고준위폐기물처분장에서 완충재는 오랜 기간 동안 방사성핵종의 붕괴열과 여러가지 화학조건의 지하 수에 노출되며, 이러한 열수조건은 완충재물질의 차수 및 핵종저지 방벽성능에 심각한 영향을 줄 수 있 다. 본 연구에서는 국산 스멕타이트를 대상으로 열수실험을 수행하고, 열수반응에 의한 스멕타이트 점토 의 팽창도, 층전하, 양이온교환능의 변화를 조사하였다. 열수실험 결과, 온도와 용액 중 칼륨농도를 증가 시켰을 때, 스멕타이트의 팽창도는 감소하였고, 층전하는 더 큰 음전하를 가졌으며, 양이온교환능도 감소 하였다.

제3기 마이오세 화성쇄설성 퇴적층인 범곡리충군의 주요 구성 암층인 부석질 응회암의 흡착기능성 광물자원으로서의 자원잠재성을 평가하기 위하여 그 응용광물학적 특성 및 그 규제 요인에 대하여 해석하였다. 장기 지역 범곡리층군에서 주된 암상을 이루는 부석질 응회암은 속성변질되어 저품위 제올라이트 및 벤토나이트를 이룬다. 이들은 부석편의 존재로 인한 성분적 특수성에 기인하여 일부 광석들은 양이온치환 능력, 비표면적 및 산성의 pH 농도와 연관된 우수한 흡착기능성을 나타낸다. 이 흡착기능성 광물질에서 낮은 pH 농도를 유발하는 것은 주로 결정구조상 층간에 수소 이온을 갖는 H-스멕타이트의 존재에 의한 것으로 밝혀졌다. 이 H-스멕타이트는 층간 교환성 양이온으로서 수소 이온의 존재에 의해 결정구조상 불규칙성이 야기되어 엽편상의 결정 가장자리가 다소 말린 형태를 보이고, X-선회절 분석에서는 (001) 회절선을 비롯한 주요 기저 회절선들이 일반적인 Ca-유형의 스멕타이트에 비해 상대적으로 낮은 강도를 보이는 것이 특정이다, 이 H-스멕타이트의 원물질 해석과 광물 공생관계를 토대로 이 독특한 점토광물의 생성 모델을 제시하였다. 즉, 부석질 유리편이 속성과정 동안에 필연적으로 야기되는 수화 변질의 결과로 규산이 해리되면서 생성된 수소 이온에 의해 공극수의 pH가 감소되어 단백석이 생성됨으로써 스멕타이트의 생성을 조장한 것으로 여겨진다. 강한 산성을 유발하는 이같은 H-스멕타이트의 존재에 의해서 범곡리층군의 저품위 흡착기능성 광물자원의 산업적 효용도, 특히 산성백토나 상토 부문 등에서 긍정적으로 평가될 수 있을 것으로 여겨진다.

수열합성법에 의하여 Na-P 형 및 Na-A형 제올라이트로부터 스멕타이트를 합성하였고 이들의 물리화학적 특성을 연구하였다. 제올라이트로부터 스멕타이트의 최적 합성조건은 반응온도 290℃, 반응시간 72 h, 자생압력 75~100kgf/cm2였으며, 스멕타이트의 합성을 위한 초기 반응 용액의 pH는 Na-P형 제올라이트의 경우, pH 6, 그리고 Na-A형 제올라이트의 경우, pH 10이었다. Na-P형 및 Na-A 형 제올라이트로부터 합성된 스멕타이트에 대한 부정방위, 정방위, 에티렌 그리콜 및 Greene-Kelly 시험법 등을 통하여 합성된 스멕타이트가 12a-바이델라이트임을 확인하였으며, 이들의 특성을 연구하였다.

일본의 제3기 해성 퇴적분지 석유탐사 시추공에서 회수된 이질암에서 산출되는 일라이트-스멕타이트 혼합층 점토광물에 대하여 광물학적 및 화학적 연구를 수행하였다. X-선회절분석에 의하면 매몰심 도가 증가함에 따라 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물을 구성하는 스멕타이트 성분층은 감소하고 일라이트 성분층은 증가한다. 또한 매몰심도 4,000 m에서 불규칙배열의 일라이트-스멕타이트 혼합층광물은 규칙배열(R=1)의 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물로 변화한다. 이 매몰심도는 약 100℃의 매몰온도를 지시하며 유기물분석 결과와 잘 일치되고 있다. 그러나 현재의 지온구배를 고려할 때 100℃의 매몰온도는 3,000 m이다. 이와 같은 차이는 약 2,500 m에 존재하는 역단층에 의하여 일부 지층이 중복되고 더욱 매몰되었기 때문에 발생한 것으로 해석된다. 화학분석에 의하면 매몰심도가 증가함에 따라 일라이트-스멕타이트의 Si 성분은 감소하고 Al과 K성분은 증가한다. 이것은 일라이트-스멕타이트의 사면체층에서 Si를 Al이 교대함에 따라 사면체층에서 발생하는 전하량을 보완하기 위하여 사면체 층간에 K이 유입되는 것을 시사한다. 이 반응에 필요한 K은 K장석과 운모류에서 유입되었을 것으로 생각된다.

