장석

3. 종류

장석은 함유된 원소에 따라 크게 세 갈래로 나뉜다.

• 정장석과 미사정석은 포타슘-알루미늄 규산염 광물이다. 정장석은 단사정계에, 미사정석은 삼사정계에 속한다.
• 사장석은 소듐(나트륨)-알루미늄 규산염과 칼슘-알루미늄 규산염의 고용체이며, 삼사정계에 속한다.

• 조장석(알바이트): 90% 이상
• 올리고클래스: 70~90%
• 안데신: 50~70%
• 래브라도라이트: 30~50%
• 바이토우나이트: 10~30%
• 회장석(아노사이트): 10% 이하

• 칼륨 장석(K-장석) 종단원 KAlSi₃O₈
• 알바이트 종단원 NaAlSi₃O₈
• 아노르사이트 종단원 CaAl₂Si₂O₈

3. 1. 알칼리 장석

• 정장석(orthoclase): KAlSi₃O₈. 단사정계이며 중온~저온에서 형성된 칼륨 장석이다. 흰색, 회색, 노란색, 붉은색 등을 띠며, 녹색은 드물다. 모스 경도 6의 기준 광물이며, 자기나 광택제의 원료로 쓰인다. 투명하고 마름모꼴인 것은 빙장석(adularia, 아듀라리아)이라고도 한다.
• 사니딘(sanidine, 유리장석): (K,Na)AlSi₃O₈. 단사정계이며 고온에서 형성된 알칼리 장석으로, 나트륨을 약간 함유한다. 화산암에서 산출된다. 푸르스름한 색이 달빛처럼 흔들리는 것처럼 보이는 아름다운 것은 문스톤(월장석, moonstone)이라 불리며, 보석이 된다.
• 미사장석(microcline, 마이크로클린): KAlSi₃O₈. 삼사정계이며 중온~저온에서 형성된 칼륨 장석이다. 정장석과는 내부 구조가 달라 결정계도 다르지만, 외관상으로는 거의 구별되지 않는다. 녹청색의 아마조나이트(천하석, amazonite)는 미량의 납을 포함한다.
• 아노르토클레이스(anorthoclase, 조미사장석): (Na,K)AlSi₃O₈. 삼사정계이며 고온에서 형성된 알칼리 장석으로, 사니딘보다 나트륨을 많이 함유한다.

3. 2. 사장석

산성암에서는 소듐 성분이 많고 염기성암에서는 칼슘 성분이 우세하다. 사장석 계열의 비중은 알바이트 (2.62)에서 아노르사이트 (2.72~2.75)로 증가한다.

3. 3. 기타 장석

• 중정석: BaAl₂Si₂O₈. 단사정계. 바륨을 함유한 장석이다.
• 암모늄 장석: (NH₄)AlSi₃O₈. 단사정계. 암모늄을 함유한 장석으로, 열수 변질 작용에 의해 생성된다.^[27]

4. 결정 구조

장석 결정의 구조는 알루미늄규산염 사면체를 기반으로 한다. 각 사면체는 알루미늄 또는 규소 이온 하나가 네 개의 산소 이온에 둘러싸인 형태이다. 각 산소 이온은 차례로 이웃하는 사면체와 공유되어 3차원 망상 구조를 형성한다. 이 구조는 알루미늄규산염 사면체의 긴 사슬로 시각화할 수 있으며, 모양이 구부러져 있기 때문에 때로는 '크랭크축 사슬'이라고도 한다. 각 크랭크축 사슬은 이웃하는 크랭크축 사슬과 연결되어 융합된 4원자 고리의 3차원 망상 구조를 형성한다. 이 구조는 양이온(일반적으로 나트륨, 칼륨 또는 칼슘)이 구조에 들어가 전하 균형을 맞출 수 있을 만큼 충분히 열려 있다.

5. 화학적 풍화

장석의 화학적 풍화는 가수분해를 통해 일어나며, 일라이트, 스멕타이트, 카올리나이트와 같은 점토광물을 생성한다.^[31] 장석의 가수분해는 물에 용해되는 것으로 시작되며, 산성 또는 염기성 용액에서 가장 잘 일어나고 중성 용액에서는 덜 잘 일어난다.^[31] 장석의 풍화 속도는 용해 속도에 의해 조절된다.^[31] 용해된 장석은 H⁺ 또는 OH⁻ 이온과 반응하여 점토를 침전시킨다. 이 반응은 용액에 새로운 이온을 생성하며, 이온의 종류는 반응하는 장석의 종류에 따라 달라진다.

