[논문]밀양 국전광산의 녹-청색 구리-아연 수화황산염 광물

구효진; 장정규; 도진영; 정기영; 조현구

doi:10.9719/eeg.2018.51.6.473

밀양 국전광산의 녹-청색 구리-아연 수화황산염 광물
Green-blue Coloured Cu-Zn Hydrated Sulfate Minerals from Gukjeon Mine in Miryang 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.51 no.6, 2018년, pp.473 - 483

구효진 (경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소) , 장정규 (경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소) , 도진영 (경주대학교 고고인류미술사학과) , 정기영 (안동대학교 지구환경과학과) , 조현구 (경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소)

초록
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경남 밀양시에 소재한 납-아연 스카른 광상인 국전광산의 갱내 벽면을 따라 지하수로부터 침전된 청-녹색의 광물들이 암반을 피복하고 있는데, 이 광물들은 과거 문헌에서 남동석과 공작석으로 기재되어 왔으나, 최근 연구를 통해 녹색의 광물은 데빌린(devilline), 청색의 광물은 수화구리아연황산염 광물들로 보고되었다. 그러나 자세한 연구가 이루어지지 않아 정확한 동정이나 광물학적 특성은 알려지지 않았다. 본 연구에서는 청-녹색 이차 광물들을 외형적 특징에 따라 5개 그룹으로 구분하고, X-선회절분석와 주사전자현미분석을 실시하여 정확한 광물 동정과 광물학적 특성을 규명하였다. GJG-1은 밝은 청록색을 띠는 그룹으로 브로칸타이트(brochantite)와 석영, GJG-2는 연두색을 띠며 쉽게 부스러지는 특징을 가지는 그룹으로 슐럼버가이트(schulenbergite)와 소량의 석고(gypsum)로 확인되었다. 연한 청색의 GJG-3와 유리광택을 가지는 청록색의 GJG-4는 외형적 특징은 달랐지만 구성 광물은 서피어라이트(serpierite)와 석고로 동일하고, 석고의 함량이 달라 특징이 다르게 나타난다. GJG-5는 연한 청색과 진한 청색의 광물들이 혼합된 겔(gel)상으로 하이드로우드워다이트(hydrowoodwardite), 글로코세리나이트(glaucocerinite), 베체러라이트(bechererite), 서피어라이트와 석고로 구성된다. 국전광산에서 산출되는 6가지의 녹-청색 광물들은 Cu:Zn 비, (Si+Al) 함량 및 Si:Al 비, Ca 함량 등에 의해 구분될 수 있으며, 각 광물들의 형성 환경은 주변 유체 내에서 이와 같은 지화학적 요인들에 의하여 조절된 것으로 사료되고, 추가적인 연구를 통해 정확한 형성 환경을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서 확인된 서피어라이트, 글로코세리나이트, 베체러라이트 등의 수화황산염 광물들은 국내에서 최초로 보고되며, 해외에서도 보고된 사례가 매우 적어 광물학적으로 큰 의의가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Green-blue coloured supergene minerals are covering host rocks along the gallery wall in the Gukjeon mine, a lead - zinc skarn deposit located in Miryang, Gyeongsangnam-do. These minerals have been described as azurite or malachite, but recent study recognized that the green minerals are devilline and blue minerals are Cu-Zn hydrated sulfates, but exact identification and detailed mineral characteristics are also not well known. In this study, we divide green-blue minerals into five groups (GJG) according to their external features and conducted XRD and SEM analyzes in order to identify mineral name and clarify the mineralogical characteristics. GJG-1, a bright bluish green group, consists of brochantite and quartz and GJG-2, a pale green colour with easily crumbly, of schulenbergite and a small amount of gypsum. Although pale blue GJG-3 and glassy lustrous bluish green GJG-4 have the same mineral assemblages with serpierite and gypsum in spite of different colour and luster, gypsum content may control the physical properties. GJG-5 with a gel phase mixture of pale blue and dark blue mineral is comprised of hydrowoodwardite, glaucocerinite, bechererite, serpierite and gypsum. The six green-blue minerals from the Gukjeon mine could be classified by Cu:Zn ratio, (Si + Al) content, Si:Al ratio, and Ca content. The physico-chemical environment of mineral formation is considered to be controlled by the geochemical factors in the surrounding fluid, and it looks forward that the accurate formation environment will be revealed through additional research. This paper gives greater mineralogical significance in the first report of several hydrated sulfate such as serpierite, glaucocerinite and bechererite in Korea. It has also rarely been reported the occurrence of several Cu-Zn hydrated sulfate in the same deposit in the world.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Classification of green-blue coloured minerals from the Gukjeon mine into five groups (GJG) according to their occurrence and mineral assemblages. GJG-2, 3, 4 were obtained at the same outcrop.
$Fig. 2. X-ray diffraction patterns of five green-blue coloured mineral groups.$ 그림 Fig. 2. X-ray diffraction patterns of five green-blue coloured mineral groups.
그림 Fig. 3. SEM images and EDS spectra of brochantite, schulenbergite, and serpierite from the Gukjeon mine. (A-C) brochantite, (D-F) schulenbergite, (G-I) serpierite.
표 Table 1. Representative chemical composition (wt.%) and empirical formula of brochantite from the Gukjeon mine using EDS quantitative analyses
표 Table 2. Representative chemical composition (wt.%) and empirical formula of schulenbergite from the Gukjeon mine using EDS quantitative analyses
표 Table 3. Representative chemical composition (wt.%) and empirical formula of serpierite from the Gukjeon mine using EDS quantitative analyses
그림 Fig. 4. SEM images and EDS spectra of hydrowoodwardite, glaucocerinite, and bechererite from the Gukjeon mine. (A, B) hydrowoodwardite, (C, D) glaucocerinite, (E, F) bechererite.
그림 Fig. 5. Ternary diagram of CuO-ZnO-(Al₂O₃+SiO₂+CaO) contents of green-blue coloured minerals from the Gukjeon mine.
표 Table 4. Colour and mineral assemblage of five green-blue coloured mineral groups

