고준위방사성폐기물 처분장의 완충재 후보물질 선정을 위해 경주 벤토나이트를 대상으로 수리특성, 팽윤특성, 열적특성, 역학특성 및 핵종유출 저지특성을 조사하였다. 실험결과, 압축 벤토나이트의 수리전도도는 m/s 이하로 매우 낮았으며 건조밀도가 증가할수록 감소하였다. 팽윤압은 0.66 ㎫∼14.4 ㎫ 사이의 값을 보였으며 건조밀도에 따라 증가하였다. 건조밀도가 1.4 Ms/㎥ ∼ 1.8 Mg/㎥1.4 일때, 열전도도, 열축압축강도 (unconfined compressive strength), 탄성계수 (Young's modulus of elasticity), Poisson 비는 각각 0.80 ㎉/m ∼1.52 ㎉/m , 0.55 ㎫ ∼ 8.83 ㎫, 59 ㎫ ∼ 1275 ㎫, 0.05 ∼ 0.20의 값을 나타내었다. 압축벤토나이트에 대한 핵증 확산계수는 산화 환경에서 측정되었으며, 주어진 실험조건에서 삼중수소 (H-3)는 1.7 /s ∼ 3.4 /s. 양이온 핵종 (Cs, Sr , Ni)은 8.6 /s ∼ 1.3 /s, 음이온 핵종 (I, Tc)은 1.2 /s ∼ 9.5 /s, 악티나이드 핵종은 3.0 /s ∼ 1.8 /s 사이의 값을 나타내었다. 이때 확산계수는 모든 핵종에 대해 압축벤토나이트의 건조밀도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다.

본 논문에서는 가압경수로(PWR) 고준위폐기물을 깊은 지하 500m에 처분 시 사용되는 처분용기 및 이를 보호하기 위하여 50㎝ 두께로 처분용기 주위를 감싸고 있는 벤토나이트 버퍼의 복합구조물에 지진 등의 지각 변동에 의하여 갑작스럽게 10㎝의 수평한 암반 전단력이 대칭적으로 가해졌을 때, 처분용기의 안전성(붕괴)을 예측하기 위하여 처분용기+벤토나이트 버퍼복합 구조물에 대한 비선형 구조해석을 수행하였다. 복합구조물을 구성하고 있는 물질들은 탄소성체로 가정하였으며, 대변형 발생 시 항복을 예측하는 항복조건식으로는 처분용기를 구성하고 있는 금속물질(구리, 주철)에 대하여 von-Mises 항복조건식을, 벤토나이트 버퍼물질에 대하여는 Drocker-Prager 항복조건식을 적용하였다. 해석 결과들을 분석하면 비록 10㎝의 수평한 대칭 암반 전단력에 대하여 벤토나이트 버퍼에는 항복점을 훨씬 상회하는 대변형이 발생하였지만, 내부의 처분용기를 구성하고있는 주철 및 구리에는 여전히 매우 작은 탄성변형 및 항복응력보다 작은 응력이 발생하고 있음을 알 수 있었다. 따라서 갑작스런 10㎝의 수평한 암반 전단력에 대하여 50㎝ 두께의 벤토나이트 버퍼는 안전하게 내부의 처분용기를 보호하고 있음을 알 수가 있다. 해석결과는 또한 벤토나이트 버퍼의 전단변형에 의하여 처분용기에 휨변형이 발생함을 보여주고 있다.

경북 감포지역에서 산출되는 천연 벤토나이트를 이용하여 제올라이트를 합성하였으며 세제용 builder로서 가능성을 연구하였다. 최적의 합성조건은 기질의 몰비가 SiO2/Al2O3=2, Na2O3/Al2O3=1, H2O/A12O3=30이고 90˚C에서 3시간 반응시킬 경우였고, 이 조건에서는 A형 제올라이트가 합성되는 것을 XRD를 통하여 확인하였다. 최적 조건에서 합성된 제올라이트의 이온교환능을 측정하기 위하여 경도 40˚Dh의 CaCl2용액과 30˚C에서 IS분 접촉시킨 결과 264.9mg CaO/g-zeolite 정도로 우수한 값을 나타내었다. 이 시료의 백색도는 89%이었고, 평균 입자크기는 9.95μm이었다.

