The separation of zirconium and hafnium using tributyl phosphate (TBP)-Dodecane extractants in nitric acid medium was performed. Zirconium oxychloride, used as extraction feed, was obtained from the synthesis of Kalimantan zircon sand concentrate smelted using NaOH. The extraction process was carried out by dissolving chloride-based metals in nitric acid media in the presence of sodium nitrate using TBP-Dodecane as an extractant. Some of the extraction parameters carried out in this study include variations in organic phase and aqueous phase (O/A), variations in contact time, and variations in nitric acid concentration. Extraction was carried out using a mechanical shaker according to the parameter conditions. X-ray fluorescence (XRF) was used for elemental (Zr and Hf) composition analysis of the aqueous solution. The results showed that zirconium was separated from hafnium at optimum conditions with an organic/aqueous ratio of 1:5, contact time of 75 min, and an HNO3 concentration of 7 M. The resulting separation factor of zirconium and hafnium using TBP-Dodecane was 14.4887.

전라북도 무주군에 분포하는 백악기 무주분지의 퇴적시기 및 퇴적물의 기원지를 파악하기 위해 쇄설성 저어콘 U-Pb 연대측정을 수행하였다. 시료는 설천응회암(SCT), 방이리층(BYR), 길왕리층의 고방층원(GWR-G), 서창층원(GWR-S), 북창층원(GWR-B), 적상산층(JSS)으로 총 6개가 채취되었다. 연대측정 결과 무주분지의 퇴적층은 약 105.6-90.4 Ma에 걸쳐 퇴적되었고, 지질시대로는 알바절에서 투로니아절에 해당한다. 무주분지 서쪽에 분포하는 방이리층과 길왕리층 고 방층원 시료에서 각각 약 94.4 Ma와 89.6 Ma의 단일 저어콘 최소연령이 확인되어, 기존에 길왕리층 역암을 기준(암층 서)으로 설정된 상대연령에 대해 추가연구를 통한 재확인이 필요하다. 그리고 무주분지를 채우고 있는 대부분의 퇴적물 들이 무주분지와 인접한 제한된 지역에서 공급되었을 것으로 판단된다.

백악기 구례분지 구례층군에 대한 쇄설성 저어콘 레이저삭박 다검출기 유도결합플라즈마 질량분석기(LA-MCICP- MS) U-Pb 연대측정을 수행하였다. 구례층군은 하부로부터 수평리층, 금정리층, 토금층, 오봉산층으로 구성되며, 이 번 연구에서는 연대측정을 위해 총 5개의 시료를 채취하였다. 그 결과 구례층군의 최하부 지층인 수평리층과 최상부 지층인 오봉산층에서는 각각 선캄브리아시대와 후기 백악기 저어콘들만이 산출되어 비교적 좁은 연대 분포 범위를 보 였다. 그러나, 금정리층 상하부와 토금층에서는 선캄브리아시대부터 백악기까지의 비교적 넓은 저어콘 연대 분포를 나 타냈다. 백악기 저어콘이 산출되지 않은 수평리층을 제외한 각 퇴적층의 가장 젊은 쇄설성 저어콘 U-Pb 연령은 금정리 층 하부에서 약 107.4 Ma, 금정리층 상부에서 약 104.6 Ma, 토금층에서 약 97.7 Ma, 오봉산층에서 약 88.5 Ma로 계산 되었다. 이는 구례층군의 퇴적시기가 대략 전기 백악기 말의 알바절(Albian)에서 후기 백악기의 코냑절(Coniacian)로 제한될 수 있음을 지시한다. 또한 각 지층별 쇄설성 저어콘 연령 분포에 근거한 구례층군 퇴적물 기원지는 분지의 진화 과정 동안 인근의 영남육괴에서부터 옥천대의 일부까지 확장되어 변화했을 것으로 해석되며, 구례층군을 구성하는 퇴적 층들의 백악기 저어콘 산출 양상은 백악기 동안 고태평양판의 슬랩 퇴각 작용을 잘 반영하는 것으로 보인다.

