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송혜원,김재민,김영훈,김정진,Song, Hye Won,Kim, Jae Min,Kim, Young Hun,Kim, Jeong Jin 한국암석학회한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.33 No.3
본 연구에서는 꼬막(cockle), 전복(abalone), 가리비(scallop) 패각을 이용하여 중금속 제거효율 평가를 수행하였다. 꼬막, 전복, 가리비의 주 구성광물은 각각 아라고나이트, 아라고나이트와 방해석, 방해석으로 구성되어 있다. 각 패각들의 비표면적은 2.7241 m<sup>2</sup>/g에서 4.5481 m<sup>2</sup>/g까지 다양하며 가리비 > 전복 > 꼬막이다. 반응 후 중금속 분석 결과 As는 패각에 의한 흡착이나 pH 상승에 의한 침전 제거 효과가 나타나지 않았다. 납은 반응 초기에 모든 패각 시료에서 모두 제거되었다. 카드뮴과 아연은 매질에 따라 약간의 차이가 있지만 제거 효율은 가리비 > 전복 > 꼬막 순으로 나타났다. 중금속 제거 효율은 가열 시료가 원시료 비해 약간 높으며, 비표면적이 클수록 높은 경향이 있다. In this study, the removal efficiencies of heavy metals were evaluated using cockle, abalone, and scallop shells. Cockle, abalone, and scallop are composed mainly of aragonite, aragonite, and calcite, and calcite, respectively. The specific surface area of each shell varies from 2.7241 m<sup>2</sup>/g to 4.5481 m<sup>2</sup>/g and the order of that is scallop > abalone > cockle. All shells of cockle, abalone, and scallop had no As removal effect by adsorption and precipitation as pH increased. Pb was removed by all shell samples at initial reaction. Although the removal efficiency of Cd and Zn were depending on the reaction medium, that was increased in order of scallop > abalone > cockle. Heavy metal removal efficiency tends to be slightly higher for heated samples than with the raw materials, and higher as the specific surface area is larger.
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치악산 편마암 복합체에 분포하는 지하수 내 함유된 방사성 원소의 기원: 주변 지질을 구성하는 광물과의 연관성을 중심으로
김형규,이상우,김순오,정도환,김문수,김현구,정종옥,Kim, Hyeong-Gyu,Lee, Sang-Woo,Kim, Soon-Oh,Jeong, Do-Hwan,Kim, Moon-Su,Kim, Hyun-Koo,Jeong, Jong Ok 한국암석학회한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.35 No.2
치악산 편마암복합체에서 방사성원소를 포함하고 있는 광물을 파악하고, 주변 지하수에 포함되어 있는 방사선원소(우라늄)와의 연관성을 확인하고자 암석학적 및 광물 화학 분석을 수행하였다. 현미경 및 전자현미경 분석 결과, 주 구성광물은 사장석, 흑운모, 석영, 알칼리장석, 녹니석 그리고 방해석이며, 부수광물은 스펜, 갈렴석, 인회석, 저어콘, 토라이트, 티탄철석, 황철석 그리고 방연석 등 총 14종을 확인하였다. 토라이트의 경우 거정의 갈렴석 내 ~1 mm의 크기로 소량 관찰된다. 희토류 원소를 많이 포함하고 있는 갈렴석은 각기 다른 3 가지 산출양상을 보인다. EPMA 분석 결과, 거정의 갈렴석에서는 TiO<sub>2</sub>~1.70 wt.%, Ce<sub>2</sub>O<sub>3</sub>~11.86 wt.%, FeO~13.31 wt.%, MgO~0.90 wt.% 그리고 ThO<sub>2</sub>~1.06 wt.% 원소들의 함량이 높게 나타나며, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 17.35 ± 2.15 wt.% (n = 7), CaO 12.13 ± 1.81 wt.% (n = 7) 평균 함량이 가장 낮은 값을 보인다. 티탄철석을 둘러싸고 있는 스펜 집합체의 가장자리에 존재하는 갈렴석은 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>~24.00 wt.%, Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>~5.10 wt.%, Sm<sub>2</sub>O<sub>3</sub>~0.66 wt.%, Dy<sub>2</sub>O<sub>3</sub>~0.86 wt.% 그리고 Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>~1.38 wt.% 원소들의 함량이 높게 나타나며, TiO<sub>2</sub> 0.35 ± 0.21 wt.