하동군 북천면 직전리 지역은 하동 회장암체의 최남단부에 위치하고 있으며, 이 회장암체의 남서쪽에서 섬록암이 관입하여 나타난다. 이 지역의 회장암 및 섬록암 내에는 티탄철석 광체가 발달하고 있는데 이 중 섬록암 내의 산상은 기존의 연구에서 보고된 바 없다. 회장암 내 광체에서 산출되는 티탄철석은 단일광물로 산출되는 반면, 섬록암 내 광체에서 산출되는 티탄철석 내에는 티탄철석-산화철, 금홍석-산화철 간의 용리조직이 관찰된다. 티탄철석 내 MnO의 함량은 섬록암체 내 광체에서 2.14~3.74 wt%로 회장암 내 광체에서의 함량보다 높게 나타나며, 사장석은 섬록암체에서 안데신(An28.7-42.9)의 조성을 보여주고, 회장암에서 라브라도라이트(An57.1-72.8)의 조성을 보여준다. 섬록암 내 광체에서 산출되는 티탄철석에서 관찰되는 용리조직은 섬록암의 관입으로 공급된 열에 의해 부분 재용융이 일어나고 냉각과정에 티탄철석이 산화철과 금홍석으로 용리된 것으로 사료된다.

하동군 북천면 직전리 일대에는 선캄브리아기 간극누적형 회장암체 내 티탄철석 광상이 발달하고 있다. 정밀 지질조사를 통한 노두 자료와 7개 공의 시추탐사 자료를 바탕으로 GOCAD S/W를 사용하여 티타늄의 자원량을 평가하였다. 티탄철석 광체의 지하 부존상태 및 규모를 예측하기 위해 3차원 모델링을 수행한 결과 5개 맥상 광체가 남북방향으로 발달하였으며, 지구통계학적 기법을 활용하여 평균품위 및 자원량을 산출한 결과 Ti 평균 품위 2.98 wt%, 티탄철석 광량 7,494,303톤 (Ti 223,330톤)이 산정되었다. 이번 연구에 수행된 3차원 모델링을 하동지역 회장암 내 티탄광상 전체에 적용함으로써 티타늄 광체의 3차원적 형태와 자원량 평가에 활용할 수 있을 것이다.

하동군 옥종면 월횡리에는 과거 개발하던 티탄철석 광산이 위치하며, 주변 지질은 선캄브리아기 지리산 편마암 복합체가 광범위하게 분포하고 이를 회장암이 관입하고 있다. 간극누적형 회장암체 내 티탄철 광체가 발달하고 있으며, Ti-광체 내 희토류원소를 포함하는 갈렴석이 맥상으로 발달하고 있다. 갈렴석의 CaO 함량은 11.02~12.81 wt%로 낮은 반면, ΣR2O3는 상대적으로 높은 17.21~21.58 wt% (R=Ce, La, Nd)의 범위를 보여준다. 갈렴석이 높은 방사능 이상치를 보여주는 이유는 갈렴석 내에 미립의 광물상으로 존재하는 토륨 광물인 톨라이트(thorite, ThSiO4) 때문인 것으로 밝혀졌다. 톨라이트는 3~6μm 크기의 입상으로 누대구조를 보여주며, 화학분석 결과 ThO2는 65~72.78 wt%, UO2는 5.49~12.78 wt%의 함량을 보였다. 이러한 광물학적 특성은 톨라이트를 함 REE 갈렴석을 찾는 방사능 탐사를 함에 있어 좋은 지시자로 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

용출구조를 보이는 티탄철석-적철석 광석시료에 대한 구조분석을 리트벨트법을 이용하여 시행하였다. 구조유사체인 두 광물의 분석결과, 기본구조인 팔면체의 형태는 티탄철석의 Ti를 중심으로 한 팔면체(M2)가 정팔면체에 가장 가까운 형태를 보여주며, 다음은 티탄철석의 Fe를 중심으로 한 팔면체(M1)이다. 적철석 팔면체의 경우 M1과 M2 중간정도이다. 고압실험은 두 광물의 회절선이 중첩되는 5.8 GPa까지 시행하였다. 이 압력구간에서 티탄철석은 정상적인 압축성을 보이나, 적철석의 압축은 미미하게 발생하는 비정상적인 거동을 보인다. 이러한 이상거동은 두 광물의 압축성 차이에 의한 차등대응에 의한 것으로 판단된다.

