제올라이트

 

시작 말 1756 년에 화산암에서 최초로 발견되어 보고되었던 (Cronstedt, 1756) 제올라이트는 화산쇄설성 퇴적암에 대규모의 광상을 이루며 산출될 수 있다는 Bramlette 와 Posnjak (1933)의 획기적인 연구결과가 알려지기 까지, 이 광물의 산업적인 유용성은 단지 합성 제올라이트 부문에서만 모색되고 있었다. 이들의 연구결과를 토대로 다국적 화공회사인 Union Carbide사를 중심으로 미국의 서부 지역에서 본격적인 탐사가 시행되었고 1950 년대 말경부터 미국 내의 퇴적기원의 제 3기 응회암층 내에서 경제성이 있는 제올라이트 광상들이 많이 발견되기 시작하였다. 일본에서도 Ota와 Sudo (1949)에 의해서 제올라이트 광상이 처음으로 발견된 이래 1950 년대부터 천연 제올라이트의 개발이 본격적으로 이루어졌다. 한편 국내에서도 1960 년대부터 경북 영일 및 감포 지역에서 퇴적기원의 제올라이트 광상이 관련업계 쪽에서부터 알려지기 시작하여 최근에는 많은 제올라이트 광산들이 개발되기에 이르렀다. 제올라이트는 천연의 조건에서 매우 다양한 광물상을 이루고 물리화학적으로 또한 광종에 따라 각기 다른 성질을 나타낸다. 제올라이트의 산업 부문에서의 응용은 전적으로 이 광물들이 지니고 있는 독특한 응용광물학적 성질, 즉 (1) 양이온 교환 특성, (2) 흡착 및 분자체 특성, (3) 촉매 특성, 그리고 (4) 탈수 및 재흡수 특성 등이 관련산업에 효용가치가 있다는 것이 특징이다. 그 외에도 천연 제올라이트는 엄밀한 의미에서 단일 광물이 아닌 대개 2종 이상의 부성분 광물들이 불순물을 이루는 일종의 광석의 형태로 개발되고 응용되는 관계로 실제로 이 광물을 응용하는 데에는 많은 제한이 뒤따르게 된다. 따라서 천연 제올라이트 산업은 정밀광업의 차원에서 취급되어야만 이 광물의 보다 효율적인 자원개발과 응용이 기대될 수 있을 것으로 믿어진다. 그렇지만 국내에서는 아직도 이 광물에 대한 인식의 부족과 다소 열악한 산업조건 등으로 인해서 단지 저급한 용도로만 다소 무분별하게 개발되고 있는 경향이 있어 이에 대한 대책이 시급히 요청되고 이는 실정이다. 따라서 이 광물자원의 보다 고급의 용도개발과 효율적인 개발 및 응용을 위해서 지난 호의 내용 (제올라이트의 응용광물학적 성질)에 이어서 이 강좌 내용이 관련업계에 조금이나마 도움이되었으면 한다. 천연 제올라이트의 생성 환경 및 조건 제올라이트는 낮은 온도 및 압력을 이루는 천연의 조건에서 흔히 산출되는 함수규산염 광물로서 대개 다음과같은 지질환경에서 많이 산출되는 것으로 알려져 있다. (1) 속성작용을 받은 화산쇄설성 퇴적암 내에서 변질광물로 산출되는 경우. (2) 염도가 높은 호수나 심해저에서 화학적 퇴적작용에 의하여 일차적으로 생성되는 경우. (3) 염기성 화산암류의 정출과정에서 최후기에 화산암 내의 공극을 충진하는 양상으로 생성된 경우. (4) 열수환경이나 저변성환경에서 맥상이나 공극충진상으로 산출되는 경우. 이와같은 생성환경중에서도 제올라이트가 광상을 이룰 정도로 대규모로 산출되어 개발이 이루어지고 있는 것은 거의 전부 (1)의 경우에 해당된다. 제올라이트는 또한 열역학적으로 저온 및 저압의 조건에서만 안정한 광물인 관계로 지각변동등에 의한 생성조건의 변화에 따라 쉽게 다른 광물로 천이되는 경향이 있다. 