% (n = 11), Ce<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.25 ± 1.03 wt.% (n = 11), FeO 9.84 ± 0.26 wt.% (n = 11), MgO 0.12 ± 0.05 wt.% (n = 11) 그리고 La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 1.49 ± 0.29 wt.% (n = 11) 등과 같이 평균 함량이 가장 낮은 값을 보인다. 모암의 기질부에서 관찰되는 갈렴석의 화학성분은 앞서 설명한 갈렴석의 중간 정도의 값을 가진다. 연구대상인 치악산 편마암복합체 내 미그마타이트질 편마암에는 주목할 만큼의 우라늄 함량을 가지는 광물이 발견되지는 않았다. 따라서 지하수에서 나타나는 우라늄의 기원과 주변 지질과의 연관성을 명확하게 밝혀내지는 못했다. 하지만 방사성 원소인 토륨 원소 및 희토류 원소를 다량 포함하는 갈렴석이 풍부하게 존재하는 것이 이번 연구결과로 확인되었다.
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합성된 탄산염 및 황산염 그린 러스트의 형성 메커니즘과 이화학적 특성 규명
이선용,최수연,장봉수,이영재,Lee, Seon Yong,Choi, Su-Yeon,Chang, Bongsu,Lee, Young Jae 한국암석학회한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.35 No.2
Carbonate green rust (CGR) and sulfate green rust (SGR) commonly occur in nature. In this study, CGR and SGR were synthesized through co-precipitation, and their formation mechanisms and physicochemical properties were investigated. X-ray diffraction (XRD) and Rietveld refinement showed both CGR and SGR with layered double hydroxide structure were successfully synthesized without any secondary phases under each synthetic condition. Refined structural parameters (unit cell) for two green rusts were a (=b) = 3.17 Å and c = 22.52 Å for CGR and a (=b) = 5.50 Å and c = 10.97 Å for SGR with the crystallite size 57.8 nm in diameter from (003) reflection and 40.1 nm from (001) reflections, respectively. Scanning electron microscopy/energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS) results showed that both CGR and SGR had typical hexagonal plate-like crystal morphologies but their chemical composition is different in the content of C and S. In addition, Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy analysis revealed that carbonate (CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>) and sulfate (SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>) molecules were occupied as interlayer anions of CGR and SGR, respectively. These SEM/EDS and FT-IR results were in good agreement with XRD results. Changes in the solution chemistry (i.e., pH, Eh and residual iron concentrations (Fe(II):Fe(III)) of the mixed solution) were observed as a function of the injection time of hydroxyl ion (OH<sup>-</sup>) into the iron solution. Three different stages were observed in the formation of both CGR and SGR; precursor, intermediator, and green rust in the formation of both CGR and SGR. This study provides co-precipitation methods for CGR and SGR in a way of the stable synthesis. In addition, our findings for the formation mechanisms of the two green rusts and their physicochemical properties will provide crucial information with researches and industrials in utilizing green rust.
