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광물분석

● 광물

천연으로 나는 무기물로서 일정한 화학성분을 가지며, 구성 원자가 규칙적으로 배열되어 있는 물질. 지구에는 약 3,000여 종의 광물이 있는데, 그 중 100여 종은 흔한 광물이다. 광물은 수많은 상품을 만드는데 이용된다. 예를 들어 흑연으로는 연필심을 만들며, 활석으로는 크레용과 화장용 분을 만든다. 광물을 이용한 상품으로는 시멘트, 비료, 화학약품 등으로 여러 가지가 있다.

광물학자들이 정의하는 광물조건

  • 광물은 자연적으로 생긴 물질. 따라서 천연다이아몬드는 광물이지만 합성다이아몬드는 광물이라고 할 수 없다.
  • 광물은 무기물로 구성된다. 그러므로 석탄, 석유, 천연가스 등은 해당이 없다.
  • 같은 광물은 다른 장소에서 발견되더라도 항상 일정한 화학 성분으로 구성되어 있다. 그러나 모래는 산출되는 장소에 따라 화학 성분이 다르기 때문에 광물이라고 할 수 없다.
  • 광물을 구성하는 원자들은 일정한 모양으로 배열된 결정을 이루고 있어야 한다.

● 광물의 특성

광물의 색깔과 조흔색의 차이표

광물 화학식 표면색 조흔색 광물 화학식 표면색 조흔색
Au 황색 황색 적철석 Fe2O3 흑색 적색
황철석 FeS2 황색 흑색 자철석 Fe3O4 흑색 흑색
황동석 CuFeS2 황색 녹흑색 갈철석 Fe2O3·nH2O 갈흑색 황갈색
  • 어떤 광물은 산출되는 모양에 따라 구별된다. 금은 덩어리로, 다이아몬드는 결정으로 사문석, 석면은 섬유 모양으로 산출된다.
  • 화학적인 간이구별법
    간단한 방법은 따뜻하고 묽은 산을 광물 위에 떨어뜨려 보는 것이다. 이 때 거품이 일어나면, 이 광물은 탄산염광물이다.
    탄산염광물에는 탄소(carbon) 와 산소(oxygen)가 포함되어 있기 때문에 산을 떨어뜨리면 이산화탄소(CO2)가 발생하는 것이다.
    예) 탄산염광물에는 방해석, 아라고나이트, 돌로마이트 등이 속한다. 불꽃 실험을 할 때에는 광물을 가루로 만든 뒤, 분젠버너의 불꽃 속에 넣는다. 이 때 가루가 타면서 붉꽃의 색깔이 변하므로 어떤 광물인지 알 수 있다.

● 광물분석의 목적

주로 광산개발, 투자, 학술연구 등으로 진행

● 광물분석의 필요성

각종 광물이나 암석의 구성 성분을 확인하고 주성분 및 미량성분의 함유량을 알아보는 분석 광물의 산출 유/무, 광산의 경제성 판단과 개발 가능성 판단에 기초적인 자료를 제공

● 광물분석의 구분

정성분석 → 채취한 암석이나 광물에 어떤 종류의 원소(주로 금속원소)가 들어있는가를 알고자 할 때
정량분석 → 알고 싶은 광물이나, 이미 알고 있는 광석(금광석, 철광석 등)의 성분함량을 알고자 할 때

주요광물표

( )표는 비금속
광물명 주요금속
성분
조흔색 굳기 쪼개짐 광택 비중 주요 용도
원소광물 : 자유롭게 결합하지 않은 단 1종의 원소로 된 광물군
다이아몬드 (탄소) 10 금강 3.5 보석,볼링기계
석묵 (탄소) 철흑 1~2 금속 2.3 전극, 연관, 감마제
자연금 황금 황금 2.3~3 금속 15~19 금의 원료
자연황 (황) 1.5~2.5 - 수지 2.0~2.1 황산,화약,의약
황화광물 : 금속이나 반금속이 황과 결합해 있는 광물군
휘안석 안티모니 납회 납회 2 금속 4.5~4.7 안티모니의 원료 광석
휘동석 구리 납회 납회 2.5~3 금속 5.5~5.8 구리의 원료 광석
휘은석 납회 납회 2~2.5 금속 7.2~7.4 -
휘코발트석 코발트,
(비소)
은백 회흑 5.5 금속 6.0~6.3 코발트 원료광석, 안료
황철석 황동 회흑 6~6.5 금속 4.9~5.1 황산 원료
방연석 납회 납회 2.5~3 금속 7.4~7.6 납, 은의 원료 광석
섬아연석 아연 흑갈 3.5~4 아금속 3.9~4.1 아연의 원료 광석
반동석 구리, 철 적갈 회흑 3 금속 4.9~5.4 구리의 원료 광석
백철석 황동 회흑 6~6.5 금속 4.8~4.9 -
진사 수은 심홍 2~2.5 금속 8.0~8.2 수은의 원료 광석

