• 한국광물학회지
• /
• 제30권4호
• /
• pp.161-172
• /
• 2017

점토광물은 지하수 바닥부터 산림에 이르는 지구의 얇은 표면에 해당하는 '크리티컬존(critical zone)'에 존재하는 금속원소의 지구화학적 순환에 중요한 역할을 한다. 입자 크기가 매우 작은 점토광물에 대한 원자 수준(atomistic scale)의 연구는 지구화학적 순환 과정에 대한 정확한 기작(mechanism)을 규명할 수 있을 뿐만 아니라 재료개발과 같은 산업분야에도 응용될 수 있다. 원자 간의 페어 퍼텐셜(pair potential)을 파라미터화한 힘 장(force field)을 사용하는 분자동역학(molecular dynamics) 컴퓨터 시뮬레이션은 원자 수준의 정보를 제공할 수 있기 때문에 실험과 함께 점토광물의 결정구조와 반응도 연구에 사용된다. 점토광물 시뮬레이션을 위한 힘 장으로는 이팔면체(dioctahedral) 광물을 기반으로 만들어진 ClayFF 힘 장이 보편적으로 사용된다. 삼팔면체(trioctahedral) 광물 시뮬레이션에도 ClayFF를 사용하는 연구가 보고되고 있으나, 같은 광물을 계산하더라도 각 연구마다 다른 파라미터 값을 사용하고 있기 때문에 파리미터 선택이 시뮬레이션의 정확도에 어떤 영향을 미치는지 체계적인 테스트가 필요하다. 이번 연구에서는 삼팔면체 광물인 수활석, 리자다이트, 활석을 대상으로 팔면체 마그네슘(Mg)의 원자간 페어 퍼텐셜을 나타내는 파라미터 'mgo'와 'mgh'를 각각 사용하여 분자동역학 시뮬레이션 계산결과를 비교하였다. 격자상수, 원자 간의 거리 등 삼팔면체 점토광물의 결정구조는 주어진 두 가지 파라미터에 관계없이 거의 일정한 결과를 보여주었지만, 진동 파워 스펙트럼(vibrational power spectrum)으로 계산한 수산기의 진동수는 파라미터에 따라 상대적으로 뚜렷한 차이를 보였다.

• 한국광물학회지
• /
• 제27권4호
• /
• pp.271-281
• /
• 2014

점토광물의 물리화학적 특성에 대한 분자 또는 원자 스케일의 연구 중요성이 강조되고 있다. 그러나 실험만으로는 광물의 미시적 현상을 이해하기 어려운 경우가 많다. 특히 2:1 점토광물 팔면체에 존재하는 수산기(hydroxyl)가 금속 양이온 흡착과정에 큰 역할을 한다는 가정은 X-ray를 이용하는 실험만으로는 명확하게 테스트하기 어렵다. 이번 논문에서는 점토광물 내의 수산기 연구에 대한 전산광물학(computational mineralogy) 이용 가능성에 대하여 조사하였다. 점토광물의 기본구조인 팔면체 층만으로 구성된 광물, 1:1 구조를 갖는 광물, 2:1 구조를 갖는 광물 중 대표적인 이팔면체 및 삼팔면체 층상규산염 광물을 선별하여 구조최적화를 실시하였다. 분자역학적(molecular mechanics) 계산과 양자역학적(quantum mechanical) 계산 모두 실험값의 격자상수(lattice parameters)를 잘 재현할 수 있었다. 그러나, 사면체층과 팔면체의 구조적 뒤틀림(structural distortion) 등 광물 내부구조를 기존 실험결과와 비교했을 때, 양자역학적 계산결과가 분자역학적 방법을 이용한 결과 보다 더 낮은 오차를 보였다. 파이로필라이트(pyrophyllite) 수산기가 (001)면과 이루는 각은, 수산기의 H(proton)과 사면체의 Si 양이온 간의 척력으로 결정되는데, 양자역학적 방법은 약 $25-26^{\circ}$로 예측하였고, 분자역학적 방법은 약 $35^{\circ}$ 정도로 양자역학계산 결과와 무려 $10^{\circ}$의 큰 차이를 보였다. 전산광물학은 점토광물 구조연구에 신뢰성이 매우 높은 연구방법으로 양이온 흡착과정 중 수산기의 역할 규명에 사용될 수 있다.

• 한국광물학회지
• /
• 제4권2호
• /
• pp.90-98
• /
• 1991

This study introduces a new structural model of 1M 2:1 trioctahedral clay minerals or, more generally, 2:1 trioctahedral phyllosilicates. The structural model requires only the chemical formulae of the clay minerals as an input and uses the regression relation (Radoslovich, 1962) to calculate the a- and b-dimensions of the phyllosilicates with the given chemical formulae. The atomic coordinates of the constituent atoms are geometrically calculated for C2/m space group under the assumption that the interatomic distances are constant. To determine the c-dimension, this study calculates the binding energies of 1M 2:1 trioctahedral phyllosilicates as a function of d(001) and find the minimum energy producing d(001). The structural model generates the cell dimensions, interaxial angles, interatomic distances, octahedral, tetrahedral and interlayer thickness, polyhedron deformation angles and atomic coordinates in the unit cell. The simulated structural parameters of phlogopite and annite are very close to the reported data by Hazen and Burnham (1973), suggesting that the structure simulation using only the chemical formule is successful, and thus, that the structural model of this study overcomes the difficulties in the previous models by other investigators.

