해포석(sepiolite)은 섬유상(fibrous form)의 결정구조를 갖는 2:1 층상 함수마그네슘규산염이다. 다른 층상규산염광물과의 구조적 차이점은 리본구조를 가진다는 점인데 이 구조적 특이성으로 인해 높은 흡착능, 촉매성, 유동성, 건조고결성 및 소결성 등의 상업적으로 유용한 성질을 가진다. 따라서 담배필터, 애완동물용 깔개, 흐르지 않는 페인트, 자동차 광택제, 화장품 등 상업적으로 널리 이용되고 있다.
특히 1977년 세계보건기구(WHO) 산하 국제 암연구소(IRAC)에서 석면을 1급 발암물질로 지정하여 그 사용을 제한함에 따라 석면과 형태 및 성질이 유사한 해포석이 석면이 사용되던 곳에 대체재로서 천장재, 석고보드, 바닥재, 테이프, 브레이크라이닝, 시멘트 등에 첨가되어 사용되고 있다. 하지만 해포석 또한 활석, 질석, 사문석과 함께 지질작용으로 인해 자연적으로 석면광물을 함유할 수 있는 석면함유가능물질로 분류되어 있기 때문에 국내에서 산출되는 해포석의 특성 및 지질학적 산출에 대한 연구가 필요한 실정이다. 특히 석면광물 중 백석면(chrysotile)과는 화학조성, 구조, 광물학적, 광학적 특성까지도 매우 유사하기 때문에 백석면과 구분되는 해포석의 광물학적 특성연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 탄산염암 지역(서산, 제천, 무주, 장수)에서 산출되는 해포석의 산출양상을 확인하고, 해포석의 광물학적 특성에 대하여 알아보고자 한다.
연구 지역은 충남 서산, 충북 제천, 전북 무주, 전북 장수로 연구 지역 모두 선캠브리아기 변성퇴적암류인 탄산염암을 모암으로 하고 주변에 중생대에 관입한 화강암이 위치하고 있다. 시료는 탄산염암 내에 발달한 열극을 따라 맥상으로 섬유상광물이 산출되는 곳에서 채취하였으며 인접한 탄산염암과의 관계를 알아보기 위해 주변 탄산염암을 채취하였다.
섬유상광물의 광물학적 특성 연구를 위해 X-선 회절(XRD) 분석, 편광현미경(PLM) 분석, 열분석(TG-DTA), 주사전자현미경(SEM-EDS) 분석을 실시하였으며 광물의 화학조성과 미세조직 관찰을 위해 전자현미(EPMA) 분석, 후방산란전자현미경(BSEM) 분석을 실시하였다.
XRD 및 PLM 분석 결과 연구 지역에서 산출되는 맥상 섬유상광물은 해포석이었으며, 제천 지역을 제외한 나머지 지역의 탄산염암 내에서 관찰되었던 mass-fiber 형태의 섬유상광물은 각섬석계 석면광물인 투각섬석(tremolite)이었다.
XRD에서 해포석으로 확인 된 광물의 특성을 알아보기 위하여 분산염색 대물렌즈를 이용하여 PLM 분석을 실시한 결과 수평에서는 파란색, 수직에서는 연한노란색을 보여 수평에서 자홍색, 수직에서 파란색을 보이는 백석면과 차이를 보였다. TG-DTA 분석 결과 300℃ 이하에서 흡착수와 불석수의 탈수로 인한 2번의 흡열반응이 일어났고 800℃~850℃ 사이에서는 구조수의 탈수로 인한 흡열반응이 일어났다. SEM-EDS 분석 결과 해포석의 결정형이 PLM 분석과 마찬가지로 섬유형이었으며 단일 섬유로 존재하기 보다는 다발의 형태로 존재하며 섬유형결정이 서로 치밀하게 얽혀 있었고, Mg, Si, O 원소로 구성되었다. EPMA 분석 결과 서산의 해포석은 (Mg7.49Fe0.03Ca0.02)(Si12.21)O30(OH)4, 제천 해포석은 (Mg7.44Fe0.17Ca0.50)(Si11.83)O30(OH)4, 무주는 (Mg7.12Fe0.13)(Si12.17)O30(OH)4, 그리고 장수는 (Mg7.46Fe0.12Ca0.04)(Si12.07)O30(OH)4로 이상적인 해포석의 화학식과 유사한 값을 보였다. BSEM 분석을 통해 해포석의 미세조직과 광물 간 접촉관계를 확인한 결과 해포석은 탄산염광물의 열극을 따라 발달해 있으며 해포석과 탄산염광물의 사이에는 변질과 관계된 광물이 관찰되지 않았다.
연구 결과를 종합해보면 본 지역의 탄산염암에서는 해포석이 열극충진상으로 산출되었으며 수산 지역을 제외한 나머지 지역에서 각섬석계 석면인 양기석-투각섬석이 해포석과 함께 산출되어 해포석이 자연적으로 석면광물과 공존하여 산출될 수 있는 가능성이 있음을 확인하였다. 또한 해포석의 화학조성과 결정형은 백석면과 유사하게 나타났으나 산출양상 및 분산염색색상에서 차이를 보여 광물학적 분석을 통한 구별이 가능한 것으로 확인되었다.