간행물
광물과 암석 KCI 등재 Korean Journal of Mineralogy and Petrology 韓國鑛物學會誌
- 발행기관 한국광물학회
- 자료유형 학술지
- 간기 계간
- ISSN 1225-309X (Print)2288-7172 (Online)
- 수록기간 1988 ~ 2023
- 주제분류 자연과학 > 지질학 자연과학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 460DDC 549
권호리스트/논문검색
제27권 제4호 (2014년 12월) 14건
1.
2014.12
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우리나라는 2008년부터 심해저 광물자원 확보를 위하여 남서태평양 통가국 EEZ 내 Tofua arc의 해저 화산열도에서 해저열수광상에 관한 조사를 지속적으로 수행하고 있다. 통가국 라우분지 TA 25 해저산에서 해저 열수 활동에 의하여 형성된 광물들의 특성과 분포를 규명하기 위하여 X선회절분석, 주사전자현미경 관찰, X선형광분석과 유도결합 플라즈마 방출분광분석을 실시하였다. 연구에 사용된 시료는 TA 25 해저산 주변에서 채취된 7개의 코어 시료와 9개의 해저퇴적물 시료이다. 열수분출구 모든 지역에서 중정석, 섬아연석, 클리노클레이스 등이 존재하고, 열수분출구 A 지역에는 석고, 스멕타이트 및 카올린 광물, 열수분출구 B와 C 지역에는 스멕타이트, 카올린 광물, 황동석과 황철석, 열수분출구 D 지역에는 석고, 황동석, 황철석, 침철석 등이 분포한다. 점토부분에 대한 분석 결과 칼데라 중심부 지역을 제외한 모든 지역에서 스멕타이트와 소량의 카올리나이트가 포함되어 있는 것으로 보아 이질변질작용에 해당하는 열수변질이 있었음을 알 수 있다. 열수분출구 B, C, D 지역은 여러가지 종류의 황화광물과 비소화광물이 존재한다. 광물조성, 주성분과 미량성분 분석 결과로 판단할 때 열수분출구 B, C, D 지역이 비교적 강한 고온의 열수변질작용, 열수분출구 A와 칼데라 중심부 지역은 열수의 영향을 적게 받았거나 저온의 열수변질작용을 받은 것으로 판단된다. 추후 열수광상 탐사는 열수분출구 B, C, D 지역에서 수행되어야 할 것으로 여겨진다.
2.
2014.12
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전기분해로 회수된 음극회수-금속분말의 광물학적 특성을 조사하기 위하여 전해질 종류, 전극간격 및 전류변화에 대하여 전기분해 실험을 수행하였다. 황산구리(CuSO4˙5H2O) 분말에 대한 황산 및 소금 전해질 용액을 사용한 전기분해 결과, 소금 전해질 용액에서 Cu의 수율이 다소 높았다. XRD 분석결과, 전해질 용액의 종류에 따라 광종이 변화되었다. 즉 구리(Cu0), chalcanthite 및 cuprite 등은 황산 전해질 용액에서, 그리고 구리, nantokite 및 chalcanthite 등은 소금 전해질 용액에서 나타나는 것을 확인하였다. 특히 소금 전해질 용액에서, 전극간격 및 전류(또는 전류밀도)는 Cu 회수율, 양극무게 감소와 비례하였으나 양극부식 강도는 전류와 비례 그리고 전극간격과는 반비례하는 경향을 보였다. 미분쇄하지 않은 음극-회수 금속분말에 대한 XRD분석에서 구리결정의 평균크기는 전극간격의 감소 및 전류가 증가할수록 증가하였다. 수지상 구리가 형성되는 것으로 보아 전극/용액 경계면에서 물질전달은 확산에 의해 통제되는 것으로 사료된다.
3.
