• Journal of the Mineralogical Society of Korea
• /
• v.17 no.3
• /
• pp.209-220
• /
• 2004

Adsorption behavior of Cu onto Hwangto, from Pankok-ri, Kosung-gun, suspension was studied using Cu batch adsorftion experiment and computer program MINTEQA2 and FITEQL 3.2. The sorption of copper was investigated as a function of pH, copper concentration and $NaNO_3$ background concentration (0.01 and 0.1 M). The concentration of copper was analyzed using ICP-AES. The sorption of copper onto Hwangto suspension increased with increasing pH and copper concentration. The adsorption percentage of copper drastically increased from pH 5.5 to 6.5, and reached nearly 100% at pH 7.5. Because the amount of copper solution and the ionic strength of background electrolyte may not affect the sorption of copper onto Hwangto, the copper ion may be combined at the surface of Hwangto as an inner-sphere complex. Using the MINTEQA2 program, the speciation of copper was calculated as a function of pH and copper concentration. The concentration of $Cu^{2+}$ decreased and that of $Cu(OH)_2$ increased with increasing pH. The uptake of copper in the Hwangto suspension was simulated by FITEQL3.2 program using two sites-three pKas model, which is composed of silicate reaction site and Fe oxide reaction site. The copper absorption reaction constants were calculated in the case of 2～6 mL of copper solution. The Fe oxide reaction site rapidly adsorbs copper ion between pH 4.5～6.5. Silicate reaction site adsorbs little copper ion at low copper concentration but much at high copper concentration. The removal amount of copper by precipitation was negligible in comparison with that of adsorption. The Fe oxide reaction site may has higher adsorption affinity of copper ion than silicate reaction site.

• Journal of the Mineralogical Society of Korea
• /
• v.13 no.1
• /
• pp.22-36
• /
• 2000

중원지역 지열수의 CO2 가스의 용축과 수반된 탄산염 침전물의 광물학적 특성을 밝히기 위하여 탄산염 침전물에 대해 광물학적 및 지구화학적 분석방법을 적용하여 보았다. 이들은 매년 수 mm의 두께로 저수조내에 침전되며 미세한 층상으로 결정화되어 있고, 검은 갈색의 얇은 층들이 반복적으로 존재하고 있다. 침전물은 비교적 순수한 방해석으로 되어 있으며 1M HCl로 처리하여 잔류물을 XRD 분석한 결과는 카올린 광물 및 일라이트질 광물이 확인되었다. 전자현미분석에 의하면 검은 갈색층은 주로 방해석과 Fe나 Mn 산화광물의 집합체이며 소량의 점토광물도 함께 섞여 있는 것으로 추정된다. Fe의 경우에는 주로 방해석내 Ca자리를 치환하여 존재하며 일부 산화광물로 함께 침전된 것으로 보인다. 반면에 Mn의 경우는 일부는 Fe처럼 방해석결정구조 내에서 Ca를 치환하면서 존재하기도 하지만 주로 산화물의 형태로 존재하는 것으로 보인다. 후방산란전자상(BSEI) 관찰에 의하면 Fe와 Mn 모두 매우 미세한 입자의 산화광물들로 밀집해 있는 부분이 관찰되기도 한다. 중원지역 탄산수로부터 방해석이 침전되는 과정은 CO2 가스가 방출되면서 pH가 증가하면서 방해석 및 Fe, Mn 산화물이 과포화상태가 되어 침전되는 것으로서 해석할 수 있다. 또한 지하 심부를 순환하면서 활발한 물-암석반응의 결과로 Si나 Al 및 기타 이온들의 함량이 상대적으로 높았던 탄산수가 pH가 높아지면서 카올린 광물이나 일라이트질 광물, 석영등의 규산염 광물들이 함께 침전하였을 것이다. 그러나 방해석의 침전과정이 이루어지는 과정 동안에, 온천공으로부터 채수되는 탄산수의 양이 수요에 따라 매우 불규칙해서 탄산수의 수요가 많은 경우 탄산수가 지속적으로 과잉 채수되면 주변 천층지하수가 탄산수에 혼합되어 Fe, Mn 등의 농도를 상대적으로 낮추게 되어 산화물형태로 침전되기가 어려워져서 거의 순수한 방해석만이 침전하게 된다. 결과적으로 거의 순수한 방해석 층에 검붉은 층이 불규칙하게 반복되고 있는 중원지역 탄산염침전물은 침전작용이 일어나는 대부분의 기간 동안 지속적으로 주변 전층지하수의 유입이 일어났음을 지시하고 있다. 또한 Fe, Mn 등의 함량이 높은 탄산수로부터의 침전은 매우 짧은 기간동안 단속적으로 일어났음을 지시한다.