AI 본문요약
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문제 정의

(2018)에서 수행된 연구가 유일하지만, 청색과 녹색 두 가지 그룹으로만 분류하였고 복잡한 광물조합으로 인해 정확한 동정이 이루어지지 못하였다. 본 연구에서는 채취된 시료들을 외형적 특징에 따라 5가지 그룹으로 분류하여 정확한 광물 동정을 수행하고자 하였다(Fig. 1).

제안 방법

, 2006). SEM-EDS 분석을 통해 GJG-5 시료에서 Zn, Cu와 함께 Si가 포함된 베체러라이트를 확인하였다(Fig. 4F). 국전광산에서 산출되는 베체러라이트는 주로 판상으로 산출되며, 침상-주상의 입자들도 함께 관찰되었다(Fig.
XRD 분석은 Bruker사의 D8 Advance A25 기기를 이용하였으며, 40kV, 40mA의 조건에서 주사간격 0.02, 주사시간 1s로 5-50°(2θ) 범위에 시행되었다.
분류된 시료들은 광물 조성 및 산출 특성을 알아보기 위해 X선 회절분석(XRD), 주사전자현미경(SEM) 관찰 및 에너지 분산 분광기(EDS) 분석을 수행하였다. 국전광산에서 산출되는 청-녹색 광물들은 대부분 암반 표면에 침착되어 있기 때문에 분석을 위한 광물입자의 분리는 시편을 루페로 확대 관찰하며 미세드릴 또는 송곳을 이용하여 조심스럽게 긁어내었다. XRD 분석은 Bruker사의 D8 Advance A25 기기를 이용하였으며, 40kV, 40mA의 조건에서 주사간격 0.
(2017)에 제시되어 있다. 또한, 청-녹색 광물 입자들의 광물상 관찰 및 화학조성을 통한 광물 동정을 위하여, 긁어낸 청-녹색 입자들에 대해 금 코팅 후 JEOL사의 JSM-7610F 기기를 이용하여 SEM 관찰 및 EDS 분석을 실시하였다.
밀양 국전광산에서 산출되는 청-녹색의 시료들은 죽갱광체 내의 3개의 노두로부터 채취하였으며, 색상, 광택 및 산출상태 등 외형적 특징에 따라 5가지 그룹(GJG)으로 분류하였다(Fig. 1). 분류된 시료들은 광물 조성 및 산출 특성을 알아보기 위해 X선 회절분석(XRD), 주사전자현미경(SEM) 관찰 및 에너지 분산 분광기(EDS) 분석을 수행하였다.
본 연구에서는 국전광산에서 산출되는 녹-청색의 수화황산염 광물들을 외형적 특징에 따라 세분화한 후, 기기분석을 통하여 정확한 광물 동정, 산출상태 및 광물학적 특성을 관찰하였다.
1). 분류된 시료들은 광물 조성 및 산출 특성을 알아보기 위해 X선 회절분석(XRD), 주사전자현미경(SEM) 관찰 및 에너지 분산 분광기(EDS) 분석을 수행하였다. 국전광산에서 산출되는 청-녹색 광물들은 대부분 암반 표면에 침착되어 있기 때문에 분석을 위한 광물입자의 분리는 시편을 루페로 확대 관찰하며 미세드릴 또는 송곳을 이용하여 조심스럽게 긁어내었다.
하이드로우드워다이트와 글로코세리나이트는 국전광산에서 산출되는 다른 녹-청색 광물들과 달리 알루미늄(Al)을 포함하므로 EDS 분석을 통해 확인되었으며, 두 광물 사이의 구분은 Cu와 Zn의 비를 통해 이루어졌다. 하이드로우드워다이트는 Cu, S, Al, Si로 구성되며, Zn을 거의 포함하지 않는다(Fig.

