광물학 9: 광상과 경제적 광물 9.2: 광석 광물 2.1: 기본 원소 - 금속, 반금속 및 비금속
출처 덱스터 퍼킨스 노스다코타 대학교 소스: EK 이페어케이 플러스
9.2.1: 기본 원소 - 금속, 반금속 및 비금속
네이티브 요소는 제조, 통화 또는 기타 목적으로 사용되기 전에 처리가 필요하지 않을 수 있기 때문에 가치가 높습니다. 인간이 사용한 최초의 금속은 천연 광물이었습니다.
나중에야 인간은 더 복잡한 광물에서 원소를 추출하기 위한 정제 기술을 개발했습니다.
우리는 천연 원소를 화학적, 물리적 특성에 따라 금속, 반금속 및 비금속으로 편리하게 나눕니다. 오른쪽 표에는 각 그룹의 가장 일반적인 미네랄이 포함되어 있습니다.
금속 그룹 내에서 주요 천연 광물은 금, 은, 구리 및 백금입니다. 이 네 가지 광물은 모두 약한 금속 결합을 포함합니다.
금, 은, 구리는 주기율표의 같은 열에 있기 때문에 화학적 특성에서 더 많은 공통점을 가지고 있습니다. 금과 은은 완전한 고용체를 형성합니다.
우리는 금과 은 일렉트럼을 모두 포함하는 조성물을 부릅니다.
그러나 구리 원자는 금과 은 원자보다 작기 때문에 구리와 귀금속 사이의 용액이 제한됩니다. 천연 금, 은, 구리에는 소량의 다른 원소가 포함될 수 있습니다.
예를 들어, 천연 구리에는 비소, 안티몬, 비스무트, 철 또는 수은이 포함되어 있는 경우가 많습니다.
천연 백금은 금, 은 또는 구리보다 훨씬 희귀합니다. 일반적으로 소량의 다른 원소, 특히 팔라듐을 포함합니다. 천연 반금속 비소, 안티몬 및 비스무트도 드뭅니다.
천연 금속
금 Au
은 Ag
구리 Cu
백금 Pt
천연 반금속
비소 As
안티모니 Sb
비스무트 Bi
천연 비금속
석묵 C
다이아몬드 C
황 S
Figure 9.23: 일부 천연 금속에서의 원자 배열
천연 구리, 금, 은, 백금은 원자가 입방체 패턴으로 배열된 원자 구조를 가지고 있습니다(그림 9.23).
천연철은 운석을 제외하고는 드물고, 천연철의 원자 배열은 다른 금속과 완전히 같지 않지만, 철도 마찬가지다.
그럼에도 불구하고 이러한 광물의 유면체 결정은 입방체 또는 다음 장에서 설명하겠지만 팔면체일 수 있습니다.
그러나 더 일반적으로 이러한 미네랄은 덜 규칙적인 모양으로 결정화됩니다.
매우 희귀한 광물인 천연 아연은 육각형 원자 배열을 가지고 있어 다양한 모양의 결정을 형성합니다. 아래 사진(그림 9.24-9.29)은 천연 금, 은, 구리, 백금, 안티몬 및 황의 예를 보여줍니다.
금은 때때로 덩어리 또는 조각으로 채굴되며(그림 9.17의 예를 보라), 철사나 저울로도 발견된다.
그러나 아래 그림 9.24에서 볼 수 있는 것과 같은 크고 눈에 띄는 표본은 특이하다. 대부분의 금 및 기타 귀금속 광석에는 종종 미세한 매우 미세한 면체하 금속 입자가 포함되어 있습니다.
은은 때때로 철사와 같은 형태 또는 수목원(나무와 같은) 형태로 발생합니다(그림 9.25). 또한 쉽게 변색되어 이 사진에서 회색을 띱니다.
대부분의 기반암 금과 은 광상은 석영이 풍부한 열수 광맥에 있습니다.
황철석(바보의 금) 및 기타 황화물은 종종 이러한 광맥에서 천연 금 및 은과 관련이 있습니다.
단단한 암석 퇴적물 외에도 금과 은은 사금(강, 하천 또는 다른 종류의 퇴적물에 축적됨)에서도 발견되며 천연 은은 다른 여러 유형의 퇴적물에서 발견됩니다.
박스 9-3(아래)은 세계에서 가장 큰 금 매장지인 비트워터스랜드 금 매장지를 설명합니다.
이 장의 뒷부분에 있는 9.3.3.1절에서는 플레이서에 대한 자세한 정보를 제공합니다.
그림 9.24: 시에라 네바다 산기슭의 석영 위에 있는 천연 금. 샘플의 높이는 4cm입니다.
그림 9.25: 방해석이 있는 천연 은, 멕시코 발렌시아나 광산
Figure 9.26: 미시간 주 화이트 파인(White Pine) 부근에서 채취한 공작석이 함유된 천연 구리
Figure 9.27: 브리티시 컬럼비아 남부의 플레이서 백금 너겟. 가장 큰 것은 약 2mm입니다.
Figure 9.28: 독일 남부의 석영을 사용한 천연 안티몬
Figure 9.29: 시칠리아의 천연 유황
천연 구리는 마픽 화산과 관련된 다양한 광석 퇴적물과 일부 사암에서 발생합니다.
구리는 분기 시트, 판 및 전선과 거대한 조각으로 발견됩니다.