경상분지 하양층군의 퇴적시기와 기원지 변화를 밝히기 위해 청송 세계지질공원의 지질명소인 백석탄(일직층), 만안자암(점곡층), 신성리(사곡층) 지역에서 쇄설성 저어콘에 대한 U-Pb 연령측정을 실시하였다. 일직층에서는 백악기 저어콘이 발견되지 않고 쥐라기와 트라이아스기의 저어콘이 대부분이며, 선캄브리아 시대의 저어콘은 드물게 산출된다. 반면 점곡층과 사곡층은 백악기와 쥐라기, 고원생대의 저어콘이 우세하며 유사한 연령분포를 보인다. 점곡층과 사곡층의 백악기 저어콘에서 각각 103.2±0.3 Ma와 104.2±0.5 Ma의 가장 젊은 가중평균연령을 구했다. 연구결과에 의하면 점곡층 및 사곡층의 퇴적시기는 앨비안에 해당된다. 쇄설성 저어콘의 연령분포는 일직층과 점곡층 사이에 기원지의 중요한 변화가 있었음을 지시한다. 일직층은 주로 주변의 관입암체에서 퇴적물이 공급된 것으로 보이지만, 점곡층과 사곡층은 일본 남서부의 쥐라기 부가대의 비교적 젊은 퇴적단위로부터 기원한 것으로 해석된다.

LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb dating was conducted to constrain the timing of fossil formation and the depositional age of the uppermost Jinju Formation located in Natural Monument No. 534 (Tracksite of Pterosaurs, Birds, and Dinosaurs in Hotandong, Jinju), and 87 Cretaceous, 1 Precambrian, and 2 Jurassic zircons were obtained from 90 valid analytical points. Most Cretaceous zircons were found to have a youngest graphical peak age of ca. 106.5 Ma, suggesting the depositional age of the uppermost Jinju Formation. Based on this study and previous works, the average sedimentation rate of the Jinju Formation was calculated to be approximately 0.17-0.31 mm/year in the Milyang Subbasin, and the Cretaceous zircons of the uppermost Jinju Formation seem to have originated mainly from the western or northwestern parts of the Gyeonggi Massif. Unlike the Nakdong and Hasandong formations of the Sindong Group, most zircons analyzed in the uppermost Jinju Formation were Cretaceous. This suggests that volcanic activity occurred in the area closer to the Gyeongsang Basin due to the roll-back of subducting paleo-Pacific Plates during the Jinju period.

Zircon, having excellent thermal, chemical, and mechanical properties, is utilized in refractory materials, electronic materials, chemical machines, structural materials, etc. However, zircon generally shows thermal dissociation to zirconia(ZrO2) and silica(SiO2) around the sintering temperature of 1540 oC, and when zircon particles are small and impurities are present, thermal dissociation is known to occur at around 1100 oC. This reduces the mechanical properties of ZrSiO4. In this research, the effect of adding SiO2 and 3Y-TZP to ZrSiO4 has been studied in order to suppress dissociation and improve the mechanical properties. Addition of SiO2 suppressed the dissociation of ZrSiO4 at lower temperatures. It also enabled optimum packing between the particles, resulting in a dense microstructure and good mechanical properties. When 3Y-TZP was added, recombination with the dissociated SiO2 resulted in good mechanical properties by suppressing the generation of pores and the densification of the microstructure.

In this study, 5 um sized ZrSiO4 was ground to 1.9 um, 0.3 um, and 0.1 um sized powders by wet high energy milling process, and the sintering characteristics were observed. Pure ZrSiO4 itself can-not be sintered to these levels of theoretical density, but it was possible to sinter ZrSiO4 powder of nano-scale size of, −0.1 um to the theoretical density and to lower the sintering temperature for full density. Also, the decomposition of ZrSiO4 with a size in the micron range resulted in the formation of monoclinic ZrO2; however, in the nano sized range, the decomposition resulted in the tetragonal phase of ZrO2. So, it was possible to improve the sintering characteristics of nano-sized ZrSiO4 powders.

