장석은 복잡다단한 광물학적 특성에도 불구하고 그 물질적 이해와 용도 측면에서의 단순성 때문에 관련 산업 부문에서 부가가치 향상이 잘 이루어지지 않고 있는 실정이다. 현재 전 세계적으로 10위권 내의 생산 수준을 유지하는 국내산 장석의 광석 유형은 그 관물상과 산출상태에 따라 페그마타이트상 장석, 반화강암질 및 우백질 화강암상의 장석으로 구분 될 수 있다. 현재 국내에서 개발되고 있는 장석들로는 일반적으로 반화강암질 유형의 광석이 가장 흔하다. 이 유형의 광체들은 흔히 알바이트화 작용이나 K-부화를 수반하는 열수변질 작용을 받은 양상을 보이는 것이 특징이다. 광물특성 상으로는 K-장석에 속하는 광체들이 Na-장석 유형들 보다 상대적으로 흔하고 대체적으로 그 부존 규모도 큰 것으로 나타난다. 장석의 부가가치 향상을 위해서는 그 품위를 화학조성에만 의존하지 말고 광물조성 단위로 이해하는 방식이 요구된다. 일반적으로 이 광물자원의 요업적 용도 특성상, 광물특성 평가에서 가장 주요한 기준이 되는 사항은 화학조성, 특히 알칼리 조성, AI2O3 함량 및 철분의 함유도인 것으로 판단된다. 그렇지만 앞으로 그 수요가 확장될 전망이 있는 충진재 용도로 사용될 경우에는 이 같은 화학적 특징보다는 장석광물의 조성과 제반 물성적 특성에 그 품질이 의존될 것으로 여겨진다. 이에 따라 장석 광석의 화학조성과 물성은 기본적으로 장석의 광물상과 조성에 의존된다는 지식기반 하에서, 장석의 품위는 물론 품질 특성 평가에 있어서도 화학조성에만 의존하지 말고 그 광물상과 광물특성도 고려해서 평가하는 지혜가 요구된다.

방사성폐기물의 처분연구와 관련하여 대전 유성지역 화강암내 심부시추공 시추코아의 단열 광물들에 대한 광물학적 특성을 연구하였다. 유성지역의 심부시추공들에는 다수의 단열대가 발달해 있으며 국지적인 열수변질작용이 중첩되어 있다. YS-01 시추코아에 대한 전암분석결과 -90 m∼-130 m 구간과 -230 m ∼-250 m 구간에서 급격한 SiO2 함량 감소와 Al2O3, CaO, L.O.I 값의 증가가 관찰되며 이는 단열충전광물의 생성과 관련이 있다. 이러한 단열충전광물에 대한 XRD분석결과 불석광물(로몬타이트, 휼란다이트), 방해석, 일라이트(2M1과 1Md 다형), 녹니석, 녹염석, 카올리나이트 등이 확인되었으며, 산출되는 양은 방해석 불석광물 〉 일라이트 〉 녹염석 녹니석 〉 카올리나이트의 순이다. SEM관찰 및 EPMA 분석결과, 단열충전광물들의 심도에 따른 조직 및 화학특성의 변화는 관찰되지 않는다. 연구지역은 화강암반내에 발달된 단열대가 지하수의 유동로로 작용하여 오랜 기간에 걸친 물-암석 반응이 진행되었고, 또한 저온의 열수변질작용이 중첩되었기 때문에 이들에 의한 단열충전광물의 생성기원 연구가 필요하다.