따라서 지질시대를 통해서 제 3기의 지층에만 국한되어 산출되고 그 이전의 지층에서는 찾아보기 어렵다. 전세계적으로 현재 개발되고 있는 제올라이트 광상들은 화산유리질 물질 (화산회 및 화산유리)이 수중에서 퇴적되어 속성변질된 응회암의 형태로 부존된다. 실제로는 이 응회암의 기질들이 대부분 제올라이트로 치환되어 있기 때문에 엄밀한 의미에서 응회암이라고 불리울 수 없다. 그러나 이 광석은 외견상 응회암의 특징을 그대로 유지하므로 통상 "불석질 응회암 (zeolitic tuff)"이라고 명칭되고 있다. 대개 층상으로 산출되는 제올라이트 광상은 비슷한 환경에서 생성되지만 생성 메카니즘이나 조성 등에 있어서 상이한 벤토나이트 (bentonite) 및 규조토 (diatomaceous earth) 광상들과 공간적으로 밀접한 연관관계를 보이며 분포되는 경향이 있다. 국내의 제올라이트 광상들도 그림 1 과 2에서 볼 수 있는 바와같이, 제 3기의 화산쇄설성 퇴적암이 집중적으로 분포하는 영일 및 감포 지역에 국한되어 벤토나이트 및 규조토 광상들과 함께 분포되는 양상을 보인다. 제올라이트는 장기층군의 거의 모든 응회암 층준에서 항상 수반되지만, 광상을 이룰 정도로 고품위로 산출되는 경우는 대개 눌대리응회암층 (영일지역)이나 용동리응회암층 (감포지역) 내의 세립질 응회암 층준에만 국한되는 경향이 있는 것으로 알려진 바 있다 (노진환과 김수진, 1982; 노진환, 1984, 1985, 1989; 노진환과 김기업, 1988). 응회암이 퇴적될 당시에 혼입된 공극수에 의해서 화학적으로 불안정한 화산유리질 물질이 속성과정중에 소위 "incongruent dissolution"되어 제올라이트가 생성된다는 것이 현재까지 밝혀진 제올라이트 광상의 생성 메카니즘이다. 일반적으로 제올라이트의 광물상은 화산유리질 물질의 화학조성에 의해서 규제되고 또한 변질의 정도는 원암의 조직에도 지배되는 경향을 보인다 (Noh and Kim, 1986). 또한 화산유리질 물질의 최초기의 속성변질물로서 흔히 수반되는 스멕타이트는 제올라이트의 생성과 성인적으로 밀접한 연관이 있다는 사실도 최근에 국내의 광상에서 밝혀진 바 있다 (Noh and Boles, 1989). 요컨데 제올라이트 광상에 있어서 광물상의 내용과 광상의 규모 및 광화정도는 (1) 원암의 지질시대 및 퇴적환경, (2) 퇴적후의 매몰조건, (3) 원암의 구성성분상의 조성, 특히 화산유리질 물질의 혼입정도, (4) 원암의 화학조성 및 공극수의 화학조건, (5) 원암의 암상 및 조직 등의 영향요인들에 의해서 규제되는 것으로 현재 알려져 있다. 제올라이트 광석과 광물상 전세계적으로 채광이 되고 있는 제올라이트 광석들은 전술한 바와같이 세립질의 유리질 응회암 (vitric tuff)이 속성변질된 불석질 응회암의 형태를 이루고 있는 경우가 대부분이다. 개발조건이나 광석의 광물조성의 내용에 따라 많은 차이를 보일뿐만아니라 단체광물의 함량을 정밀하게 산출하는 것이 어렵기는 하지만, 대개 제올라이트의 함량이 대략 60 % 이상의 광석들이 현재 채굴되어 관련산업에 응용되고 있는 것으로 알려져 있다. 