Zircon has excellent thermal, chemical, and mechanical properties, but it is hard to make a dense sintered product because of dissociation during the sintering process. This study analyzes how the addition of SiO2 and Al2O3 affects the mechanical properties of sintered zircon, particularly in regards to reducing the thermal dissociation and improving the mechanical properties of ZrSiO4. Zircon specimens containing different amounts of SiO2 and Al2O3 were prepared and sintered to observe how the mechanical properties of ZrSiO4 changed according to the differing amount of SiO2 and Al2O3. The ZrSiO4 that was used for the starting material was ground by ball mill to an average particle size of 3 μm. The SiO2 and Al2O3 that was used for additives were ground to an average particle size of 3 μm and 0.5 μm, respectively. Adding SiO2 resulted in transformation in the liquid phase at high temperatures, which had little effect on suppressing the thermal dissociation but enhanced the mechanical properties of ZrSiO4. When Al2O3 was added, the mechanical properties of ZrSiO4 decreased due to the formation of pores and abnormal grains in the microstructure of the sintered zircon.

The sintering behavior of zircon with silica was investigated. Zircon with 5 vol% of sedimentation SiO2 resulted in the apparent density of 4.45 g/cm3, the diametral tensile strength of 12.125 kgf/cm2, and the micro Vickers hardness of 1283 HV. The dissociation temperature and mechanical characteristics of the ZrSiO4 were changed with different kinds of SiO2. SiO2 addition prevented dissociation of ZrSiO4. Zircon with 5 vol% of sedimentation SiO2 and with 5 vol% of fused SiO2 resulted in increased diametral tensile strength and increased micro Vickers hardness by suppression of ZrSiO4 dissociation and low temperature liquid SiO2 formation. Zircon with fumed SiO2 and quartz SiO2 resulted in decreased diametral tensile strength and decreased micro Vickers hardness because of cristobalite and quartz phase formation and high temperature liquid SiO2 formation. Zircon with 10 vol% of SiO2 resulted in decreased diametral tensile strength and decreased micro Vickers hardness because of weak particle coupling due to excess formation of liquid SiO2.

Effect The effect of sintering additives (SiO2, Al2O3, Clay) on the mechanical characteristics of sintered zircon was investigated. 1 vol% of additives in zircon powder was was sintered at 120~1500˚C, the mechanical characteristics were measured, and microstructure analysis were was conducted. Al2O3 and clay additions increase the formation of monoclinic and tetragonal-ZrO2 formation. An addition of SiO2 addition suppressed the formation of tetragonal-ZrO2 formation., The A specimen sintered at 1400˚C showed the a density of 4.05 g/cm3 and the a microhardness of 1120 HV, respectively.

실리카 바인더 함량이 지르콘 쉘 주형의 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 실리카 졸/지르콘 함량비 Rw는 0.18~0.43 범위에서 변화시켰으며, 주형의 소결온도는 871˚C~1400˚C 범위에서 변화시켰다. 생형의 상온강도는 실리카 졸/지르콘 함량비 Rw에 비례하여 증가하였다. 소결온도가 1300˚C 이하인 경우, Rw가 증가함에 따라 소결된 주형의 상온강도와 치밀화는 증가하였다. 그러나 Rw가 0.43이고 1400˚C에서 3시간 동안 소결시킨 경우 주형의 상온강도와 치밀화가 오히려 감소하였다. 이는 소결 중 내화물 입자와 실리카 바인더와 열팽창계수의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 정밀주조용 지르콘 쉘 주형 제작을 의한 최적의 Rw 값은 0.33인 것으로 나타났다.

지르콘 쉘 몰드를 제조하여 소결 온도 및 시간에 따른 소결거동이 기계적특성에 미치는 영향을 관찰하였다. 1000˚C에서 1.5시간동안 소결 한 쉘 몰드의 1차 코팅 표면층에서 미세균열의 크기 및 수가 극대화되었으며 소결온도 및 시간이 증가할수록 상온강도와 기공의 비표면은 감소하였다. 1차 소결 후 1500˚C에서 4시간동안 소결 처리한 주형의 고온변형거동은 백업층과 하중의 역방향으로 스터코와 지르콘 슬러리의 경계면을 따라 변형이 발생하였다. 1차 코팅층에서 알루미나 스터코와 지르콘 슬러리의 열팽창계수 차이와 백업 코팅층에서 지르콘 슬러리간의 입도 차이가 고온변형시험 중 역변형을 일으킨 것으로 판단된다.