• Journal of the Mineralogical Society of Korea
• /
• v.20 no.4
• /
• pp.313-325
• /
• 2007

In order to have better insights into adsorption of organic molecules on kaolinite surfaces, we performed quantum chemical calculations of interaction between three different model clusters of kaolinite siloxane surfaces and benzyl alcohol, with emphasis on the effect of size and lattice topology of the cluster on the variation of electron density and magnetic shielding tensor. Model cluster 1 is an ideal silicate tetrahedral surface that consists of 7 hexagonal rings, and model cluster 2 is composed of 7 ditrigonal siloxane rings with crystallographically distinct basal oxygen atoms in the cluster, and finally model cluster 3 has both tetrahedral and octahedral layers. The Mulliken charge analysis shows that siloxane surface of model cluster 3 undergoes the largest electron density transfer after the benzyl alcohol adsorption and that of model cluster 1 is apparently larger than that of model cluster 2. The difference of Mulliken charges of basal oxygen atoms before and after the adsorption is positively correlated with hydrogen bond strength. NMR chemical shielding tensor calculation of clusters without benryl alcohol shows that three different basal oxygen atoms (O3, O4, and O5) in model cluster 2 have the isotropic magnetic shielding tensor as $228.2{\pm}3.9,\;228.9{\pm}3.4,\;and\;222.3{\pm}3.0ppm$, respectively. After the adsorption, the difference of isotropic chemical shift varies from 1 to 5.5 ppm fer model cluster 1 and 2 while model cluster 2 apparently shows larger changes in isotropic chemical shift. The chemical shift of oxygen atoms is also positively correlated with electron density transfer. The current results show that the adsorption of benzyl alcohol on the kaolinite siloxane surfaces can largely be dominated by a weak hydrogen bonding and electrostatic force (charge-charge interaction) and demonstrate the importance of the cluster site and the lattice topology of surfaces on the adsorption behavior of the organic molecules on clay surfaces.

• Journal of the Mineralogical Society of Korea
• /
• v.26 no.1
• /
• pp.55-64
• /
• 2013

The generation of staurolite from the mixed-phase muscovite and the metamorphic environment of shales in the Baekunsa formation, Hongsan, Buyeo, were studied using electron probe micro analysis (EPMA). The average chemical composition of mica-type mineral is $(K_{1.11}Na_{0.26}Ca_{0.04})(Al_{3.93}Fe_{0.21}Mg_{0.07})(Si_{6.08}Al_{1.92})O_{20}(OH)_4$, and shows a characteristics of the so-called illite with a low content of interlayer cations and Fe, Mg in octahedral sites. The mica-type mineral shows a typical chemical composition of the mixed-phase among muscovite, pyrophyllite, and chlorite (mixed-phase muscovite, $Mu_{70.5}Py_{23.5}Ch_{6.0}$). The staurolite, in general, occurs with the mixed-phase muscovites, pyrophyllites, and aluminosilicates in the rock. We consider that staurolite can be formed by a reaction involving pyrophyllite such as pyrophyllite+chloritoid. The chloritoid is formed by a reaction between pyrophyllite and chlorite and is supposed to be used up in the process of staurolite formation. As a result, the mixed-phase muscovite, formed during the transition of illite to muscovite, plays an important role for the generation of the staurolite. Considering that the reaction occurs at the temperature higher than $300^{\circ}C$ and pyrophyllites transform into aluminosilicates at $350^{\circ}C$, the shale in the Baekunsa formation can be considered to have been experienced a metamorphic temperature between $300{\sim}350^{\circ}C$.

• Proceedings of the Mineralogical Society of Korea Conference
• /
• 2001.06a
• /
• pp.58-59
• /
• 2001

