차시명: 3주차 제1강

주제: 광물과 암석 2부 – 광물 2

동기 유발:  지금까지 국제광물협회, 즉 IMA에 의해 공인된 광물의 수는 2017년 3월 기준으로 5,320종이 넘습니다. 이 광물들 모두가 각각 독특한 조성, 구조, 결정 모양, 및 물리화학적 성질과 쓰임새를 갖습니다. 이 모든 광물들에 대해 자세히 살펴볼 수 있다면 좋겠지만, 안타깝게도 우리에게 주어진 시간은 그렇게 많지 않습니다.  대신 몇몇 대표 광물들에 대해서 조금 더 깊이 살펴볼 수는 있을 것 같습니다.  우리는 이미 광물들을 주요 결합 성분에 따라 크게 구분함을 알고 있습니다.  이 단원에서는 각 종류별 대표 광물의 결정 모습과 그 쓰임새를 알아보며, 이에 더 해 각 부문별 광물의 쓰임새에 대해서는 좀 더 자세히 살펴봅니다.

학습 목표: 각 종류 광물별 대표 광물의 결정을 직접 살펴보고, 이 광물들이 어떻게 이용되는지 파악하자

강의 타이틀: 2. 광물과 암석 2부 – 2-1. 광물 2

안녕하십니까?

이번 시간에는 지난 시간에 소개한 각 종류의 광물별로 대표적인 광물들의 결정을 직접 살펴보고 이들이 어디에 이용되는지를 알아보도록 하겠습니다.

[slide #1]

이 것은 산화광물인 적철석의 사진입니다. 적철석은 대표적인 철광석 광물입니다. 각국 제철소에서 적철석으로부터 철을 분리해서 생산합니다.  사진에서 검고 매끄러운 부분이 적철석입니다. 앞서와는 달리 이 부분에서 적철석 결정 하나 하나를 구분할 수는 없습니다. 콜로이드 상태에서 침전되어 그 크기가 매우 작기 때문에 그냥 서로 뭉쳐 있는 모습만 볼 수 있습니다.

[slide #2]

이 광물은 수산화광물인 깁싸이트입니다. 우리가 사용하는 알루미늄은 모두 이 광물에서 추출해서 씁니다. 사진에서 하얀 부분이 깁싸이트이고, 노랗거나 붉은 부분은 아마도 다른 풍화 산물일 것입니다.  이 사진에서도 실제 깁싸이트 결정은 너무 작아 볼 수는 없습니다.  하얀 부분에 깁싸이트 결정들이 모여 있습니다.

[slide #3]

이 것은 황산염광물인 석고입니다. 사진에 보이는 광물 전체가 하나의 결정입니다.이 광물은 대부분의 석고 제품의 원료가 되고, 또한 비료로도 이용됩니다. 석고는 뒤에 설명할 암염과 함께 대표적인 증발잔류광물입니다. 증발잔류광물이란 호수 같은 것이 증발하면서 침전하는 광물인데, 이러한 증발잔류광물이 쌓여 암석이 되면 증발 잔류암이라고 합니다. 우리나라에서는 아직 증발잔류암이 발견된 적이 없습니다.

[slide #4]

이 사진은 탄산염광물인 방해석입니다.  역시 사진에 보이는 전체가 하나의 광물입니다. 방해석은 지각 곳곳에서 쉽게 관찰되는 광물이며, 또한 조개나 굴과 같은 생물체의 단단한 껍질을 이루는 광물 중 하나입니다. 방해석은 자원으로서도 매우 중요한 광물로 시멘트, 제지, 요업, 비료업 등에 주요 자원으로 사용됩니다. 또한 방해석은 물과 가장 잘 반응하는 광물 중의 하나로 환경적으로도 매우 중요한 역할을 합니다.

[slide #5]

인산염 광물인 인회석 결정의 사진입니다. 인회석은 우리가 사용하는 인의 거의 유일한 원료입니다. 비료에도 사용됩니다. 인회석과 같은 인산염 광물을 많이 포함한 암석을 인산염암(phosphorite)이라고 하는데, 이 인산염암은 자원 개발의 대상이 되기도 하지만, 또 한편으로는 환경적으로 문제를 일으킬 수 있습니다.  인산염암은 다른 암석들에 비해 월등하게 중금속 함량이 높기 때문입니다. 우리나라에서 인산염암이 발견된 적은 없습니다.

[slide #6]

할로겐 광물인 암염 결정 사진입니다. 암염은 대표적인 증발잔류광물입니다. 여러분들은 바닷물을 말려 소금을 얻는 것을 알 것입니다. 증발잔류광물 암염도 그런 방식으로 만들어집니다. 암염은 조미료로 많이 쓰이고, 도로의 눈이나 얼음을 녹이는데도 쓰입니다.

[slide #7]

사진은 황화 광물 중 지각에서 가장 흔히 발견되는 광물 중 하나인 황철석의 결정 사진입니다. 황철석은 이와 같이 정육면체 결정으로 흔히 산출됩니다. 신선한 황철석 결정은 금속 광택을 보이며 약간 노란 색을 띱니다. 금보다는 연한 색이지만 잘 모르는 사람들은 뭔가 금 같은 것이 아닐까 생각하게됩니다.  황화광물에는 이와 같이 금속광택의 노란색을 띠는 광물들이 몇 개 더 있는데, 이들을 통칭해 바보들의 금(fool’s gold)라고 합니다. 황철석은 자원으로서의 활용 가치는 그리 높지 않은 반면 산성비나 산성 광산 배수와 같은 여러 가지 환경 문제를 일으키는 원인 광물이 될 수 있습니다. 이 점에 대해서는 나중에 좀 더 자세히 얘기하도록 하겠습니다.  황철석은 자원으로서의 가치가 크지 않을지 모르지만, 다른 황화광물 중에는 매우 자원으로서의 가치가 큰 것들이 있습니다. 예를 들면 우리는 구리, 아연, 납과 같은 금속을 황화광물로부터 얻습니다.

