석류석

3. 물리적 성질

석류석은 모스 굳기 6.5 - 7.5, 비중 3.1 - 4.3의 물리적 성질을 갖는다. 결정계는 등축정계이며, 결정은 능형십이면체 또는 연꼴이십사면체 형태를 띤다. 이러한 정돈된 모양 때문에 석류석은 탄생석으로 선택되기도 하였다. 광택은 유리질이며, 투명도는 다양하다. 색상은 무색, 황색, 갈색, 적색, 녹색, 흑색 등 다양하게 나타난다.

3. 1. 특징

3. 2. 결정 구조

3. 3. 경도

3. 4. 자기적 성질

4. 화학적 조성 및 종류

일반적인 석류석의 화학식은 X₃Y₂(SiO₄)₃이다.^[67] X 자리에는 주로 칼슘, 마그네슘, 철(2가), 망간(2가) 등이 들어가고, Y 자리에는 철(3가), 알루미늄, 크롬(3가), 티타늄 등이 들어간다. Z 자리에는 규소, 비소, 바나듐, 알루미늄, 철(3가) 등이 들어갈 수 있다.^[68]

협의의 석류석은 화학 성분에 따라 여러 종단 성분으로 나눌 수 있으며, 자연에서는 이러한 성분들이 섞인 고용체 형태로 존재한다. 주요 종단 성분은 다음과 같다.

4. 1. 파이랄스파이트(Pyralspite) 계열 (Y 자리에 알루미늄)

4. 1. 1. 파이로프-스페사르틴 (변색 석류석)

4. 2. 우그란다이트(Ugrandite) 계열 (X 자리에 칼슘)

• 회철석류석(안드라다이트, andradite): Ca₃Fe₂(SiO₄)₃. 사문암 및 스카른에서 산출된다.^[2] 쇼로마이트(티탄 석류석)와 데만토이드도 여기에 속한다.
• 회반석류석(그로슐라, grossular): Ca₃Al₂(SiO₄)₃. 스카른에서 산출된다.^[2] 차보라이트가 여기에 속한다.
• 회크롬석류석(우바로바이트, uvarovite): Ca₃Cr₂(SiO₄)₃. 크롬 광상에서 산출된다.^[2]

4. 3. 기타 석류석 종류

• X 위치의 마그네슘 또는 망간
• * 노링석: Mg₃Cr₂(SiO₄)₃
• * 메이저석: Mg₃(Fe,Al,Si)₂(SiO₄)₃
• * 칼데라이트: (Mn²⁺,Ca)₃(Fe³⁺,Al)₂(SiO₄)₃
• * 모모이석류석: (Mn²⁺,Ca)₃(V³⁺,Al)₂(SiO₄)₃. 모모이 사이에서 유래했다.
• X 위치의 칼슘
• * 골드만석류석: Ca₃V₂(SiO₄)₃
• * 킴제이석: Ca₃(Zr,Ti)₂(Si,Al,Fe³⁺)₃O₁₂
• * 모리모토석류석: Ca₃TiFeSi₃O₁₂. 모리모토 신오에서 유래했다.
• * 숄로마이트: Ca₃Ti⁴⁺₂(SiO₄)(Fe³⁺O₄)₂
• 수산기를 포함 - X 위치의 칼슘
• * 수화석류석: Ca₃Al₂(SiO₄)_3-x(OH)_4x
• ** 히브쉬석: Ca₃Al₂(SiO₄)_3-x(OH)_4x (여기서 x는 0.2에서 1.5 사이)
• ** 가토석류석: Ca₃Al₂(SiO₄)_3-x(OH)_4x (여기서 x는 1.5보다 큼). 가토 아키라에서 유래했다.