2014.12
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하동군 북천면 직전리 지역은 하동 회장암체의 최남단부에 위치하고 있으며, 이 회장암체의 남서쪽에서 섬록암이 관입하여 나타난다. 이 지역의 회장암 및 섬록암 내에는 티탄철석 광체가 발달하고 있는데 이 중 섬록암 내의 산상은 기존의 연구에서 보고된 바 없다. 회장암 내 광체에서 산출되는 티탄철석은 단일광물로 산출되는 반면, 섬록암 내 광체에서 산출되는 티탄철석 내에는 티탄철석-산화철, 금홍석-산화철 간의 용리조직이 관찰된다. 티탄철석 내 MnO의 함량은 섬록암체 내 광체에서 2.14~3.74 wt%로 회장암 내 광체에서의 함량보다 높게 나타나며, 사장석은 섬록암체에서 안데신(An28.7-42.9)의 조성을 보여주고, 회장암에서 라브라도라이트(An57.1-72.8)의 조성을 보여준다. 섬록암 내 광체에서 산출되는 티탄철석에서 관찰되는 용리조직은 섬록암의 관입으로 공급된 열에 의해 부분 재용융이 일어나고 냉각과정에 티탄철석이 산화철과 금홍석으로 용리된 것으로 사료된다.
4.
2014.12
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폐-광석으로부터 금속구리분말을 회수하기 위하여 더미 미생물용출, Fe 제거와 전기분해실험을 수행하였다. Cu가 0.034% 함유된 폐-광석시료에 대하여 더미 용출실험을 수행한 결과, Cu 용출률은 박테리아 용출-용액에서 61%, 황산 용출-용액에서 62%로 나타났다. Fe를 효과적으로 제거하기 위하여 더미 용출-용액에 NaOH, H2O2 및 Ca(OH)2를 각각 적용한 결과 H2O2가 가장 효과적인 Fe 제거제로 선정되었다. 전해질 용액을 준비하기 위하여 H2O2를 더미 용출-용액에 처리한 결과 박테리아 용출-용액에서 Fe가 99%, 황산 용출-용액에서 60%로 제거된 반면에 Cu 제거율은 각각 5%와 7%로 나타났다. 이 용액에 대하여 전기분해 실험을 수행한 결과 Cu 회수율이 박테리아 용출-용액에서 98%, 황산 용출-용액에서 76%로 나타났다. 모수석 형태의 금속구리분말이 양쪽 용출-용액에서 회수되었다.
5.
2014.12
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광산에서 순도 높은 금은을 추출하기 위해 청화법을 이용해 왔다. 이러한 광산 활동에서 많은 양의 시안이 사용되어 왔으며 이에 따라 고농도의 시안을 함유한 광산폐수가 발생되어 광산 주변 지역의 수계를 오염시킬 수 있다. 본 연구에서는 이러한 시안함유 광산폐수 및 침출수로부터 시안을 제거하기 위하여 TiO2 광촉매와 UV-LED 광원을 이용한 광산화 공정에 대하여 연구하였다. 기존 광산화 공정에서는 주로 UV 램프가 광원으로 많이 사용되었지만 여러 가지 단점으로 인하여 본 연구에서는 그 대체 광원으로 UV-LED의 적용 가능성을 평가하였다. 세 종류의 TiO2의 광산화 효율을 평가한 결과, 아나타제와 루틸이 혼합된 Degussa P25가 광산화 효율이 가장 좋은 것으로 확인되었다. 또한 형태와 파장이 다른 네 종류의 UV-LED를 비교 평가한 결과, 365 nm 램프형 > 365 nm 캔형 > 280 nm 캔형 > 420 nm 램프형 순으로 제거효율이 좋은 것으로 나타났다. 본 연구는 UV-LED는 기존의 UV 램프의 단점을 극복할 수 있는 대체광원으로서 광산화 공정에 적용 가능하다는 것을 입증하였으며, 시안의 광산화 효율은 TiO2 광촉매의 종류에도 영향을 받는다는 것을 확인하였다.
6.