그림 9.26에서, 그것은 부분적으로 공작석, 탄산구리로 변형된 불연속적인 시트에 있습니다. 우리는 주로 초고철질 화성암에서 천연 백금을 채굴하지만, 백금은 사금에서도 발견됩니다 –
그림 9.27은 사금 백금 덩어리의 예를 보여줍니다.
백금은 또한 Cu- 또는 Ni- 황화물 정제의 2 차 제품입니다.
천연 안티몬(그림 9.28)은 순수하지 않다. 일반적으로 비소와 용액에 있으며 소량의 다른 금속을 함유할 수 있습니다.
변색되지 않은 표본은 금속과 은색이지만 안티몬은 일반적으로 이 사진에서 볼 수 있듯이 회색으로 변색됩니다
흑연, 다이아몬드 및 황은 비금속 천연 원소의 예입니다. 그림 9.29는 천연 유황의 예를 보여줍니다. 그림 3.49 (Chapter 3)에는 또 다른 사진이 포함되어 있습니다.
유황 퇴적물은 화산과 관련이 있으며 종종 분기공에 집중되어 있습니다.
유황은 또한 일부 황화물 퇴적물의 정맥과 할라이트, 무수석, 석고 또는 방해석과 함께 발견되는 퇴적암에서 발견됩니다.
천연 유황 매장량은 전 세계 유황 공급량의 약 절반에 불과합니다. 나머지는 대부분 금속을 회수하기 위해 가공 중에 황화물에서 분리됩니다.
흑연과 다이아몬드는 모두 탄소로만 구성되어 있습니다. 우리는 3장에서 두 광물의 성질에 대해 논의했습니다. 흑연은 대리석, 편암, 편마암을 포함한 많은 종류의 변성암에서 미량 광물로 일반적입니다.
탄소의 기원은 일반적으로 원래 퇴적물의 유기 물질입니다.
흑연은 일부 유형의 화성암과 운석에서도 발생합니다. 다이아몬드는 지구의 가장 낮은 지각 또는 맨틀과 관련된 매우 높은 압력에서만 형성됩니다.
우리는 킴벌라이트 파이프에서 그것을 채굴하는데, 빠르게 움직이고 때로는 폭발하는 마픽 마그마가 그것을 표면으로 운반합니다.
형성 후 다이아몬드는 때때로 강과 하천 바닥에 집중되어 사금 퇴적물에서 채굴합니다. 일부 다이아몬드는 보석 품질이지만 대부분은 그렇지 않습니다.
우리는 품질이 낮은 다이아몬드를 공업용 다이아몬드 또는 보르트(다이아몬드가 작고 불투명한 경우)라고 부릅니다. 다이아몬드와 다른 보석에 대한 자세한 내용은 이 장의 뒷부분에 있는 9.2.4항을 참조한다.
위트워터스랜드 금 매장지
그림 9.30: 매우 높은 등급의 Witwatersrand 금광석
금은 다양한 광석에서 발생합니다. 남아프리카 공화국 북동부에 있는 세계 최대 규모의 위트워터스랜드 광상이 세계 생산량을 지배하고 있습니다.
지금까지 채굴된 모든 금의 40%는 위트워터스랜드 광석에서 나왔습니다.
그림 9.30은 그 지역의 Blyvooruitzicht 금광에서 나온 매우 높은 등급의 광석의 예를 보여줍니다. 노란색 알갱이는 금색이고 검은색 물질은 우라나이트입니다.
이 광석은 많은 Witswatersrand 광석과 마찬가지로 방사능이 매우 강합니다.
위트워터스란트(Witwatersrand) 퇴적물은 고생물 퇴적물(paleoplacer deposits)로, 원래 퇴적되었을 때 퇴적물이었다는 것을 의미한다.
그들은 약 100km x 40km 지역에서 발생합니다. 위트워터스란트(Witwatersrand) 퇴적물의 기원은 약간의 미스터리이다.
단단한 암석 퇴적물이 침식될 때 플레이서가 형성되고 퇴적 과정이 광석을 농축합니다.
그러나 오늘날 우리는 비트바테르스란트(Witwatersrand) 사금의 부피를 설명할 수 있을 만큼 충분한 크기의 단단한 암석 금 매장지를 알지 못한다.
위트워터스랜드의 금 광구는 1852년에 발견되었지만, 그 발견은 비밀에 부쳐졌다.
1886년이 되어서야 비로소 본격적인 생산이 시작되었다. 광산업이 호황을 누리면서 남아프리카 공화국 국경의 중심 도시인 요하네스버그가 급속히 성장했습니다.
10년도 채 되지 않아 요하네스버그는 미국에서 가장 큰 도시가 되었습니다.
1889년 광부들이 황철석 지대에 도달했을 때, 당시에는 황화물에서 금을 추출하는 방법을 몰랐기 때문에 채굴이 느려졌습니다.
그 후, 글래스고의 테넌트 컴퍼니(Tennant Company)에서 일하던 세 명의 스코틀랜드인인 존 맥아더(John MacArthur), 로버트 포레스트(Robert Forrest), 윌리엄 포레스트(William Forrest)는 황화물에서 금을 추출하는 시안화물을 포함하는 용해 공정을 개발했습니다. 그리하여 요하네스버그는 다시 한 번 번영을 누렸습니다.