경북 감포지역에서 산출되는 천연 벤토나이트를 이용하여 제올라이트 A를 합성하기 위해 반응기질의 몰비, 반응온도, 반응시간 등에 따른 최적의 합성조건을 조사하였다. 실리카원은 40%-황산용액으로 처리한 천연 벤토나이트를 사용하였고, 알루미늄원은 NaA1O₂를 합성하여 사용하였다. 반응기질의 몰비는 SiO₂ : A1₂O₃ : NaO₂ : H₂O=2 : 1 : 1 : 25와 2 : 1 : 1 : 30이었고, 60℃에서 1시간 묵힘과정을 거친 후 90, 100, 120℃에서 1, 3, 5hr반응시켰다 제올라이트 A의 최적의 합성조건은 SiO₂: Al₂O₃ : Na₂O = H₂O=2 : 1 : 1 : 30이고, 90℃에서 3hr 반응시키는 경우였고, 이 조건에서 합성된 제올라이트의 열적 성질은 79.2℃에서 층간수가 증발하였고, 503.0℃에서 결정수가 탈리되었다. 수분의 감소량은 제올라이트 중량비의 5.9%이었다.

This study was conducted to determine the effects of dietary bentonite supplementation on the fatty acid profiles of eggs in older laying hens. A total of 90 Hy-line Brown layers, 74 weeks of age, were confined in 6 wire cages and then assigned randomly to two groups to receive one of the two diets (3 replicates of 15 older layers each) containing 0 and 0.2% bentonite for 4 weeks. After the 4-week feeding trial, no remarkable differences in individual fatty acid, saturated fatty acid (SFA), unsaturated fatty acid (UFA), and mono unsaturated fatty acid (MUFA) levels were found. However, linoleic acid, docosahexaenoic acid, and poly unsaturated fatty acid (PUFA) and UFA/SFA ratio were influenced by 0.2% bentonite. In conclusion, supplementation with 0.2% bentonite improved the profiles of PUFA more than those of SFA, UFA, and MUFA inthe eggs of the older laying hens.

고준위폐기물의 심지층 처분을 위해 완충재인 벤토나이트가 반드시 필요하고, 지하 환경에서 이 물질의 장기적 특성 변화를 아는 것은 매우 중요하다. 본 실험에서 폐기물 금속용기의 구리코팅 성분이 부식되면서 구리이온 농도가 증가한다고 가정하였을 때, 완충재인 벤토나이트 점토(몬모릴로나이트)의 층간 양이온들의 이온교환 및 용출 특성 등을 실험을 통해 살펴보았다. 용존 구리와 벤토나이트와의 반응실험에서 팽창성 점토의 Na가 선택적으로 먼저 Cu에 의해 치환되었고 Ca는 상대적으로 시간을 두고 이온교환되었다. 그리고 구리로 치환된 몬모릴로나이트는 X-선회절 분석결과 원시료에 비해 층간간격이 다소 줄어든 특징적인 비대칭 회절형태로 관찰되었다. 이러한 실험결과는 지하처분조건에서 고유 벤토나이트 성질의 점진적인 변화를 간접적으로 지시하는 것으로, 향후 다양한 추가실험을 통해 처분장 완충재의 화학적 광물학적 특성 변화를 연구할 계획이다.

본 연구는 포항과 경주 일대에서 채취한 제올라이트와 벤토나이트의 광물조성과 입자 크기에 따른 중금속 흡착정도를 파악하는 것이다. 제올라이트 시료의 주 구성광물은 모데나이트, 크라이놉틸로라이트, 휼란다이트 등이며, 벤토나이트 시료는 주로 몬모릴로나이트로 구성되어 있다. 흡착 실험에 사용한 중금속은 Cd, Cr, Cu, Mn, Pb로 10 ppm과 20 ppm의 두 가지 농도를 이용하여 실험을 실시하였다. 대부분의 시료는 Cr을 제외한 다른 중금속에서 평균 80% 이상의 흡착율을 나타내며, Pb는 95% 이상의 흡착율 보였다. 제올라이트가 벤토나이트 시료보다 중금속 이온의 흡착에 더 효과적이며, 중금속의 농도가 높은 경우 흡착율이 감소하는 경향을 나타낸다.

