[바나듐] 바나듐산염 광물 & 바나듐산염 광물 도표

'바나듐'이란 이름은 북유럽의 사랑과 미의 여신 '바나디스'에서 따왔다. 1832년 스웨덴 화학자 '닐 세프스트롬'은 철광석을 연구하던 중 몇 군데 특정한 광산에서 나온 철광석을 녹여 만든 금속이 유독 잘 부서지지 않는다는 사실을 알았고 이 속에는 뭔가 특별한 것이 들어있을지 모른다는 생각을 했다. 결국 그 당시 밝혀지지 않았던 새로운 금속이 함유되어 있음을 알아 내었고, 이것이 모든 이에게 사랑받을 것이라는 의미에서 아름다운 여신의 이름을 붙였다.

<<바나듐이 개발되기 까지>>

바나듐은 순수한 상태라야 제 기능을 발휘한다. 왜냐하면 이 금속은 소량의 다른 불순물만 있어도 본래의 뛰어난 유연성을 상실하여 딱딱하고 잘 부서지며 쉽게 변형하거나 가공할 수 없기 때문이다. 하지만 '닐 세프스트롬'은 물론 이후 수십년간 아무도 바나듐을 순수하게 분리해 내지 못했다. 다른 성분과 반응하는 성질이 매우 뛰어나기 때문에 이 금속을 녹이기 위해 도가니에 넣고 높은 온도로 가열하게 되면 도가니를 녹게 만들고 여기서 나온 불순물을 포함하게 되는 것이다. 이런 이유로 오랫동안 바나듐은 산업적으로 이용하지 못했다. 또한 지구표면을 덮고 있는 바나듐의 총량은 상당히 많지만 한 곳에 집중 매장되어 있는 경우가 거의 없었다. 바나듐 1% 정도를 함유한 광석이면 "바나듐이 풍부하다"라고 할 만큼 함유량이 적었다. 그러나 급속한 제련기술의 발전으로 이런 난관들은 하나씩 극복되었고, 최근에는 전기적인 정제방법이 고안되어 99.99% 순도가 가능하게 되었다.

<<바나듐은 어디에 쓰이나>>

바나디나이트 (vanadinite)

바나듐은 강철에 매우 값진 성질을 덧붙이는 역할을 하고 있어 마치 강철의 비타민과 같다. 1% 정도의 소량만 첨가해도 그 강철은 표면이 매끄러워지고 탄성이 커지며, 충격이나 휘어짐을 갈대처럼 유연하게 흡수한다. 그러면서 쉽게 마모되지도 않는다. 자동차 왕 '헨리 포드'는 바나듐의 이 같은 성질을 미리 간파하고 자동차 축을 비롯한 부품에 바나듐 함유 철강을 사용하기 시작했다. 이것은 자동차 산업의 일대 혁명적 사건이 되었으며 1900년대 중반 미국 자동차가 유럽을 제압하는 결정적인 요인이 되었다. 무기산업에서도 바나듐의 역할은 탁월했다. 1차대전 때 프랑스 비행기는 기관총 대신 야포를 장착하여 대단한 위력을 발휘하였는데, 이것은 바나듐 강철로 야포를 주조하여 강하면서도 상대작으로 무게를 가볍게 할 수 있었기에 가능하였다. 또 군인의 헬멧이나 포병의 방어장비에 사용되어 총알을 쉽게 막아내었다.

오늘날 바나듐이 첨가된 강의 활용은 일일이 열거하기 어려울 정도로 다양하다. 자동차, 비행기, 기관차, 전기전자공업 등의 주요부품 뿐만아니라 피스톤링, 주형, 주형틀과 같은 주철산업, 고속절삭공구 등에 폭 넓게 사용된다.

특수강을 생산하는 우리회사에서도 바나듐은 매우 다양한 강종에 함유된다. 공구강의 경우, 강도는 높이되 충격과 마모에 강한 성질을 갖게 한다. 특히 고속절삭공구용 소재인 고속도공구강은 '바나듐이 없다면 존재할 수 없다'고 해도 과언이 아니다.