울릉분지 남부 대륙붕 석유탐사 시추공에서 회수된 사암 내에서 산출되는 녹니석-스멕타이트 혼합층 점토광물에 대하여 광물학적 및 화학적 연구를 수행하였다. X-선 회절분석과 화학분석 결과에 의하면 이 점토광물은 녹니석과 스멕타이트가 1:1 비율로 구성된 이팔면체형의 녹니석-스멕타이트 혼합층광물, 즉 토수다이트이다. 이 토수다이트는 Li가 풍부한 토수다이트로서 열수변질대에서 보고되는 토수다이트와 거의 동일하다. 이것은 토수다이트가 산출되는 지역은 열수변질과 관련된 열적 영향을 받았음을 지시한다. 실제로 이 시추공이 있는 지역은 단층과 습곡이 많이 발달되어 있고 구조적으로 변형되어 있다. 이와 같은 점을 고려할 때 하부로부터 열수가 올라와서 사암 내의 토수다이트의 생성에 기여했을 것으로 생각된다.

단백석이 주성분을 이루는 포항 지역산 규질 이암을 합성원료로 하여 80℃의 온도 조건에서 10∼15%농도의 TMAOH 및 TMAOH+NaOH 용액으로 수열 반응시켜 유기 스멕타이트를 합성하였다. 이 실험에서 NaOH와 TMAOH의 혼합용액으로 처리했을 경우에는 스멕타이트 의에 NaP와 하이드록시소달라이트가 함께 합성되는데 비해서, TMAOH 용액만으로 처리했을 경우에는 이들이 수반됨이 없이 스멕타이트만 생성되었다. 합성된 스멕타이트는 X-선회절 분석, 시차열분석 및 적외선 흡광 분석을 통해서 결정구조상의 층간에 TMA+ 이온이 개재된 몬모릴로나이트 계열의 유기 스멕타이트인 것으로 밝혀졌다. 스멕타이트 생성을 조장시킨 주요 반응 모질물은 단백석으로 밝혀졌고, 이 유기 스멕타이트의 골격 성분인 Al의 공급원으로서는 원료 물질 내에 상당량 함유되는 퇴적물기원의 스멕타이트가 그 역할을 담당하는 것으로 해석된다. 반응성이 상대적으로 낮은 석영과 운모는 대부분 이 합성반응에 관여하지 못하고 반응산물 내에서 주요 불순물로서 잔존된다. 이 같은 실험 결과들은 앞으로 이 합성 반응계에 적합한 Al 공급원이 동원될 수 있다면 저온(100℃ 이하)에서 이 이암을 원료로 하여 새롭고 효과적인 유기 스멕타이트의 수열합성 방안이 마련될 수 있음을 시사한다.

이 연구는 산업체에서 다양하게 활용될 수 있는 세 종류의 유기­스멕타이트를 제조하여 Na­스멕타이트와의 제반 물성을 비교함으로서 유기­스멕타이트의 활용을 위한 과학적인 자료를 제공하고자 한다. 이 연구를 위하여 제4가 암모늄 양이온에 속하는 Hexadecyl­trimethylammonium(HDTMA), Benzyldimethyltetradecylammonium(BDTDA) 및 Cetylpyridinium(CP) 염화물을 Na­스멕타이트에 치환시켜 세 종류의 유기­스멕타이트를 제조하였다. 유기­스멕타이트인 HDTMA­, BDTDA­ 및 CP­스멕타이트는 pH 9 정도로 비교적 높은 알칼리성을 나타내었다. 이들 유기­스멕타이트는 Na­스멕타이트에 비해 극히 낮은 팽윤도, 점도를 나타내고, 짧은 시간에 강한 응집이 초래되었다. 양이온 교환능과 동일한 양의 유기 양이온을 스멕타이트에 치환시켜 제조된 유기­스멕타이트의 저면간격은 HDTMA­스멕타이트가 23.1a, BDTDA­스멕타이트가 19.2a 및 CP­스멕타이트가 23.2a로서, Na­스멕타이트의 12.7a에 비해 강한 격자 팽창이 초래 되었다. 유기­스멕타이트에 치환된 세 종류의 유기물은 250℃에서 분해하기 시작하여 400℃ 부근의 온도에서 분해가 거의 종료되었다. 이는 연구된 세 종류의 유기­스멕타이트가 250℃ 미만에서 안정함을 의미한다. 연구된 세 종류의 유기­스멕타이트는 대체로 유사한 광물학적, 물리­화학적 및 열적특성을 나타낸다. 이는 세 유기물의 화학적 성질의 유사성 때문일 것이다. 경제적인 면을 고려한다면 CP로 치환시킨 CP­스멕타이트의 활용이 매우 클 것으로 예측되며, 이에 대한 다양한 연구가 요구된다.