공학적 방벽 중 완충재의 물리적 성능향상을 고찰하기 위하여 국내산 옥산 벤토나이트 원광을 사용하여 건조밀도(1.6, 1.8g/cm3), 수분함량(5, 9.4, 15, 20 wt%), 모래함량(0, 10, 20, 30 wt%)을 변화시켜 제작한 벤토나이트 블록의 열전도도를 측정하였다. 이 중, 수분 함량의 변화에 의한 열전도도 증가 효과가 가장 켰으며 특히, 수분 함량이 15 wt% 이상일 경우 건조밀도와 모래함량의 변화와 상관없이 1.0 W/mK 이상의 값을 나타내었다. 따라서 국내의 옥산 벤토나이트 원광을 완충재의 원료로 사용할 경우, 벤토나이트 블록의 제작 용이성과 열전도 증가의 효율성을 고려하였을 때 건조밀도 1.6g/cm3, 모래함량 10~30 wt%, 함수량 15 wt%로 벤토나이트 블록을 제조하는 것이 가장 효율적인 것으로 제안될 수 있다.

일본의 묘기 광상에서 산출되는 벤토나이트를 대상하여 광물학적, 물리화학적 성질 및 열적성질을 측정하였으며, 이 연구의 주목적은 악틴족 원소인 U, Th과 란탄족 원소인 Ce, Eu에 대해 천연산 Na-형 벤토나이트의 흡착특성을 파악하기 위함이다 묘기 벤토나이트는 pH 10.4 정도로 높은 알카리성을 나타낸다. 또한 높은 점도, 팽윤도, CEC 값을 나타내고, 수용액과의 반응에서 짧은 시간에 안정화되어 균질한 상태를 유지하였다. 화학성분 분석결과 Na2O가 CaO에 비해 상대적으로 높은 함량비를 보이는 것으로 보아 묘기 벤토나이트를 구성하는 스멕타이트는 Na-형에 속한다. 열분석 결과 벤토나이트의 전암시료와 점토입자 이하 시료는 각각 591℃와 658℃에서 분해됨이 확인되었다. 점토입자 시료 0.2g을 U. Th, Ce그리고 Eu의 각 여러 농도별, pH별 용액 20mL와 반응시킨 흡착실험을 행하였다. 그 결과, 농도 및 pH변화에 따른 흡착량의 변화는 Ce, Th과 Eu용액의 경우 비교적 일정한 흡착량의 감소를 보이나, U용액은 농도가 높아질수록, pH가 증가될수록 급격한 흡착량의 감소를 나타내었다. 흡착능력은 Ce, Th, Eu, U 순으로 나타난다. 벤토나이트의 Ce, Eu, Th, U 흡착은 스멕타이트의 양이온교환반응과 표면흡착반응 이외에도 수용액에 존재하는 이온들이 다양한 화학종의 형성과 침전물 형성이 흡착에 큰 영향을 끼치는 것으로 판단된다. 또한 수반되는 제올라이트가 이들 원소들의 흡착에 영향을 끼쳤을 것이다.