드물게 90 % 이상의 고품위 제올라이트 광석들이 개발되는 경우도 있지만, 석회석이나 규석에서 볼 수 있는 것같은 높은 순도의 순수한 제올라이트 광석은 이 광물의 생성 환경으로 보아 기대할 수 없다. 제올라이트 광석은 실제로 함수규산염 광물인 제올라이트를 주성분으로하는 광물조성상 일종의 혼합물이고 금속광물의 경우처럼 특정한 원소를 기준으로 화학분석을 통해서 품위를 엄밀하게 산정할 수 없다. 그럼에도 불구하고 국내에서는 제올라이트 광물과 광석을 혼동하고 이 광물의 품위를 화학분석을 통해서만 이해하려는 오류가 빈번히 있어서 이에 대한 시정이 시급히 요구되고 있는 실정이다. 제올라이트 광석은 (1) 스멕타이트와 같은 점토광물, (2) 원암중에서 변질되지 않은 조암광물, (3) 산화 및 수산화철 형태의 변질광물 (대개 goethite)과 함철광물, 그리고 단백석같은 SiO2 계열의 속성변질광물등의 부성분 광물들이 불순물로서 제올라이트와 함께 수반되기 때문에 불균질한 양상을 보이는 것으로 알려져 있다. 제올라이트 광석에는 2종 이상의 제올라이트가 함유될 경우가 흔한 데, 여기서는 주된 제올라이트 이외의 소량 함유되는 제올라이트들도 경우에 따라 불순물의 역활을 하기도 한다. 또한 유기물의 잔존물이나 콜로이드상으로 흔히 존재하는 철과 망간의 수산화물들도 제올라이트 광석의 순도뿐만아니라 백색도를 저하시키는 역활을 하는 중요한 비정질의 불순물들이다. 일반적으로 순수한 제올라이트는 백색을 띠나 위와같은 불순물들의 존재로 흔히 야외에서 담황색 또는 담회색의 풍화색을 나타내는 경우가 많다. 그러나 채굴되어 신선한 면이 노출될 경우에는 청회색 내지 암회색같은 보다 짙은 색조를 띠는 것이 특징이다. 풍화된 면에서 흔히 조갑지 모양의 깨어짐이 발달하고 SiO2 계열의 광물들이 많이 함유될 경우에는 견고한 물성을 나타내는 데 비해, 스멕타이트를 많이 함유하는 경우에는 손으로 쉽게 부러트릴 수 있을 정도로 취약한 양상을 보인다. 국내의 업계에서 흔히 사용하는 소위 "도기질 제올라이트" 및 "연질 제올라이트"라는 용어는 위와같은 불순광물들의 상대적인 함량 정도에 따른 제올라이트 광석의 물성의 차를 일컷는 것으로 여겨진다. 국내의 소위 연질 제올라이트 광상중에는 특히 스멕타이트가 많이 함유되어 전형적인 벤토나이트 광상과 제올라이트 광상의 중간 형태의 광물조성과 특성을 보이는 것들이 많은 데, 그림 1과 2에서는 편의상 이들을 벤토나이트질 제올라이트 광상(bentonitic zeolites)으로 구분하여 표시하였다. 천연 제올라이트는 현재까지 결정구조상으로나 화학조성상 서로 다른 46 종의 많은 광물들이 알려져 있다. 이들 중에서 퇴적암에서 산출되는 제올라이트 광물들만해도 표 1에서 볼 수 있는 것처럼 총 19 종에 이를 정도로 다양하다. 그러나 광상을 이룰 정도로 고품위를 이루고 대규모로 산출되는 제올라이트는 전세계적으로 클리놉틸로라이트 (clinoptilolite), 아날심 (analcime), 체바자이트 (chabazite), 모오데나이트 (mordenite), 에리오나이트 (erionite), 휼란다이트 (heulandite), 필립사이트 (phillipsite), 그리고 페리어라이트 (ferrierite) 등의 대개 10 종 이내의 광종들만 현재 개발되고 있는 것으로 알려져 있다. 이중에서도 특히 클리놉틸로라이트가 가장 흔하게 산출된다. 