• 한국건축시공학회지
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• 제22권3호
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• pp.251-258
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• 2022

시멘트산업에서는 CO₂ 배출량 감축을 위해 원료대체 및 전환기술, 저탄소 신열원 활용 공정효율 향상기술, 공정발생 CO₂ 포집 및 재자원화 기술 개발이 진행되고 있다. 공정발생 CO₂ 포집 및 재자원화는 대규모로 배출되는 배기가스에서 CO₂를 분리 및 포집하는 기술로 지중저장과 해양저장, 탄산염 광물화로 크게 세 가지로 나뉜다. 이에 본 연구에서는 CO₂를 탄산염광물로 저장할 수 있는 CSC를 개발하고자 기초 실험을 진행하였다. 클링커 원료 배합에서 SiO₂/(CaO+SiO₂) 몰비가 다른 세 가지의 CSC 클링커를 제작하여 클링커의 성분 및 상 분석을 진행하였다. 제조한 CSC 클링커는 Wollastonite와 Rankinite가 생성되었다. 또한, CSC 페이스트 탄산화 시험편은 탄산화 생성물로 Calcite가 생성되었음을 확인할 수 있었다. CSC 클링커와 CSC 탄산화 시험편은 CSC 클링커 화학조성에서 SiO₂/(CaO+SiO₂) 몰비가 낮을수록 Wollastonite 생성량이 감소하고 Rankinite의 생성량이 증가하였고, CSC 페이스트 시험편의 탄산화 진행에 따라 Calcite 생성량이 증가하였다. 이는 Rankinite가 Wollastonite보다 CO₂를 광물화하는데 반응성이 높은 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권2호
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• pp.137-150
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• 2011

$CO_{2}$를 탄산염의 형태로 고정화하는 광물 탄산화 기술은 $CO_{2}$ 지중 저장의 대안 기술의 하나로 중소규모로 $CO_{2}$ 저장을 실현할 수 있는 기술로 여겨지고 있다. 이 연구에서는 광물 탄산화 기술의 전세계적인 연구 개발 동향을 파악하고, 특히 우리 나라의 지질 및 산업 여건을 고려할 때 $CO_{2}$ 광물 탄산화가 $CO_{2}$ 저감 대책이 될 수 있는지에 대한 기술적 및 경제적 타당성을 검토하였다. 그 결과 국내에서는 연간 1,200만톤 이상의 $CO_{2}$를 고정화할 수 있는 산업 부산물이 발생하고 있으며, 이를 광물탄산화에 이용한다면 $CO_{2}$ 광물탄산화는 유망한 $CO_{2}$ 저감 방안이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이 기술의 경제성 증대를 위해서는 산업 부산물의 전처리, 금속 용출액 및 용출 방법, 고속 탄산화 기술 개발, 공정열의 이용 극대화, 생성된 탄산화물의 부가가치 향상 등의 분야에서 향후 추가적인 연구 개발이 필요할 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제30권4호
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• pp.289-301
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• 1997

