자철석
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
자철석은 Fe2+(Fe3+)2(O2-)4의 화학 조성을 갖는 검은색의 금속 광택을 띠는 광물이다. 정팔면체 결정을 이루며, 강한 자성을 띠어 천연 자석으로 사용되기도 한다. 화성암, 퇴적암, 토양 등에서 발견되며, 제철, 자기 기록 매체, 촉매, 나노 입자, 수질 정화 등 다양한 용도로 활용된다. 생물체 내에서도 발견되며, 특히 자성 세균, 조류, 키톤류 등에서 생물 자성을 나타낸다. 인간의 뇌에서도 발견되며, 뇌 기능 및 신경 퇴행성 질환과의 관련성에 대한 연구가 진행되고 있다.
더 읽어볼만한 페이지
- 산화 철 안료 - 침철석
침철석은 삼산화철 수산화물 광물로, 녹과 늪철광석의 주요 구성 성분이며, 다른 철 함유 광물의 풍화 작용으로 형성되어 토양, 철광석, 오커 안료, 보석 등으로 사용된다. - 산화 철 안료 - 황토색
황토색은 갈철석을 주성분으로 하는 흙 안료의 일종으로 지구의 흙에서 보이는 색이며, 오랜 역사를 지닌 안료로서 다양한 문화권에서 널리 사용되었고, 대한민국에서는 서울색 중 하나인 꽃담황토색이 택시의 도색에 적용되어 있다. - 강자성 물질 - 가돌리늄
가돌리늄은 은백색의 연성과 전성을 가진 희토류 원소로, 특정 온도에서 강자성 또는 강한 상자성을 띠어 MRI 조영제, 중성자 차폐물, 합금, 형광체 등 다양한 분야에 응용되며, 핀란드 화학자의 이름을 딴 원소이다. - 강자성 물질 - 캘리포늄
캘리포늄은 원자 번호 98번의 악티늄족 방사성 원소로, 은백색 금속이며, 20가지 방사성 동위원소 중 캘리포늄-252는 강력한 중성자 방출원으로 활용되고, 1950년 캘리포니아 대학교 버클리에서 합성되어 이름 붙여졌다.
| 자철석 | |
|---|---|
| 광물 정보 | |
 | |
| 종류 | 산화 광물 스피넬족 스피넬 구조 그룹 |
| 화학식 | 철(II,III) 산화물, |
| IMA 기호 | Mag |
| 스트룬츠 분류 | 4.BB.05 |
| 결정계 | 등축정계 |
| 공간군 | Fdm (no. 227) |
| 격자 상수 | a = 8.397 Å; Z = 8 |
| 색 | 검은색, 햇빛에 반사되면 갈색조가 도는 회색 |
| 결정형 | 팔면체, 미세한 입상에서 괴상까지 |
| 쌍정 | {Ill} 면에서 쌍정 및 조성면으로, 스피넬 법칙에 따라 접촉쌍정으로 나타남 |
| 쪼개짐 | 불분명, {Ill} 면에서 분리, 매우 양호 |
| 깨짐 | 불규칙 |
| 굳기 | 5.5–6.5 (모스 굳기계) |
| 광택 | 금속 광택 |
| 조흔색 | 검은색 |
| 비중 | 5.17–5.18 |
| 용해도 | 염산에 천천히 녹음 |
| 투명도 | 불투명 |
| 특징 | 자철 |
| 변종 | 자류철석 |
| 자류철석 설명 | 뚜렷한 남극과 북극을 가진 자성체 |
| 물리적 특성 | |
| 자성 | 강자성체 |
| 기타 정보 | |
| 관련 광물 | 마그헤마이트 헤마타이트 |
| 이름 정보 | |
| 어원 | 자성을 띠는 특성에서 유래 |
2. 성질
자철석은 철의 산화물 광물 중 하나로, Fe2+과 Fe3+을 모두 포함한다.[14][15] 이는 자철석이 형성될 당시의 산소 농도 조건을 반영한다. 결정 구조는 역 스피넬 형태이며[15][16], 울보스피넬이나 마그네시오페라이트와 같은 유사 구조 광물과 고용체를 형성하기도 한다.
물리적으로는 흑색의 금속 광택을 띠며, 모스 굳기는 5.5~6.5, 비중은 5.2 정도이다. 강한 자성을 가지는 것이 가장 큰 특징으로, 천연 자석으로도 존재하며 초기 나침반에 활용되었다. 이러한 자기적 특성 덕분에 고지자기학 연구에서 중요하게 사용되어 판 구조론 등 지구과학적 이해를 넓히는 데 기여했다.
또한 자철석은 주변 환경의 산소 농도에 따라 적철석과 상호작용하며, 이는 암석이 형성될 당시의 산화 환경을 추정하는 중요한 지표가 된다.[17][18]
2. 1. 물리적 성질
자철석의 화학 조성은 Fe2+(Fe3+)2O42-이다. 이는 자철석이 제2철(Fe2+)과 제3철(Fe3+) 철을 모두 포함하고 있음을 나타내며, 중간 수준의 산소를 포함하는 환경에서 결정화되었음을 시사한다.[14][15] 자철석의 결정 구조는 1915년에 X선 회절을 사용하여 밝혀진 최초의 결정 구조 중 하나이다. 구조는 역 스피넬 구조로, O2- 이온이 면심 입방 격자를 형성하고 철 양이온이 틈새 자리를 차지한다. Fe3+ 양이온의 절반은 사면체 자리를 차지하고, 나머지 절반은 Fe2+ 양이온과 함께 팔면체 자리를 차지한다. 단위 세포는 32개의 O2- 이온으로 구성되어 있으며, 단위 세포 길이는 ''a'' = 0.839 nm이다.[15][16]역 스피넬 그룹의 구성원으로서, 자철석은 울보스피넬(Fe2TiO4) 및 마그네시오페라이트(MgFe2O4)를 포함한 유사한 구조의 광물과 고용체를 형성할 수 있다. 티타노마그네타이트는 많은 마그마성 화성암에서 결정화되는 자철석과 울보스피넬 사이의 고용체이다. 티타노마그네타이트는 냉각 중에 산소 분리를 겪어 자철석과 일메나이트의 성장 결과를 초래할 수 있다.