주요광물표

( )표는 비금속
광물명 주요금속
성분
조흔색 굳기 쪼개짐 광택 비중 주요용도
할로겐광물 : 금속원소와 할로겐원소(F:플루오린, Cl:염소, Br:브로민, I:아이오딘)가 결합한 화합물
암염 소듐
(염소)
2.5 유리 2.1~2.2 화학공업 원료(식염)
형석 칼슘
(플루오린)
4 유리 3.0~3.3 제련 용재, 유리공업
산화광물 ; 다양한 종류의 금속원소가 산소(O)와 결합한 화합물을 산화광물군
석영 (규소) 7 유리 2.6~2.7 보석, 광학기계,
석영 유리
수정 (규소) 7 유리 2.6~2.7 광학기계, 수정 발진기
강옥 알루미늄 청,회 9 유리 3.9~4.1 보석
적철석 철흑 적갈 5.5~6.5 금속 4.9~5.3 철의 원료 광석
자철석 철흑 5.5~6.5 금속 5.2 철의 원료 광석
주석석 주석 흑갈 담갈 6~7 금강 6.8~7.1 주석의 원료광석
연망간석 망가니즈 철흑 1~2.5 - 금속 4.7~4.9 망간의 원료광석,
건전지
섬정석 마그네슘, 철,
망가니즈
8 유리 3.5~4.1 보석

▶ 산소 대신 수산화기(OH-)가 부분적 혹은 모두 치환된 화합물을 수산화 광물이며, 일반적으로 산화광물은 단단하고
색상이 다양하여 금속광석과 보석광물에 중요한 부분을 차지, 수산화 광물은 층상구조가 특징적으로 나타나 쪼개짐이 발달하고
경도가 낮음.

주요광물표

( )표는 비금속
광물명 주요금속
성분
조흔색 굳기 쪼개짐 광택 비중 주요 용도
탄산염광물 : 탄소와 산소의 화합물인 탄산기(CO32-)가 들어있는 광물군
방해석 칼슘 무, 백 3 완전 유리 2.7 광학기계
아라고나이트 칼슘 3.5~4 완전 유리 2.9~3 -
백운석 칼슘,
마그네슘
3.5~4 완전 유리 2.8~2.9 벽, 제철용
공작석 구리 담록 3.5~4 완전 금강 3.9~4.1 구리의 원료광석, 장식, 안료
능철석 황갈 3.5~4 완전 유리 3.8~3.9 철의 원료광석
규산염광물 : 금속원소와 다양한 구조를 가진 Si-O사면체(SiO2)가 결합한 화합물로
지각과 상부 맨틀의 90% 이상을 차지하는 광물
정장석 포타슘,
알루미늄
6 유리 2.5~2.6 도자기 재료
사장석 소듐,
알루미늄,
칼슘
6~6.5 유리 2.6~2.8 -
운모 포타슘,
알루미늄,
무,갈 2.5~3 진주 2.7~3.1 전기 절연체, 내열 투명 기구
각섬석 칼슘,
마그네슘, 철,
알루미늄, 소듐
흑,녹 5.5 유리 3~3.5 석면
보통휘석 칼슘,
마그네슘, 철,
알루미늄
암록 5~6 유리 3.1~3.6 -
자소휘석 마그네슘, 철 암록 5~6 유리 3.1~3.6 -
감람석 마그네슘, 철 담록 담갈 6.5~7 유리 3.2~3.6 보석

주요광물표

( )표는 비금속
광물명 주요금속
성분
조흔색 굳기 쪼개짐 광택 비중 주요 용도
규산염광물
녹주석 베릴륨,
알루미늄
담록 7.5~8 유리 2.7~2.8 보석
석류석 마그네슘,
알루미늄, 철,
망가니즈,
칼슘
갈적 6.5~7.5 유리 3.1~4.3 장식, 연마제
전기석 소듐, 칼슘,
알루미늄, 철,
마그네슘
담갈 7~7.5 유리 2.9~3.2 보석
황옥 알루미늄,
(플루오린)
8~9 유리 3.4~3.6 보석
홍주석 알루미늄 회,적 7.5 유리 3.1~3.2 고급 내화 원료광물
활석 마그네슘 담록 1~1.5 진주 2.7~2.8 감마제, 약, 화장품
지르콘 지르코늄 7.5 금강 4.7 보석
황산염광물 : 황산이온(SO42-)을 기본단위로 포함하는 광물군
중정석 바륨 2.5~3.5 완전 유리 4.3~4.6 바륨화합물의 원료광석
석고 칼슘 1.5~2 완전 진주 2.3 소석고, 시멘트
인산염광물 : 인산염을 기본단위로 포함하는 광물군
인회석 칼슘,
(플루오린),
(염소)
5 유리 3.1~3.2 비료

▶ 인산염, 비산염, 바나듐산염 광물은 비슷한 결정구조를 가지며, P, As, V 원소가 산소와 각각 동일하게 사면체상으로 결합해 있고, 소량으로 넓은 영역에 분포하며, 경도가 약해 깨지기 쉽다.

[ICP – OES 분석 사례]