보국 코발트 광산은 백악기 경상분지내에 위치하며, 셰일로 구성된 건천리층을 천부 관입한 암주상의 미문상 화강암내에 국한하여 배태된다. 광상은 열극 충진형 석영${\pm}$액티놀라이트${\pm}$탄산염 광물맥으로 이루어지며, 광석광물로는 함코발트광물 (비독사석, 휘코발트석, 글로코도트), 함코발트 유비철석과 소량의 황화광물 (자류철석, 황동석, 황철석, 섬아연석) 및 미량의 산화광물 (자철석, 적철석)이 산출된다. Rb-Sr 절대연령 측정 결과, 화강암의 관입 및 이와 관련된 광화작용은 후기 백악기 (85.98 Ma)에 이루어진 것으로 판단된다. 산출광물종은 다소 복잡한 양상을 보이며, 시간에 따라 다음과 같이 변화한다: 액티놀라이트, 탄산염광물 및 석영에 수반되는 함코발트 광물의 정출 (광화시기 I, II)${\rightarrow}$석영에 수반되는 황화광물, 금 및 산화광물의 정출 (광화시기 III)${\rightarrow}$탄산염광물의 정출(광화시기 IV, V). 고온성 광물 (함코발트 광물, 휘수연석, 액티놀라이트)과 더불어 저온성 광물 (황화광물, 금, 탄산염광물)이 산출되는 점으로 보아 열수광화작용은 xenothermal 환경에서 형성되었다. 화강암은 특징적으로 높은 코발트 함유량 (평균 50.90 ppm)을 나타내며, 이는 코발트가 냉각하는 화강암 암주에서 기원하였음을 지시한다. 반면, 건천리층 셰일의 높은 동 및 아연 함유량은 이들 원소가 주로 셰일로부터 유래되었음을 지시한다. 열수용액의 온도 감소와 더불어 산소분압이 감소 (광화 I, II기의 코발트광물 형성, $T=560^{\circ}C-390^{\circ}C$, log $fO_2=$ > -32.7 to -30.7 atm at $350^{\circ}C$; 광화 III기의 황화광물 형성, $T=380^{\circ}-345^{\circ}C$, log $fO_2={\geq}-30.7$ atm at $350^{\circ}C$함은 열수계가 시간이 지남에 따라 초기 마그마성 계로부터 천수로 지배되는 열수계로 전이되었음을 나타낸다. 광화 II기의 유황 동위원소 값은 초기 함코발트 열수 용액이 화성기원 ($${\delta}^{34}S_{{\Sigma}S}{\sim_=}3-5$$‰)으로부터 기원하였음을 증거한다. 열수용액의 ${\delta}^{34}S_{H_2S}$ 값은 광화 II기의 코발트 형성기 (3-5‰)로부터 황화광물 형성 시기인 광화 IV기 (최대 약 20‰)까지 크게 증가하였다. 이는 후기로 갈수록 천수가 우세한 열수계로 진화하면서 주위의 퇴적암을 순환하는 과정에 동위원소적으로 무거운 유황 (퇴적기원의 황산염)과 천금속 (Cu, Zn 등) 및 금을 용해, 농집시켰음을 시사한다. 후기에 천수의 유입이 없었더라면, 보국 광상은 단순히 액티놀라이트 + 석영 + 함코발트 광물로 구성된 광맥으로만 형성되었을 것이다. 또한, 마그마 기원의 열수계가 형성된 이후에 천수 순환계가 형성됨으로 인하여 고온 광물과 저온 광물이 함께 산출되는 xenothermal 한 광상의 특성을 나타내게 되었다.

• 한국건축시공학회지
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• 제24권2호
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• pp.181-191
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• 2024

석회석은 시멘트의 주원료로써 90% 이상을 사용하고 있으며, 고온 소성 과정에서 및 석회석의 탈탄산 반응으로 많은 양의 CO₂를 배출한다. 이에 석회석 사용량 저감을 위해 원료를 대체할 수 있는 부산물에 관한 연구들이 진행 중이다. 또한 광물 탄산화는 기체인 CO₂를 탄산염 광물로 전환하는 기술로 산업시설에서 배출되는 CO₂를 포집하여 광물로 저장 및 자원화할 수 있다. 한편, 건설폐기물은 계속적으로 증가하는 추세로, 폐콘크리트는 많은 부분을 차지하고 있다. 폐콘크리트는 파쇄 및 분쇄를 통해 순환골재로써 활용되고 있으나 이때 발생하는 폐콘크리트 미분말은 유효하게 재이용 되지 못하고 대부분 폐기 또는 매립되는 실정이다. 이에 본 연구에서는 폐콘크리트를 석회석 대체재로써 활용하여 광물 탄산화 기술을 적용할 수 있는 이산화탄소 반응경화 시멘트 제조 가능성을 확인하고자 한다. 폐콘크리트 미분말 치환율 및 이산화탄소 반응 경화 시멘트의 주요 광물이 생성되는 조건인 SiO₂/(CaO+SiO₂) 몰비에 따른 광물 분석 결과, 폐콘크리트 미분말 치환율과 SiO₂/(CaO+SiO₂) 몰비가 높을수록 주요 광물인 Pseudowollastonite와 Rankinite 생성량이 증가하였다. 또한 세 가지 SiO₂/(CaO+SiO₂) 몰비에서 공통적으로 폐콘크리트 미분말을 50% 치환한 경우 Gehlenite가 생성되었으며, 생성량 또한 유사하였다. 이는 콘크리트 미분말에 함유하고 있는 Al₂O₃ 성분이 CaO와 SiO₂와 반응하여 Gehlenite가 합성된 것으로 판단된다. Gehlenite의 경우 Pseudowollastonite와 Rankinite와 같이 광물 탄산화를 통해 탄산염 광물인 CaCO₃를 생성하는 산화물로써 이는 Al₂O₃가 함유된 산업부산물을 원료로 사용하는 경우 이산화탄소 반응경화 시멘트의 광물로써 활용이 가능할 것으로 기대한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권1호
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• pp.39-46
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• 2024