자연산 및 합성 자철석은 {111} 면으로 둘러싸인 팔면체 결정과 능면체 십이면체로 가장 흔하게 나타난다.[15] 쌍정은 {111} 면에서 발생한다.[3] 수열 합성은 일반적으로 최대 10mm 크기의 단일 팔면체 결정을 생성한다.[15] 0.1 M HI 또는 2 M NH4Cl과 같은 광화제와 0.207 MPa에서 416–800 °C에서 자철석은 능면체 십이면체 형태의 조합으로 결정화되었다.[15]
자철석은 흑색이며 금속 광택을 띤다. 결정은 정팔면체를 이룬다. 비중은 5.2이며, 모스 굳기는 5.5에서 6.5 사이이다.
강한 자성을 띠는 것이 특징이며, 자철석 그 자체가 천연 자석이 되는 경우도 있다. 초창기 나침반의 형태로 사용되었으며, 고지자기학에서 중요한 도구로 사용되어 판 구조론을 이해하는 데 중요하고, 자기유체역학 및 기타 과학 분야의 역사적 자료로서도 활용된다. 자철석과 일메나이트, 적철석, 울스피넬과 같은 다른 산화철 광물 간의 관계는 많이 연구되어 왔으며, 이러한 광물과 산소 간의 변성 반응은 자철석이 지구 자기장의 기록을 어떻게, 그리고 언제 보존하는지에 영향을 미친다.[21] 자철석이 충분한 양으로 존재할 경우, 자기력계를 사용하여 자기 강도를 측정하는 항공 자기 탐사에서 발견될 수 있다.[27]
저온에서 자철석은 약 120 K에서 단사정 구조에서 입방정 구조로 상전이하는 베르웨이 전이를 겪는다.[22] 이 금속-절연체 전이는 급격하게 일어나며, 입자 크기, 자구 상태, 압력,[23] 및 철-산소 화학 양론에 따라 달라진다.[24] 베르웨이 전이 근처인 약 130 K에서 등방성 점이 발생하며, 이 지점에서 자기 결정 이방성 상수 부호가 양수에서 음수로 바뀐다.[25] 자철석의 큐리 온도는 580°C이다.[26] 고체 자철석 입자는 약 1583°C에서 1597°C 사이에서 녹는다.[28][29]
2. 2. 화학적 성질
자철석은 산소와 반응하여 적철석을 생성한다. 이 두 광물은 함께 환경의 산화 정도(산소 푸가시티)를 제어할 수 있는 완충계를 형성하는데, 이를 적철석-자철석 또는 HM 완충계라고 부른다. 산소 수준이 낮을 경우, 자철석은 석영 및 파야라이트와 함께 QFM 완충계로 알려진 완충계를 형성할 수 있다. 산소 수준이 더욱 낮아지면, 자철석은 우스타이트와 함께 MW 완충계로 알려진 완충계를 형성한다. QFM 및 MW 완충계는 암석 화학에 대한 실험에서 널리 사용되어 왔으며, 특히 QFM 완충계는 대부분의 화성암과 유사한 산소 푸가시티를 생성하는 것으로 알려져 있다.[17][18]이러한 특성 때문에 자철석은 암석이 형성되는 조건을 이해하는 데 중요하게 사용된다. 일반적으로 화성암에는 티타노자철석과 헤모일메나이트 또는 티타노적철석의 고용체가 포함되어 있는데, 이 광물 쌍의 조성을 분석하여 마그마가 형성될 당시의 산소 푸가시티를 계산할 수 있다. 마그마는 다양한 산화 조건 하에서 발견되며, 산화 상태는 마그마가 분별 결정 작용을 통해 어떻게 진화할 수 있는지 결정하는 데 중요한 역할을 한다.[19]
자철석은 또한 사문암화 작용에 의해 페리도타이트와 더나이트와 같은 암석에서도 생성될 수 있다.[20] 토양에서도 자철석 나노 입자가 형성될 수 있으나, 이 경우 마그헤마이트로 빠르게 산화될 가능성이 높다.[13]
2. 3. 결정 구조
자철석의 화학 조성은 Fe2+(Fe3+)2(O2-)4이다. 이는 자철석이 제2철(2가)과 제3철(3가) 철을 모두 포함하고 있음을 나타내며, 중간 수준의 산소를 포함하는 환경에서 결정화되었음을 시사한다.[14][15] 그 구조의 주요 세부 사항은 1915년에 밝혀졌다. 이는 X선 회절을 사용하여 얻어진 최초의 결정 구조 중 하나였다. 구조는 역 스피넬 구조로, O2- 이온이 면심 입방 격자를 형성하고 철 양이온이 틈새 자리를 차지한다. Fe3+ 양이온의 절반은 사면체 자리를 차지하고, 나머지 절반은 Fe2+ 양이온과 함께 팔면체 자리를 차지한다. 단위 세포는 32개의 O2- 이온으로 구성되어 있으며, 단위 세포 길이는 ''a'' = 0.839nm이다.[15][16]역 스피넬 그룹의 구성원으로서, 자철석은 고용체를 형성할 수 있으며, 여기에는 울보스피넬 (Fe2TiO4) 및 마그네시오페라이트 (MgFe2O4)를 포함한 유사한 구조의 광물이 포함된다.
