산화/환원 반응에 매우 민감한 우라늄의 침철석 및 몬모릴로나이트에 대한 수착 특성을 알아보기 위해 산화우라늄(VI)과 환원우라늄(IV)를 준비하였다. 환원우라늄은 황산염환원박테리아에 의해 황산염이 환원되는 과정에서 같이 환원된 우라늄(IV)를 희석하여 사용하였다. 광물에 대한 우라늄의 수착량은 우라늄(IV)가 우라늄(VI)에 비해 상대적으로 낮았으며, 이러한 원인 중의 하나는 용액상의 우라늄(IV)가 미세한 콜로이드 형태로 존재하여 광물 표면에 대한 수착력이 약했기 때문이다. 투과전자현미경을 사용하여 우라늄(IV)가 나노 콜로이드의 특징을 가지고 있음을 확인하였고, 이러한 결과는 심부 자연계의 지하수를 따라 이동 가능한 우라늄종이 이온성 우라늄(VI)뿐만 아니라 콜로이드성 우라늄(IV)도 포함될 수 있음을 의미한다.

슈베르트마나이트로부터 침철석으로의 전이 시 일어나는 광물학적 변화 및 이와 연관된 중금속의 거동을 알아보기 위하여 달성광산의 광산배수 정화시설 소택지에 침전된 침전물을 대상으로 광물학적 연구와 지구화학적 연구를 수행하였다. XRD 연구결과 초기에 광산배수로부터 침전된 슈베르트마나이트는 대부분 침철석으로 전이되어 상부 일부에서만 슈베르트마나이트가 관찰되었다. SEM으로 광물 전이에 따른 외부형태 변화를 관찰한 결과 눈에 띄는 변화가 없는 것으로 보아 광물전이는 용해-챔전의 과정보다는 고체상에서의 전이가 있었음을 알 수 있었다. 슈베르트마나이트와 침철석에 흡착 또는 공침된 중금속들 중 Pb와 Cu의 경우 광산배수의 중금속 농도에 비교하여 상대적으로 높은 농도를 보였으며 나머지 중금속들은 상대적인 양에 있어서 비슷한 값을 보였다. 상부 슈베르트마나이트에서 하부의 침철석으로 전이가 일어나면서 광물 내 함유된 중금속의 함량은 일부 시료를 제외하고 전체적으로 눈에 띄는 변화를 보이지 않았으며 이는 슈베르트마나이트에서 침철석으로 전이되는 과정에서 고체 상태에서 전이가 일어나면서 추가적인 중금속의 용출이나 흡착이 없었음을 지시한다.

합성 FeOOH-괴타이트 분말시료에 대한 고압실험을 압축성을 검증하기 위해 상온에서 시행하였다. 방사광이용 실험장치에서 대칭다이아몬드 앤빌기기를 각분산회절방법으로 배열하여 실험을 하였다. KT' 값을 4.0으로 가정하였을 때, 체적탄성률은 222.8 GPa로 계산되었다. 이 값은 천연산 괴타이트로부터 얻은 기존의 값과 비교하여 볼 때 매우 높은 값으로, 시료의 생성조건에 따라 나타나는 물질의 압력에 대한 이상 거동에 대해 고찰하였다.