5. 산출

석류석은 변성암에서 흔히 발견되며, 화성암에서도 일부 발견된다. 대부분 자연산 석류석은 성분상 구역 구조를 가지며 내포물을 포함한다.^[40] 결정 격자 구조는 고압 및 고온에서 안정적이므로 편마암, 각섬석 편암, 운모 편암을 포함한 녹색 편암상 변성암에서 발견된다.^[41] 지구 맨틀의 압력 및 온도 조건에서 안정적인 성분은 파이로프이며, 페리도타이트와 킴벌라이트 및 이들로부터 형성된 사문석에서 발견된다.^[41]

석류석은 최대 변성 작용의 압력과 온도를 기록할 수 있어 "P-T 경로"(압력-온도 경로)를 결정하는 지온열기압측정학 연구에서 지압계 및 지온계로 사용된다. 또한 변성암에서 등급선을 구분하는 지표 광물로 사용된다.^[41] 성분 구역 구조 및 내포물은 저온에서 고온으로의 결정 성장 변화를 나타낼 수 있다.^[42] 성분 구역 구조가 뚜렷하지 않은 석류석은 결정 격자 내에서 주요 원소의 확산을 초래하여 결정을 효과적으로 균질화하는 초고온(700 °C 이상)을 겪었거나, 구역 구조를 전혀 가지지 않았을 가능성이 크다.^[42] 석류석은 구조적 역사를 해석하는 데 도움이 되는 변성 조직을 형성할 수도 있다.^[42]

석류석은 변성 작용 조건을 밝히거나 특정 지질 사건의 연대를 측정하는 데 사용될 수 있다. 결정화 연대 측정에는 U-Pb 지질연대측정^[43]이, (U-Th)/He 시스템의 폐쇄 온도 이하로 냉각되는 시기를 측정하는 데에는 열연대측정이 사용된다.^[44]

석류석은 화학적으로 변질될 수 있으며, 주로 사문석, 활석, 녹니석으로 변질된다.^[41]

6. 지질학적 중요성

석류석 광물은 변성암에서 흔히 발견되며, 화성암에서도 소량 발견된다. 대부분의 자연산 석류석은 성분상 구역 구조를 가지며 내포물을 포함한다.^[40] 석류석의 결정 격자 구조는 고압 및 고온에서 안정적이므로 편마암, 각섬석 편암, 운모 편암을 포함한 녹색 편암상 변성암에서 발견된다.^[41] 지구 맨틀의 압력 및 온도 조건에서 안정적인 성분은 파이로프이며, 페리도타이트와 킴벌라이트에서 종종 발견될 뿐만 아니라 이들로부터 형성된 사문석에서도 발견된다.^[41]

석류석은 최대 변성 작용의 압력과 온도를 기록할 수 있다는 점에서 독특하며, "P-T 경로"(압력-온도 경로)를 결정하는 지온열기압측정학 연구에서 지압계 및 지온계로 사용된다. 석류석은 변성암에서 등급선을 구분하는 지표 광물로 사용된다.^[41] 성분 구역 구조 및 내포물은 저온에서 고온으로의 결정 성장 변화를 나타낼 수 있다.^[42] 성분 구역 구조가 뚜렷하지 않은 석류석은 결정 격자 내에서 주요 원소의 확산을 초래하여 결정을 효과적으로 균질화하는 초고온(700 °C 이상)을 겪었거나, 구역 구조를 전혀 가지지 않았을 가능성이 크다.^[42] 또한 석류석은 구조적 역사를 해석하는 데 도움이 되는 변성 조직을 형성할 수 있다.^[42]

석류석은 변성 작용의 조건을 밝히는 데 사용될 뿐만 아니라 특정 지질 사건의 연대를 측정하는 데에도 사용될 수 있다. 석류석은 결정화 연대를 측정하기 위한 U-Pb 지질연대측정^[43] 및 열연대측정에서 (U-Th)/He 시스템의 폐쇄 온도 이하로 냉각되는 시기를 측정하는 데 사용된다.^[44]

석류석은 화학적으로 변질될 수 있으며, 대부분 사문석, 활석, 녹니석으로 변질된다.^[41]

7. 용도

석류석은 투명하고 색깔이 아름다운 것은 보석으로, 경도가 높은 것은 연마재로 주로 사용된다.

