홍비니켈광
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1. 개요
홍비니켈광(니켈린)은 화학식 NiAs를 갖는 광물로, 중세 독일에서 구리를 찾던 광부들이 처음 발견했다. 열수변질작용을 통해 초고철질암 등에서 생성되며, 니켈, 구리, 코발트 등을 포함하는 다양한 광물과 함께 산출된다. 결정 구조는 육방정계이며, 물리적 성질은 연한 동적색을 띠고, 현미경 하에서는 장미색을 나타낸다. 한반도에서는 강원도, 함경남도 등지에서 산출되며, 비소 함유로 인해 니켈 원료로 사용되는 경우는 드물다.
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| 홍비니켈광 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 이름 | 홍비니켈광 |
| 영어 이름 | Nickeline |
| 분류 | 비소화 광물 |
| 화학식 | NiAs |
| IMAsymbol | Nc |
| Strunz 분류 | 2.CC.05 |
| 결정계 | 육방정계 |
| 결정군 | 육방 양추형 (6/mmm), H-M 기호: (6/m 2/m 2/m) |
| 공간군 | P63/mmc |
| 단위 세포 | a = 3.602 Å, c = 5.009 Å; Z = 2 |
| 색상 | 옅은 구릿빛 붉은색, 검은색으로 변색됨. 연마 단면에서 강한 노란빛 분홍색을 보임 |
| 결정형 | 덩어리 형태, 주상 또는 신장형, 드물게는 왜곡된 수평 줄무늬 {1011} 결정면으로 끝남 |
| 쌍정 | {1011}에서 4쌍정 생성 |
| 쪼개짐 | {1010} 불완전, {0001} 불완전 |
| 깨짐 | 조개껍데기 모양 |
| 굳기 | 5 – 5.5 |
| 겉보기 | 금속 광택 |
| 투명도 | 불투명 |
| 다색성 | 강함 (반사광) |
| 조흔색 | 갈색을 띤 검은색 |
| 비중 | 7.8 |
| 용융성 | 2 |
| 기타 특징 | 가열 시 마늘 냄새 |
| 추가 정보 | |
| 참고 자료 | Handbook of Mineralogy Mindat.org Webmineral data |
2. 명칭 및 역사
중세 독일 에르츠게비르게에서 구리를 찾던 광부들은 때때로 구리 광석과 겉보기가 비슷한 붉은 광물을 발견했다. 광부들은 구리를 추출하려고 시도했지만 구리는 나오지 않았고, 불가사의한 병에 걸렸다. 그들은 독일 신화 속의 장난기 많은 요정인 니켈(Old Nick과 유사함)이 구리(독일어: Kupfer)를 괴롭힌다고 비난했다.[5] "구리-니켈"의 독일어에 해당하는 이 용어는 1694년 초부터 사용되었다 (다른 오래된 독일어 동의어로는 ''Rotnickelkies''와 ''Arsennickel''이 있다).
홍비니켈광은 주로 초고철질암이나 관련 광맥이 열수변질작용을 받아 생성된다. 니켈이나 구리를 포함한 황화물이 변질, 치환되거나, 황을 포함하지 않은 초고철질암이 열수변질을 받아 황, 탄산염, 비소가 유입되어 생성되기도 한다.
1751년, 악셀 프레드릭 크론스테트 남작은 쿠퍼니켈 광물에서 구리를 추출하려고 시도했고, 대신 그 요정의 이름을 따서 "니켈"이라고 명명한 백색 금속을 얻었다.[6] 현대 독일어에서 Kupfernickel과 Kupfer-Nickel은 합금 쿠프로니켈을 나타낸다.
그 후 광석에 붙여진 이름은 1832년 프랑수아 술피스 보단이 명명한 ''니켈린(nickeline)'', 1868년 J. D. 다나가 명명한 ''니콜라이트(niccolite)''는 라틴어로 ''niccolum''인 니켈의 존재를 나타낸다.
1971년, 국제광물학회는 니콜라이트가 아닌 니켈린의 사용을 권장했다.[7]
3. 산출
니켈린은 초염기성암 관련 광상에서 열수 변질 작용으로 형성된다. 니켈-구리 함유 황화물(주로 펜틀랜다이트를 대체하며 구리 비소 황화물과 관련됨)이 교대 작용을 받거나, 황화물이 없는 초염기성암이 변성작용을 겪으며 변성 유체로부터 황, 탄산염, 비소를 공급받아 형성될 수 있다. 이 과정에서 밀러광, 헤이즐우드광, 변성된 펜틀랜다이트-황철석을 포함하는 광물 조합(황화 작용 및 관련 비소비철광-니켈린-브라이트하우프타이트)이 생성되기도 한다.
홍비니켈광과 관련된 광물로는 비소비철광, 중정석, 은, 코발트광, 자철광, 펜틀랜다이트, 황동석, 브라이트하우프타이트, 마우케라이트 등이 있다. 니켈린은 습한 공기에 노출되면 안나베르자이트(녹색 니켈 비산염 코팅)로 변질된다.
이러한 광물은 주로 서드베리와 코발트(온타리오) 주변 지역에서 발견된다. 서호주 위지무울타 돔 동쪽 사면의 마리너스, 레드로스, 미텔 니켈 광산에서는 변질된 펜틀랜다이트-황철석-자철광 집합체에서 니켈린이 국부적인 Au-As-Ag 함유 변질 및 탄산염 변성 작용으로 생성된다. 캄발다 지역의 니켈 광산에서도 유사한 변질 작용으로 생성된 홍비니켈광이 발견된다.
