일라이트(illite)
농업과학기술원
박 찬 원
고령지농업연구소
장 용 선
일라이트는 셰일이나 사암에서 카올리나이 트, 일라이트-스멕타이트 혼합층상광물과 더 불어 가장 풍부한 점토광물이다. “일라이트”라 는 명칭은 Grim 등(1937)이 일리노이州 이질 암에서 흔히 산출되는 점토입자 크기의 운모를
“일라이트”로 명명한데서 그 유래를 찾을 수 있다. 1984년 미국점토광물학회(CMS)에서 점토연구를 위한 국제협회(AIPDA) 공동으 로 설립한 명명위원회는 “시간이 흐를수록 지 식도 진보하기 때문에 일라이트의 정의는 앞으 로도 계속 변해갈 것” 이라는 입장을 견지하면 서, 일단 팽윤층이 없는 2․8 면체형 운모점토 광물을 퇴적성이나 열수성의 산상과는 무관한 것을 일라이트종이라고 명명하도록 권고하였 다. 그러다가 1984년 Srodon과 Eberl은 “4
㎛ 이하 입자크기로서 비 팽창성, 2․8 면체이 면서 알루미늄이 풍부한 운모같은 광물”을 일 라이트로 정의하였는데, 이는 현재 가장 일반 적으로 통용되고 있는 정의와 부합된다.
흔히 일라이트와 같은 의미로서 수화운모 (hydromica), 수화백운모(hydromusco- vite), 함수된 일라이트(hydrous illite), 함 수된 운모(hydrous mica), K-운모, 운모질 점토(micaceous clay), 및 세리사이트 (sericite) 등이 있다. 광물학자들을 제외하 고는 일라이트 대신 견운모(絹雲母)라는 용어 를 더 많이 사용하는 경향이 있다. 견운모는 점토처럼 질이 치밀하면서 미세한 비늘 모양 백운모로 세리사이트 (sericite)라고도 한다.
‘sericite’라는 말은 비단이라는 뜻의 그리스 어에서 연유한다.
1. 광물의 생성과 특성
일라이트(illite)는 다른 점토광물과 같이 이질퇴적암, 열수변질대, 및 중성-산성암에 서 풍화되어 K와 Al을 함유하는 광물인 K-장
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석이나 백운모류로부터 생성되거나 저온환경 에서 기존의 점토광물인 스멕타이트로부터 속 성작용에 의해 형성된다.
첫째, 화강암에서 흔히 볼 수 있는 K-장석(정 장석, orthoclase)은 풍화작용에 의해 물(水) 과의 반응에 의해 물분자와 물속에 녹아 있는 Al 및 Si 이온을 받아들이고 일부 K 이온이 물속으로 용해되어 나감으로서 일라이트가 되 고, 백운모는 Si 이온이 일부 Al 이온을 치환하여 광물구조 속으로 들어가고 일부 K이온은 물속으 로 용해되어 나감으로서 일라이트가 된다.
K-장석＋Al3＋＋Si4＋＋H2O → 일라이트＋K＋
백운모＋Si4＋→ 일라이트＋Al3＋＋K＋
둘째, 암석의 풍화산물인 2：1형 팽창성 광 물인 스멕타이트(Smectite)가 퇴적물과 함께 깊이 매몰되어 200℃이하에서의 저온환경에 서 속성작용을 거치면서 일라이트-스멕타이트 의 혼층과정를 거쳐 일라이트가 형성된다.
스멕타이트＋Al3＋＋K＋
→ 일라이트＋석영(SiO2)＋Na＋＋H2O
일라이트의 기본구조는 두 개의 사면체 layer 사이에 한 개의 팔면체 layer가 들어가 결합하는 2：1 구조를 가진다. 팔면체층은 결 합구조 내 양이온 자리 3개중에서 2개만 양이 온으로 채워지는 이팔면체(dioctahedral)가 특징이다. 일라이트를 XRD로 분석해 보면 c축의 단위길이에 해당하는 저면간격 d값, 즉
d(001) =10±0.05 Å이며, 이는 층간 양이온 이 K임을 지시한다. b축 단위길이의 1 / 6에 해당하는 값, d(060)＝1.50±0.01 Å인데, 이는 이팔면체(dioctahedral) 구조임을 알 수 있다. 따라서 일라이트의 기본적인 구조는 백운모(muscovite)와 매우 흡사하다고 볼 수 있다.
그림 1. 일라이트광물의 모형도
일라이트는 외형상 장미꽃잎과 같은 엽편상 을 보인다. 스멕타이트로부터 처음으로 막 형 성되는 단계에 있거나, 수용액으로부터 침전 될 때의 초기에 형성되는 일라이트는 머리카락 처럼 가늘고 구불한 모양을 보이기도 한다.
2차원적인 단면으로 볼 때 일라이트의 구조에 따라서 결정형태는 다양한데, 순수한 일라이 트 결정은 비교적 크며 길죽한 형태나 육각형 의 판상으로 나타난다.
토양과 비료(제29호 2007. 3.) / 17
그림 2. 전자현미경(SEM)으로 관찰한 일라이트(Illite)
일라이트의 일반적인 화학조성은 K0.8－
0.9(Al, Fe, Mg)2(Si, Al)4O10(OH)2이다.