국내의 영일 및 감포 지역의 광상들도 대부분 클리놉틸로라이트가 광석의 주성분을 이루나 곳에 따라 모오데나이트가 함께 산출되는 경우가 많다. 영일 지역의 몇개의 광산에서는 휼란다이트가 주성분을 이루고 여기에 에리오나이트가 수반되는 광상이나 페리어라이트를 주성분을 이루는 광상을 개발한 경우도 있다. 그러나 현재 가행중인 광산들은 대부분 클리놉틸로라이트와 모오데나이트 계열의 광물상을 이루는 광상들을 채광중인 것으로 생각된다. 그림 3은 국내의 광상에서 산출되는 가장 흔한 제올라이트 광물들의 전자현미경 사진들이다. 클리놉틸로라이트는 천연 제올라이트 중에서 결정화학적으로나 교환성 양이온의 성격에 있어서 가장 다양한 광물상을 이룬다. 또한 이 제올라이트는 휼란다이트와 X-선회절분석에 의해서도 구분될 수 없을만큼 서로 유사한 광물상을 보이기 때문에 이 광물의 감정에는 특별한 주의를 요한다. 필자가 연구한 바로는 영일 및 감포 지역에서 개발되고 있는 클리놉틸로라이트들은 교환성 양이온의 성격과 Si/Al의 함량비에 따라 (1) Ca-형 클리놉틸로라이트, (2) Na-형 클리놉틸로라이트 그리고 (3) K-형 클리놉틸로라이트로 구분되는 것으로 보인다. Ca-형 클리놉틸로라이트가 대부분이고 (2)와 (3)의 경우는 드물다. 또한 Ca-형은 보다 낮은 Si/Al의 함량비를 갖는 것으로 나타난다. 퇴적암에서 산출되는 제올라이트는 대부분 그림 3에서 볼수 있는 바와같이 대부분 극미립을 이루고 있기 때문에 육안으로는 물론 통상의 편광현미경 하에서도 식별되기 어렵다. 따라서 X-선회절분석과 전자현미경 관찰과같은 정교한 분석방법을 통해서 이 광물의 감정이 이루어진다. 이들의 화학조성은 공업적으로는 흔히 광석의 단위로나 또는 분리공정을 거쳐 품위가 증진된 원료에 대해서 습식분석에 의해서 구해질 수 있지만, 이는 결국 소량의 불순물을 포함한 분석치로 실제의 제올라이트 광물의 화학조성과는 차이가 있다. 그래서 최근에 학계에서는 미소 광물 단위의 비파괴적인 화학분석이 가능한 전자현미분석 (electron microprobe analysis) 방법에 의해서 분석을 많이 하지만, 여기에서도 전자 빔에 대한 이 광물의 취약성 때문에 세심한 주의를 기울이지 않으면 정확한 분석치를 기대하기 어렵다. 산업계에서는 흔히 광물조성에 대한 정확한 인식 없이 단순히 양이온 치환능 (C.E.C.)의 분석으로 제올라이트의 개략적인 품위와 특성을 감정하는 경향이 있는 데, 이는 매우 불합리한 감정이라고 생각된다. 왜냐하면 양이온 치환능의 분석 과정이 매우 세심하게 이루어지지 않으면 정확한 값을 기대하기 어렵다는 점은 차치하고라도, 이 양이온 치환능은 제올라이트뿐만아니라 불순물로 흔히 수반되는 스멕타이트도 지니고 있는 성질인 관계로 광석 단위의 C.E.C. 값은 제올라이트만의 품위나 특성을 지시하는 분석치가 될 수 없기 때문이다. 광물학적으로 제올라이트는 결정구조상으로나 화학조성상 매우 감정하기 어려운 광물들중의 하나이고 또한 실제로 극미립으로 정출되는 관계로, 이 광물의 정확한 감정을 위해서는 위에서 언급된 분석방법들이 복합적으로 적용되어야 할 것이다. 또한 필요에 따라 시차열분석 (differential thermal analysis) 등의 특수한 분석법들도 보조적으로 시행되어야 이 광물의 완전한 감정이 이루어질 수 있을 것으로 생각된다. 