2014.12
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우라늄은 자연적 원인과 인위적 원인에 의해 오염이 가능하지만 국내 지하수 토양환경에서는 자연적 원인에 의한 오염 가능성이 높다. 우라늄은 방사성 독성과 화학적 독성을 동시에 갖고 있어 먹는 물에 포함될 경우 그 위해성이 매우 높다. 본 연구에서는 경북지역의 마을상수도 및 소규모 급수시설, 지하수, 샘물 및 먹는 샘물, 먹는 물 공동시설, 지하수 측정망, 민방위비상급수 등의 시료를 대상으로 우라늄 농도를 측정하였으며 국내외 수질 기준과 비교하여 오염 정도를 평가하였다. 총 803개의 시료 중 미국의 먹는 물 권고기준 또는 우리나라의 권고기준인 30μg/ℓ를 초과하는 시료의 수는 6개이며 전체시료에서 차지하는 비율은 0.7%이다. 모암의 특성에 따른 우라늄의 농도는 흑운모화강섬록암, 흑운모화강암, 편마상화강암 등과 같은 화강암질 암석이 분포한 지역에서 비교적 높게 나타났다.
7.
2014.12
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북한 쪽 백두산 지역에서 산출되는 흑요석과 부산 가덕도 유적지에서 출토된 흑요석제 석기에 포함되어 있는 미세결정을 대상으로 그 형태적 분류 및 화학조성에 대한 연구를 실시하였다. 백두산 흑요석은 육안 및 경하관찰에 의한 분류결과 세 개의 그룹으로 구분되며, 형태적으로는 트리카이트-아시큘러와 트리카이트-에스테로이달의 미세결정이 우세하게 분포한다. 한편 가덕도 흑요석은 분류결과 5개의 그룹으로 구분되며, 아시큘러, 마가라이트, 래쓰결정, 에스테로이달 등의 다양한 미세결정이 분포한다. 백두산 흑요석 내의 규산염 미세결정은 대부분 헤덴버자이트 내지 오자이트의 조성을 가지는 휘석으로 나타났으나, 가덕도 흑요석 내의 규산염 미세결정은 대부분이 애나이트 조성에 가까운 흑운모이며 일부 마가라이트 형태의 미세결정은 훼로실라이트 조성의 휘석으로 나타났다. 이로부터 백두산 흑요석과 가덕도 흑요석은 미세결정의 형태, 광물 종류 및 그 화학성분 등에서 상이함을 알 수 있다. 가덕도 유적지에서 출토된 흑요석제 석기는 백두산지역 흑요석과는 성인적인 관련성이 없는 것으로 판단된다.
8.
2014.12
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석조문화재 보수물질로서의 적용을 위해 무기질 바인더를 시험하였다. 순수 무기질 바인더와 첨가제를 배합한 3종을 시편으로 제작하였고 거창화강석에 무기질 바인더 시편들을 부착시켜 무기질 바인더가 암석에 미치는 영향을 분석하였다. 무기질 바인더와 반응시킬 pH 4.0과 pH 5.6 수용액을 국내 강우의 산성도와 함유이온을 토대로 제조하였다. pH 8.0 약알칼리수와 pH 6.85 탈이온수를 준비하여 산성수의 대조군으로 적용하였다. 물반응 후 무기질 바인더 시편의 무게 감소는 시편의 종류에 따라서는 컸지만 물의 산성도와 상관성은 적었다. 순수 무기질 시편의 압축강도가 가장 컸으나 물반응 후 감소율이 가장 크다. 큰 흡수율은(6.72-12.44kg/m2˙t1/2) 무기질 바인더로부터 용출된 이온 함량과 상관성이 크다. 모든 액성의 수용액이 무기질 바인더와 반응 후 pH 9.0-10.0로 변화하였으며, 수용액에서는 무기질 바인더에서 용해된 Mg2+와 K+이 다량 검출되었다. 용해된 이온들은 수용액 내 음이온들과 결합하여 높은 용해도를 지닌 MgSO4˙nH2O 및 KNO3와 같은 백색염을 형성하였다. 암석강화제와 발수제를 처리한 무기질 바인더 시편에서는 이온량이 급격하게 감소하였다.