티타노마그네타이트는 티탄철석이라고도 하며, 많은 마그마성 화성암에서 결정화되는 자철석과 울보스피넬 사이의 고용체이다. 티타노마그네타이트는 냉각 중에 산소 분리를 겪어 자철석과 일메나이트의 성장 결과를 초래할 수 있다.
2. 4. 자기적 성질
자철석은 강한 자성을 띠는 것이 특징이며, 그 자체가 천연 자석이 되는 경우도 있다. 초창기 나침반의 형태로 사용되기도 했다. 자철석은 고지자기학에서 중요한 도구로 사용되는데, 이는 판 구조론을 이해하는 데 중요하며, 자기유체역학 및 기타 과학 분야의 역사적 자료로서도 활용된다.자철석과 일메나이트, 적철석, 울스피넬과 같은 다른 산화철 광물 간의 관계는 많이 연구되어 왔다. 이러한 광물과 산소 간의 변성 반응은 자철석이 지구 자기장의 기록을 어떻게, 그리고 언제 보존하는지에 영향을 미친다.[21]
저온에서 자철석은 베르웨이 전이라고 알려진 상전이를 겪으며, 단사정 구조에서 입방정 구조로 변한다. 광학 연구에 따르면 이 금속-절연체 전이는 급격하게 일어나며 약 120 K에서 발생한다.[22] 베르웨이 전이는 입자 크기, 자구 상태, 압력,[23] 및 철-산소 화학 양론에 따라 달라진다.[24] 베르웨이 전이 온도 근처인 약 130 K에서는 등방성 점이가 발생하며, 이 지점에서 자기 결정 이방성 상수의 부호가 양수에서 음수로 바뀐다.[25] 자철석의 큐리 온도는 580°C이다.[26]
자철석이 충분한 양으로 존재할 경우, 자기력계를 사용하여 자기 강도를 측정하는 항공 자기 탐사를 통해 발견될 수 있다.[27] 물리적으로는 흑색이며 금속 광택을 띤다. 결정은 정팔면체 형태를 이루며, 비중은 5.2, 모스 굳기는 5.5에서 6.5 사이이다.
2. 5. 반응
자철석은 암석이 형성되는 조건을 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 자철석은 산소와 반응하여 적철석을 생성하는데, 이 두 광물은 환경의 산화 정도, 즉 산소 푸가시티를 조절하는 완충계를 형성한다. 이 완충계는 적철석-자철석 완충계 또는 HM 완충계로 불린다.산소 수준이 낮아지면, 자철석은 석영 및 파야라이트와 함께 QFM 완충계를 형성할 수 있다. 산소 수준이 더 낮아지면, 자철석은 우스타이트와 함께 MW 완충계를 형성한다. QFM 완충계와 MW 완충계는 암석 화학 실험에서 널리 사용된다. 특히 QFM 완충계는 대부분의 화성암과 유사한 산소 푸가시티 조건을 만들어낸다.[17][18]
일반적으로 화성암에는 티타노자철석과 헤모일메나이트 또는 티타노적철석의 고용체가 포함되어 있다. 이 광물 쌍의 조성을 분석하면 당시의 산소 푸가시티를 계산할 수 있다. 마그마는 다양한 산화 조건을 가질 수 있으며, 이러한 산화 상태는 마그마가 분별 결정 작용을 통해 어떻게 진화하는지를 결정하는 데 중요한 요소가 된다.[19]
또한 자철석은 페리도타이트와 더나이트가 사문암화 작용을 겪을 때 생성되기도 한다.[20]
3. 산출지
자철석은 화성암 중에 매우 흔하게 포함된 조암 광물의 일종이며, 다양한 지질 환경에서 산출된다. 때로는 해변 모래 속 흑사 형태로 대량 발견되기도 하며, 고대 퇴적층인 줄무늬 철광층에서도 거대한 매장량이 확인된다.[30][31][32] 이러한 줄무늬 철광층은 과거 지구 대기의 산소 농도 변화를 연구하는 데 중요한 자료가 된다.[33]
전 세계적으로 주요 산출지는 인도, 오스트레일리아, 러시아, 이란, 중국, 칠레, 페루, 캐나다, 미국, 아프리카 등 여러 대륙에 걸쳐 분포한다. 특정 지역에서는 자철석의 강한 자기적 특성으로 인해 나침반 항법에 영향을 미치기도 한다.[43]
드물게 생물광물화 과정을 통해 생성된 자기화석 형태로 발견되거나,[48] 운석에서도 자철석이 발견된 사례가 있다.[49] 또한, 인체에도 미량 존재하는 것으로 알려져 있다.
3. 1. 주요 산출지
자철석은 다양한 형태로 산출되며, 때로는 해변 모래에서 대량으로 발견되기도 한다. 이러한 흑사(광물 모래 또는 철사)는 홍콩의 룽쿠탄, 미국 캘리포니아, 뉴질랜드 북섬 서해안 등 여러 곳에서 발견된다.[30] 이는 암석에서 침식된 자철석이 강물에 의해 해변으로 운반된 후, 파도와 해류에 의해 농축된 결과이다.