천연 제올라이트의 응용 ▶ 광석 처리 및 생산공정 천연 제올라이트는 합성 제올라이트에 비해 필연적으로 불순물이 함유되어 다소 불균질하고 단지 제한된 광종들만 공급이 가능하여 분자체 (molecular sieve)로서 다양하지 않지만, 값이 저렴하고 대규모로 공급될 수 있기 때문에 주로 많은 물량을 필요로하는 산업에 이용되는 것이 특징이다. 천연 제올라이트를 산업에 응용하기 위해서는 우선 괴상의 광석을 일정한 크기의 입자들로 분쇄하고 가능한한 제올라이트를 선별.분리하므로서 품위를 증진시키는 공정이 필수적이다. 여기에는 Zieklite 사에 의해서 알려진 소위 "SGW"와 "HiZ"라는 상표의 제지공업용 천연 제올라이트의 생산공정이 일반적으로 흔히 사용된다 ( 그림 4). 그림 4에서 볼 수 있는 바와 같이 "SGW" 공정은 일종의 건식 과정인데 비해서 "HiZ" 공정은 습식으로 처리되는 점이 서로 다르다. 또한 전자의 건식 생산공정은 비교적 간편하고 경제적인 방법이지만 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이 품질이나 분리효율이 낮다. 이에 비해서 후자의 습식 생산공정은 다소 복잡하고 노력이 많이 들긴 하지만 상대적으로 좋은 품질을 기대할 수 있다. 따라서 실제로 제올라이트 광석의 처리과정은 원광의 품위 및 불순물의 내용과 수요처의 용도에 따라 적절히 선택되어 시행되어야할 것이다. ▶ 건축 재료 및 경량 골재로의 응용 천연 제올라이트는 이 광물의 정확한 인식도 없는 상태에서 이미 수세기 전부터 중부 유럽에서 내식성 시멘트 (pozzolanic cement)의 원료와 경량 석재로 사용되어 왔었던 것으로 알려져 있다. 대개 1950 년 경부터 미국, 이탤리, 일본 및 멕시코 등에서도 이와 유사한 용도로 천연 제올라이트가 처음으로 응용되기 시작하므로서 천연 제올라이트의 활용이 본격화된 것으로 생각된다. 현재는 원광을 그대로 사용하는 위와같은 방식의 천연 제올라이트의 응용은 거의 이루어지고 있지 않지만, 진주암 (perlite)의 경우처럼 고온 (1200-1400o C)에서 하소시켜 경량골재로 사용하는 새로운 방안이 모색되어 많이 이용되고 있다. 여기에는 대개 클리놉틸로라이트가 사용되며 이 가열처리 공정을 통해서 비중치가 0.8 밖에 되지 않고 공극율이 평균 65 %에 이를 정도의 다공질 경량물질이 얻어질 수 있는 것으로 알려져 있다. ▶ 농업 분야로의 응용 현재 천연 제올라이트는 국내외를 막론하고 농업 분야에서 가장 많이 응용되는 것으로 알려져 있다. 농업 분야에 응용되는 경우는 제올라이트의 응용 범위나 성격에 따라 (1) 토질 개량제, (2) 비료 나 농약의 보조제, 그리고 (3) 가축 사료로 이용되는 경우로 구분될 수 있다. 여기에는 주로 클리놉틸로라이트나 모오데나이트가 많이 사용된다. 특히 클리놉틸로라이트 중에서도 K 함량이 적은 것들이 이와같은 목적의 이용에 적합한 것으로 알려져 있다. 따라서 국내산 천연 제올라이트들은 농업 분야로의 응용에 적절한 광물상과 화학조성을 갖는 것으로 여겨진다. 산성의 토양을 중화시키는 토질 개량제로서의 천연 제올라이트의 이용은 이미 100 여년 전부터 일본에서 시행되어 왔었고 최근에는 국내에서도 시도되고 있다. 