강원도 정선군의 동남광산에서 란시아이트(rancieite)의 Zn­단종인 신종광물이 발견되어 이 광물에 대하여 '치무석'(Chimooite)으로 명명하고 그 광물학적 특성을 보고하고자 한다. 치무석은 캄브리아기의 풍촌석회암층을 남북 내지는 북동 방향으로 관입한 능망간석과 황화광물로 형성된 열수광맥의 표층산화대의 산화망간 광물 중에서 발견되었다. 주로 미립의 판상 또는 침상 결정의 집합체로 산출되며, 큰 것은 약 0.2 mm까지 달하나 대부분 0.05 mm이하의 미세 결정체로 산출된다. 한 입자 내에서 중심부의 치무석에서 외각부의 란시아이트로 화학조성이 점이적으로 변한다. 치무석은 푸른빛을 띠는 흑색의 구상 또는 괴상의 집합체로 무광이며 흑갈색의 조흔색을 보인다. 한 방향의 뚜렷한 벽개를 가지며, 경도는 2.5∼4이다. 반사현미경 하에서 치무석은 이방성이며 복굴절을 보여 적갈색의 내부반사색을 보인다. 치무석의 전자현미분석 시 분석위치에 따라 다양한 CaO와 ZnO의 분석값을 보이는데 이로 미루어 치무석과 란시아이트는 양이온 치환에 의한 완전고용체임을 알 수 있다. 치무석의 실험식은 7 a 층상구조형 산화망간광물의 일반식인 R2x Mn4+ 9­x O18 .nH2O(x=0.81∼1.28, 평균 1.0)에 따라 계산하면(Z n0.78Na0.15C a0.08M g0.01 K0.01)(Mn4+ 3.98F e3+ 0.02)4.00 O9 .3.85H2O가 되며, 이상적으로는(Zn,Ca)Mn4+ 4 O9 .3.85H2O로 나타낼 수 있다. 이는 통상적인 스토이키오메트리 조성식인 Mn44+ O9 .4H2O와 잘 일치함을 알 수 있다. 치무석은 육방정계이고 단위포는 a=2.840 a, c=7.486 a이며 a：c = 1：2.636이다. 시차열분석에 의하면 65, 180, 690 and 1020℃에서 흡열반응을 보인다. 적외선 흡수분광분석에 의하면 445, 500, 1630 and 3400 cm1의 파장에서 흡수대가 나타난다.다.서 흡수대가 나타난다.다.다.

수천 년 전부터 인간생활에 이용되어온 일라이트-운모는 다른 광물자원에 비하여 사용량은 많지 않지만, 요업, 도료, 종이, 건축용 재료, 화장품 소재 및 전자부품과 전기 재료 등 여러 산업 분야에 널리 사용되고 있다. 일라이트-운모는 광물학적으로 같은 계열의 광물군임에도 불구하고 산출상태, 입도 및 용도의 차이에 따라 다른 광물자원으로 취급되고 있다. 특히 국내에서 일라이트는 용어상의 혼란과 불명확한 법정 등록광종 때문에 효율적인 자원관리와 연구개발이 곤란한 실정이다. 그러므로 일라이트를 비롯한 점토광물 자원에 대한 광업법규상의 개선과 제도적 정비가 시급히 요구된다. 국내에서 개발되고 있는 일라이트-운모의 광석 유형은 그 광물상과 산출상태에 따라 페그마타이트상 백운모, 운모편암상 백운모, 납석상 일라이트 및 점토상 일라이트로 구분된다. 일라이트와 운모는 서로 다른 용도로 사용되고, 그 용도에 따라 그 품위 및 품질 개념이 다르다. 일라이트-운모 광석의 품위 및 품질 면에서 가장 기본적인평가방식은 (1) 육안 및 편광현미경 관찰, (2) X-선회질 분석 및 (3) 화학분석인 것으로 생각된다. 특히 리트벨트법을 응용한 X-선회질 정량분석법은 일라이트의 품위를 산정하는데 유력한 수단이 될 수 있을 것으로 여겨진다. 국내 일라이트-운모 자원의 자원잠재성과 부가가치를 향상시키기 위해서는 광석에 대한 정확한 품위 평가를 바탕으로 가장 적절한 이용 분야를 모색해야 할 것으로 판단된다.

동해탄광 일대에서 산성광산배수가 유입되는 하천의 바닥에는 적갈색과 황갈색의 침전물이 형성되고 있다. 이 침전물에 대한 X-선 회절분석 결과 적갈색 침전물은 대부분 페리하이드라이트이며 소량의 침철석을 포함하고 있는 반면에 황갈색 침전물은 슈워트마나이트로 구성되어 있다. 열분석과 가열 실험에서 페리하이드라이트와 슈워트마나이트는 약 400℃에서 결정도가 낮은 적철석으로 변화하며 700 ℃에서는 결정도가 높은 적철석으로 변화한다.