자철석의 거대한 매장량은 줄무늬 철광층에서도 발견된다.[31][32] 이 퇴적암은 과거 지구 대기의 산소 함량 변화를 연구하는 데 중요한 단서를 제공한다.[33]
전 세계적으로 자철석의 대규모 매장지는 여러 곳에 분포한다. 대표적인 지역으로는 칠레 아타카마 지역(칠레 철광 벨트),[34] 우루과이 발렌타인스 지역,[35] 스웨덴의 키루나,[36] 오스트레일리아 뉴사우스웨일스의 탤라왕 지역,[37] 그리고 미국 뉴욕주의 애디론댁 산맥 등이 있다.[38] 모리타니의 최고봉인 케디에트 에지 질은 산 전체가 자철석으로 이루어져 있을 정도이다.[39] 스페인 레온 주의 몰리나세카, 알바레스, 라바날 델 카미노 지역에는 유럽 최대 규모로 추정되는 자철석 매장지가 있으며, 1955년부터 1982년까지 채굴이 이루어졌다.[40] 이 외에도 노르웨이, 루마니아, 우크라이나에서도 매장지가 발견된다. 페루 남부에서는 자철석이 풍부한 모래 언덕이 발견되는데,[41] 2005년 한 탐사 회사는 이곳에서 광대한 자철석 함유 모래 언덕 매장지를 발견했다. 이 사구 지대는 250km2에 걸쳐 있으며, 가장 높은 사구는 사막 지면 위로 2000m 이상 솟아 있다. 이 모래에는 약 10%의 자철석이 포함되어 있다.[42]
자철석이 풍부한 지역에서는 나침반 항법에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 오스트레일리아 태즈메이니아에는 자성이 강한 암석이 많아 나침반 사용 시 주의가 필요하며, 정확한 항법을 위해 추가적인 확인 절차가 요구된다.[43]
일반적으로 자철석은 팔면체 결정을 이루지만, 드물게 입방체 형태의 결정이 발견되기도 한다. 이러한 결정은 미국 뉴욕주 세인트로렌스 군의 발마트[44][45]와 스웨덴의 롱반[46] 등지에서 보고되었다. 이는 아연과 같은 다른 양이온이 존재할 때 결정화된 결과로 추정된다.[47]
자철석은 생물광물화 과정을 통해 화석에서도 발견될 수 있으며, 이를 자기화석이라고 한다.[48] 또한, 운석에서도 자철석이 발견된 사례가 있다.[49] 자철석은 화성암을 구성하는 매우 흔한 조암 광물 중 하나이기도 하다. 인체에도 미량 존재한다.
주요 산출 국가는 다음과 같다.
| 국가 | 비고 |
|---|---|
| 인도 | |
| 오스트레일리아 | 뉴사우스웨일스 탤라왕 지역 등 |
| 러시아 | |
| 이란 | |
| 중국 | |
| 칠레 | 아타카마 지역 (칠레 철광 벨트) |
| 페루 | 남부 모래 언덕 등 |
| 캐나다 | |
| 미국 | 캘리포니아 해변, 뉴욕주 애디론댁 산맥, 타코나이트 등 |
| 아프리카 | 모리타니 케디에트 에지 질 등 |
3. 2. 기타 산출지
자철석은 때때로 해변 모래에서 대량으로 발견된다. 이러한 종류의 흑사(광물 모래 또는 철사)는 홍콩의 룽쿠탄, 미국의 캘리포니아, 뉴질랜드 북섬 서해안 등 다양한 곳에서 발견된다.[30] 암석에서 침식된 자철석은 강물에 의해 해변으로 운반되어 파도 작용과 해류에 의해 농축된다. 거대한 매장량은 줄무늬 철광층에서도 발견되었다.[31][32] 이러한 퇴적암은 지구 대기 중의 산소 함량 변화를 추론하는 데 사용되었다.[33]
자철석의 대규모 매장지는 다음과 같은 지역에서 발견된다.
- 칠레 아타카마 지역(칠레 철광 벨트)[34]
- 우루과이 발렌타인스 지역[35]
- 스웨덴의 키루나[36]
- 오스트레일리아 뉴사우스웨일스의 탤라왕 지역[37]
- 미국 뉴욕주의 애디론댁 산맥[38]
- 모리타니의 최고봉인 케디에트 에지 질 (산 전체가 자철석으로 이루어짐)[39]
- 스페인 레온 주의 몰리나세카, 알바레스, 라바날 델 카미노 지역 (오르도비스기 지형, 유럽 최대 규모 추정, 1955년~1982년 채굴)[40]
이 외에도 노르웨이, 루마니아, 우크라이나에서도 매장지가 발견된다. 자철석이 풍부한 모래 언덕은 페루 남부에서도 발견된다.[41] 2005년, 탐사 회사 카데로 리소스는 페루에서 광대한 자철석 함유 모래 언덕 매장지를 발견했다. 이 사구 지대는 250km2에 걸쳐 있으며, 가장 높은 사구는 사막 지면에서 2000m가 넘는다. 모래에는 약 10%의 자철석이 포함되어 있다.[42]
충분한 양의 자철석은 나침반 항법에 영향을 미칠 수 있다. 태즈메이니아에는 나침반에 큰 영향을 줄 수 있는 고도로 자화된 암석이 많은 지역이 있어, 이곳에서 나침반을 사용할 때는 항법 문제를 최소화하기 위해 추가적인 단계와 반복적인 관찰이 필요하다.[43]
입방체 형태의 자철석 결정은 드물지만 미국 뉴욕주 세인트로렌스 군의 발마트[44][45]와 스웨덴의 롱반에서 발견되었다.[46] 이러한 형태는 아연과 같은 양이온이 존재할 때 결정화된 결과일 수 있다.[47]
자철석은 생물광물화 과정을 통해 화석에서도 발견될 수 있으며, 이를 자기화석이라고 한다.[48] 운석에서 유래한 우주 공간의 자철석 사례도 있다.[49] 또한, 자철석은 화성암 중에 매우 흔하게 포함된 조암 광물의 일종이다.
주요 산지는 다음과 같다.