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중국 Zhenzigou 연-아연 광상의 백색운모 산상과 화학조성
유봉철,Yoo, Bong Chul 한국암석학회한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.35 No.2
Zhenzigou 연-아연 광상은 중국 동북지역에선 가장 규모가 큰 연-아연 광상 중의 하나로 지체구조상 Jiao Liao Ji belt내 Qingchengzi mineral field에 위치한다. 이 광상의 주변지질은 시생대의 그래뉼라이트(granulite)와 이를 관입한 고원생대의 미그마타이트질 화강암과 고-중원생대의 소딕(sodic) 화강암을 부정합으로 피복한 고원생대의 Liaohe 층군 및 이들을 관입한 중생대의 섬록암과 몬조나이틱 화강암으로 구성된다. 이 광상은 고원생대의 Liaohe 층군내 Langzishan 층 및 Dashiqiao 층내에서 층상 광체 및 맥상 광체로 산출되며 층준규제 퇴적분기형 또는 퇴적분기형 광상에 해당된다. 이 광상에서 산출되는 백색운모는 층상 광체에서만 산출되며 모암의 종류, 변질 정도, 광석광물의 유무 및 광체 형태에 따라 4 가지 형(I 형 백색운모 : 약변질(쇄설성 돌로마이트질 대리암), II 형 백색운모 : 강변질(돌로마이트질 쇄설성 암석), III 형 백색운모 : 층상광체(돌로마이트질 쇄설성 암석), IV 형 백색운모 : 층상 광체(쇄설성 돌로마이트질 대리암))으로 분류된다. I 형 백색운모는 약 변질정도를 갖는 쇄설성 돌로마이트질 대리암내 돌로마이트를 열수교대작용에 의한 돌로마이트화작용에 의해 형성된 돌로마이트와 함께 산출된다. II 형 백색운모는 강 변질정도를 갖는 돌로마이트질쇄설성 암석내 열수교대작용에 의한 칼리장석의 변질물이나 돌로마이트화작용에 의해 형성된 돌로마이트, 철백운석, 석영과 함께 산출된다. III 형 백색운모는 층상 광체를 갖는 돌로마이트질 쇄설성 암석내 열수교대작용에 의한 칼리장석의 변질물이나 돌로마이트화작용에 의해 형성된 철백운석, 방해석, 석영과 함께 산출된다. IV 형 백색운모는 층상 광체를 갖는 쇄설성 돌로마이트질 대리암내 열수교대작용에 의한 칼리장석의 변질물이나 돌로마이트, 석영과 함께 산출된다. 이들 백색운모의 화학조성은 각각 (K<sub>0.92-0.80</sub>Na<sub>0.01-0.00</sub>Ca<sub>0.02-0.01</sub>Ba<sub>0.00</sub>Sr<sub>0.01-0.00</sub>)<sub>0.95-0.83</sub>(Al<sub>1.72-1.57</sub>Mg<sub>0.33-0.20</sub>Fe<sub>0.01-0.00</sub>Mn<sub>0.00</sub>Ti<sub>0.02-0.00</sub>Cr<sub>0.01-0.00</sub>V<sub>0.00</sub>Sb<sub>0.02-0.00</sub>Ni<sub>0.00</sub>Co<sub>0.02-0.00</sub>)<sub>1.99-1.90</sub>(Si<sub>3.40-3.29</sub>Al<sub>0.71-0.60</sub>)<sub>4.00</sub>O<sub>10</sub>(OH<sub>2.00-1.83</sub>F<sub>0.17-0.00</sub>)<sub>2.00</sub>, (K<sub>1.03-0.84</sub>Na<sub>0.03-0.00</sub>Ca<sub>0.08-0.00</sub>Ba<sub>0.00</sub>Sr<sub>0.01-0.00</sub>)<sub>1.08-0.85</sub>(Al<sub>1.85-1.65</sub>Mg<sub>0.20-0.06</sub>Fe<sub>0.10-0.03</sub>Mn<sub>0.00</sub>Ti<sub>0.05-0.00</sub>Cr<sub>0.03-0.00</sub>V<sub>0.01-0.00</sub>Sb<sub>0.02-0.00</sub>Ni<sub>0.00</sub>Co<sub>0.03-0.00</sub>)<sub>1.99-1.93</sub>(Si<sub>3.28-2.99</sub>Al<sub>1.01-0.72</sub>)<sub>4.00</sub>O<sub>10</sub>(OH<sub>1.96-1.90</sub>F<sub>0.10-0.04</sub>)<sub>2.00</sub>, (K<sub>1.06-0.90</sub>Na<sub>0.01-0.00</sub>Ca<sub>0.01-0.00</sub>Ba<sub>0.00</sub>Sr<sub>0.02-0.01</sub>)<sub>1.10-0.93</sub>(Al<sub>1.93-1.64</sub>Mg<sub>0.19-0.00</sub>Fe<sub>0.12-0.01</sub>Mn<sub>0.00</sub>Ti<sub>0.01-0.00</sub>Cr<sub>0.01-0.00</sub>V<sub>0.00</sub>Sb<sub>0.00</sub>Ni<sub>0.00</sub>Co<sub>0.05-0.01</sub>)<sub>2.01-1.94</sub>(Si<sub>3.32-2.96</sub>Al<sub>1.04-0.68</sub>)<sub>4.00</sub>O<sub>10</sub>(OH<sub>2.00-1.91</sub>F<sub>0.09-0.00</sub>)<sub>2.00</sub> 