흔히 발견되지 않는 광물상들이 후기 열수변질광물로서 거도광산에서 관찰된다. 열수광물들은 스카른 광물들을 열수변질시키거나 공간충진 정출작용으로 산출된다. 즉, 투휘석, 석류석 및 장석들을 교대하여 녹니석과 포도석, 일라이트 및 펌펠리아이트 등을 산출하거나 열극이나 정동에서 정출한 것으로 포도석, 펌펠리아이트, 클리노조이사이트, 일라이트 및 Ca-불석(스틸바이트와 스텔러라이트) 등이 있다. 이들 열수광물들에 대해 X-선 회절분석, 주사전자현미경 관찰 및 전자현미분석을 통해 광물상과 산출상태 등이 상세히 규명되었다. 후기 공간충진 열수광물들을 대상으로 슈라이네마크 작도법에 의한 상평형 관계를 규명하였으며, 등온-등압 μH2O-μCO2상평형도를 작도하였다. 그 결과 초기에 정출된 포도석, 펌펠리아이트, 클리노조이사이트, 일라이트 및 녹니석은 비교적높은 CO2분압과 낮은 H2O 분압 하에서 먼저 정출되었으며, 그 후 H2O 분압이 증가하면서 일라이트와 수반되어 스틸바이트와 방해석이 정출되었다.

국내산 벤토나이트의 유변학적 특성과 그 규제 요인을 파악하기 위해서 각종 응용광물학적분석과 체표면적, 입도분포, 팽윤도 및 점성도를 측정하였다. 비교적 저품위(몬모릴로나이트 함량:30∼75 wt%)를 이루는 국내산 Ca-형 벤토나이트들은 2∼4 μm의 입도를 갖고 대부분 반자형의 엽상 결정체를 이룬다. 현탁액 상에서 벤토나이트 광물성분들의 입도 분포는 대체로 10∼100 μm 범위에서 높은 빈도를 보이고 전체적으로는 다소 복잡한 이중적인 분포양상을 나타낸다. 이 같은 양상은 제올라이트질 벤토나이트에서 보다 심하게 나타난다. 이 벤토나이트들의 EGME 체표면적은 269∼735 m2/g의 값의 범위를 갖는 것으로 측정되었다 이 체표면적 값은 몬모릴로나이트의 함량, 수분함량 및 CEC 수치와 대체로 정비례하는 관계를 나타낸다. 제올라이트질 벤토나이트가 제올라이트를 함유하지 않는 것보다 전반적으로 약간 높은 체표면적 갈을 갖는다. 국내산 벤토나이트들은 전반적으로 낮은 팽윤도와 점성도를 나타낸다. 2∼5 wt%의 Na2CO3첨가에 의해서 유발된 국내산 벤토나이트들의 팽윤도 향상 최대치는 몬모릴로나이트의 함량과 불순물, 특히 제올라이트의 함유정도에 따라 250∼500%수준인 것으로 측정되었다. Na치환능력이 강한 제올라이트를 함유하는 벤토나이트의 팽윤도 향상에는 좀더 많은 양의 Na2CO3가 소요된다 점성도에 있어서는 장석의 함량이 높고 상대적으로 낮은 입도와 결정도를 갖는 벤토나이트들이 비교적 높은 수치를 보이는 경향이 있다. 또한 현탁액의 pH가 상대적으로 높은 수치를 보이는 시료들이 대체로 점성도가 높은 것으로 나타난다. 그렇지만 벤토나이트의 주요한 유변학적 특성들인 팽윤도와 점성도는 몬모릴로나이트의 함량이나 평균 분산입도와는 뚜렷한 일률적인 상관관계를 보이지 않는 것으로 나타난다. 이에 비해서 팽윤도는 벤토나이트의 광물조성, 표면전하 특성, 입도 및 형상 등의 물리화학적 성향을 포괄하는 체표면적 수치와 대략적으로 반비례적인 관계를 보인다 따라서 벤토나이트 현탁액에서의 유변학적 특성은 몬모릴로나이트의 표면전하 특성, 형태, 입도 및 조직 등의 차이에 의해서 달라지는 점토 입자들의 응집특성 및 취합결정체의 형상에 주로 규제되고, 제올라이트와 같은 미세한 불순 광물성분들의 영향도 부수적으로 관여되는 복합적인 성향인 것으로 해석된다.

