 안도 토양에 많으며, 부식 ·수분 ·인산 등의 흡착력이 강하고, 염기치환용량(鹽基置換容量)이 높습니다. 1:1형 점토광물은 주로 카올린으로 대표되며, 라트솔 등 점토의 일부가 되어 풍화적인 최종산물이라 생각됩니다. 염기치환용량은 낮습니다. 2:1형 점토광물은 팽윤성인 몬모릴로나이트형과 비팽윤성인 일라이트형으로 나누어집니다. 몬모릴로나이트형은 바티솔 점토의 주성분이며, 염기치환용량이 높습니다. 일라이트형은 함수운모(含水雲母)라고도 하여, 회갈색 포드졸 토양점토의 일부로서, 풍화의 비교적 초기의 것이라 생각됩니다. 그 밖에 라트솔 점토의 주성분을 차지하는 수산화철 및 수산화알루미늄이 있습니다. 이것들은 점착성이 없고 염기치환용량도 낮습니다.

용도는 종류에 따라 다르지만, 도자기ㆍ시멘트ㆍ내화벽돌 등의 원료, 활마제(滑摩劑)ㆍ연마재(硏摩材)ㆍ여과재ㆍ흡착제ㆍ제지용ㆍ석유정제용 등 광범위하게 이용됩니다.