일본의 제3기 퇴적분지 내 분포하는 주요 벤토나이트 광상인 Myogi, Tsukinuno, Dobuyama 및 Kawasaki 광상의 산상과 성인을 비교하였으며, 각 광상에서 산출되는 대표적 벤토나이트를 대상하여 광물학적 특성 및 물리화학적 특성이 비교되었다. 일본에서 산출되는 벤토나이트 광상은 신생대 제3기 마이오세기～플라이오세기에 형성된 녹색응회암대 내에 주로 분포한다. Myogi, Tsukinuno 및 Kawasaki 광상은 속성변질작용에 의해, Dobuyama 광상은 열수변질작용에 의해 형성 되었다. 속성변질광상인 Myogi, Tsukinuno 및 Kawasaki 광상은 층상형 또는 성층형 광체형을 보이나 열수변질광상인 Dobuyama 광상은 콘형의 광체형을 나타낸다. 이 광상들의 형성 시기는 1.8～21 Ma까지 넓은 년대 범위를 보이나 대체로 초기～중기 마이오세기에 형성되었다. 몬모릴로나이트 함량비가 가장 높은 Dobuyama 광석이 높은 표면적, CEC, MB 흡착량 및 강도 값을 보인다 몬모릴로나이트 함량비도 다소 높고 Na-형인 Tsukinuno 광석은 강 알카리성, 높은 점도 및 팽윤도를 보인다. Na-Ca 혼합형인 Kawasaki 광석들은 Na-형에 비해서는 낮은 점도와 팽윤도를 보이나 Ca-형인 Dobuyama 보다는 다소 높다. 제올라이트 함량비가 높은 Myogi 광석은 Na-형이나 몬모릴로나이트 함량비가 가장 낮기 때문에 낮은 점도, MB 흡착량, 강도값을 나타내나 CEC와 표면적 값은 다소 높다. 이는 제올라이트의 영향으로 생각된다. 대체적으로 수용액계에서 Na-형은 강한 분산이 초래되나 Ca-형은 응집이 보다 강하게 일어나며, 두 유형 모두 매우 서서히 응집이 초래되었다. 벤토나이트의 물성은 몬모릴로나이트의 함량, 층간 양이온종이나 불순광물(특히 제올라이트)에 의해 주로 규제되는 시료도 있지만, 몇 시료는 이와 일치되지 않는다. 이는 이 연구에서 확인치 못한 몬모릴로나이트의 층전하 간과 같은 결정-화학적 및 몬모릴로나이트의 형상비와 같은 결정 형태적 특성에 의한 영향일 것으로 해석 된다.

영일 지역에서는 제올라이트 광물들을 상당량(대개 5% 이상) 함유하는 제올라이트질 벤토나이트가 밝은 색조를 띠고 1 m 미만의 두께를 이루며 흔히 산출된다. 이 같은 벤토나이트는 제올라이트 층과 밀접한 층준 접촉관계를 이루며 주로 장기층군의 눌대리응회암층과 함탄층에 부존된다. 이벤토나이트는 곳에 따라 층리와 비조화적 관계를 이루며 산출되기도 한다. 제올라이트질 벤토나이트의 주성분 광물인 몬모릴로나이트는 제올라이트 광물로서 대부분 클리놉틸로라이트와 공생관계를 이룬다. 그렇지만 보다 규질인 벤토나이트의 경우에는 모오데나이트, 상대적으로 SiO2 함량이 낮은 벤토나이트에서는 휼란다이트를 수반하기도 한다. 모오데나이트가 수반될 경우에는 단백석이 많이 함유되는 것이 특징이다. 주사전자현미경 관찰에 의하면, 제올라이트질 벤토나이트에서는 이들 변질 광물들, 특히 몬모릴로나이트와 제올라이트 광물들이 서로 미세분대되지 않고 대개 혼재되는 양상을 보이는 것이 특징이다. 제올라이트질 벤토나이트는 비교적 규산 성분이 농집된 공극수 조건과 pH의 오르내림이 반복되는 알칼리 환경 하에서 생성된 것으로 여겨진다. 또한 이 벤토나이트는 제올라이트를 함유하지 않는 통상적인 벤토나이트에 비해서 전반적으로 높은 희토류 원소 함유도를 나타낸다. 제올라이트질 벤토나이트의 이 같은 화학적 특징은, 산출상태 및 광물상에서의 특징과 더불어, 이벤토나이트의 성인을 단순히 속성작용의 결과로만 해석하기 어렵고 일부 벤토나이트들에 대해서는 열수변질에 의한 영향을 배제할 수 없음을 시사하는 것으로 여겨진다.