보석으로 사용되고 있는 파이로프-알만딘 계열의 보석을 대상으로 하여 이들의 화학성분, 결정구조, 굴절율, 비중, 색, 광택 등의 광물학적 성질을 알아보았다. 또한 위 고용체의 광물학적 성질이 화학성분의 치환 정도에 따라 점이적인 변화 양상이 나타나는지에 대해서도 연구하였고, 발색소에 대한 연구를 실시하였다. 특별히 보석업계에서 관행적으로 분류 기준으로 삼아 온 굴절율과 비중 값이 광물학적으로 오류가 없는 것인지를 검증하는 것 등도 주요 연구목적에 포함되었다 적색석류석 시료 중 화학성분에 따른 분류기준에 의하면 17개가 파이로프이며, 6개가 알만딘임을 알 수있다. 파이로프의 굴절율은 1.77까지이며, 알만딘은 그 이상임을 알 수 있으며, 비중은 파이로프인 경우 3.88까지의 범위이며, 파이로프는 적어도 4.11이상임을 알 수 있었다. 따라서 보석업계에서 파이로프와 알만딘을 구분하여 온 굴절율 기준(R.I. 1.75)은 오류이며, 비중값 기준(S.G. 3.88)은 무난한 것으로 밝혀졌다. 단결정 X-선회절분석 결과에 따르면, 파이로프-알만딘 석류석이 모두 등축정계의 Ia3d 공간군에 속하며, 화학성분의 변화에 따른 단위포의 크기는 변화를 느낄 정도의 차이는 없었다. 또한 굴절율과 비중은 파이로프-알만딘 고용체에 있어 특히 FeO 함량에 따라 일정한 변화양상을 나타내는데, FeO의 함량이 증가할수록 굴절율과 비중이 증가함을 알 수 있다. 화학분석 자료에 의하면, 적색 및 보라색은 Fe＋2, 황색은 Mn＋2 함량에 따라 크게 좌우됨을 알 수 있다. 적색 석류석내에 들어있는 결정 내포물은 주로 저어콘과 금홍석이었다.

국내산 벤토나이트들의 광물조성 및 특징과 양이온 교환특성과의 연계성을 규명하기 위해서, 정제나 분리 과정 없이 원광 단위로 XRD 정량분석, 화학적 용출실험, pH 및 양이온 교환능력 (CEC) 측정 등을 시행하였다. 리트벨트법에 의한 XRD 정량분석 결과, 국내산 벤토나이트들은 몬모릴로나이트(30～75 wt%) 외에 주요 불순물로서 제올라이트, 단백석, 장석류가 대개 25 wt% 이상 함유하는 것으로 밝혀졌다. 클리놉틸로라이트-휼란다이트 계열의 조성을 이루는 것으로 감정된 이 제올라이트들은 제올라이트질 벤토나이트의 양이온 교환특성에 심대한 영향을 미친다. 클리놉틸로라이트는 상대적으로 규질이며 밝은 색을 띠는 벤토나이트에서 흔히 볼 수 있고 단백석과 밀접한 공생관계를 이루며 산출되는 것이 특징이다. 대부분 Ca이 주된 교환성 양이온을 이루지만, 일부 제올라이트질 벤토나이트에서는 알칼리 이온의 함유도가 매우 높게 나타나기도 한다. 메칠렌블루법에 의해 측정된 CEC 값은 다소 산포되기는 하지만 몬모릴로나이트의 함량과 대체로 정비례하는 관계를 보이고 상대적으로 낮은 수준을 보인다. 이에 비해서 암모늄아세테이트법에 의해서 측정된 ‘Total CEC’ 값은 비교적 높은 수준(50～l15meq/100 g)을 보인다 이 같은 CEC 값의 차이는 특히 제올라이트질 벤토나이트에서 보다 크게 나타나고, 이는 제올라이트에 의한 CEC 증대효과로 간주된다. 단백석이나 장석류들은 벤토나이트의 양이온 치환능력에 별다른 영향을 미치지 않는 것으로 나타난다. 벤토나이트 현탁액의 pH는 교환성 양이온들 중에서 알칼리 성분 함유도, 특히 Na의 함유수준이 증가됨에 따라 pH=9.3에 이를 정도로 증대되는 경향을 보인다. 그렇지만 경우에 따라서는 소위 ‘산성백토’로 취급될 수 있을 정도로 낮은 pH(5～6) 값을 갖는 벤토나이트들도 있다. 이는 일부 국내산 벤토나이트들이 몬모릴로나이트의 층간 양이온으로서 H＋ 을 일부 함유하고 있기 때문인 것으로 여겨진다. 궁극적으로 이 연구결과는 벤토나이트의 품위 산정에는 XRD 정량분석법이 적용되는 것이 합리적이고 CEC와 관련된 품질 특성은 전적으로 ‘Total CEC’ 개념에 의거하여 평가되어야 한다는 것을 시사한다.