인체에도 미량 존재한다.
4. 용도
(내용 없음)
4. 1. 제철
자철석은 철 함량이 높아 오랫동안 주요한 철광석으로 사용되어 왔다.[70] 철의 중요한 광석 광물인 자철석은 고로에서 선철 또는 스펀지 철로 환원되어 강철로 변환된다.[71] 과거에는 사철이나 무쇠 형태로 자연적으로 채취된 자철석이 다타라 제철의 원료로 널리 사용되기도 했다. 기본적으로 전 세계 어디에서나 채취할 수 있지만, 대부분 품질이 낮아 상업적으로 사용하기 위해서는 불순물을 제거하는 선광 처리가 필요하다.4. 2. 자기 기록
자기 테이프를 이용한 음성 녹음 기술은 1930년대에 개발되었다. 독일의 마그네토폰은 초기에 BASF가 셀룰로스 아세테이트에 코팅한 자철석 가루를 사용했으나, 곧 성능이 더 우수한 감마 산화철로 대체되었다.[72] 제2차 세계 대전 이후 미국의 3M 사는 독일의 기술을 바탕으로 연구를 이어갔다. 1946년, 3M 연구진은 기존의 정육면체 자철석 가루를 사용한 테이프 대신, 바늘 모양의 감마 산화철(γ-Fe2O3) 입자를 사용하여 자기 테이프의 성능을 개선했다.4. 3. 촉매
세계 에너지 예산의 약 2~3%는 질소 고정을 위한 하버-보슈 공정에 사용되는데, 이 공정은 자철석에서 유래한 촉매에 의존한다. 산업용 촉매는 주로 고순도 자철석을 환원시켜 얻은 미세하게 분쇄된 철 분말로부터 만들어진다. 이 분말화된 철 금속을 연소(산화)시키면 정해진 입자 크기의 자철석 또는 뷔스타이트가 생성된다. 이후 자철석이나 뷔스타이트 입자를 부분적으로 환원시켜 일부 산소를 제거한다. 이렇게 만들어진 촉매 입자는 자철석을 핵으로 하고, 그 주위를 뷔스타이트 껍질이 감싸며, 다시 가장 바깥쪽은 철 금속 껍질로 둘러싸인 구조를 가진다. 촉매는 환원 과정 중에도 부피를 대부분 유지하기 때문에, 다공성이 높고 표면적이 넓은 물질이 되어 촉매로서의 효율을 높인다.4. 4. 나노 입자 활용
자철석 마이크로입자나 나노입자는 생물의학부터 환경 분야에 이르기까지 다양한 영역에서 활용된다. 대표적인 예로 수질 정화 분야를 들 수 있다. 고구배 자력 분리(high-gradient magnetic separation) 방식을 이용하는데, 오염된 물에 자철석 나노입자를 투입하면 물속에 부유하는 입자(고체, 박테리아, 플랑크톤 등)에 달라붙는다. 이후 자력을 이용해 이 입자들을 가라앉혀 오염 물질을 제거하고, 사용된 자철석 입자는 회수하여 재활용할 수 있다.[75] 이 기술은 방사성 물질이나 발암성 입자 제거에도 적용될 수 있으며, 수계에 유입된 중금속을 정화하는 중요한 수단으로 활용된다.[76]자기 나노입자의 또 다른 중요한 응용 분야는 강자성 유체(ferrofluid)의 생성이다. 강자성 유체는 여러 방식으로 활용되는데, 특히 인체 내 약물 전달 시스템에서 주목받고 있다.[75] 약물 분자와 결합된 자철석 입자를 외부 자기장을 이용해 신체의 특정 부위로 유도하는 방식이다. 이를 통해 전신에 영향을 주지 않고 필요한 부위만 표적 치료할 수 있어, 부작용을 줄이고 치료 효과를 높일 수 있으며, 특히 암 치료 분야에서 유용하게 활용될 잠재력을 지닌다. 또한, 강자성 유체는 자기 공명 영상(MRI) 기술에서 조영제로 사용되어 영상의 선명도를 높이는 데 기여하기도 한다.[77]
4. 5. 석탄 산업
선탄 공장에서는 석탄과 폐기물을 분리하기 위해 비중 분리법을 사용하기도 한다. 이 기술은 석탄(1.3–1.4톤/m3)과 셰일(2.2–2.4톤/m3) 사이의 밀도 차이를 이용하는 방식이다. 자철석을 물에 섞어 중간 밀도의 액체를 만들면, 여기에 석탄과 셰일 혼합물을 넣었을 때 밀도가 낮은 석탄은 뜨고 밀도가 높은 셰일은 가라앉아 서로 분리된다.[78]4. 6. 중의학
중의학에서는 독성이 있는 진사를 대신하여 진정이나 최면 효과를 얻기 위해 사용하기도 한다.5. 생물학적 의의