벤토나이트에 포함된 몬모릴로나이트의 층간에 Al산화물의 기둥(pillar)을 만든 Al-층간가교 점토를 합성하였다. 이 Al-층간가교점토에 대해 XRD, DTA, 화학분석 등을 실시하여 광물학적 특성을 검토하였으며, 그리고 이 가교점토에 대하여 Batch법의 흡착실험을 통하여 인산이온의 흡착성을 검토하였다. X-선 회절분석의 결과, Al-층간가교점토는 상온에서 층간격이 18.03 a으로 증가되어 나타났고, 550a가열에서도 약 17a을 나타내어 열적 안정성이 크며, 글리세롤에 의한 층간격의 팽윤은 매우 미약한 것으로 나타났다. 열분석 결과, 이 점토에는 pillar부분에 관련된 물의 탈수에 의한 것으로 보이는 270℃와 420℃의 특징적인 흡열반응이 나타났다. Al-층간가교 점토의 인산 이온에 대한 흡착실험의 결과, 몬모릴로나이트는 거의 흡착능력을 보이지 않는데 비하여 월등히 우수한 인산이온(PO43－ /)성을 나타냈다. 시료 2 g에 용액 20 mL의 실험에서 300 mg/L 이하의 인산 농도에서는 거의 100%의 흡착효율을 나타냈다. 그리고 인산 이온에 흡착된 시료를 500℃로 가열한 후 재차 흡착실험을 행한 결과, 역시 매우 높은 흡착효율을 나타냈다. 따라서 Al-층간가교 점토의 인산 이온 흡착에 대한 재활용의 가능성이 큰 것으로 나타났다

초음파 해쇄, 침강 분리 및 원심 분리 등의 물리적 처리 기술을 적용하여 감포 13호 및 35호 광구의 벤토나이트 원광석으로부터 몬모릴로나이트를 선택적으로 회수할 수 있는 습식 고순도화 공정 특성을 연구 개발하였다. 초음파를 이용한 해쇄는 슬러리의 농도가 7 wt.%인 경우 우수한 해쇄 결과를 나타냈으며 감포 13호의 경우는 30분, 감포 35호의 경우는 10분 이내에 대부분의 해쇄가 종료되었다. 30분간 침강 분리를 행한 결과 감포 13호은 원광의 약 52 wt.%, 감포 35호는 약 64wt.%를 정제된 산물로 회수하였으며, CEC는 각각 119.4, 124.5 meq/100 g이었다. 원심 분리를 이용한 입자 분리 결과, 원심 분리기의 회전수 1,000 rpm 이내에서 석영, 장석 등 대부분의 불순 광물들이 분리 제거되었다.

파·분쇄, 체가름, 자력 및 비중 선별과 같은 건식 처리 기술을 이용하여 벤토나이트 광의 고순도화 특성을 고찰하였다. 시료로 사용한 감포 13호 및 감포 35호 시료의 CEC는 88.3, 93.3 meq/100 g이었으며, 석영, 장석과 같은 불순 광물을 함유하고 있었다. 벤토나이트를 구성하는 광물들의 물리적 특성차이를 이용한 정제 기술을 적용함으로써 몬모릴로나이트의 품위를 향상시킬 수 있었으며, 이들의 복합 공정에 의한 처리 결과 고품위의 몬모릴로나이트를 회수할 수 있었다. 복합 공정에 의한 처리 결과, 감포 13호와 35호의 회수율은 각각 68.6, 45.9%이었으며 회수된 산물의 CEC 는 96.9, 109.6 meq/100 g으로 나타났다.