지구 지각에 장석이 풍부하므로 점토는 매우 풍부한 풍화 생성물이다.^[32] 퇴적암의 광물 중 약 40%가 점토이며, 점토는 가장 흔한 퇴적암인 이암에서 우세한 광물이다.^[33] 점토는 토양의 중요한 구성 요소이기도 하다.^[33] 점토로 치환된 장석은 결정질이고 유리질인 풍화되지 않은 장석 입자에 비해 백악질로 보인다.^[34]

사장석을 비롯한 장석은 높은 생성 온도 때문에 지표면에서는 매우 불안정하여 점토로 쉽게 풍화된다.^[33] 이러한 풍화되기 쉬운 경향 때문에 장석은 일반적으로 퇴적암에서 흔하지 않다. 많은 양의 장석을 함유한 퇴적암은 퇴적물이 매몰되기 전에 많은 화학적 풍화를 겪지 않았음을 나타낸다. 이는 풍화를 촉진하지 않는 차갑고 건조한 조건에서 짧은 거리만 수송되었고, 다른 퇴적물에 의해 빠르게 매몰되었음을 의미한다.^[35] 많은 양의 장석을 함유한 사암은 장석사암이라고 한다.^[35]

6. 응용 분야

장석은 유리 제조, 세라믹 제조에 흔히 사용되는 원료이며, 페인트, 플라스틱, 고무의 충전제 및 증량제로도 일부 사용된다. 미국의 경우 장석의 약 66%가 유리 제조(유리 용기 및 유리 섬유 포함)에 사용된다. 세라믹(전기 절연체, 위생 도기, 식기류, 타일 포함) 및 충전제와 같은 기타 용도가 나머지를 차지한다.^[36]

'''유리''' 장석은 유약제로서 K₂O와 Na₂O를 제공하고, 안정제로서 Al₂O₃와 CaO를 제공한다. 유리 제조를 위한 Al₂O₃의 중요한 공급원으로서, 장석은 낮은 철 함량과 내화성 광물 함량, Al₂O₃ 단위당 낮은 비용, 휘발성이 없고 폐기물이 없다는 점에서 가치가 있다.^[37]

'''세라믹''' 장석은 세라믹 산업에서 소성 중에 체내에서 유리상을 형성하고 따라서 유리화를 촉진하는 유약제로 사용된다. 또한 유약에서 알칼리와 알루미나의 공급원으로도 사용된다.^[37] 다양한 세라믹 제형에 사용되는 장석의 조성은 개별 등급의 특성, 다른 원료 및 완제품의 요구 사항을 포함한 다양한 요인에 따라 달라진다. 일반적인 첨가량은 다음과 같다.^[38]

'''지구과학''' 지구과학 및 고고학에서 장석은 칼륨-아르곤 연대 측정법, 아르곤-아르곤 연대 측정법 및 루미네선스 연대 측정법에 사용된다.

'''소량 사용''' 일부 가정용 세척제(Bar Keepers Friend 및 Bon Ami 등)에서는 장석을 사용하여 부드러운 연마 작용을 한다.^[39]

7. 생산

2020년 기준 전 세계 장석 생산량은 약 으로 추산되며, 주요 생산국은 중국中国|중국^중국어, 인도, 이탈리아, 터키 등이다.^[40]

8. 추가 정보

2012년 10월, 큐리오시티 로버가 화성 암석에서 높은 장석 함량을 발견했다.^[42]