<<바나듐의 미래>>

바나듐의 한가지 단점은 매우 고가라는 점이다. 제련기술의 발전에도 불구하고 워낙 함유량이 낮은 광석에서 뽑아내다 보니 비용이 많이 들기 때문이다. 이를 해결하기 위해 최근 흥미로운 연구가 진행되고 있다. 일본의 과학자들이 바닷 속 해삼의 피 속에 약 10% 정도의 바나듐이 포함되어 있음을 발견하고 이를 대량으로 양식하여 바나듐을 추출하였다고 한다. 얼마 안 있으면 해삼에서 추출된 바나듐을 함유한 합금이 상용화될 전망이다. 아무튼 바나듐의 미래는 그 휼륭한 성질들로 인해 매우 밝다.


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바나듐산염 광물 (광물)  [vanadate mineral]

대부분이 희귀하게 존재하므로 제한된 조건에서만 결정화된다. 바나디나이트는 바나듐 광석에서, 카노타이트는 우라늄 광석에서 채광되나 대부분의 바나듐산염 광물은 경제성이 없다. 그러나 화려한 색상 때문에 광물수집가에게 환영받고 있다.

바나듐산염 광물의 구조는 복잡하다. 몇몇 바나듐산염광물은 중앙의 바나듐 원자 둘레의 4면체 꼭지점에 4개의 산소원자가 있는 바나듐산염 4면체(VO₄)를 가지고 있다. 바나듐산염 4면체는 －3가의 전하를 가지며, 4면체 외부에 양으로 하전된 금속 이온(칼슘·마그네슘·철[Ⅱ] 이온)에 의해 중성화된다. 사슬·판상·고리 또는 망상구조로 연결된 규산염 4면체 구조와는 달리 바나듐산염은 각기 독립적으로 존재한다. 구조적·화학적으로 인산염 및 비산염 광물과 유사하며, 실질적으로 바나듐산염 광물의 바나듐은 인이나 비소로 치환되기도 하고 인산염과 비산염의 고용체계열을 형성한다. 인산염 및 황산염 광물처럼 대다수의 바나듐산염 광물은 전이금속, 특히 철(Ⅱ)이온·망간·구리와 착물을 형성한다.

우라늄을 포함한 다른 종류의 바나듐산염 광물로는 V₂O₈^6- 이온이 있는데, 바나듐의 두 원자는 하나의 꼭지점을 공유하는 2개의 4각추에서 8개의 산소원자에 의해 둘러싸여 있다. 또한 매우 복잡한 덩어리들도 존재하나 바나듐산염 광물이라기보다는 복잡한 산화광물로 분류된다.

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바나듐산염광물 도표

광물명 화학식	색	광택	모스 경도	비중	정벽 결정형	벽개 단구	굴절률	결정계 공간군	비고
데스클로이자이트 (Zn, Cu)PbVO4(OH)	갈적색~흑갈색, 오렌지적색~ 흑색 및 녹색의 여러 색조	지방광택	3~3½	5.9~6.2	연정(連晶)의 피복상, 둥근 섬유상 집합체	벽개 없음, 불평탄 단구	데스클 모트레 α= 2.18~2.21 β= 2.25~2.31 γ= 2.34~2.33	사방정계 Pnam	분자구조 내에서 구리가 아연을 치환하는 모트레 마이트와 고용체계열을 형성
바나디나이트 Pb5(VO4)3Cl	황색, 오렌지색, 적색 및 갈색의 여러 색조	아수지~ 아금강 광택	~3	6.5~7.1	머리털 또는 원통 모양(보통 속이 빈 것)주상 결정	불평탄~ 패각상 단구	ω= 2.628~2.370 ε= 2.505~2.313	육방정계 P	분자구조 내에서 비소가 바나듐을 치환하는 황연석과 고용체계열을 형성
카노타이트 K2(UO2)2(VO4)2nH2O (n=~1~3)	밝은 황색~ 레몬색 또는 녹황색	무염~ 토상광택	연약	4~5	현미경적인 판상 또는 가지 모양 결정의 분말	하나의 완전한 벽개	α= 1.750 β= 1.925 γ= 1.950	단사정계 P	구조는 알려지지 않음 합성 무수카노타이트는 천연카노타이트의 물함량 변화와 이온 교환성을 설명 할 수 있는 층상구조를 가짐 카노타이트와 관련된 구조
튜야무나이트 Ca(UO2)2(VO4)2 nH2O (n=~4~9 또는 10)	선황색, 레몬~ 녹황색	납광택 : 진주광택	~2	물 함량에 따른 변화	치밀~은미정질 괴상, 비늘 및 가지 모양 결정, 방사상결정 집합체	하나의 완전한, 운모 같은 벽개		사방정계 Pnan

[바나듐산염광물 도표]