이는 제올라이트의 양이온 교환능의 특성이 응용된 경우로, 토양중의 수소 이온이 제올라이트의 교환성 양이온들과 이온교환되어 이 광물에 고착되므로서 이와같은 토질개선 효과를 가져오는 것으로 생각된다. 비료 성분과 제올라이트를 섞어서 경작지에 사용하면, 암모늄 이온이나 K 이온같은 중요한 비료성분들이 지속적으로 작용할 수 있도록 도와주고 부수적으로는 토양의 적당한 습도를 유지시켜 주는 효과를 가져 온다. 제올라이트는 또한 제초제나 살충제 등의 농약성분의 매개체로서도 좋은 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 이와같은 제올라이트의 응용은 천연 제올라이트, 특히 클리놉틸로라이트의 선택적 흡착성과 양이온 치환능이 복합적으로 응용되는 경우인 것으로 생각된다. 아직 이 효능의 생화학적 메카니즘이 규명되지 않아서 본격적인 응용이 이루어 지고 있지는 않지만, 가축의 사료로서 제올라이트의 응용에 대한 새롭고 흥미로운 결과들이 최근에 많이 알려지고 있다. 주로 돼지와 닭 등의 가축과 양식중인 송어나 잉어 등의 물고기의 사료에 일정량의 제올라이트를 섞어서 사용하면, 발육 증진, 발병율 저하, 그리고 산란율 제고 등의 좋은 효능이 나타나는 것으로 알려져 있다. 이는 주로 제올라이트의 선택적 흡착성과 연관이 있는 효과로 추정되지만 아직 정확한 보고가 없는 실정이다. 동물실험을 통한 위와같은 흥미로운 결과들에 대해서 비상한 관심을 갖고 있는 세계 굴지의 화공 및 제약 회사들은 궁극적으로는 인간에게까지 적용하는 문제를 검토하고져 하는 목적에서, 관련학계와 협력하여 이 효능의 생화학적 메카니즘을 규명하려는 연구를 추진하고 있다. ▶ 제지공업으로의 응용 천연 제올라이트의 뛰어난 백색도 (brightness), 흡수 및 흡착능력, 미세한 결정도 그리고 낮은 경도와같은 성질들은 제지공업에서 훌륭한 충진재료로서의 응용을 가능하게 한다. 여기에는 주로 판상의 결정형을 이루는 클리놉틸로라이트가 많이 사용된다. 원래 펄프나 캐올리나이트의 보다 값싼 대체물질로 사용되기 시작하였으나, 현재는 제올라이트를 사용하여 보다 고급의 지질을 얻을 수 있다는 사실이 알려짐에 따라 이에 대한 응용이 선진 외국에서는 점차 증대되는 경향을 보인다. 즉, 제올라이트로 충진된 종이는 캐올리나이트같은 점토광물로 충진된 것 보다 잉크가 잘 번지지 않고 좀더 불투명할뿐만아니라 기타 다른 물성에 있어서도 뛰어난 지질을 보인다는 것이다. 여기에 사용되는 클리놉틸로라이트는 높은 백색도를 유지하기 위해서 원광 자체에서도 착색물질의 기원이 될 수 있는 함철광물이 적어야 하고 이미 기술한 생산공정을 통해서 보다 정제된 비교적 고순도의 품질을 필요로 한다. 제지용 클리놉틸로라이트는 일반적으로 10 um 미만의 미세한 입도와 3 % 미만의 백색도의 품질 요건을 갖추어야 하는 것으로 알려져 있다. ▶ 환경 분야로의 응용 천연 제올라이트는 최근에 환경 보존 및 개선을 위한 목적에서 많이 응용되고 있다. 전세계적으로 날로 환경 오염이 심각해짐에 따라 이 분야로의 응용은 크게 확대될 것으로 전망된다. 이 분야로의 제올라이트의 응용은 대부분 대규모로 이루어지는 관계로 합성 제올라이트 보다 값싼 천연 제올라이트가 앞으로 이 부문에 많이 소요될 것으로 생각된다. 