문경 지질공원 후보지의 지질명소 쌍룡계곡, 용추계곡 그리고 문경새재를 구성하고 있는 화강암류와 규 장질 관입암류의 저어콘 U-Pb 연령측정과 전암 지구화학 성분분석을 수행하였다. 이들 화성암류들은 각각 문경시 의 서부, 북서부, 중부에 분포하고 있으며, 옥천변성대의 변성암류와 문경층군의 퇴적암류를 관입하고 있다. 고분 해능 이차이온질량분석기(SHRIMP)를 사용하여 측정한 쌍룡계곡의 두 개의 규장질 반암과 한 개의 화강암 시료 의 저어콘 U-Pb 연대측정 결과는 각각 93.9±3.3 Ma (tσ), 95.1±4.0 Ma (tσ) 그리고 94.4±2.0 Ma (tσ)으로 백악 기 관입 연령을 정의한다. 용추계곡의 화강암, 규장질 암맥, 그리고 문경새재 반상 화강암에서 측정한 관입 연령은 각각 90.2±2.0 Ma (tσ), 91.0±3.0 Ma (tσ) 그리고 88.6±1.5 Ma (tσ)의 관입연령을 갖는다. 이 지역의 화강암 연대 에 대한 기존 연구결과(Lee et al., 2010; Yi et al., 2014; Aum et al., 2019)와 더불어 계산한 평균표준오차를 계 산해보면, 쌍룡계곡(94.5±0.2 Ma)과 용추계곡(89.7±0.4 Ma) 화강암들 사이에 대략 5 Myr 정도의 관입 시기의 차 이가 존재함이 나타난다. 이 두 지역 사이의 문경지역의 규장질 화성암류의 지구화학 성분분석 결과는 후조산성 화강암 특성을 나타내며, 이는 초기 백악기 조산운동 및 이자나기의 섭입 말기의 화성활동에 대비된다.

경기육괴 중부 의암 편마암 복합체에 분포하는 호상편마암에 대해 저어콘 연대 및 희유원소 분석을 진행했으며 분석 결과를 토대로 경기육괴 기반암류 모암의 퇴적시기와 이들의 변성작용 및 변성시기에 대해 검토하였다. 호상편마암의 쇄설성 저어콘은 신시생대와 고원생대 경계 부근(2500-2480Ma)에서 가장 두드러 진 연령 피크를 보이며 이들과 함께 고원생대 중기 시데로스기부터 라이악스기에 해당하는 다수의 연령이 확 인되었다. 쇄설성 저어콘의 가장 젊은 연령 피크는 2070Ma로 확인되었으며 이는 호상편마암 모암의 퇴적 시 기가 적어도 2070Ma 이후였음을 의미한다. 한편, 저어콘 외연부에서 1966 ± 39Ma ~ 1918 ± 13Ma에 해당하는 변성작용 연령이 확인되었으며 오차범위, 불일치도 그리고 평균 제곱 가중편차 값을 고려할 때 1918 ± 13 Ma 가 가장 합리적인 변성작용 시기를 지시하는 것으로 보인다. 이들 저어콘 외연부의 결정화 온도는 690-740℃ 로 확인되었다. 따라서 경기육괴에서는 1880-1860Ma에 일어난 광역변성작용 이전에도 고도의 변성작용이 있 었던 것으로 판단된다.

단양 국가지질공원 남쪽에 분포하는 기반암에서 저어콘 U-Pb 연령측정을 수행하였다. 연령 측정은 2개의 시료에서 실시하였으며, 이들 시료는 우흑질과 우백질이 뚜렷이 구분되는 혼성암질 편마암으로 흑운모 ±규선석±석류석+장석+석영의 광물조합을 가진다. 함규선석 및 함석류석 편마암시료에서 각각 수집한 저어콘 결정들에 대해 고분해능 이차이온질량분석기(SHRIMP)를 사용하여 U-Pb 동위원소 성분비를 측정하였으며, 이로부터 1870±10Ma (2σ)와 1863±6 Ma (2σ)의 변성 연령을 구하였다. 1.87~1.86 Ga의 변성 연령은 영남육괴 고원생대 고온-저압의 광역변성작용의 시기(1.87~1.85 Ga)와 일치한다. 저어콘 결정들의 상속핵 연령을 기반으로 두 시료에서 얻어진 최고 퇴적연령은 2.06 Ga로 혼성암질 편마암 모암의 퇴적시기는 2.06~1.87 Ga 사이일 것으로 추정된다.