9.
2014.12
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본 연구는 국내 방연석 광산의 방연석에 대한 납동위원소비 분석 자료를 응용하여 청해진에서 출토되는 청동기에 사용된 납 원료의 산지를 알아보고자 하였다. 또한 부산물로 산출되는 미량원소의 종류와 함량이 산지추정의 보조지표로 이용할 수 있는지의 가능성도 검토하고자 하였다. 장도 청해진에서 출토된 청동기의 납동위원소비를 기존에 일본에서 사용하던 동북아시아 납동위원소비 분포도에 적용하면, 청해진 출토 청동기는 중국산 납을 사용한 것으로 추정된다. 그러나 이를 한반도 납동위원소비 분포도에 적용하면 대상시료 대부분이 한반도 남부 옥천변성대와 영남육괴 지역의 방연석을 사용한 것으로 추정되었다. 또한 미량원소 중에서 은(Ag)이나 안티몬(Sb)의 함량은 동일 지역(zone)의 납동위원소비가 비슷한 서로 다른 광상을 분리하는데 유용한 보조지표로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
10.
2014.12
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점토광물의 물리화학적 특성에 대한 분자 또는 원자 스케일의 연구 중요성이 강조되고 있다. 그러나 실험만으로는 광물의 미시적 현상을 이해하기 어려운 경우가 많다. 특히 2:1 점토광물 팔면체에 존재하는 수산기(hydroxyl)가 금속 양이온 흡착과정에 큰 역할을 한다는 가정은 X-ray를 이용하는 실험만으로는 명확하게 테스트하기 어렵다. 이번 논문에서는 점토광물 내의 수산기 연구에 대한 전산광물학(computational mineralogy) 이용 가능성에 대하여 조사하였다. 점토광물의 기본구조인 팔면체 층만으로 구성된 광물, 1:1 구조를 갖는 광물, 2:1 구조를 갖는 광물 중 대표적인 이팔면체 및 삼팔면체 층상규산염 광물을 선별하여 구조최적화를 실시하였다. 분자역학적(molecular mechanics) 계산과 양자역학적(quantum mechanical) 계산 모두 실험값의 격자상수(lattice parameters)를 잘 재현할 수 있었다. 그러나, 사면체층과 팔면체의 구조적 뒤틀림(structural distortion) 등 광물 내부구조를 기존 실험결과와 비교했을 때, 양자역학적 계산결과가 분자역학적 방법을 이용한 결과 보다 더 낮은 오차를 보였다. 파이로필라이트(pyrophyllite) 수산기가 (001)면과 이루는 각은, 수산기의 H(proton)과 사면체의 Si 양이온 간의 척력으로 결정되는데, 양자역학적 방법은 약 25-26˚로 예측하였고, 분자역학적 방법은 약 35˚ 정도로 양자역학계산 결과와 무려 10˚의 큰 차이를 보였다. 전산광물학은 점토광물 구조연구에 신뢰성이 매우 높은 연구방법으로 양이온 흡착과정 중 수산기의 역할 규명에 사용될 수 있다.
11.
2014.12
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층상규산염광물 중 하나인 활석(Mg3Si4O10(OH)2)은 경도가 매우 낮고, 산업분야에서 매우 다양하게 이용되는 재료물질이다. 실험에 이용한 활석은 외부가열열수고압기기를 이용하여 압력 200 MPa, 온도 600℃인 조건하에서 합성한 분말시료이다. 포항가속기연구소에서 대칭다이아몬드 앤빌 기기와 방사광 및 각분산 X-선회절방법을 이용하여 상온에서 11.06 GPa까지 압축실험을 시행하였다. 본 실험의 압력 범위 내에서 상변이는 관찰하지 못하였다. 체적탄성률은 버치-머내한 상태방정식을 이용하여 72.4 GPa로 결정되었으며, 이 값은 천연산활석에 비해 낮은 것으로 나타났다.