및 (K<sub>0.91-0.83</sub>Na<sub>0.02-0.01</sub>Ca<sub>0.02-0.00</sub>Ba<sub>0.01-0.00</sub>Sr<sub>0.00</sub>)<sub>0.93-0.83</sub>(Al<sub>1.84-1.67</sub>Mg<sub>0.15-0.08</sub>Fe<sub>0.07-0.02</sub>Mn<sub>0.00</sub>Ti<sub>0.04-0.00</sub>Cr<sub>0.06-0.00</sub>V<sub>0.02-0.00</sub>Sb<sub>0.02-0.01</sub>Ni<sub>0.00</sub>Co
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중국 Xiquegou 연-아연 광상의 돌로마이트와 녹니석 산상과 화학조성
유봉철,Yoo, Bong Chul 한국암석학회한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.35 No.2
Xiquegou 연-아연 광상은 중국 동북지역에선 가장 규모가 큰 연-아연 광화대 중의 하나인 Qingchengzi orefield에 위치한다. 이 광상의 주변지질은 시생대의 그래뉼라이트(granulite)와 이를 관입한 고원생대의 미그마타이트질 화강암과 고-중원생대의 소딕(sodic) 화강암을 부정합으로 피복한 고원생대의 Liaohe 층군 및 이들을 관입한 중생대의 섬록암과 몬조나이틱 화강암으로 구성된다. 이 광상은 고원생대의 Liaohe 층군내 Dashiqiao 층의 unit 3(돌로마이트질 대리암과 편암)내에 발달된 단층대를 따라 산출되는 맥상 광체로 트라이아스기의 마그마-열수형 광상에 해당된다. Xiquegou 연-아연 광상에서 석영, 인회석, 방해석, 황철석, 유비철석, 자류철석, 백철석, 섬아연석, 황동석, 황석석, 방연석, 사면동석, 에렉트럼, 휘은석, 자연은 및 농홍은석 등이 산출되며 모암변질로는 규화작용, 황철석화작용, 돌로마이트화작용, 녹니석화작용 및 견운모화작용 등이 관찰된다. 이 광상의 산출 광물조합 및 정출순서를 기초로, 돌로마이트는 1)모암인 돌로마이트(D<sub>0</sub>) 및 2)연-아연 광화작용에 따른 모암변질 산물인 돌로마이트(D<sub>1</sub>)로 두 유형이 확인된다. 이들 돌로마이트의 화학조성은 각각 Ca<sub>1.03-1.01</sub>Mg<sub>0.95-0.83</sub> Fe<sub>0.12-0.02</sub>Mn<sub>0.02-0.00</sub>(CO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>(D<sub>0</sub>) 및 Ca<sub>1.16-1.00</sub>Mg<sub>0.79-0.44</sub>Fe<sub>0.53-0.13</sub>Mn<sub>0.03-0.00</sub>As<sub>0.01-0.00</sub>(CO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>(D<sub>1</sub>)로써 이론적인 돌로마이트의 화학조성보다 미량원소들의 함량이 높다. 특히, FeO, PbO, Sb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 및 As<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 원소들은 모암변질 산물인 돌로마이트(D<sub>1</sub>)에서 높은 함량을 갖는다. 또한 이 광상의 모암에서 산출되는 돌로마이트(D<sub>0</sub>)는 Ferroan 돌로마이트에 해당되며 모암변질 산물인 돌로마이트(D<sub>1</sub>)는 철백운석 및 Ferroan 돌로마이트에 해당된다. 모암변질 산물인 녹니석의 화학조성은 (Mg<sub>1.65-1.08</sub>Fe<sub>2.94-2.50</sub>Mn<sub>0.01-0.00</sub>Zn<sub>0.01-0.00</sub>Ni<sub>0.01-0.00</sub>Cr<sub>0.02-0.00</sub>V<sub>0.01-0.00</sub>Hf<sub>0.01-0.00</sub>Pb<sub>0.01-0.00</sub>Cu<sub>0.01-0.00</sub>As<sub>0.03-0.00</sub>Ca<sub>0.02-0.01</sub>Al<sub>1.68-1.61</sub>)<sub>5.77-5.73</sub>(Si<sub>2.84-2.76</sub>Al<sub>1.24-1.16</sub>)<sub>4.00</sub>O<sub>10</sub>(OH)<sub>8</sub>로써 이론적인 녹니석과 유사하며 Fe-rich 녹니석에 해당된다. 