대상 데이터

02, 주사시간 1s로 5-50°(2θ) 범위에 시행되었다. 긁어낸 시료의 양이 매우 적었기 때문에, 소량의 시료를 흩뿌려 로딩할 수 있는 실리콘홀더(low-background silicon sample holder)를 사용하였다. 자세한 분석방법 및 분석한계는 Kim et al.
GJG-2, 3, 4는 동일한 노두에서 채취된 시료 내에서 외형적 특징에 의해 3개의 그룹으로 구분하였다. 시료를 획득한 노두는 현재 지하수가 공급되는 구역에서 철 산화 침전물들이 암반을 덮고 있으며, 산화 침전물들 옆으로 녹-청색의 이차광물들이 산출된다. 녹-청색 광물들은 현재 지하수의 영향을 받지 않으며, 과거에 흘렀던 흔적들을 보인다.

데이터처리

브로칸타이트와 마찬가지로 검출된 C는 S를 치환한 결과일 수 있으나, 분석 오차를 고려하여 Cu, Zn, S의 평균값만을 이용하여 결정화학식을 계산하였으며, 그 결과는 다음과 같다; (Cu5.55Zn2.61)Σ8.16(SO4)1.61(OH)10·3H2O.

이론/모형

이 연구는 2017년 국립문화재연구소가 지원한 ‘천연안료 원료광물의 국내산출지 관련 조사연구’의 일환으로 수행되었다.