전 지구적 기후변화에 따른 용수확보 방안으로 인공함양 기법이 활용되고 있다. 함양률을 감소시키는 클로깅 문제는 인공함양 기법의 활용에 큰 장애가 되고 있다. 이 연구는 하천수 주입 과정에서 발생할 가능성이 있는 클로깅 평가를 위한 기초자료를 확보하기 위해 인공함양 예정 지역 충적층의 토양 조직과 광물 특성을 분석하였다. 충적층 쇄설성 입자의 주요 구성 광물은 석영, 정장석, 사장석, 흑운모 등이며, 공극을 충진하는 주요 2차 광물은 일라이트, 카오린나이트, Fe-산화광물이다. 2차 광물로서 탄산염 혹은 황산염 광물의 산출이 없는 것은 인공함양 실험 전인 연구 지역 충적층에서는 지하수와 지표수 간의 반응에 의한 화학적 클로깅은 발생하지 않았음을 시사한다. 인공함양 실험과 관련된 화학적 클로깅에 대한 평가를 위해 대수층 내 공극에서 2차 광물의 생성과 성장과 같은 충적층의 토양특성에 대한 모니터링이 필요하다.

• 자원리싸이클링
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• 제31권3호
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• pp.40-52
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• 2022

탄소광물화 기술은 석탄재와 이산화탄소를 반응시켜 건설재료 등으로 활용이 가능한 복합탄산염 등의 부산물을 생산함과 동시에 이산화탄소를 탄산염에 고정화하여 온실가스 감축효과를 얻을 수 있는 기술로, 이산화탄소 감축 및 경제적 잠재력을 고려하면 국가 온실가스 감축 목표를 실현하기 위한 유용한 방안이 될 수 있다. 그러나 아직까지는 해당 기술의 이산화탄소 감축 성능과 환경적인 이점, 경제성 등에 대한 자료가 적어서 기술의 상용화 가능성에 대해서는 명확하지 않은 상태이다. 본 연구는 국내 순환유동층 발전소에서 발생되는 이산화탄소와 석탄재를 이용하는 이산화탄소 투입량 기준 6,000 tonCO₂/년 규모의 탄소광물화 설비에 대해 이산화탄소 감축량 및 경제성 분석을 수행했다. 공정 분석 결과 1톤의 복합탄산염 생산 시 실질적인 이산화탄소 감축량은 약 45.8 kgCO₂eq, 연간 약 805.3 tonCO₂로 산정되었으며, 경제적 편익 분석 시 비용편익분석비(B/C Ratio)는 1.04, 내부수익률(IRR)은 10.65 %, 순현재가치(NPV)는 24,713,465 원으로 나타나, 탄소광물화 설비가 어느 정도 경제성을 확보하고 있는 것으로 분석되었다.

• 한국광물학회지
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• 제16권2호
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• pp.171-180
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• 2003

본 연구는 금속이 다량 함유된 석탄회(metal-rich fly ash, MRFA)를 이용, 이산화탄소 및 금속의 격리를 위한 생지화학적 과정을 연구하고자 한다 이를 위해 다양한 이산화탄소 분압과 중탄산염 이온 농도의 조건 하에서 MRFA를 이용, 미생물에 의한 이산화탄소의 난용성 탄산염 광물로의 전환 실험을 실시하였다. 시험관부터 4-L의 배양용기까지의 다양한 규모의 실험을 통해, 금속환원 박테리아와 MRFA를 이용하는 경우, 효과적인 이산화탄소 및 금속의 격리가 이루어지는 것으로 나타났다. MRFA를 이용하는 침전 기작을 통한 이산화탄소 격리는 화석연료를 이용하는 발전소에서 방출되는 이산화탄소의 제거 및 석탄회 폐기물의 안정화의 보완적 방법으로 유용하다.