본 연구는 일라이트-스멕타이트 혼합층광물(I-S)의 구조를 MacEwan 결정자 모델과 기본입자 모델을 통하여 살펴봄으로써, 팽창성(% SXRD), MacEwan 결정자두께( NCSD), 평균기본입자두께( NF ) 간의 관계를 정량적으로 해석하고자 하였다. 두 모델에 대한 비교를 통하여, % SXRD, NCSD, NF 는 서로 독립된 변수들이 아니고 I-S 구조 내에서 특정한 기하학적 관계를 가지고 있음을 알 수 있었다. % SXRD는 단범위적층효과에 의해 NCSD에 영향을 받고, NF 및 스멕타이트 층간개수( NS )와 Ns =( NF-1)/(100%/% SXRD- NF ) 관계가 성립함을 알 수 있었다. 특히, 이 관계로부터 % SXRD와 NF 는 물리적으로 제한된 조건인 1〈 NF 〈100%/ % SXRD를 만족해야 한다는 결과를 도출할 수 있었다. 본 연구는 이러한 물리적 제한조건을 이용하여, % SXRD, NF , Ns , 질서도 등을 종합적으로 해석하는데 유용할 것으로 사료되는 다이어그램을 제시하였으며, 금성산화 산암복합체에서 산출되는 I-S에 대한 XRD 자료를 이용하여, 이를 검증하였다. 또한, 자연상 I-S는 % SXRD가 감소할수록, NF 는 물리적 상한조건인 NF =100%/% SXRD에서 점차 멀어지게 됨을 알 수 있었으며, 이러한 결과는 기본입자가 두꺼워질수록 적층능력이 감소하는 것에서 기인한 것으로 사료된다.다.하는 것에서 기인한 것으로 사료된다.다.

Mineral composition and chemistry of the clay minerals in the three cores from the continental shelves of South Shetland Islands (NCS09) and Anberse Island (GC98-2), and from the fjord of King George Island (A10-01) were determined by X-ray diffraction and electron microprobe analysis in search of the distributions and origin of the clay minerals in the Antarctic marine sediments. Smectite content is relatively high in NCS09 regardless of core depths (av. 8.3%), but low in GC98-2 (1.1%). In Al0-01, smectite content is higher in the upper section than in the lower section. Kaolinite was not detected from all the cores in this study Yellow to yellowish green clay granules were commonly scattered in the sediments of NCS09 cores. The clays contain 16.97% and 2.53% Fe2O3와 K2O. Average structural formula of the clay indicates ferrian beidellite . The (Fe, K)-rich smectite of NSC09 must have been derived from relatively young basaltic volcanics altered by reaction with seawater near Shetland Islands by glacial erosion or eolian process related to volcanic eruption. GC98-2 nearer to Antarctic continent is very low in smectite content. In A10-01, the lower diamicton was deposited from the glacial erosion of smectite-free ancient volcanics in the interior of King George Island, while the upper section was derived from the smectite-bearing terrestrial debris and eolian materials after retreat of glaciers in Marian Cove

1차원적 x-선 회절도형의 계산방법을 이용하여 Biedellite-nontronite 와 saponite-iron sponite의 X-선 회절현상을 조사하였다. 에틸렌 글리콜 처리된 스멕타이트는 수화된 스멕타이트보다 강한 002와 003 회절선을 나타내는데, 002와 003회절선은 Fe 성분의 함량에 따라서 그 강도가 점진적으로 변화한다. 에틸렌 글리콜처리된 dioctahedral 스멕타이트와 trioctahedral 스멕타이트에서 002/003 회절선 강도비율은 스멕타이트내에 Fe성분이 많아짐에 따라 높아진다. 이러한 비율의 변화는 Al이나 Mg보다 훨씬높은 Fe성분이 많아짐에 따라 높아진다. 이러한 비율의 변화는 Al이나 Mg보다 훨씬높은 Fe의 scattering factor에 기인한 것이며, octahedral 양이온들의 scatterinf factor들을 계산함으로써 여러 스멕타이트들의 X-선 회절선들을 정량적으로 비교할 수 있다. Interlayer 양이온들은 Fe등의 octahedral양이온들에 비해서 X-선 회절선들에 경미한 영향을 미친다. 00l회절선들이 octahedral sheet의 전반적인 회절선강도에 관한 자료를 제공하지만, Fe 성분이 많은 일부 dioctahedral 스멕타이트들은 1차원적 X-선 회절도형만으로는 trioctahedral 스멕타이트로부터 명확하게 구분될 수 없다. 1차원적 X-선 회절도형의 계산에 의하면 복합체로 이루어진 이질의 스멕타이트의 00l회절선 분포양상은 이 이질의 스멕타이트 화학성분이 평균 성분에 해당하는 균질 스멕타이트와 거의 같다. 회절선이 넓어지는 현상에 관련된 여러 요소들이 잘 파악되지 않으면, 00l회절선들이 넓어지는 정도르 스멕타이트의 이질도를 판단하기 위해 응용하는 데는 문제점이 있는 것으로 사료된다.