이 연구는 제 3기층 퇴적분지 내에 분포하고, 유사한 지질환경에서 형성된 일본의 2개 광상 (Tsukinuno 및 Tomioka)과 국내 5개 광상(두산, 나아, 옥산, 동양 및 연일16호)에서 산출하는 7개 벤토나이트를 대상으로 광물학적 특성 및 물리화학적 특성을 비교하여 벤토나이트의 물성을 주 지배하는 요인에 대한 분석을 시도하였다. 연구 대상 시료들 중 츄키누노(Tsukinuno) 광석은 천연산 Na-형 벤토나이트이며 나머지는 모두 Ca-형 벤토나이트이다. 벤토나이트의 물성을 지배하는 가장 중요한 요인은 몬모릴로나이트 함량비이지만 모든 물성이 몬모릴로나이트 함량비만으로는 설명되지 않는다. 이는 여러 가지 요인들이 복합적으로 벤토나이트의 물성을 지배하기 때문이다. 점토광물류의 경우는 입도 분포가 물성을 지배하는 주요한 요인으로 알려져 있다. 입도 분포와 같은 물리적 요인을 동일시한다면 광물학적 요인이 우세하게 영향을 미친다. 벤토나이트의 주성분광물인 몬모릴로나이트의 함량비와 층 전하에 따라 몇 가지 물성은 지배된다. 특히 층 전하값은 몬모릴로나이트의 양이온 교환능과 메틸렌블루 흡착량을 크게 지배한다. 부성분광물로 산출하는 불석과 황철석의 함량비가 물성을 크게 지배하며, 불석이 우세하게 산출하는 광석은 강한 알카리성을 띠며 양이온 교환능을 상승시키나 팽윤도, 점도, 강도 등의 다른 물성을 저하시킨다. 황철석이 함유된 시료 는 생형 압축 강도와 습태 인장 강도 값을 극히 저하시킨다. 층간 교환성 양이온 종에 따라 물성이 크게 달라지며, Na-형 벤토나이트는 Ca-형 벤토나이트보다 극히 향상된 팽윤도 및 점도를 보이며 보다 강한 알카리성을 띤다. 또한 몬모릴로나이트 결정크기와 형태가 물성을 지배하는 요인이 되며, 결정도가 우수하여 결정크기가 크고 얇은 엽편으로 구성된 광석에서 비 표면적, 양이온 교환능, 점도, 팽윤도, 메틸렌블루 흡착량, 생형 압축 강도 및 습태 인장 강도를 향상시킨다. 국내산 두산 벤토나이트가 가장 우수한 물성을 보이는 주 요인은 높은 몬모릴로나이트 함량비와 우수한 결정도에 기인된 것으로 해석된다.

한 구릉상에 자연적으로 노출된 지표면을 따라 대략 50 cm 이내의 두께를 이루며 분포한다. 풍화된 벤토나이트에는 몬모릴로나이트 외에 7 a형 할로이사이트가 수반되고 그 하부에 인접하는 벤토나이트에 비해서 상대적으로 원암의 광물성분이 거의 잔류되지 않는 점토광물 위주의 광물조성을 보인다. 전자현미경 하에서 몬모릴로나이트와 할로이사이트는 서로 혼재되기보다는 따로 구획되어 분리된 상태로 산출되는 경향이 있다. 몬모릴로나이트의 엽편상 결정형의 테두리가 다소 변형되어 무딘 편상 결정형의 양상을 보인다. 할로이사이트는 0.3 μm 내외의 폭과 2 μm 이내의 길이를 갖는 침상 내지 관상의 결정형을 이루고 흔히 다발형태의 집합체를 형성한다. 전자현미경 관찰을 통한 이들의 미시적 조직 및 산출 관계에 대한 해석에 의하면, 몬모릴로나이트에서 할로이사이트로의 상전이는 혼합층상 구조형 (M/H)과 같은 이들의 중간형 점토광물상을 거치지 않는 형식으로 이루어진 것으로 판단된다. 또한 몬모릴로나이트로부터 할로이사이트로의 변질반응은 산화조건에서 용해 및 침전 반응형식으로 진행되었던 것으로 해석된다 이 풍화변질 과정에서 SiO2를 비롯하여 Na, K 및 Ca과 같은 화학성분들이 심하게 용탈되어 많은 용해공극이 형성되었고, 상대적으로 잔류.농집된 A12O3와 Fe에 의해서 할로이사이트의 생성여건이 조성되었던 것으로 해석된다.

For studying of coagulation and sedimentation in estuarine clay, we obtained several flow curves with various concentrations of sea water by using Coutte type rotational rheometer. The initial shear stress on high concentration of sea water was observed big, but after this, its value is decreasing with increasing shear rate. The maximum pick of shear stress is decreasing with the decreasing of concentration of sea water. The trend is same totally above for viscosity. The sedimentation times with the concentration of sea water vary in ∞ ∼ 5 minutes. The zeta potential is changed dramatically between 1/4 and 1/8 concentration of sea water. That is consistent with the sedimentation graph. From these results, the phenomena of coagulation and sedimentation can be explained with viscoelastic terms on structual formation among particles by the changes of surface potential affected from contacting sea water to dispersed particles.