부산에서 북동쪽으로 대략 25km 떨어진 지점에 위치하고 있는 일광광산 부근의 지질은 백악기 화산암ㆍ퇴적암 그리고 이를 관입한 화강암류와 이 암주 내에 발달하는 구리-중석을 함유하고 있는 각력파이프광상으로 이루어져 있다. 일광광산의 화강암류는 거의 타원형으로 felsic한 중앙부와 mafic한 양상의 주변부로 나뉘어지며, 암주 내에 수직적인 원통형의 각력파이프가 광화대를 이루고 있고, 그 주변에는 모암변질대가 발달되어 있다. 각력파이프를 충진하고 있는 vein과 화강암의 중앙부에는 전기석이 풍부하게 산출되고 있다. 일광광산에서 산출되는 전기석은 야외 관찰시 각력파이프 중심에서부터 외곽부쪽으로 전기석의 풍부함이 감소하며 산출형태도 달라진다. 파이프에서 대략반경 150m내에서 전기석은 침상형 의 방사상 모양 내지 rosettes형으로 풍부하게 산출되며, 화강암내의 mafic한 암편을 치환한 형태로 산출되기도 한다. 암주의 중앙부 주변부에서는 거의 미세한 구상형으로 산재되어 나타나고 있다. 전기석은 복잡한 화학식 {(Na, Ca)(Fe, Mg)$_3$(Al, Li)$_{6}$(BO$_3$)$_3$Si$_{6}$O$_{18}$ (OH, F)$_4$}을 갖는 붕산 규산염광물이다. 이러 한 다양한 성분은 마그마의 진화과정, 모암의 특성, 온도, 압력, 성분과 같은 물리ㆍ화학적 성질에 따라 전기석의 성분이 체계적으로 변하기 때문에 모암과 전기석 기원과의 상관관계를 파악할 수 있다. 파이프 부근의 화강암류는 현미 경상에서 전기석이 석류석과 같이 풍부하게 나타나며 장석들은 변질받은 상태로 세리사이트, 녹렴석으로 나타나고, 흑운모와 각섬석은 녹니석화되어 변질된 상태를 보이고 있다. 파이프 중심에서 외곽부로 갈수록 전기석의 함량은 줄어들고 있고 장석들이 알바이트ㆍ칼스베드 쌍정을 보이며, 흑운모가 각섬석보다는 우세하게 나타나고 있다. 전기석은 주상 결정, 자형 내지 반자형의 입자로 다색성을 보이며, 결정 중심에서 가장자리로 갈수록 파란색과 황갈색의 광학적 누대구조를 관찰할 수 있다. 일광광산에서 산출되는 전기석에 대한 현미경 관찰은 열수기원임을 지시하고 있다. 야외조사와 현미경 관찰의 예비조사에 의하면 일광광산의 전기석이 형성된 환경은 다른2가지 화학적인 저장소의 혼합 효과의 결과로 생성되어진 것으로 예상된다. 일광의 화강암류를 만든 마그마는 전기석을 형성할 만큼의 Fe-Mg성분이 충분하지 않았을 것이다. 화강암 내에 흑운모와 각섬석의 결정작용에 의해 마그마의 Fe-Mg성분이 고갈되어지고 이로 인해 그 함량이 감소하며 상대적으로 마그마 내에 남은 붕소(B$_2$O$_3$)는 열수로 용리되고 흑운모, 각섬석과 평형을 유지하며 열수에 남아있게 된다. 잔류용융체에 남은 붕소의 함량은 전기석을 만들기에 충분함에도 불구하고, Fe-Mg 함량이 부족하여 마그마 기원의 전기석 결정을 만들 수가 없다가 광맥이 형성된 시기에 또 다른 열수가 공급되면서 이전의 평형이 깨지고 기존의 흑운모와 같은 염기성 광물이 붕소(B)를 함유한 새로운 열수와 반응하여 전기석을 형성한 것으로 예상한다. 앞으로 전암과 광물에 대해 지화학적 연구를 통해 화강암류와 전기석과의 지화학적 연관성, 주성분 원소와 열수의 특성과의 상관관계, 전기석의 기원(마그마 기원인지 열수기원인지)이 보다 정확하게 파악될 것이다. 마그마 진화에 따른 전기석의 성분변화와 기원을 이용하여 일광광산의 동광화대를 형성한 마그마 계에서 열수계로 이어지는 지질학적 과정을 이해할 수 있을 것이며, 암석 성인론적 지시자로서 어떠한 중요성을 갖는지 논의되어질 수 있다.

• Economic and Environmental Geology
• /
• v.34 no.1
• /
• pp.1-12
• /
• 2001

The crystal structure of biotite-1M from Bancroft, Ontario, was determined by Rietveld refinement method using high-resolution neutron powder diffraction data at -26.3$^{\circ}C$, 2$0^{\circ}C$, 30$0^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, 90$0^{\circ}C$. The crystal structure has been refined to a R sub(B) of 5.06%-11.9% and S (Goodness of fitness) of 2.97-3.94. The expansion rate of a, b, c unit cell dimensions with elevated temperature linearly increase to $600^{\circ}C$. The expansivity of the c dimension is $1.61{\times}10^{40}C^{-1}$, while $2.73{\times}10^{50}C^{-1}$ and $5.71{\times}10^{-50}C^{-1}$ for the a and b dimensions, respectively. Thus, the volume increase of the unit cell is dominated by expansion of the c axis as increasing temperature. In contrast to the trend, the expansivity of the dimensions is decreased at 90$0^{\circ}C$. It may be attributed to a change in cation size caused by dehydroxylation-oxidation of $Fe^{2+}$ to $Fe^{3+}$ in vacuum condition at such high temperature. The position of H-proton was determined by the refinement of diffraction pattern at low temperature (-2.63$^{\circ}C$). The position is 0.9103${\AA}$ from the O sub(4) location and located at atomic coordinates (x/a=0.138, y/b=0.5, z/c=0.305) with the OH vector almost normal to plane (001). According to the increase of the temperature, $\alpha$* (tetrahedral rotation angle), $t_{oct}$ (octahedral sheet thickness), mean distance increase except 90$0^{\circ}C$ data. But the trend is less clearly relative to unit cell dimension expansion because the expansion is dominant to the interlayer. Also, ${\Psi}$ (octahedral flattening angle) shows no trends as increasing temperature and it may be because the octahedron (M1, M2) is substituted by Mg and Fe.