현재 환경 문제와 관련된 천연 제올라이트의 응용의 예로는 (1) 축산 농가의 환경 개선, (2) 도시의 생활하수의 처리, (3) 공업 폐수의 처리, (4) 음료수의 수질 개선 그리고 (5) 방사성 폐기물 처리 및 방사성 물질의 오염 방지 등을 들 수 있다. 축산 농가에서 가축들의 분뇨로 인한 악취와 외부로의 암모니아 및 암모늄 이온들의 유출은 천연 제올라이트의 이 성분에 대한 뛰어난 선택적 흡착 및 이온교환 특성에 의해서 크게 개선될 수 있다. 또한 필요에 따라 암모늄 이온으로 포화된 이 제올라이트를 회수하여 암모니아 비료의 대체품으로 재사용할 수도 있다는 보고도 알려진 바 있다. 도시의 생활하수의 처리도 주로 위와 같이 암모늄 이온을 걸러내는 방식으로 이루어 진다. 미국 등지에서는 이미 10 여년 전부터 하수의 종말처리장에서 대규모로 천연 제올라이트가 이용되어 왔다. 공업 폐수의 처리는 주로 제올라이트의 뛰어난 분자체 능력 (molecular sieving property)과 관련되어 이루어 진다. 이 부문에 있어서는 다양한 구경의 광종의 동원이 가능한 합성 제올라이트가 천연 제올라이트 보다 우월한 효능을 발휘하지만, 화학성분상 다소 단순한 공업 폐수를 대규모로 처리하는 데에는 천연 제올라이트가 유용한 것으로 알려져 있다. 제올라이트의 선택적 이온교환 특성은 많은 무기염류가 녹아있는 경수를 연화시키는 데 탁월한 효능을 보인다는 것은 주지의 사실이다. 이와같은 응용의 예는 최근에 국내의 가정에서 흔히 볼 수 있는 각종의 정수 장치에서 실감할 수 있을 것이다. 그러나 천연 제올라이트의 이 부문에서의 응용은 주로 상수도의 수질관리에서 대규모로 이루어질 수 있을 것으로 생각된다. 국외는 물론 국내에서도 전력의 핵에너지에 대한 의존도가 날로 증대되는 추세와 더불어 핵발전소에서 나오는 핵폐기물 등에 의한 방사성 물질의 오염에 대한 국민들의 우려의 목소리가 점차 커지고 있다는 것은 주지의 사실이다. 이 방면의 선도적인 위치에 있는 미국에서는 이미 1960 년대부터 천연 제올라이트로 폐기된 방사성 물질을 처리하는 방안들이 모색되어 왔었다. 이 부문에 대한 연구 결과들의 정보 교환은 보안관계상 각국마다 다소 통제되는 경향이 있어서 잘 알려져 있지 않지만, 천연 제올라이트가 산출되는 지하의 응회암층에 핵폐기물을 매몰하거나 핵발전소에서 유출되는 폐수중의 방사성 이온들을 제올라이트의 선택적 이온교환 특성을 이용해 제거하는 방식 등으로 응용되는 것으로 보인다. 방사성 폐기물 내의 Sr과 Cs과같은 방사성 물질들은 제올라이트에 의해서 선택적으로 제거되어 보다 취급하기 쉬운 형태로 처리될 수 있다. 그러나 핵폐기물을 제올라이트 층에 영구적으로 매몰하는 경우에는 잔류 방사성 원소들의 붕괴에 의한 천연 제올라이트의 열적 안정성이 그 지층의 지질구조적 안정성과 함께 검토되어야 하는 것으로 최근에 알려진 바 있다. 따라서 앞으로는 국내에서도 이와 같은 천연 제올라이트의 응용 방안이 관련기관 및 학계에서 활발히 모색되어야할 것으로 생각된다. ▶ 기타 화공업 분야로의 응용 1960 년대에 일본에서 모오데나이트를 사용하여 소위 "pressure-swing" 공법으로 공기로부터 질소를 제거하여 90 % 이상의 높은 순도의 산소 깨스를 생산하는 방안이 모색되어 현재 많이 사용되고 있다. 