The automotive industry has focused on the development of metallic materials with high specific strength, which can meet both fuel economy and safety goals. Here, a new class of ultrafine-grained high-Mn steels containing nano-scale oxides is developed using powder metallurgy. First, high-energy mechanical milling is performed to dissolve alloying elements in Fe and reduce the grain size to the nanometer regime. Second, the ball-milled powder is consolidated using spark plasma sintering. During spark plasma sintering, nanoscale manganese oxides are generated in Fe-15Mn steels, while other nanoscale oxides (e.g., aluminum, silicon, titanium) are produced in Fe-15Mn-3Al-3Si and Fe-15Mn-3Ti steels. Finally, the phases and resulting hardness of a variety of high-Mn steels are compared. As a result, the sintered pallets exhibit superior hardness when elements with higher oxygen affinity are added; these elements attract oxygen from Mn and form nanoscale oxides that can greatly improve the strength of high-Mn steels.

본 연구는 수중 비소제거를 위해 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF와 복합화하여 전기방사법으로 제조하였다. TEM에서 산화물은 철이 망간을 감싼 형태이다. 인장강도는 PMF10이 PVdF보 다 2배 증가하였고 기공크기는 PVdF보다 작아지는 것이 확인되었다. 비소제거 실험에서 산화물은 As(Ⅲ)제거율이 80%이상 나왔고, As(V)도 제거되 었다. As(Ⅲ) 제거율은 PMF01이 30%로 상대적으로 우수한 결과를 보였다. 따라 서 이산화물은 나노섬유와 복합화를 통해 수처리 필터소재에 대한 기초연구에 활용될 것으로 기대된다.

본 연구에서는 비소(arsenic, As) 제거 특성을 가진 망간-철 산화물(manganese-iron oxide, MF)을 제조하고, 이를 poly vinylidene fluoride (PVdF)와 복합화를 진행하여 As(III)와 As(V)를 동시에 제거가 가능한 수처리용 나노섬유복합막 (polymer nanofiber membrane with Mn-Fe, PMF) 제조에 관한 기초 연구를 진행하였다. Transmission electron microscope (TEM) 분석을 통해 MF 소재의 형상 및 구조를 확인하였으며, PMF 복합막의 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하 기 위하여 기계적 강도, 기공크기, 접촉각 및 수투과도 분석을 진행하였다. 측정결과로부터 망간과 철 비율이 같은 PMF11 복 합막의 기계적 강도가 가장 높은 결과값(232.7 kgf/cm2)을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 또한, MF 소재의 도입에 따라 기공 크기가 점차 줄어드는 경향성을 확인할 수 있었으며, 특히, 철 산화물의 조성비가 증가할수록 기공크기가 감소하는 경향성을 보여주었다. 수투과도 측정결과 MF 소재의 도입에 따라 PVdF 나노섬유막에 비해 약 10~60% 이상 향상되는 결과를 나타내 었다. 제조된 MF 소재 및 PMF 복합막의 비소 제거 특성평가를 통해 As(III)와 (V)의 동시 제거 가능하며, 특히, MF01 샘플 의 경우 As(III)와 (V)에 각각 93, 68%의 가장 높은 흡착제거율을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 제조된 MF소재 및 PMF 복합막을 통해 수처리용 분리막의 기능성 향상을 위한 기초연구 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

식용수의 비소오염으로 인한 피해로 비소에 대한 관심이 증대되고 있으며, 아시아 지역뿐만 아니라 북남미, 유럽까지 비소로 오염된 지하수가 발견되고 있다. 본 연구에서는 As(Ⅲ)와 As(V)의 흡착특성을 가진 것으로 알려진 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF고분자를 이용하여 복합나노섬유를 제조하였으며, 복합막의 물리적 특성과 비소제거 성능을 확인하였다. 복합화 전 합성된 망간-철 산화물을 ICP를 이용하여 비소제거율을 측정한 결과 As(V)는 43.6%, As(Ⅲ)는 65.5%의 제거율을 보였다.

한국지질자원연구원은 몽골 광물자원청과 공동으로 우기누르 철-망간 광화대에 대한 공동 연구를 수행하였다. 이의 일환으로 수행된 육상 자력탐사에서 획득한 자료를 바탕으로 3차원 자력 역산을 수행하였으며, 3차원 지질모델링 기술을 이용하여 철-망간 광화대에 대한 3차원 영상화 및 광체 평가를 위한 연구를 수행하였다. 총자력 이상의 분포 특성을 통해 연구지역의 광상에서 지표 노두로부터 수평적으로 연장되는 광체의 부존 가능성을 확인하였다. 또한, Fe 함량과 상관성이 높은 자기감수율 역산 결과를 토대로 연구지역의 제 1광상 및 제 2광상 모두에서 지표에서 드러난 광체가 지하 하부로 연장되어 있는 것으로 해석되어, 지표에 드러나지 않은 광체의 부존 가능성이 높은 것으로 판단된다. 시추 조사를 통해 일부 대표 지역의 광체 품위 자료가 확보되고 이번 연구결과와의 복합 해석을 수행한다면 효과적인 개발 가능성 평가가 가능할 것으로 판단된다.