참조

_[1] 논문 IMA–CNMNC approved mineral symbols 2021
_[2] 웹사이트 Feldspar http://www.gemologyo[...] 2012-11-08
_[3] 서적 Glossary of Geology American Geological Institute
_[4] 서적 Rock-forming Minerals (2nd edition) Volume 4A Geological Society of London
_[5] 서적 Geomorphology: The Mechanics and Chemistry of Landscapes https://books.google[...] Cambridge University Press
_[6] 서적 Treatise on Geochemistry Elsevier Science
_[7] 논문 Magma Mixing and Crustal Recycling Recorded in Ternary Feldspar from Compositionally Zoned Peralkaline Ignimbrite A', Gran Canaria, Canary Islands 2002-02-01
_[8] 웹사이트 Metamorphic Rocks Information http://seis.natsci.c[...] 2007-07-18
_[9] 서적 Petrology Freeman
_[10] 웹사이트 Geology http://geology.csupo[...] 2007-07-18
_[11] 서적 Die Namen der Steine. Das Mineralreich im Spiegel der Sprache Ott Verlag
_[12] 웹사이트 feldspar 2008-02-08
_[13] 웹사이트 spar https://en.oxforddic[...] Oxford Dictionaries 2018-01-13
_[14] 웹사이트 What is Feldspar? http://www.ima-na.or[...] Industrial Minerals Association 2007-07-18
_[15] 웹사이트 Sanidine Feldspar http://www.galleries[...] Feldspar Amethyst Galleries, Inc. 2008-02-08
_[16] 웹사이트 The Mineral Orthoclase http://www.galleries[...] Feldspar Amethyst Galleries, Inc. 2008-02-08
_[17] 웹사이트 Microcline Feldspar http://www.galleries[...] Feldspar Amethyst Galleries, Inc. 2008-02-08
_[18] 논문 The IUGS systematics of igneous rocks
_[19] 간행물 Rock Classification Scheme - Vol 1 - Igneous http://nora.nerc.ac.[...] 1999
_[20] 서적 Principles of igneous and metamorphic petrology Cambridge University Press 2009
_[21] 서적 The Evolution of the Igneous Rocks Dover
_[22] 서적 Manual of mineralogy : (after James D. Dana) Wiley 1993
_[23] 웹사이트 The Mineral Orthoclase http://www.galleries[...] Feldspar Amethyst Galleries, Inc. 2008-02-08
_[24] 웹사이트 Sanidine Feldspar http://www.galleries[...] Feldspar Amethyst Galleries, Inc. 2008-02-08
_[25] 웹사이트 Microcline Feldspar http://www.galleries[...] Feldspar Amethyst Galleries, Inc. 2008-02-08
_[26] 웹사이트 Perthite Profile on mindat.org http://www.mindat.or[...] 2008-02-08
_[27] 웹사이트 Buddingtonite https://www.mindat.o[...]
_[28] 웹사이트 Feldspar Group https://www.mindat.o[...] mindat.org 2021-07-04
_[29] 웹사이트 Celsian–orthoclase series on Mindat.org http://www.mindat.or[...]
_[30] 웹사이트 Celsian–hyalophane series on Mindat.org http://www.mindat.or[...]
_[31] 서적 Feldspars in Weathering https://doi.org/10.1[...] Springer Netherlands 2020-11-18
_[32] 서적 Earth Materials Wiley-Blackwell
_[33] 웹사이트 Weathering & Clay Minerals http://www.tulane.ed[...] Tulane University 2008-09-01
_[34] 웹사이트 Physical Geology https://opentextbc.c[...] BCcampus 2015-09-01
_[35] 웹사이트 Arkose https://www.mindat.o[...] 2020-11-18
_[36] 간행물 Feldspar and nepheline syenite http://minerals.usgs[...] USGS 2008
_[37] 서적 Industrial Minerals & Rocks - Commodities, Markets And Uses Society For Mining, Metallurgy And Exploration 2006
_[38] 서적 Industrial Ceramics Chapman & Hall 1971
_[39] 뉴스 Visiting Our Past: Feldspar mining and racial tensions https://www.citizen-[...] Asheville Citizen-Times 2019-08-04
_[40] 간행물 Feldspar And Nepheline Syenite U.S. Geological Survey 2020-01
_[41] 간행물 Feldspar Facts Ceramic Review 2004-05
_[42] 뉴스 Nasa's Curiosity rover finds 'unusual rock' https://www.bbc.co.u[...] BBC News 2012-10-12
_[43] 웹사이트 NASA Rover's First Soil Studies Help Fingerprint Martian Minerals https://web.archive.[...] NASA 2012-10-30
_[44] 서적 フィールドベスト図鑑15 日本の鉱物 学習研究社 2003
_[45] 논문 Solid solutions in mineral nomenclature http://www.mineralog[...] Canadian Mineralogist 1992