88. 점토광물의 분석(analysis of clay mineral)

  가. 점토의 개념과 점토광물

 점토는 그리스어의 000(glutinous substance)에서 유래된 말인데 지질,광물을 비롯하여 화학공업, 요업, 석유광업, 농업, 토목, 건축 등 넓은 분야에서 연구대상으로 이용되고 있다.

따라서 점토의 정의는 분야에 다라 상당히 다르다. 그러나 점토의 개졈에 관련되는 전분야 공통으로 3가지 성질이 거론된다.

즉, ① 적당량의 물을 가하여 혼합할 때 가소성을 나타낸다. ② r상한이 1 - 20μ의 크기를 갖는 미립자이다. ③ 가열할 때 또는 물에 젖은 것을 건조할 때 굳어진다.

점토광물은 점토의 주성분 광물로 결정질과 비정질 점토로 대별된다. 결정질에는 더욱 판상을 나타내는 것(montmorillonite, vermiculite, 운모, 녹니석, 혼합층 광물, kaolinite 등)과 섬유상을 나타내는 것(파리콜스가이드, 세피오라이트 등), 비정질은 알로펜, 이모코라이트 등으로 분류된다.

점토광물은 종류에 따라 성질이 현저하게 다르므로 점토 및 점토를 포함한 물질의 성질은 점토광물의 조성에 따라 좌우된다.

또 점토 중에는 종종 석영, 장석, 깁사이트와 같은 비점토광물도 포함된다.

  나. 분석 목적과 이용

 점토광물을 분석하는 목적과 이용은 분야에 따라 다양하며 크게 나누면 다음과 같다. ① 점토광물 그 자체의 결정구조를 상세히 검토하여 결정학 및 광물학의 진보에 기여한다. ② 점토광물의 성인, 분포 등의 법칙성을 파악하여 지질학 및 토양학의 발전에 기여함과 함께 점토자원의 탐사와 개발에 기여한다. ③ 점토광물의 물리적, 화학적 및 물리화학적 성질을 구명하여 광업, 공업, 요법, 농업, 토목, 건축 등 각 분야에서 그의 역할을 평가함과 함께 점토자원의 이용을 도모한다.

  다. 분석방법

 점토광물을 분석하는 데는 다음 과정이 요구된다.

① 시료에서 점토를 분리 채취하여 그것을 분석할 수 있도록 조제한다.

② 얻어진 점토에 대하여 여러 가지 방법을 사용하여 점토광물을 판별하여 계량한다.

① 점토의 분리와 조제 : 시료에서 점토를 분리하는 데는 체가름, 중력에 의한 분리(풍력 또는 수류에 의한 분류), 포말부유선광, 자기분리 등의 방법이 사용되며, 실험식 규모에서는 보통시료를 물로 현탁시켜, 일정시간 정치한 후 Stokes 법칙으로 액면에서 일정심도까지의 분산액을 분리 채취하고 점토를 고체로 하여 얻는다.

분석방법에 따라서 점토는 다양한 이온으로 포화된다.(그림 89-1 참조)

② 점토광물의 판별과 계량 : 점토광물의 판별과 계량은 그것이 극히 미세한 입자이므로 쉽지 않다. 보통 ① 의 순서에 따라 조제한 점토를 X 선회절, 열분석(시차열 분석 및 열 중량 측정), 화학분석, 양이온 교환 용량측정, 적외선 흡수 스펙트럼 분석, 전자현미경 관찰 등의 방법을 이용하여 분석하고 얻어진 자료를 종합적으로 고찰하여 점토광물을 판별하고 계량한다(그림 88-2 참조)

이들의 분석법 중에서 X 선회절이 가장 유력하며 필수적인 방법이다. 점토에 포함된 점토광물의 미세한 결정에 파장 λ의 단색 X 선을 쪼일 때 블록 반사조건 nλ = 2d sinθ (n=1,2,3...)이 만족되면 회절효과가 생긴다. 식에서 d는 결정격자의 간격 θ는 격자면에 대한 X선의 입사각 및 반사각을 표시한다. 여기서 회절효과가 생긴 각도 θ를 알면 각각의 점토광물에 특유한 d가 얻어진다.

따라서, d값과 회절효과의 강도를 측정하면 점토광물의 판정과 계량이 가능하며 토양의 점토광물조성의 분석 예를 나타내면 표 89-1과 같다.