• 한국해양학회지
• /
• 제26권4호
• /
• pp.313-323
• /
• 1991

한강 및 경기만 일부 해역에서 저충퇴적물과 부유퇴적물내 점토광물의 분포 특성 을 알아보기 위하여 X-선 회절분석(XRD)을 실시하였다. 분석결과, 한강 하류부를 이루 고 있는 주 구성광물은 일라이트(57.1%), 고령석(22.9%), 녹니석(19.6%), 이며, 하구 와 경기만 일부해역에서 나타나는 점토광물은 일라이트, 녹니석, 고령석과 스멕타이트 가 각각 67.2, 16.5, 15.5%와 1.3%로 나타났다. 하천, 하구환경과 만환경에 따라 함량 차이가 뚜렷히 나타나는데 일라이트의 경우 외해역으로 가면서 점차 증가하는 양상을 보이며, 또한 피크비(Peak-intensity ratio) 분석결과, 한강 및 하구상부에서 나타나 는 일라이트는 복팔면체이며, 외해역에서 나타나는 일라이트는 하천을 통해 운반된 것 이 아닌 것으로 보이는 삼팔면체의 특징을 보이는 일라이트가 나타났으며, 그 중간지 역에서는 두 형태가 혼합된 일라이트가 분포하는 것으로 나타났다. 고령석은 외해로 가면서 23%에서 11%로 감소하는 경향을 보이며, 녹니석은 외해로 가면서 19%에서 14% 로 고령석과 유사한 경향을 보였다. 스멕타이트는 3% 미만의 소량으로 나타났다. 일라 이트 고령석과 녹니석은 주로 하천에 의해 운반되는 하구의 수리적 특성에 의해 재분 포된 것이며, 스멕타이트는 황해나 중국에서 운반 퇴적된 것으로 사료된다. 이와 같이 운반된 점토광물의 공간적 분포를 결정하는 주요 요인은 하구순환특성에 의해 좌우되 는 것으로 보인다.

• 한국광물학회지
• /
• 제13권3호
• /
• pp.121-137
• /
• 2000

공주군 유구 일대의 화강암질편마암은 온대습윤기후의 지형적 영향에 기인한 산성환경 및 양호한 배수조건에서의 풍화작용으로 두께가 8m인 깊은 saprolite층과 50cm 이상의 두꺼운 토양층을 형성하였다. 풍화단면에서는 흑운모/질석혼합층 광물, 삼팔면체, 할로이사이트, 캐올리나이트, 일라이트, 이팔면체질식, 스백타이트, 깁사이트, 침철석 등의 풍화광물이 확인되었다. 흑운모의 변질은 질석화작용이 미약한 반면에 풍화단면 전반에서 고령토화작용이 매우 현저한 풍화양상을 보여주며, 흑운모-흑운모/질석 혼합층 광물-질석, 흑운모-할로이사이트, 캐올리나이트, 깁사이트 및 흑운모-일 라이트의 풍화과정을 나타낸다. 흑운모의 풍화작용으로 생성된 고령토광물은 주로 할로이사이트이며, 고령토화작용으로 방출된 Fe는 변질된 흑운모 주변에서 침철석을 형성한다 사장석은 용해-침전작용으로 관상의 할로이사이트를 형성한다. 할로이사이트의 산출양상은 사장석의 용해유형에 따라 방향성이 강한 할로이사이트 집합체와 매우 구불구불한 할로이사이트 집합체로 나타난다. 모암에서 철을 함유하고 있던 광물은 용해되어 모암광물의 가상을 유지한 채 또는 그 주변에서 침철석을 형성한다. 연구지역 화강암질편마암의 단면은 풍화도가 증가할수록 모암 구성광물이 감소하는 반면에 점토광물의 양이 증가하는 전형적인 풍화 양상을 보여주며, 광물의 풍화작용은 산성환경과 양호한 배수환경과 같은 지역적인 조건에 영향을 받아 복잡하고 다양한 풍화광물을 형성하였다.

• 한국광물학회지
• /
• 제29권3호
• /
• pp.103-111
• /
• 2016

Li을 포함하는 삼팔면체 스멕타이트 계열의 헥토라이트가 터키 서부 퇴적 기원의 붕소광상에서 다량 존재하는 것이 확인되었으며, Li을 포함하는 헥토라이트는 리튬 자원으로서의 개발 가능성이 높기 때문에 많은 관심의 대상이 되고 있다. 헥토라이트의 열적 변화와 산에 대한 특성은 산업적인 적용을 위해서 매우 중요한 성질임에도 불구하고 아직 완전하게 이해된 것이 없다. 이번 연구에서는 터키 붕소광상 중 $Li_2O$ 함량이 가장 높은 비가디치 광상에서 채취된 점토광석을 이용하였다. 채취한 점토 광석 내에 존재하는 헥토라이트를 Stoke's Law를 이용하여 분리한 후 열 및 산 처리 실험을 실시하여특성 변화를 검토하였다. 헥토라이트는 $84^{\circ}C$ 부근에서 흡착수 및 층간수의 탈수에 의한 강한 흡열반응이 일어나며, $600^{\circ}C$ 이후 결정수의 탈수에 의한 흡열반응이 일어난다. 저온의 흡열반응은 약 6%의 많은 중량 감소를 동반한다. $762^{\circ}C$ 부근에서 헥토라이트가 완화휘석, 크리스토발라이트 및 비정질 산화철 광물로 분해되는 발열반응이 일어난다. 0.1 M 농도의 무기산으로 1시간 헥토라이트를 반응시킨 결과 황산 ${\geq}$ 염산 > 질산 순으로 용해 정도가 높았다.