경남 하동군과 산청군 일대는 선캄브리아기 회장암체 내 티탄철석 광상이 배태됨이 잘 열려져 있다. 이 연구는 하동군 옥종면 월횡리에 위치하는 하동 티타늄 광산지역과 산청군 단성변 일대 6개 광구지역(단성 지적 64, 65, 74, 75, 84, 85호)에 대한 조사를 통하여 티탄철석광체의 배태양상을 규명 하고자 시도되었다. 옥종면 월횡리 티타늄 광체는 맥상으로 발달하며 북북동 주향과 북서 경사방향으로 폭 약 10~50 m, 연장 약 100 m로 발달한다. 이 지역에서 고품위 광체 (TiO2 20 wt% 내외)는 폭약 7m로 간극 누적형 회장암체 내 발달하기도 한다. 각력화 및 전단조직이 뚜렷하고 티탄철석은 기질부에서 각섬석과 수반됨이 특징이다. 산청군 단성면 일대는 엽리상 회장암체 내 티탄철석 광화작용이 초래되어 수m부터 수십m까지 다양한 폭으로 여러 매 교호 발달하는 성층형을 나타낸다. 티탄철석은 기질부에 광염되어 있으며 신장되거나 굴곡되어 산출하며 대체적으로 저품위 (TiO2 1.0~6.0 wt%)이다. 연구지역에서 티탄철석 광체는 맥상과 성층상으로 산출함이 확인되었으며 맥상광체가 성층상 광체보다는 고품위를 나타냄이 특징이다.

고온-고압 상태에서 티탄철석 (FeTiO3)의 상변이에 대한 연구가 있었으나, 그 결과는 서로 일치하지 않고 있다. 특히, 티탄철석상과 페롭스카이트상의 상변이 경계는 담금방법에 의해 결정된 것으로 신뢰도에 의문이 제기되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 고온-고압 현장상태에서 라지 볼륨 기기와 방사광을 이용하여 19 GPa와 700℃의 범위에서 X선 회절실험을 시행하였다. 이러한 실험결과, 페롭스카이트상은 상온에서 16 CPa 이상의 압력에서 안정하며, 15 CPa 근처에서 LiNbO3상으로 변이한다. 또한 이 두 고온-고압상은 500℃에서는 순간적인 상변이를 하고 있다. LiNbO3상은 각각 13 CPa 및 300'E와 10.8 GPa 및 400'E에서 티탄철석상으로 상변이 한다. 따라서 본 실험결과는 LiNbO3상은 고온-고압하에서 안정 영역을 확보하고 있으며, 페롭스카이트-티탄철석상경계는 이전에 발표된 결과와는 매우 다르다는 것을 지시해주고 있다.

The detailed crystal chemistry of ilmenite from the Hadong massif was studied by the EPMA, M ssbauer spectroscopy, and Rietveld structural refinement using X-ray powder diffraction data. The ilmenite-bearing anorthosite shows complicated mineral assemblage which consists of plagioclase, clinopyroxene, hornblende, biotite, chlorite, apatite, allanite, and zircon. Anorthite is andesine in composition (Ab 28-57), and clinopyroxene drops in ferro-hypersthene (Fs 62-70). Ilmenite is trigonal symmetry with R space group, whose structure shows the alternation of Fe2+ (M1 site) octahedral layer and Ti (M2 site) layer along c axis. M ssbauer spectroscopy indicates that there are three doubles which assigned to couple of Fe2+(δ=0.812, 0.890mm/sec) and one Fe3+(δ=0.303mm/sec) in octahedral sites. Their Fe3+/ΣFe is 0.065 and chemical formula is established as Fe2+0.94Fe3+0.07Ti0.97O3 using both EPMA and M ssbauer analysis. Rietveld structural refinement reveals that site occupancies of Fe in M1 and Ti in M2 are 91.2% and 89.4%, respectively. This implies that Ti and Fe2+ are alternatively occupy M1 and M2 sites. In addition, smaller M2 site is more preferable to Fe3+ occupancy over M1.