투명도가 높은 적색, 주황색, 황색, 녹색의 석류석은 보석 장식용으로 사용되며, 둥글게 연마된 것은 가넷이라고 불린다.

경도가 높아 "금강사"라는 분말 형태의 연마재로도 이용된다. 입자가 고운 석류석은 비교적 저렴하게 대량으로 채굴할 수 있어 사포 등에 사용된다.

파이로프 성분과 스페사르틴 성분 사이에는 컬러 체인지 가넷이라는 것도 존재한다. 알렉산드라이트와 매우 유사한 변색 효과를 보이는 낱개 보석(loose)이다. 색상은 갈색-오렌지, 핑크-적색, 청록색-핑크 등 다양하다. 주요 산지는 스리랑카, 아프리카, 마다가스카르 등이다. 스리랑카산은 광산 폐쇄로 현재 산출되지 않아 희귀하며, 마다가스카르산이 양질이지만 수집가들 사이에서는 스리랑카산이 더 높은 가격으로 거래된다.^[1]

7. 1. 보석

7. 2. 연마재

7. 3. 기타 용도

8. 인공 석류석

이트륨 알루미늄 가넷(YAG), Y₃Al₂(AlO₄)₃은 화학적 합성 보석에 사용된다. 꽤 높은 굴절률로 인해, YAG는 더 발전된 모조석인 큐빅 지르코니아를 상업적 규모로 생산하는 방법이 개발되기 전인 1970년대에 다이아몬드 모조석으로 사용되었다. 네오디뮴(Nd³⁺), 어븀 또는 가돌리늄으로 도핑하면 YAG는 Nd:YAG 레이저,^[32] Er:YAG 레이저 및 Gd:YAG 레이저의 레이저 매질로 사용될 수 있다. 이러한 도핑된 YAG 레이저는 레이저 피부 재생술, 치과, 그리고 안과를 포함한 의료 시술에 사용된다.^[33][34][35]

이트륨 철 가넷(YIG), Y₃Fe₂(FeO₄)₃은 다섯 개의 철(III) 이온이 두 개의 팔면체와 세 개의 사면체 자리를 차지하며, 이트륨(III) 이온은 불규칙한 입방체에서 8개의 산소 이온에 의해 배위된다. 두 배위 자리의 철 이온은 서로 다른 스핀을 나타내어 자기적 거동을 보인다. YIG는 550 K의 퀴리 온도를 갖는 강자성 물질이다. YIG는 자기적으로 조절 가능한 필터 및 공진기로 사용되는 YIG 구로 만들 수 있으며, 마이크로파 주파수에 사용된다.^[36]

루테튬 알루미늄 가넷(LuAG), 은 고효율 레이저 장치에 사용되는 것으로 주로 알려진 독특한 결정 구조를 가진 무기 화합물이다. LuAG는 투명 세라믹의 합성에 유용하며,^[37] 다른 결정보다 높은 밀도와 열전도율로 인해 특히 선호된다. 다른 희토류 원소 가넷에 비해 비교적 작은 격자 상수를 가지고 있어, 더 높은 밀도를 생성하여 흡수 및 방출 시 더 좁은 선폭과 더 큰 에너지 레벨 분할을 갖는 결정장을 생성한다.^[38]

터븀 갈륨 가넷 (TGG), 는 뛰어난 투명 특성을 가진 패러데이 회전자 물질이며 레이저 손상에 매우 강하다. TGG는 레이저 시스템의 광학적 절연체, 광섬유 시스템의 광학적 순환기, 광학적 변조기 및 전류, 자기장 센서에 사용될 수 있다.^[39]

가돌리늄 갈륨 가넷 (GGG), 는 버블 메모리 및 자성 광학 응용 분야를 위한 자기 가넷 필름의 액상 에피택시를 위한 기판으로 사용하기 위해 합성된다.

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