[slide #8]

마지막으로 볼 것은 금입니다.

금, 은, 동과 같은 광물은 자연계에서 산출되는데, 단일 원소로 되어 있기 때문에 원소광물이라고 부릅니다.  이 금 결정은 합성한 것인데, 자연계에서도 이와 비슷한 결정이 산출되기도 합니다.  금은 열 및 전기 전도성이 매우 좋아 다양한 산업에서 이용됩니다.  우리나라도 한 때 수 많은 금광이 있었지만, 지금은 대부분 폐광되었습니다.

지금까지 광물의 정의, 생성 및 종류에 대해 알아보았습니다. 그 동안 광물이 어떻게 이용되는지 조금씩 살펴보았는데, 조금 더 자세히 광물의 쓰임새에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.

[slide #9]

(설명에 따라 진하게)

광물은 거의 모든 산업 분야에서 이용된다고 해도 과언이 아닙니다. 이 슬라이드에 표시된 것은 그저 이렇게 다양한 분야에서 광물이 필수불가결하게 이용된다는 보여주기 위한 것이며, 실제로는 훨씬 더 많은 분야에서 더 다양하게 이용되고 있습니다.

광물의 이용 예를 들어보면, 공업 분야의  금속 판금 제련,  제지, 유리 및 도자기, 화학, 기타 교통 수단 등에 여기 표시한 광물들을 비록해 많은 광물들을 사용하고 있습니다.

농업 분야에서는 각종 비료를 만들기 위해 광물을 사용하고 있으며, 환경 분야에서는 오염 복구 및 보호를 위해 다양한 광물을 사용하고 있습니다.

가정에서도 광물을 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 세제(가루비누)에는 불석이 사용되고, 화장품에는 운모와 활석이 들어 있습니다.   이 밖에  타일 및 벽돌은 점토광물과 장석을 이용해 제작하고, 또 여러분들의 애용하는 악세사리 및 보관함에 있는 보석들도 모두 광물입니다.

[slide #10]

여러분들은 얼마 전 중국이 일본과의 영토 분쟁 때문에 보복 차원에서 일방적으로 일본으로의 희토류 자원 수출을 금지하였다는 것을 들었을 것입니다. 당시는 물론 현재도 중국은 희토류 최대생산국이고, 일본은 아시아 최대 소비국입니다. 잠시 동안이지만 일본은 이로 인해 여러 가지 제품 생산에 어려움을 겪었습니다.  희토류는 첨단 제품의 생산에 많지는 않지만 반드시 들어가는 재료이기 때문입니다.

(설명에 따라 해당 부분 강조)

희토류 성분이 구체적으로 어떻게 쓰이는 자동차를 예로 들어 살펴보기로 하지요. 유리와 거울을 매끈하게 하기 위해, 자외선 차단을 위해 시리움을, 네비게이션이나 계기판의 LCD 스크린에는 유로피움, 이트리움, 시리움을, 헤드라이트에는 니오디미움을 사용합니다.  이 그림에서 보듯 이 것 말고도 부분 부분 매우 많은 부위에 희토류 성분을 사용합니다.

[slide #11]

이러한 희토류 성분은 광물로부터 추출합니다.  희토류 성분을 풍부하게 초함하고 있는 광물을 희토류광물이라고 하는데, 희토류 광물에는 이 슬라이드에 열거한 것과 같은 광물들이 있습니다.

[slide #12]

(설명 생략)

[slide #13]

(설명에 따라 해당 부분 강조)

이 슬라이드는 미국에서 매년 일인당 사용하는 광물의 양을 그림으로 표현한 것입니다. 국민 한사람에게 일상 생활이 가능하도록 매년 새로 공급해주어야 하는 광물의 양은  38,052파운드입니다 (1파운드는 약 0.454kg입니다).  이 중에는 164파운드의 점토광물, 332파운드의 비금속광물, 8,509파운드의 일반 암석 광물, 5,599파운드의 모래 자갈 광물, 6파운드의 아연, 65파운드의 알루미늄 등이 포함됩니다.

[slide #14]

(설명에 따라 해당 부분 강조)

보석 좋아하십니까? 대부분의 보석 역시 광물입니다. 탄생석을 예로 들면 좋겠습니다.  탄생한 달에 따라 각각 다른 보석을 할당하였는데, 예를 들면 1월의 탄생석은 석류석, 2월의 탄생석은 자수정... 이런 식입니다.  여러분들도 자신의 탄생석을 찾아보시고, 그 보석이 의미하는 바가 무엇인지 재미삼아 알아보시기 바랍니다.

지금까지 각 광물 종류별로 대표적인 광물의 결정을 살펴보았습니다.

다음 시간에는 암석에 대해 알아보도록 하겠습니다.

안녕히 계십시오.

[끝]

심화 토론:

산화 광물, 황화 광물, 탄산염 광물 중 강의에서 언급되지 않은 광물을 각 하나씩 찾아보고, 그 광물들의 결정 모양과 쓰임새에 대하여 정리해 봅시다,