고령석

3. 특성

고령토는 화학적으로 Al₂Si₂O₅(OH)₄로 표기되며, 납석을 포함하기도 한다. 1:1 또는 TO 점토 광물로, 규소와 산소 이온으로 구성된 사면체(T) 시트와 산소, 알루미늄, 수산화 이온으로 구성된 팔면체(O) 시트가 층층이 쌓인 구조를 가진다. 층간 수소 결합으로 인해 비팽창성이며, 낮은 이온 교환 용량을 가진다.^[15]

3. 1. 구조적 변환

4. 생성

고령토는 뜨겁고 습한 기후에서 암석의 화학적 풍화 작용으로 형성된 토양에서 풍부하게 발견된다. 예를 들어 열대 우림 지역에서 발견된다. 점차 서늘하거나 건조한 기후로 갈수록 고령토의 비율은 감소하는 반면, 일라이트(더 서늘한 기후) 또는 스멕타이트(더 건조한 기후)와 같은 다른 점토 광물의 비율은 증가한다. 이러한 기후 관련 차이는 고대 토양이 매몰되어 보존된 지질 시대의 기후 변화를 추론하는 데 종종 사용된다.^[22]

콩고 벨기에 농업 연구소(INEAC) 분류 시스템에서 점토 성분이 주로 고령토로 구성된 토양을 ''카올리솔''(고령토와 토양에서 유래)이라고 한다.^[23]

고령토의 저온 합성은 여러 측면을 갖는다. 첫째, 성장하는 결정에 공급되어야 하는 규산은 단량체 형태여야 한다. 즉, 실리카는 매우 희석된 용액에 존재해야 한다.^{[33][31][34][35]} 둘째, 알루미늄 양이온은 산소에 관해 6배위되어야 한다.^[37][38][39] 셋째, 이 두 가지 초기 구성 요소가 층상 구조를 가진 하나의 혼합 결정에 통합되어야 한다. 카올리나이트 형성에 대한 다음 방정식에서^[41]

:2Al(OH)3 + 2H4SiO4 -> Si2O5 . Al2(OH)4 + 5H2O

형성된 카올리나이트 분자 하나당 5개의 물 분자가 반응에서 제거되어야 함을 알 수 있다. 카올리나이트 반응에서 물 제거의 중요성을 설명하는 현장 증거는 Gastuche와 DeKimpe (1962)에서 제공되었다. 카올리나이트는 건기와 우기의 뚜렷한 계절적 교체가 있는 지역에서만 발견되었다.^[41] 알로판이 카올리나이트로의 전이에 미치는 젖고 마르는 조건의 교차의 가능한 중요성은 Tamura와 Jackson (1953)에 의해 강조되었다.^[42] 카올리나이트 형성에 대한 젖고 마르는 조건의 교차 역할도 Moore (1964)에 의해 언급되었다.^[43]

5. 산지

전 세계적으로 중국, 미국, 영국, 브라질, 독일 등에서 고령석이 많이 생산된다.^[98] 대한민국에서는 주로 고령토 형태로 많이 산출되며, 주요 산지는 다음과 같다.^[97]

6. 용도

고령석은 다양한 산업 분야에서 널리 사용된다.

제지 산업에서 고령토는 종이의 광택, 밝기, 매끄러움 등을 향상시키는 데 사용된다.^[62][63][64] 종이 코팅 및 충전재로 사용되며, 2009년에는 고령토의 최대 70%가 제지 생산에 사용되었다.^[59][60] 2021년 전 세계 고령토 생산량은 약 4,500만 톤으로 추정된다.^[61]

도자기 제조에도 사용된다. 백색 세라믹 제품의 경우, 고령토가 원료의 최대 50%를 구성할 수 있다.^{[65][63][66][67]} 고령토는 소성되지 않은 상태에서 성형 강도, 가소성 등 유변학적 특성에 기여하며, 소성 과정에서 뮬라이트 형성에 핵심적인 역할을 한다. 고령토 함량이 높을수록 고온에 잘 견디는 자기를 만들 수 있다.

카오울(Kaowool)이라고 불리는 단열재(일종의 광물 섬유) 생산을 위한 원료로도 사용된다.

그 외에도 페인트 첨가제로 사용되어 이산화 티타늄(TiO2) 백색 안료를 확장하고 광택 수준을 변경하며,^[69] 고무의 가황 시 특성을 변경하거나 레올로지를 변경하기 위한 접착제 첨가제로도 사용된다.

유기농법에서는 해충 구제 및 일소 현상 방지를 위한 살포제로 사용된다.

치약의 약한 연마제, 화장품의 충전재로도 사용된다.

6. 1. 의료

6. 2. 기타 용도

• 화장품 충전재, 팩, 비누 등에 사용된다.
• 흰색 백열전구의 빛을 확산시키는 재료로 사용된다.^[80]
• 에디슨 디스크 레코드 충전재로 사용된다.^[80]
• 백색 포틀랜드 시멘트 재료로 사용된다.
• 폐수 처리 시 흡착제로 활용된다.
• 아주 미량의 우라늄과 토륨을 포함할 수 있어 방사성 연대 측정 지표로 사용되기도 한다.

7. 안전성

고령토는 일반적으로 안전하다고 알려져 있지만 피부나 점막에 경미한 자극을 유발할 수 있다. 고령토 제품에는 흡입 시 알려진 발암 물질인 결정질 규소의 미량이 포함될 수도 있다.^[82]

미국에서 산업안전보건청(OSHA)은 작업장에서 고령토 노출에 대한 법적 한도(허용 노출 기준)를 8시간 작업일 기준 총 노출 15mg/m3, 호흡기 노출 5mg/m3으로 설정했다. 국립 산업 안전 보건 연구원(NIOSH)은 8시간 작업일 기준 총 노출 10mg/m3 TWA, 호흡기 노출 5mg/m3의 권장 노출 기준(REL)을 설정했다.^[83]

8. 카올리나이트-사문석 그룹

고령토, 다이크석, 나크라이트, 할로이사이트 등은 카올리나이트-사문석 그룹에 속하는 광물이다. 이들은 모두 Al₂Si₂O₅(OH)₄의 화학식을 가지거나 유사한 구조를 가지는 점토 광물이다.

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