자철석은 자성 세균부터 인간을 포함한 동물에 이르기까지 다양한 생물체 내에서 발견되며, 생물 광물화 과정을 통해 생성된다.[50][56][51] 생물체 내의 자철석 결정은 생물자기 현상 및 자기 수용 능력과 관련되어 생물이 주변 자기장을 감지하고 항해하는 데 영향을 미칠 수 있다.[52][55][56][57] 예를 들어, 일부 새는 부리에 있는 자철석을 이용해 지구 자기장을 감지하는 것으로 알려져 있으며,[55] 키톤과 같은 연체동물은 자철석으로 덮인 치설을 이용해 먹이를 긁어 먹는다.[58]
또한, 생물학적 자철석은 유기체가 노출되었던 자기장에 대한 정보를 저장할 수 있어, 과학자들이 과거 유기체의 이동 경로를 추적하거나 시간이 지남에 따른 지구 자기장의 변화를 연구하는 데 중요한 단서를 제공하기도 한다.[59] 인간의 뇌에서도 자철석이 발견되며 그 역할과 영향에 대한 연구가 진행 중이다.[51][60]
5. 1. 생체 자기
생물자기는 생물 기원의 자철석 결정의 존재와 관련이 있으며, 이러한 현상은 다양한 유기체에서 널리 발생한다.[50] 자성 세균(예: ''Magnetospirillum magnetotacticum'')부터 인간을 포함한 동물에 이르기까지 다양한 생물에서 자철석 결정(및 기타 자기 감응성 화합물)이 발견되며, 이는 종에 따라 다른 기관에서 발견된다.[56][51] 생물자기는 약한 자기장이 생물학적 시스템에 미치는 영향을 설명한다.[52] 또한 전기장 및 자기장에 대한 세포 민감성의 화학적 기초(갈바노택시)가 있다.[53]
순수한 자철석 입자는 여러 종의 자성 세균에 의해 생성되는 마그네토솜에서 생물 광물화된다. 마그네토솜은 박테리아가 항해에 사용하는, 정렬된 자철석 입자의 긴 사슬로 구성된다. 이러한 박테리아가 죽은 후, 마그네토솜 내의 자철석 입자는 퇴적물에 자성 화석으로 보존될 수 있다. 자성이 없는 일부 유형의 혐기성 생물은 비정질 산화철을 자철석으로 환원시켜 산소가 없는 퇴적물에서도 자철석을 생성할 수 있다.[54]
여러 종의 새는 상부 부리에 자철석 결정을 통합하여 자기 수용을 하는 것으로 알려져 있으며,[55] 이는 (망막의 크립토크롬과 함께) 주변 자기장의 방향, 자기 극성, 및 크기를 감지하는 능력을 제공한다.[56][57]
키톤, 일종의 연체동물은 자철석으로 코팅된 치아 또는 치돌로 덮인 치설이라고 알려진 혀 모양의 구조를 가지고 있다.[58] 자철석의 경도는 음식을 분해하는 데 도움이 된다.
생물학적 자철석은 유기체가 노출된 자기장에 대한 정보를 저장하여 과학자들이 유기체의 이동 또는 시간이 지남에 따른 지구 자기장의 변화에 대해 배울 수 있게 할 수 있다.[59]
5. 2. 자기 수용
생물자기는 일반적으로 생물 기원의 자철석 결정의 존재와 관련이 있으며, 이는 유기체에서 널리 발생한다.[50] 이러한 유기체는 자성 세균(예: ''Magnetospirillum magnetotacticum'')에서 인간을 포함한 동물에 이르기까지 다양하며, 자철석 결정(및 기타 자기 감응성 화합물)은 종에 따라 다른 기관에서 발견된다.[56][51] 생물자기는 약한 자기장이 생물학적 시스템에 미치는 영향을 설명한다.[52] 또한 전기장 및 자기장에 대한 세포 민감성에 대한 화학적 기초(갈바노택시)도 존재한다.[53]순수한 자철석 입자는 여러 종의 자성 세균에 의해 생성되는 마그네토솜에서 생물 광물화된다. 마그네토솜은 박테리아가 항해에 사용하는, 정렬된 자철석 입자의 긴 사슬로 구성된다. 이러한 박테리아가 죽은 후, 마그네토솜 내의 자철석 입자는 퇴적물에 자성 화석으로 보존될 수 있다. 자성이 없는 일부 유형의 혐기성 생물은 비정질 산화철을 자철석으로 환원시켜 산소가 없는 퇴적물에서도 자철석을 생성할 수 있다.[54]
여러 종의 새는 상부 부리에 자철석 결정을 통합하여 자기 수용을 하는 것으로 알려져 있으며,[55] 이는 (망막의 크립토크롬과 함께) 주변 자기장의 방향, 자기 극성, 및 크기를 감지하는 능력을 제공한다.[56][57]
키톤, 일종의 연체동물은 자철석으로 코팅된 치아 또는 치돌로 덮인 치설이라고 알려진 혀 모양의 구조를 가지고 있다.[58] 자철석의 경도는 음식을 분해하는 데 도움이 된다.