무기안료는 인체에 대한 안정성과 다른 소재와의 상용성이 우수하며, 미적 특성을 감미하기 위한 화장품, 인쇄잉크, 페인트, 건설자재 등 다양한 분야에서 관심 받고 있다. 본 논문에서는 망간과 철이 도핑된 이산화티탄 안료를 합성하기 위하여 수열합성법을 이용하였다. 공정 변수로는 망간 전구체의 양, 철 전구체의 양 및 하소온도 등을 변화시켰다. 제조된 안료의 최적 조건은 망간 전구체의 양이 1.0wt%, 철 전구체의 양이 1.5wt% 그리고 하소온도 550℃일 때였다. 제조된 안료는 XRD, EDS, FE-SEM, Spectrophotometer, UV-Vis Spectrometer 등으로 분석 하였다.

시약급 망간염과 폐건전지에서 회수한 망간염 수용액을 전해액으로 사용하고, 0.2% 저탄소 연강을 가용성 양극으로, SUS 304 스테인레스 강을 음극으로 하여 전기분해 법에 의해 생성된 망간 페라이트의 화학조성 및 열적, 자기적 성질을 조사한 결과 다음과 같다. MnxFe3-xO4(O<X<3) 산화물은 X=1에서 스핀넬형 망간 페라이트가 생성되었고, 망간함량이 증가할수록 200˚C까지는 중량감소량이 직선적으로 증가하였다. 망간함량과 가열온도가 증가할수록 보자력이 감소하고 포화자화도 감소하는 경향을 보였다. 시약급 염화망간염을 전해액으로하여 생성시킨 망간 페라이트가 황산망간 및 폐건전지에서 회수한 망간염을 전해액으로 사용하여 제조한 망간 페라이트 보다 포화자화값이 높았다. 200˚C, 300˚C로 가열하였을 때, 폐건전지에서 침출한 황산망간염을 전해액으로 하여 생성시킨 망간 페라이트가 시약급 황산망간염을 전해액으로 하여 생성시킨 망간 페라이트 보다 포화자화와 잔류자화값이 높았다. 생성된 입도는 모두 구형이었고, 시약급 황산망간염을 전해액으로 하여 생성시킨 망간 페라이트에서는 0.1μm, 폐건전지에서 침출한 황산망간염을 전해액으로 하여 생성시킨 망간 페라이트에서는 0.5μm 범위의 미립자로 생성되었다.

한국지질자원연구원과 몽골광물자원청은 몽골 우기누르 철-망간 산출지의 제2광상 우측부에서 시험시추를 수행하였다. 기술적 한계의 최저 시추 각도인 65°의 각도로 시추하고 50-70 m 시추 구간에 서 착맥되도록 시추 위치를 설계하였다. 몽골 우기누르 철-망간 산출지에 대한 시험시추 결과 3번 시추 위치를 제외한 나머지 세 공은 지하에서의 습곡에 의해 예상보다 낮은 깊이에서 광체를 착맥하였다. 3 번 시추 위치는 비교적 예상에 맞게 착맥되었다. 1번 시추 위치에는 47.45-50 m 구간과 56.35-57.1 m 구간에서 Fe 40% 이상의 고품위 철 광체가 배태되어 있다. 1번 시추 위치의 나머지 광체 구간 및 다른 세 공의 광체에서 Fe는 약 10%로 저품위 철 광체이다. 1번 시추 위치에서 망간은 최대 10%, 평균 1% 의 품위를 갖고 나머지 세 공의 광체에서 망간은 평균 0.2%로 품위가 낮지만 철과 망간의 품위가 매우 유사한 변동 양상을 보이고 있어 철과 망간이 함께 이동하고 농집되었음을 유추할 수 있다. 시추 지역 의 확정 자원량은 Fe 231,661 톤이고 평균 품위는 Fe 11.82%이다. 시추위치 1과 2의 광체와 3과 4의 광체가 지하에서 연결되어 있다는 가정 하에 계산한 시추 지역의 예상 자원량은 Fe 4,415,296 톤이고 평균 품위는 Fe 11.82%이다. 평가된 자원량은 현재로서는 품위가 낮아 개발 가능성이 낮다.

몽골 우기누르 지역 철-망간 광상과 타미르골 지역 철 광상의 광체는 먼곤체지 층 내에 렌즈상으로 협재되는 특성을 갖는다. 이러한 광상은 캠브리아 기에서 실루리아기에 이르는 화산 기원의 퇴적형 광상인 타미르골-요루골 광상구에 해당된다. 우기누르 지역의 철-망간 광체와 타미르골 지역의 철광체는 주로 규암과 편암을 모암으로 하여 먼곤체지 층 내에 렌즈상으로 협재되어 있다. 우기누르지역의 편암이 주로 세리사이트 편암인 데 비해 타미르골 지역은 주로 백운모 편암이 나타나는 차이를 갖는다. 또한 우기누르 지역의 광석은 망간이10에서 12% 함유되나 타미르골 지역의 광석은 망간이 1% 이하로 함량이 낮은 특성을 갖는다. 우기누르 철 망간 광상의 철 광물은 주로 자철석, 적철석이 우세하게 나타나고 기타 철 산화물과 황철석이 미량으로 수반되어 나타나며, 망간 광물은 주로스페사틴, 버네사이트가 우세하게 나타나고 기타망간 산화물이 수반되어 나타난다. 타미르골 지역의 철 광석은 자철석이 우세하게 나타나고 적철석이 수반되며 황철석, 철 산화물, 탄산질 철 등이 미량으로 수반되어 나타난다. 우기누르 철-망간 광상에 대한 육상 자력탐사 결과 높은 자기 이상값을보이는 영역이 지표에서 확인된 광체의 방향과 같은 약 N30˚W 방향으로 나타나며 지표에서 확인된 광체 이외에 지표에 드러나지 않은 부분에서도 연장되는 것이 확인되었다.