산소이외에도 반대로 질소의 생산도 필요에 따라 질소를 흡착한 제올라이트를 재처리하면 가능한 것으로 알려져 있다. 일반적으로 청연 제올라이트를 사용한 산소의 생산공정에는 모오데나이트가 클리놉틸로라이트 보다 효능이 뛰어난 것으로 알려져 있다. 일반적으로 불순 깨스의 제거나 각종 화학공정에서 촉매로서의 응용은 천연 제올라이트가 균질성과 흡착 능력의 정도나 다양성에 있어서 합성 제올라이트에 비해 뒤떨어지므로 그 적용 범위나 규모에 있어서 많은 제한이 뒤따른다. 그러나 산성의 천연 깨스중의 H2O, CO2, 및 H 2S와같은 비연소성 불순깨스를 제거하는 공정에는 천연 제올라이트가 많이 응용되고 있는 실정이다. 또한 석유 화학공업 부문에서도 인위적으로 이온교환된 제올라이트가 촉매로서 좋은 효능을 갖는 것으로 알려져 최근에 실제로 많이 응용되고 있는 실정이다. 따라서 앞으로 천연 제올라이트의 정제 기술이나 이온치환 (특히 수소 이온교환) 등의 촉매로서의 활성도 제고를 위한 기술이 발달하면 이 부문에서도 천연 제올라이트가 많이 활용될 것으로 생각된다. 맺는 말 천연 제올라이트의 효율적인 개발과 응용이 이루어지기 위해서는 (1) 경제성 있는 제올라이트 광상의 탐광, (2) 제올라이트 광석의 광물상 및 광물조성 조사, (3) 적절한 분리 및 분체 처리기술의 도출, (4) 화학적 및 응용광물학적 특성 조사, (5) 적합한 산업부문으로의 응용 등의 산업과정이 합리적이면서도 순차적으로 이루어져야 가능할 것이다. 이 광물자원의 전술한 바와같은 응용광물학적 및 산업적 특수성을 고려하면, 특히 제올라이트의 정밀한 광물감정과 응용광물학적 특성에 대한 조사 과정이 매우 중요하다. 천연 제올라이트를 개발하는 데 있어서 이와같은 점들이 소홀이 되면, 자원을 개발한다는 것이 결국에 가서는 귀중한 이 광물자원을 무분별하게 훼손시키는 결과를 초래할 수도 있다고 생각된다. 따라서 국내에서도 현재 단순히 화학조성과 C.E.C. 분석 일변도로 이루어지고 있는 제올라이트 특성 조사를 지양하고 다음과같은 보다 상세한 10 가지의 사항들이 필수적인 자료로서 수요자에게 제시될 수 있도록 광석 및 광물 단위의 체계적인 정밀조사가 시행되어야 할 것으로 생각된다: (1) 제올라이트의 세부 광종의 명칭, (2) 공급자의 상호, 주소 그리고 제품의 산출지 및 코드 번호, (3) 제품의 입도, (4) 제품의 광물조성, (5) 제올라이트 제품 및 광물단위의 화학조성, (6) 순도 및 불순물의 내용, (7) 제올라이트의 결정 입도, (8) 양이온 치환능, (9) 흡착 특성의 정도나 내용, (10) 응용범위 및 용도. 또한 이와 더불어 앞으로 보다 고급의 용도로 천연 제올라이트가 활용되기 위해서는 정제 및 분리 기술의 개선이 꾸준히 모색되어야 할 것으로 생각된다. 참고문헌 노진환과 김기업, 1988, 감포지역 제 3기층의 속성변질: 지질학회지, 24-4, 397-416. 노진환, 1989, 장기지역 제 3기층의 불석화 작용: 지질학회지, 25-1, 30-44. 노진환, 1989, 영일 지역산 휼란다이트군 불석에 대한 열화학적 연구: 지질학회지, 25-2, 123-136. 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