생물학적 자철석은 유기체가 노출된 자기장에 대한 정보를 저장하여 과학자들이 유기체의 이동 또는 시간이 지남에 따른 지구 자기장의 변화에 대해 배울 수 있게 할 수 있다.[59]
5. 3. 인간 뇌와 자철석
생물체는 자철석을 생성할 수 있다.[51] 인간의 경우, 자철석은 전두엽, 두정엽, 후두엽, 측두엽, 뇌간, 소뇌 및 기저핵을 포함한 뇌의 다양한 부분에서 발견될 수 있다.[51][60] 뇌에서 철은 자철석, 헤모글로빈(혈액), 페리틴(단백질)의 세 가지 형태로 존재하며, 일반적으로 운동 기능과 관련된 뇌 영역에 더 많은 철이 함유되어 있다.[60][61] 자철석은 정보 처리, 특히 학습과 기억에 중요한 역할을 하는 해마에서도 발견된다.[60]그러나 자철석은 전하 또는 자기적 성질을 띠고 활성 산소 스트레스나 자유 라디칼 생성에 관여하기 때문에 독성을 가질 수도 있다.[62] 연구에 따르면, 신경 퇴행성 질환과 관련된 베타 아밀로이드 플라크와 타우 단백질은 종종 산화 스트레스와 철 축적 이후에 나타나는 것으로 알려져 있다.[60]
일부 연구자들은 인간에게도 자기 수용 능력이 있으며, 이를 통해 일부 사람들이 항해에 자기 감각을 이용할 수 있다고 제안한다.[63][64] 하지만 뇌에서 자철석의 정확한 역할은 아직 명확히 밝혀지지 않았으며, 생체 자기 연구 분야는 현대적이고 학제적인 기술 적용이 상대적으로 부족한 편이다.[65]
인간 뇌 조직 샘플의 전자 현미경 스캔을 통해 신체 세포에서 자체 생성된 자철석과 공기 중 오염으로 흡수된 자철석을 구별할 수 있다. 자연 발생 자철석은 울퉁불퉁한 결정 형태인 반면, 오염으로 인한 자철석은 둥근 나노 입자 형태로 나타난다. 잠재적으로 인간 건강에 해로울 수 있는 공기 중 자철석은 주로 연소와 같은 오염 과정에서 발생한다. 이러한 나노 입자는 후각 신경을 통해 뇌로 이동하여 뇌의 자철석 농도를 증가시킬 수 있다.[60][62] 일부 뇌 샘플에서는 오염으로 인한 나노 입자가 자연 발생 입자보다 100배 이상 많은 비율로 발견되기도 했으며, 이러한 오염 유래 자철석 입자는 비정상적인 신경 퇴행과 관련될 수 있다는 우려가 제기된다.[66] 한 연구에서는 대기 오염이 심각한 멕시코시티에서 거주하다 사망한 3세에서 85세 사이의 29명과, 다양한 정도의 신경 퇴행성 질환으로 사망한 영국 맨체스터 출신의 62세에서 92세 사이의 8명 등 총 37명의 뇌에서 특징적인 나노 입자가 발견되었다.[66] 이러한 입자는 알츠하이머병과 같은 질병의 발병에 기여할 수 있다는 가능성이 제기되었다.[67] 아직 명확한 인과 관계가 확립된 것은 아니지만, 실험실 연구 결과 자철석과 같은 산화철이 알츠하이머병과 관련된 뇌의 단백질 플라크의 구성 요소임이 확인되었다.[68]
실제로 알츠하이머 환자의 뇌 일부에서는 철, 특히 자기적 성질을 띤 철의 수치가 증가한 것으로 나타났다.[69] 자철석과 페리틴의 관계를 이용하여 철 농도의 변화를 모니터링하면, 증상이 나타나기 전에 뉴런 손상이나 신경 퇴행성 질환의 발병을 감지할 수 있을 가능성이 있다.[61][69] 조직 내 자철석과 페리틴은 작은 자기장을 생성하여 자기 공명 영상(MRI) 촬영 시 대조를 만들어내는 원리를 이용할 수 있다.[69] 헌팅턴병 환자의 경우 뇌 자철석 수치가 증가하지 않았지만, 연구용 쥐에서는 높은 수치가 발견된 바 있다.[60]
참조
[1]
논문
IMA–CNMNC approved mineral symbols
2021
[2]
서적
Handbook of Mineralogy
Mineralogical Society of America
2018-11-15
[3]
웹사이트
Magnetite
http://www.mindat.or[...]
mindat.org and the Hudson Institute of Mineralogy
2018-11-15
[4]
웹사이트
Magnetite Mineral Data
http://webmineral.co[...]
webmineral.com
2018-11-15
[5]
서적
Manual of Mineralogy
https://archive.org/[...]
Wiley
[6]
서적
Advances in High-Pressure Technology for Geophysical Applications
Elsevier Science
2005
[7]
서적
Dana's minerals and how to study them
https://archive.org/[...]
John Wiley and Sons
[8]
논문
Lodestone: Nature's only permanent magnet - What it is and how it gets charged
[9]
논문
Direct imaging of nanoscale magnetic interactions in minerals
[10]
서적
Magnetism: Fundamentals
https://books.google[...]
Springer
[11]
서적
Introduction to mineralogy
Oxford University Press
2000
[12]
논문
Synthesis and characterization of magnetite nanoparticles from mineral magnetite
2013-10
[13]
논문
Formation of ultrafine-grained magnetite in soils
[14]
서적
Mineral resources, economics and the environment
Cambridge University Press
[15]
서적
The Iron Oxides
VCH
[16]
웹사이트
an alternative visualisation of the crystal structure of Magnetite using JSMol is found here
https://log-web.de/c[...]
[17]
논문
Oxidation-reduction relations in basic magma: a case for homogeneous equilibria
1986-06
[18]
서적
Principles of igneous and metamorphic petrology
Cambridge University Press
2009
[19]
서적
Igneous petrology
Freeman, Cooper
1984
[20]
서적
An introduction to metamorphic petrology
Longman Scientific & Technical
1989
[21]
서적
Essentials of paleomagnetism
University of California Press
2010
[22]
논문
Infrared and Raman studies of the Verwey transition in magnetite
[23]
논문
Magnetite: Raman study of the high-pressure and low-temperature effects
[24]
논문
Influence of nonstoichiometry on the Verwey transition
[25]
서적
Encyclopedia of geomagnetism and paleomagnetism
Springer Science & Business Media
[26]
논문
Measuring the Curie temperature
2013-04
[27]
웹사이트
Magnetic Surveys
http://www.australia[...]
Australian Mines Atlas
2014-05-15
[28]
웹사이트
Magnetite
https://www.acs.org/[...]
2022-07-06
[29]
서적
CRC handbook of metal etchants
https://www.worldcat[...]
CRC Press
1991
[30]
간행물
1. Iron – an abundant resource - Iron and steel
http://www.teara.gov[...]