3. 1. 한반도에서의 산출
한반도에서의 산출지는 강원도 김화군 탑거리, 함경남도 락원군 신풍리와 홍원군 룡운리가 있다.[1]
함경남도 락원군의 홍비니켈광은 낭림층군의 혼성암과 연화산암군의 반상변정화강암 내에 발달한 파쇄대를 따라 나오는 다금속석광체에서 산출되는데, 광지봉을 중심으로 신풍리와 룡운리 일대에서 여러 맥으로 나온다.[1] 심한 녹니석화대가 동반되고 있다.[1] 공존 광물로는 황동광, 섬아연광, 황철광, 갈철광, 휘은광, 휘수연광, 흑연, 지르콘 등이 있다.[1]
4. 결정 구조
홍비니켈광(니켈린)의 단위세포는 유사한 결정 구조를 가진 결정성 고체 그룹의 원형으로 사용된다.[8] 이 구조는 육방조밀격자 니켈 아격자와 육방조밀충진 비소 아격자, 두 개의 상호 관통하는 아격자로 구성된다. 각 니켈 원자는 팔면체형으로 배위되어 여섯 개의 비소 원자와 결합하고, 각 비소 원자는 삼각기둥형으로 배위되어 여섯 개의 니켈 원자와 결합한다.[9] NiAs 구조를 채택하는 화합물은 일반적으로 칼코겐화물, 비화물, 안티몬화물 및 비스무트화물의 전이 금속이다.
다음은 니켈린 그룹의 구성원이다.[3]
| 화합물 | 화학식 |
|---|---|
| 아차발라이트 | |
| 브라이트하우프타이트 | |
| 프레볼다이트 | |
| 코툴스카이트 | |
| 랑기스타이트 | |
| 니켈린 | |
| 소볼레브스카이트 | |
| 서드베리이트 |
4. 1. 니켈린 그룹
홍비니켈광은 육방정계이며 공간군은 P63/mmc이다. 단위포의 크기는 a = 3.602Å, c = 5.009Å이며, Z = 2이다. 그 구조는 육방최밀충전형으로 모든 팔면체의 공간은 니켈 원자에 의해 채워져 있다. 니켈 원자는 팔면체를 따라 6개의 비소에 의해 둘러싸여 있다.5. 물리적 성질
연한 동적색을 띠는 광물이다. 연마편에서는 노르스름한 분홍색이다. 조흔색은 갈흑색이며 벽개는 {1010}, {0001}을 따라 취약하게 난다. 모스 경도는 5 - 5.5이다. 쌍정은 {1011}면을 따라 자란다.
6. 광학적 성질
현미경에서 관찰했을 때 홍비니켈광은 장미색을 띠며, 반사능이 높다. 장미황색에서 녹색까지 나타나는 강한 이방성을 가진다. 직교 니콜 하에서는 직소광하며, 경사지게 놓으면 회색에 가까운 주황색을 띤다.
7. 형태
치밀한 입상의 집괴나 기둥형, 방사상의 신장형으로 난다. 드물게 결정 형태나 판상을 낸다. 안니켈광, 정방비소니켈광, 사방비코발트광과 함께 난다.[1]
8. 감정상 특징
왕수와 질산에 쉽게 녹는다. 취관분석에서 삼산화 비소가 농화되면서 강한 마늘 냄새를 낸다. 이후 냉각시키면 비소 유리가 달라붙는다.[1]
녹는점은 968°C이며 850°C 이상으로 가열할 때 NiAs → Ni3As2 +As 로 분해되며, 비소 증기를 가한 상태에서는 400°C - 450°C에서 NiAs+As → NiAs2로 반응한다.[1]
높은 온도에서 안니켈광과 고용체를 형성한다.[1]
변종으로는 안티몬홍니켈광이 있는데, 이는 안티몬을 6%까지 포함하는 변종이다.[1]
9. 경제적 중요성
니켈린은 비소가 함유되어 있어 대부분의 제련 및 분쇄 기술에 해롭기 때문에 니켈의 원료로 거의 사용되지 않는다. 니켈 황화물 광상이 변질되어 니켈린을 생성하는 경우, 비소 농도가 수백 ppm에 이르면 종종 경제성이 떨어진다. 그러나 비소 함유 니켈 광석은 '청정' 광석과 혼합하여 제련소와 분쇄 공장에서 허용 가능한 회수율로 처리할 수 있는 혼합 원료를 생산할 수 있다.[4]
기존의 니켈 제련소에서 니켈린을 처리하는 데 있어 주된 문제는 니켈린과 펜틀란다이트의 비중 차이이다. 이로 인해 부유선별법으로 광석을 처리하기 어렵다. 제련소 자체 내에서 니켈린은 비소 함량을 높이는 데 기여하며, 이로 인해 니켈 금속에서 비소를 제거하기 위해 추가적인 시약과 용융제가 필요하다.[4]
참조
[1]
논문
IMA–CNMNC approved mineral symbols
2021
[2]
웹사이트
Nickeline
http://www.handbooko[...]
Mineral Data Publishing
2005-08-13
[3]
mindat
Nickeline
2022-08-13
[4]
웹사이트
Nickeline Mineral Data
http://www.webminera[...]
2022-08-13
[5]
서적
Chambers Twentieth Century Dictionary
W&R Chambers Ltd
1977
[6]
논문
The discovery of the elements: III. Some eighteenth-century metals
[7]
논문
International Mineralogical Association: Commission on New Minerals and Mineral Names
http://www.minersoc.[...]
[8]
웹사이트
The Mineral Nickeline
http://www.galleries[...]
2022-05-20
[9]
서적
Inorganic Chemistry
W.H. Freeman and Company
1999
[10]
웹사이트
Handbook of Mineralogy
http://rruff.geo.ari[...]
[11]
웹사이트
Mindat.org
http://www.mindat.or[...]
[12]
웹사이트
Webmineral data
http://webmineral.co[...]
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