일라이트의 단위포 당 전하는 평균 0.8로서 스멕타이트와 운모의 중간에 해당하는 값을 가진다. 일라이트는 백운모에 비하여 Si4＋, Mg2＋ 및 H2O가 풍부하나 사면체자리의 Al3＋
과 층간 K＋의 함량이 낮다. 일라이트에는 층간 에는 K＋가 가장 우세하며, Ca2＋, Mg2＋, NH4＋
등이 소량으로 들어간다.
일라이트는 크기가 2∼4 ㎛ 이하로서 백운 모와 같은 광물인데, 결정도는 다양하며 입자 의 물리적 상태도 일정하지 않아 물리화학적인 특징도 다양하다. 일라이트의 표면적은 80∼
150 m2g-1으로 백운모의 표면적은 60∼100 m2g-1와 유사하다. 풍화에 대한 저항도의 경 우 일라이트 구조에서는 K＋가 H＋에 대하여 선택성을 가지므로 풍화환경에서는 일라이트 가 백운모보다 훨씬 안정하여 K＋는 Na＋나 H＋에 의해서는 치환이 잘 되지 않아 양이온치
환용량(Cation Exchange Capacity, CEC) 도 표 1처럼 다른 점토광물에 비하여 높은 편은 아니다.
<표 1> 주요한 토양 교질물의 양이온 치환용량(CEC)
토양 교질물
유기 물 질 석
스멕 타이 트
일라 이트
카오 린
산화 물 양이온치
환용량 (cmolc
kg-1)
100∼
300 80∼1
50
60∼1 00
25∼
40 3∼1
5 0∼3
2. 산업적 이용
국내에서 산출되는 일라이트의 생산량은 매 우 적으며, ‘견운모(sericite)’라는 명칭으로 대 부분 요업 용도로 사용되고 있다. 이 같은 일라이 트 광석은 대개 10 ㎛ 전후의 극미립상으로 석영과 함께 산출되어 비교적 견고한 물성을 보인다. 일라이트는 폐수처리를 비롯한 환경분 야, 양식장이나 가축들의 사료 보조제, 논-밭, 과수원이나 비닐하우스의 토량개량제, 정수용, 제지, 섬유, 의약품, 비누, 화장품, 건강보조기 구 등 매우 넓은 분야에 활용되고 있다(표 2).
특히 견운모는 위생도기, 내화물, 타일, 도자기, 용접봉의 융착제 페인트와 고무제품의 충전재, 화장품 등에 사용되고 있으며 최근에는 바이오 세라믹 원료로 쓰인다. 화장품용 등으로 고부가 가치 자원으로 쓰이는 일라이트는 전량 수입되 고 있으나 이에 따른 특성이나 우리나라 부존자 원에 대한 연구는 필요할 것으로 판단된다.
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<표 2> 일라이트의 공업적 이용
종 류 가공 및 입도 용 도
분말형
1,000 mesh 의약품, 화장품, 미용팩
325 mesh 상수도 정수제, 사료보조제, 건축마감재, 폐수 처리제 50 mesh 토양개량제, 사료보조제, 건축마감재
과립형 1,000 mesh 미용팩, 음식물 세척 1,000 mesh, 소성 정수제, 공기정화제
입상형
5∼10 mm 건축마감재, 바닥제
2∼5 mm 잔디 등의 바닥제, 호수 등의 바닥제 2∼1 mm 이하 화분제, 어항 등의 바닥제
원 형 소성가공 매트, 방석
구 형
25 mm 건강보조기구
3 mm 정수, 필터 재료 1 mm 이하 필터용
화장품에 사용되는 일라이트는 정제하고 분 쇄하여 페이스파우더(face powder)나 파우 더 블러셔(powder blusher) 처방에 20%
정도까지 함유시키면 자연스러운 투명감을 나 타낼 수 있다. 또한 미분쇄 운모를 실리콘 (silicone)유로 코팅하여 소부(燒付)처리를 함에 따라 투명감을 향상시키고 부착성이 뛰어 난 화장품을 만들기도 한다. 일라이트가 화장 품에 많이 사용되고 있는 이유는 다층구조의 밝은 반투명 판상에 박편이므로 피부에서의 퍼짐성이 좋고 부착성이 또한 뛰어나기 때문이 다. 또한 굴절률이 작고 투명감이 있어 피부에 부착된 상태에서도 명암이 없는 자연광택을 낼 수 있으며, 탄성이 좋고 덩어리지지 않기 때문이다. 그러나 천연광물의 정제 시에 어려 움이 있으므로 합성되어 사용되기도 한다.
최근 일라이트를 이용한 기능성 섬유들이 개발 되어 기대를 모으고 있다. 이런 제품에는 일라이 트론(illitelon)과 미라웨이브(Mirawave) 가 있다. 일라이트론과 미라웨이브는 미분쇄
일라이트 분말을 나일론, 폴리에스테르, 폴리 프로필렌, 아크릴 등 화학섬유에 혼합시켜 상 품화한 신소재이다. 이들은 축열, 탈취, 항균 작용 등 고기능성 고부가가치 차세대섬유로 부상하고 있으며, 스포츠와 골프웨어에 주로 쓰인다. 일라이트는 의료용으로도 사용된다.
일라이트는 유기물질의 흡수 및 흡착이 매우 뛰어나므로 전 세계에서 가장 많이 이용되는 의료용 점토 중의 하나이다.