12.
2014.12
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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.
13.
2014.12
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황철석이 다량 존재하는 지역에서 산성암석배수에 의한 중금속 거동과 관련된 단층비지의 역할을 알아보기 위해, 양산지역에 분포하는 함황철석 안산암의 모암과 단층비지에 대하여 XRD, pH, XRF, SEM-EDS, ICP 분석을 실시하였다. 연구결과 모암의 주 구성광물로 석영(quartz), 엽랍석(pyrophyllite), 황철석(pyrite), 일라이트(illite), 황옥(topaz)이 관찰되었고 짙은 갈색의 단층비지 시료의 경우 석영(quartz), 일라이트(illite), 녹니석(chlorite), 스멕타이트(smectite), 침철석(goethite), 카콕세나이트(cacoxenite)가 동정되었으며 침철석이 주 구성광물이었다. 모암에서 동정된 광물 종으로 보아 모암은 열수 변질 작용을 많이 받은 것으로 보인다. ICP분석 결과 각 시료의 중금속 농도는 모암의 경우 Zn > As > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd 순을 보였으며, 단층비지의 경우 As > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd 순으로 나타났다. 두 시료를 비교해 보면 중금속의 총량은 전체적으로 단층비지에서 상대적으로 더 높은 값을 나타내며 특히 Pb, As, Cr은 2배 이상의 큰 차이를 보인다. 이러한 차이는 단층비지의 주 구성광물인 침철석의 높은 반응성과 넓은 표면적에 의해 Pb, As, Cr과 같은 중금속들이 공침 혹은 흡착되어 특히 높은 농도를 나타내며 또한 황철석의 산화에 의한 낮은 pH에 의하여 이러한 효과가 더욱 증가되었다고 사료된다. 그리고 자연환경에 쉽게 영향을 줄 수 있는 labile (step 1)과 acid-soluble (step 2)을 합한 농도의 비율은 대부분의 중금속이 모암에서 더 높게 나타나는 것을 확인하였다. 결과적으로 연구지역에서 단층비지는 모암에 비하여 많은 양의 중금속을 함유하고 연속추출법 단계 중 상대적으로 자연에 쉽게 유출될 수 있는 단계의 비율이 낮은 것으로 나타나 산성암석배수에 의한 피해가 예상되는 지역에서 단층비지는 중금속이 쉽게 용출되지 않게 하는 저장소로 큰 역할을 하는 것으로 판단된다.
14.
2014.12
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슬래그를 매립한 토양을 대상으로 자기분리연구를 수행하였다. 토양세척을 거친 토양과 토양세척 전 토양을 대상으로 습식자기분리와 건식자기분리를 수행하여 분리된 부분과 분리되지 않은 부분의 중금속 농도를 측정하여 중금속의 농축효과를 측정하였다. 습식자기분리의 경우 토양세척 전 시료의 자력분리율이 상대적으로 높으며 토양세척 후 시료의 경우 약 40% 정도가 자기분리 되었다. 토양 : 물의 비가 농축효과에는 큰 영향을 미치지 못하며, Fe, Pb, Cu, Zn, Cd의 세척 전 토양과 세척 후 토양의 자기분리에 의한 평균 농축비는 3.2, 2.1, 12.1, 2.5, 1.5와 17.4, 7.0, 15.7, 9.6, 7.0으로 토양 세척을 거친 경우 자기분리에 의해 토양 세척 전 토양에 비해 더 큰 토양 부피 감량효과를 기대할 수 있다. 건식자기분리의 경우에도 자기분리에 의해 중금속의 농축효과를 얻을 수 있으나 자기분리에 의한 회수율이 너무 높은 경우 오염토 저감을 기대하기 어렵다. 철과 같은 강자성체를 포함하는 토양의 경우 자기분리에 의해 토양세척의 효과와 유사하게 오염토양의 양을 줄일 수 있고, 오염이 한쪽에 농축되는 결과를 얻을 수 있다.