화강암질 편마암의 풍화단면에서 풍화초기에 흑운모-질석-캐올리나이트로의 변질과정을 보여 주었으나, 지표층으로 가면서 질석 중간 상이 거의 인지되지 않고 흑운모-캐올리나이트 변질과정을 나타낸다. 흑운모의 풍화작용에 의해 생성된 1:1 규산염 층상광물은 캐올리나이트와 할로이사이트이며, 다른 메커니즘에 의해 형성되어 각기 다른 풍화조직을 보여준다. 캐올리나이트화작용은 입자의 가장자리로부터 내부로 진행되었다. 변질과정에서 10a의 흑운모 다층과 7a의 캐올리나이트 다층이 교호하고 있고, 두 상의 c-축이 일치한다. 변질된 캐올리나이트의 가상은 흑운모 입자의 외곽선에 기준하여 부피의 변화 없이 일정하고, 많은 공극이 벽개면을 따라 발달해 있어 판상의 캐올리나이트는 흑운모와의 1:1의 엽층 대 엽층 교대작용에 의해 형성된 것으로 보인다. 할로이사이트화작용은 흑운모의 엽편들은 보다 얇게 분리되어 벽개면에 수직방향으로 휘어져 렌즈상의 공극을 형성하고, 할로이사이트는 그 가장자리에서 외곽 방향으로 부채모양으로 발달하여 할로이사이트의 가상은 흑운모 입자의 현저한 부피 증가를 초래했다. 관상의 할로이사이트는 사장석의 용해작용에 의한 외부용액으로부터 Si와 Al을 공급받아 흑운모의 표면에 침전되어 성장되었다 이렇게 형성된 할로이사이트는 비정상적으로 높은 Fe(~11%)를 함유하고 있다.

한 구릉상에 자연적으로 노출된 지표면을 따라 대략 50 cm 이내의 두께를 이루며 분포한다. 풍화된 벤토나이트에는 몬모릴로나이트 외에 7 a형 할로이사이트가 수반되고 그 하부에 인접하는 벤토나이트에 비해서 상대적으로 원암의 광물성분이 거의 잔류되지 않는 점토광물 위주의 광물조성을 보인다. 전자현미경 하에서 몬모릴로나이트와 할로이사이트는 서로 혼재되기보다는 따로 구획되어 분리된 상태로 산출되는 경향이 있다. 몬모릴로나이트의 엽편상 결정형의 테두리가 다소 변형되어 무딘 편상 결정형의 양상을 보인다. 할로이사이트는 0.3 μm 내외의 폭과 2 μm 이내의 길이를 갖는 침상 내지 관상의 결정형을 이루고 흔히 다발형태의 집합체를 형성한다. 전자현미경 관찰을 통한 이들의 미시적 조직 및 산출 관계에 대한 해석에 의하면, 몬모릴로나이트에서 할로이사이트로의 상전이는 혼합층상 구조형 (M/H)과 같은 이들의 중간형 점토광물상을 거치지 않는 형식으로 이루어진 것으로 판단된다. 또한 몬모릴로나이트로부터 할로이사이트로의 변질반응은 산화조건에서 용해 및 침전 반응형식으로 진행되었던 것으로 해석된다 이 풍화변질 과정에서 SiO2를 비롯하여 Na, K 및 Ca과 같은 화학성분들이 심하게 용탈되어 많은 용해공극이 형성되었고, 상대적으로 잔류.농집된 A12O3와 Fe에 의해서 할로이사이트의 생성여건이 조성되었던 것으로 해석된다.