또한 이 녹니석의 화학조성 변화는 주로 팔면체적 Fe<sup>2+</sup> <-> Mg<sup>2+</sup> (Mn<sup>2+</sup>) 치환과 일부 팬자이틱 또는 Tschermark 치환(Al<sup>3+,VI</sup>+Al<sup>3+,IV</sup> <-> (Fe<sup>2+</sup> 또는 Mg<sup>2+</sup>)<sup>VI</sup>+(Si<sup>4+</sup>)<sup>IV</sup>)메카니즘에 의해 일어났음을 알 수 있다.
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조수빈,권기덕,현성필,Cho, Subin,Kwon, Kideok D.,Hyun, Sung Pil 한국암석학회한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.35 No.2
The mobility and transport of radioactive cesium are crucial factors to consider for the safety assessment of high-level radioactive waste disposal sites in granite. The retardation of radionuclides in the fractured crystalline rock is mainly controlled by the hydrochemical condition of groundwater and surface reactions with minerals present in the fractures. This paper reports the experimental results of cesium sorption to the Wonju Granite, a typical Mesozoic granite in Korea, performed in an anaerobic chamber that mimics the anoxic environment of a deep disposal site. We measured the rates and amounts of cesium (<sup>133</sup>Cs) removed by crushed granite samples in different electrolyte (NaCl, KCl, and CaCl<sub>2</sub>) solutions and a synthetic groundwater solution, with variations in the initial cesium concentration (10<sup>-5</sup>, 5×10<sup>-6</sup>, 10<sup>-6</sup>, 5×10<sup>-7</sup> M). The cesium sorption kinetic and isotherm data were successfully simulated by the pseudo-second-order kinetic model (r<sup>2</sup>= 0.99) and the Freundlich isotherm model (r<sup>2</sup>= 0.99), respectively. The sorption distribution coefficient of granite increased almost linearly with increasing biotite content in granite samples, indicating that biotite is an effective cesium scavenger. The cesium removal was minimal in KCl solution compared to that in NaCl or CaCl<sub>2</sub> solution, regardless of the ionic strength and initial cesium concentration that we examined, showing that K<sup>+</sup> is the most competitive ion against cesium in sorption to granite. Because it is the main source mineral of K<sup>+</sup> in fracture fluids, biotite may also hinder the sorption of cesium, which warrants further research.