성능/효과

, 2006). EDS 분석 결과, GJG-1 시료의 청록색 광물들은 Cu와 S를 함유하는 브로칸타이트로 확인되었다(Fig. 3C). 국전광산에서 산출되는 브로칸타이트의 CuO의 평균 함량은 71.
두 광물은 Zn의 치환에 의해 공간 그룹의 차이를 가지지만, 구조와 원자의 위치는 매우 유사하다(Sabelli and Zanazzi, 1968; 1972). GJG-3 시료에 대한 EDS 분석 결과, Cu와 함께 Zn이 포함되어 데빌린이 아닌 것으로 확인되었다(Fig. 3I).
GJG-3의 X선 회절 패턴을 Unitcell 프로그램을 이용하여 계산한 결과, a=22.18832, b=6.22157, c=21.87962, β=113.2938 로 단사정계의 서피어라이트의 값과 잘 일치하였다.
두 그룹 모두 석고가 포함되어 있으나, 연한 청색의 GJG-3에서는 소량만 포함되는 반면, GJG-4는 석고가 주요 광물로 확인되었다. GJG-4 그룹의 표면을 코팅하고 있는 유리광택의 광물들은 석고로 확인되었으며, GJG-3와 GJG-4 그룹의 색과 광택 차이는 석고의 함량에 기인한 것으로 판단된다.다른 하나의 광물은 10.
국전광산에서 산출되는 녹-청색의 광물들은 브로칸타이트, 슐럼버가이트, 서피어라이트, 하이드로우드워다이트, 글로코세리나이트, 베체러라이트 등 6가지의 수화황산염 광물로 확인되었으며, 구성하는 광물의 종류 및 석고의 함량에 따라 외형적 특징의 차이를 가진다. Table 4에 XRD와 SEM-EDS 분석으로 확인된 녹색청색 광물들을 정리하였다.
국전광산에서 산출되는 브로칸타이트의 CuO의 평균 함량은 71.28 (63.81 – 82.61)%,SO3의 평균 함량은 16.33 (13.88 – 20.93)%로 분석되었으며, 일부 시료들에서 C, Fe, Si, Al이 검출되었다(Table 1).
국전광산에서 산출되는 슐럼버가이트의 CuO의 평균함량은 44.13 (41.58 – 46.59)%, ZnO의 평균 함량은 21.24 (18.85 – 23.60)%, SO3의 평균 함량은 16.33(13.88 – 20.93)%로 분석되었으며, 일부 시료들에서 Ca, Mg, Fe, Mn, Si, Al, As가 검출되었다(Table 2).
2). 두 그룹 모두 석고가 포함되어 있으나, 연한 청색의 GJG-3에서는 소량만 포함되는 반면, GJG-4는 석고가 주요 광물로 확인되었다. GJG-4 그룹의 표면을 코팅하고 있는 유리광택의 광물들은 석고로 확인되었으며, GJG-3와 GJG-4 그룹의 색과 광택 차이는 석고의 함량에 기인한 것으로 판단된다.
연두색의 GJG-2 그룹은 석고(gypsum)와 7.08Å, 3.54Å, 3.16Å, 2.68Å, 2.51Å, 2.14Å을 가지는 슐럼버가이트로 확인되었다(Fig. 2). 슐럼버가이트는 Cu와 Zn을 함유하는 수화황산염 광물로 화학식은 [(Cu, Zn)₇(SO₄)₂(OH)₁₀·3H₂O]이다(IMA, 2018).
청록색의 GJG-1 그룹은 XRD 분석을 통해 석영과 6.38Å, 5.35Å, 3.90Å, 3.19Å, 2.68Å, 2.52Å의 주요 회절선을 가지는 브로칸타이트로 확인되었다(Fig. 2). 브로칸타이트는 구리광산의 산화대에서 산출되는 대표적인 녹색-청록색의 이차광물로, 공작석, 남동석, 리나 라이트, 아타카마이트(atacamite) 등 구리광물들과 함께 산출되며(Cook, 2009), 러시아, 독일, 영국, 미국 등 비교적 많은 지역의 금속광산에서 보고되었다(Anthony et al.

후속연구

국전광산에서 산출되는 6가지의 녹-청색 광물들은 Cu:Zn 비, (Si+Al) 함량 및 Si:Al 비, Ca 함량 등 화학조성에 의해 분명하게 구분된다. 각 광물들의 산출환경은 유체 내의 Zn, Cu, Al, Si, Ca 등 구리-아연 수화황산염 광물을 구성하는 원소의 농도비 및 pH에 의해서 조절될 수 있을 것으로 판단되며, 광산 내 유체에 대한 지화학 분석 및 열역학적 분석 및 열역학적 모델을 이용한 모의실험 등 추가적인 연구를 통해 정확한 형성 환경을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다.
국전광산에서 산출되는 6가지의 녹-청색 광물들은 Cu:Zn 비, (Si+Al) 함량 및 Si:Al 비, Ca 함량 등에의해 구분될 수 있다. 각 광물들의 형성 환경은 주변 유체 내에서 이와 같은 지화학적 요인들에 의하여 조절된 것으로 사료되며, 추가적인 연구를 통해 정확한 형성 환경을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	경남 밀양시의 국전광산은 어떻게 만들어진 광산인가?	4’’-129°55’10.4’’/N 35°28’00’’-35°30’00’’)은 채광과 휴광을 반복중인 납-아연 광산으로, 백악기 말 유천층군의 정각산층 내에 협재된 석회암이 불국사 관입암류인 흑운모화강암에 의해 교대작용을 받아 형성된 스카른 광상이다(Yang et al., 2010; Kwak et al.
	국전광산의 석회암층 특징은 무엇인가?	, 2010). 석회암층은 유천도폭에서 층회암으로 기재되었으나(Hong et al., 1988), 전암분석 결과 석회암에 가까운 조성을 보여주고, 전형적인 석회암에 비해 CaO가 적고, SiO2의 함량이 높아 석회규산염암으로 제시되었다(Kwak et al., 2015).
	밀양 지역의 암석 구성은 어떻게 되는가?	밀양 지역은 진동층과 주사산 안산암질암인 안산암질암류가 하부를 구성하고 그 상부를 운문사 유문암질암으로 명명된 유문암질 화산암류가 분포하며 후기에 이를 관입한 화강암질암류로 구성된다(Hong et al.,1988; Kim et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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