철 (산수)산화물은 높은 반응성과 큰 비표면적 등의 특성을 갖는 이차광물로서 환경관련 산업이나 연구에서 무기 및 유기 오염물질들을 효과적으로 제거할 수 있는 수착제로 널리 활용되어 오고 있다. 이러한 철 (산수)산화물들 중에서 침철석(α-FeOOH)은 지중에서 가장 많이 분포하고 안정된 광물로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 침철석을 이용하여 비소를 제거하는데 있어서 주요한 기작인 흡착반응에 대하여 알아보았다. 순수한 침철석을 얻기 위하여 실험실에서 합성하였으며, 침철석의 다양한 광물학적, 물리화학적 특성들을 분석하여 비소와의 흡착반응을 해석하는데 이용하였다. 그리고 비소의 화학종별 침철석에 대한 흡착특성을 비교하기 위하여 흡착 등온식을 얻기 위한 평형흡착실험, pH에 따른 흡착실험, 흡착반응속도 실험 등을 수행하였다. 합성된 침철석의 영전하점(point of zero charge, PZC)은 7.6으로 다른 철 (산수)산화물들에 비해서 상대적으로 약간 높은 값으로 측정되었다. 침철석의 비표면적은 29.2 m2/g으로 다른 철 (산수)산화물들에 비해 비교적 낮게 나타나서 흡착력이 다소 떨어질 것으로 예상되었다. 침철석에 대한 친화도는 3가 비소(아비산 이온)가 5가 비소(비산 이온)보다 훨씬 더 커서 동일한 pH 조건에서 3가 비소가 5가 비소보다 침철석에 많이 흡착되는 것으로 조사되었다. pH에 따른 비소 화학종별 흡착특성을 살펴보면 3가 비소는 중성의 pH 범위(7.0~9.0)에서 가장 높은 흡착을 보였으며, 산성 또는 염기성 pH 조건에서는 흡착량이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 5가 비소의 경우에는 낮은 pH 조건에서 가장 흡착이 잘 일어났으며 pH가 증가함에 따라서 흡착은 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 거시적인 현상은 pH에 따라서 각 비소종의 화학적 존재형태와 침철석의 표면 전하가 변하기 때문에 발생하는 정전기적인 작용에 의한 것으로 생각된다. 침철석과 비소와의 흡착반응속도를 가장 잘 모사하는 반응속도 모델은 parabolic diffusion 모델인 것으로 평가되었으며, 회귀 분석 결과 5가 비소가 3가 비소보다 반응속도상수가 크게 나타났다.

천연시료 FeOOH-괴타이트에 대한 압축성을 측정하기 위하여 방사광과 라지 발륨 기기를 이용하여 상온에서 압축실험을 시행하였다. 에너지분산 x-선 회절법을 적용하였고 압력은 NaCl을 이용하여 측정하였다. 버치-머내한 상태방정식을 이용하여 계산된 체적탄성률은 131.1(5.8) GPa이었고 이때 K0'은 고정된 값 4를 이용하였다. 현재 측정된 간은 이전에 발표된 값(111~147.9GPa)과 일치하지 않고 차이를 보이고 있다.

Adsorption on goethite of individual component from a solution containing phosphate, sulfate, or copper ion was investigated. Competitive adsorption in the binary and ternary solution systems composed of phosphate, sulfate, and copper ions was also investigated. In competitive adsorption systems with phosphate and sulfate ions, the presence of phosphate ion reduced the adsorption of sulfate ion largely. On the other hand, the presence of sulfate ion caused only a small decrease in phosphate adsorption. This result suggests that phosphate ion is a stronger competitor for adsorption on goethite than sulfate ion, which is consistent with the higher affinity of phosphate for the surface compared to sulfate ion. Compared to the results from single-sorbate systems, adsorption of copper ion in the binary system of sulfate ion and copper ion was found to be enhanced in the presence of sulfate ion. Addition of sulfate ion to the binary system of copper ion and phosphate ion resulted in a small enhancement in copper sorption. This result implies that the presence of sulfate ion promotes adsorption of the ternary complex FeOHCuSO4. The adsorption isotherms could be well described by the Langmuir adsorption equation.

Adsorption of phosphate, sulfate, and copper ion to goethite was investigated. Goethite was prepared in the alkaline solution. In the single adsorbate systems, the final equilibrium plateau reached within 20 min. The adsorption isotherms of the individual ions could be well described by the Langmuir equation. The maximum adsorption capacities (qmax) were calculated as 0.483 mmol/g and 0.239 mmol/g at pH 3 for phosphate and sulfate ion, and 0.117 mmol/g at pH 6 for copper ion, respectively. In competitive adsorption system with phosphate and sulfate, phosphate ion was a stronger competitor for adsorption on goethite than sulfate ion, which was consistent with higher affinity of phosphate ion for the surface compared to sulfate ion. The existence of sulfate ion enhanced the adsorption of copper ion but the adsorption of sulfate was inhibited when copper ion was present.

High pressure X-ray diffraction study was carried out on a natural FeO(OH)-goethite to investigate its compressibility at room temperature. Energy dispersive X-ray diffraction method was employed using Mao-Bell type diamond anvil cell with Synchrotron Radiation. MgO powder was compressed together with goethite for the high pressure determinations. Bulk modullus was determined to be 147.9 GPa by the Birch-Murnaghan equation of state under assumption of K0' of 4. This value was subjected to compare with its structural analogs and related materials.