2013-01-04
[31]
논문
Making magnetite late again: Evidence for widespread magnetite growth by thermal decomposition of siderite in Hamersley banded iron formations
2018-03
[32]
논문
Episodic mafic magmatism in the Eyre Peninsula: Defining syn- and post-depositional BIF environments for iron deposits in the Middleback Ranges, South Australia
2020-02
[33]
논문
Some Precambrian banded iron-formations (BIFs) from around the world: Their age, geologic setting, mineralogy, metamorphism, geochemistry, and origins
2005-10-01
[34]
논문
Relationship between altered pyroxene diorite and the magnetite mineralization in the Chilean Iron Belt, with emphasis on the El Algarrobo iron deposits (Atacama region, Chile)
1995-06
[35]
논문
Geological reconnaissance of some Uruguayan iron and manganese deposits in 1962
https://pubs.usgs.go[...]
1976
[36]
논문
Giant Kiruna-type deposits form by efficient flotation of magmatic magnetite suspensions
2015-07
[37]
논문
Interpretation of the magnetic gradient tensor and normalized source strength applied to the Tallawang magnetite skarn deposit, New South Wales, Australia
2012-09
[38]
논문
New insights on the evolution of the Lyon Mountain Granite and associated Kiruna-type magnetite-apatite deposits, Adirondack Mountains, New York State
2011-04
[39]
웹사이트
Earth From Space Eye of Africa
https://www.esa.int/[...]
European Space Agency
2020-08-02
[40]
서적
Minerales y Minas de España.
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas de Madrid. Fundación Gómez Pardo
[41]
논문
Observations regarding the movement of barchan sand dunes in the Nazca to Tanaca area of southern Peru
1999-03
[42]
뉴스
Ferrous Nonsnotus
http://www.321gold.c[...]
2005-07-05
[43]
웹사이트
Magnetic Rocks - Their Effect on Compass Use and Navigation in Tasmania
https://eprints.utas[...]
2018-03-23
[44]
논문
Cubic and Tetrahexahedral Magnetite
2008-05
[45]
웹사이트
The mineral Magnetite
http://www.minerals.[...]
[46]
논문
Magnetite Crystals of Cubic Habit from Långban, Sweden
1972-12-15
[47]
논문
Influence of chemical composition on the crystalline morphologies of magnetite
1997
[48]
논문
Magnetofossils, the Magnetization of Sediments, and the Evolution of Magnetite Biomineralization
http://web.gps.calte[...]
1989-05
[49]
논문
Origin of supposedly biogenic magnetite in the Martian meteorite Allan Hills 84001
2002-05-14
[50]
논문
Magnetite-based magnetoreception.
[51]
논문
Magnetite biomineralization in the human brain
[52]
논문
Magnetite in human tissues: a mechanism for the biological effects of weak ELF magnetic fields.
[53]
논문
KCNJ15/Kir4.2 couples with polyamines to sense weak extracellular electric fields in galvanotaxis
[54]
웹사이트
Anaerobic production of magnetite by a dissimilatory iron-reducing microorganism
http://www.geobacter[...]
US Geological Survey, Reston, Virginia 22092, USA Department of Biochemistry, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts 01003, USA
2018-02-09
[55]
논문
'[Magnetoreception systems in birds: a review of current research]'
[56]
논문
Sensing magnetic directions in birds: radical pair processes involving cryptochrome
[57]
논문
Directional orientation of birds by the magnetic field under different light conditions.
[58]
논문
Lepidocrocite, an apatite mineral, and magnetic in teeth of chitons (Polyplacophora)
[59]
논문
Information storing by biomagnetites
[60]
서적
Magnetite Nano-Particles in Information Processing: From the Bacteria to the Human Brain Neocortex
[61]
논문
Iron, brain ageing and neurodegenerative disorders
[62]
논문
Magnetite pollution nanoparticles in the human brain
[63]
논문
Maverick scientist thinks he has discovered a magnetic sixth sense in humans
https://www.science.[...]
2016-06-23
[64]
논문
Human magnetoreception for navigation
[65]
논문
Biophysics of magnetic orientation: strengthening the interface between theory and experimental design.
[66]
뉴스
Pollution particles 'get into brain'
https://www.bbc.com/[...]
BBC News
2016-09-05
[67]
논문
Magnetite pollution nanoparticles in the human brain
[68]
논문
Air pollution is sending tiny magnetic particles into your brain
https://www.newscien[...]
2016-09-05
[69]
논문
Investigation on positive correlation of increased brain iron deposition with cognitive impairment in Alzheimer disease by using quantitative MR R2′ mapping
2011-08
[70]
간행물
Iron
Wiley-VCH, Weinheim
[71]
서적
Pioneering with taconite
Minnesota Historical Society Press
[72]
웹사이트
The History of Magnetic Recording
http://www.aes.org/a[...]
Audio Engineering Society
2002
[73]
논문
Reduction behavior of iron oxides in hydrogen and carbon monoxide atmospheres
[74]
간행물
Ammonia
[75]
논문
Magnetite (Fe3O4): Properties, Synthesis, and Applications
https://preserve.leh[...]
2017-12-15
[76]
논문
Magnetic magnetite (Fe 3 O 4 ) nanoparticle synthesis and applications for lead (Pb 2+ ) and chromium (Cr 6+ ) removal from water
[77]
논문
Magnetite nanoparticles for medical MR imaging
[78]
논문
Belgium's burning coal tips - coupling thermographic ASTER imagery with topography to map debris slide susceptibility
2012
[79]
웹사이트
Magnetene: Graphene-like 2D material leverages quantum effects to achieve ultra-low friction
https://phys.org/new[...]
[80]
서적
理科年表 平成20年
丸善
[81]
문서
2012-04-16
[82]
문서
https://webmineral.c[...]
2012-04-16
[83]
서적
学術用語集 地学編
日本学術振興会
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com