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바야르사이칸 바트체첵,김후식,김영훈,김정진,임우택,Battsetseg, Bayarsaikhan,Kim, Hu Sik,Kim, Young Hun,Kim, Jeong Jin,Lim, Woo Taik 한국암석학회한국광물학회 2022 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.35 No.2
몽골(6종), 미국(1종), 한국(9종)지역에서 채취한 총 16종의 천연 제올라이트를 X-선 회절 분석, X-선 형광 분석, 열 시차, 열 중량 분석 및 양이온 교환능 분석을 통해 특성분석을 수행하였다. 16종의 시료 모두 두 종류 이상의 광물상이 공존하는 혼합광 형태이며, 주로 클라이놉틸로라이트, 휼란다이트, 모데나이트 및 차바자이트와 같은 광물의 조합으로 이루어져 있으며, 일부 시료에서는 운모 점토광물인 일라이트와 석영과 같은 광물이 불순물로 함유되어 있었다. X-선 형광 분석 결과 16종의 천연 제올라이트는 SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, K<sub>2</sub>O, CaO, Na<sub>2</sub>O, MgO 및 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 산화물이 함유되어 있었다. 미국 천연 제올라이트인 U-1 시료가 223.3 meq/100 g으로 양이온 교환능이 가장 높게 나타났으며 몽골 천연 제올라이트에서는 M-6 시료가, 한국 천연 제올라이트에서는 K-1 시료가 각각 166.6 meq/100 g으로 가장 높게 나타났다. 열시차 및 열중량 분석 결과 16종의 시료 모두 600℃까지 열적으로 안정성이 우수한 것을 확인 하였다.
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박선영 ( Sun Young Park ),최지영 ( Jiyoung Choi ),이현석 ( Hyun Suk Lee ) 한국암석학회·(사)한국광물학회 2020 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.33 No.4
비전통 저류층에서 에너지 자원의 회수율을 높이기 위해서는 저류층 내의 미세 공극 형태와 연결도 등을 포함하는 공극 구조 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 셰일 저류층 내 나노스케일의 공극 구조 연구에 적합한 조건과 방법을 찾기 위해 집속 이온 빔 시스템(Focused Ion Beam, FIB)과 이온 밀링 시스템(Ion Milling System, IMS)을 이용하여 분석을 진행하였다. 셰일 저류층 내 공극 구조 연구를 위해 리아드 분지에서 획득된 A-068 시추공의 시료를 사용하였다. 각 시료마다 특성이 다르기 때문에 시료 전처리 방법과 조건을 달리하여 최적의 조건을 찾았고 FE-SEM을 이용하여 공극 이미지를 획득하였다. 연구 결과 국소 부위의 공극구조를 관찰하기 위해서는 FIB를 사용하여 시표 표면을 밀링 후 바로 공극 이미지를 얻는 것이 효율적이고 반면에 넓은 면적을 단시간에 밀링하여 여러 공극 구조를 관찰하기 위해서는 IMS를 이용해야 한다는 것을 확인했다. 특히 탄산염 광물 함량이 높고 강도가 큰 암석에 대해서는 FIB보다는 IMS를 활용하여 밀링을 수행해야 공극 구조 관찰이 가능하다는 사실이 밝혀졌다. 본 연구를 통해 셰일 저류층 내 공극 구조 관찰을 위한 방법이 정립되었으며 향후 이를 이용한 셰일 가스 저류층 시료 분석을 통해 공극의 크기나 형태가 셰일가스 회수 증진에 미치는 영향을 밝힐 수 있을 것이다. Understanding the pore structure including pore shape and connectivity in unconventional reservoirs is essential to increase the recovery rate of unconventional energy resources such as shale gas and oil. In this study, we found analysis condition to probe the nanoscale pore structure in shale reservoirs using Focused Ion Beam (FIB) and Ion Milling System (IMS). A-068 core samples from Liard Basin are used to probe the pore structure in shale reservoirs. The pore structure is analyzed with different pretreatment methods and analysis condition because each sample has different characteristics. The results show that surface milling by FIB is effective to obtain pore images of several micrometers local area while milling a large-area by IMS is efficient to observe various pore structure in a short time. Especially, it was confirmed that the pore structure of rocks with high content of carbonate minerals and high strength can be observed with milling by IMS. In this study, the analysis condition and process for observing the pore structure in the shale reservoirs is established. Further studies are needed to perform for probing the effect of pore size and shape on the enhancement of shale gas recovery.
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