• 한국광물학회지
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• 제16권1호
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• pp.75-90
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• 2003

일부 기존 콘크리트 내에서 발견되는 에트린자이트(ettringite)와 사우마사이트(thaumasite)에 대하여 산출상태 및 화학성분을 조사하고, $Na_2SO_4$ 용액을 이용한 인공적인 변질 실험을 수행하여, 이들 광물의 특정 환경 조건하에서의 안정도와 콘크리트의 성능저하에 미치는 영향을 연구하였다. 에트린자이트와 사우마사이트의 형태 관찰과 성분분석을 위하여 전자현미경(SEM)을 통한 EDAX분석을 실시하였다. 에트린자이트는 시멘트 페이스트의 공간을 충진하거나, 시멘트 페이스트를 치환한 형태로 나타나며, 미세 균열이 에트린자이트로부터 시멘트 페이스트 내부로 전파되고 있음이 잘 관찰되었다. 에트린자이트는 특정 환경 조건하에서 사우마사이트와 트리클로로알루민산염(trichloroaluminate)으로 쉽게 전이되거나 분해되었다. 사우마사이트는 탈백운석화작용을 수반하는 탄산염 골재를 사용한 콘크리트와 탄산화가 진행된 해안지역의 콘크리트에서 에트린자이트와 수반되어 나타난다. 사우마사이트의 형성 조건은 에트린자이트와 유사한 조건에서 형성되는 것으로 생각되나, 에트린자이트가 먼저 형성된 후 치환작용에 의하여 에트린자이트/사우마사이트 고용체를 형성하는 것으로 생각된다. 콘크리트내의 에트린자이트는 염화물이 공급될 경우 염소가 에트린자이트의 황산염을 부분 또는 완전한 치환하여 에트린자이트와 유사한 결정구조를 가지는 트리클로로알루민산염으로 전이되며, 또한, 트리클로로알루민산염은 황산염이 다시 공급될 경우, 치환반응에 의하여 다시 에트린자이트로 전이되었다. 두 광물의 치환반응의 반응 경로는 용액내의 염소이온과 황산이온의 농도에 따르는 것으로 생각된다. 이상과 같이, 에트린자이트는 콘크리트 내에서 다양한 내외부적인 화학작용 따라 특징적인 산출 양상을 보이며, 주변 환경 조건에 따라 다른 광물로 전이되는 나타내었다. 이러한 연구결과, 에트린자이트의 생성에 따른 콘크리트의 성능저하는 그 광물학적 특성과 분포양상에 관련성을 가지는 것으로 나타났다.

• 자원리싸이클링
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• 제26권1호
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• pp.37-42
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• 2017

이산화탄소 저감을 위한 유효한 방법 중의 하나로 칼슘규산염 광물의 간접탄산염화 공정이 보고되고 있다. 이 공정은 염산, 질산 등의 산에 의하여 칼슘규산염으로부터 칼슘성분을 침출하는 단계와 이산화탄소에 의한 침출용액의 탄산염화 단계의 두 과정으로 구성된다. 침출용매로 초산수용액을 사용하는 경우에는 침출용액을 이산화탄소로 탄산염화 하는 과정에서 초산이 재생성 되어 침출단계로 순환되어 침출용매로 재사용될 수 있다. 제철 및 제강슬래그와 같은 산업부산물은 칼슘규산염을 많이 함유하고 있어 간접탄산염화공정의 원료로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 초산수용액에 의한 국내 전기로제강슬래그의 침출효율을 조사하기 위하여, 초산수용액 농도, 침출온도 및 침출시간 등의 침출조건 변화에 따른 침출실험을 수행하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제22권1호
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• pp.64-71
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• 2013

지구온난화 원인으로 지목되고 있는 $CO_2$가스를 저감시키기 위한 방안 중의 하나로 칼슘이나 마그네슘 등을 함유하는 천연규산염 광물의 탄산염화가 제안되고 있다. 전기로제강슬래그는 칼슘, 마그네슘 등 을 주성분으로 하는 규산염들로 구성되고 있어, 이 슬래그를 천연규산염 광물 대신에 탄산염화의 대상원료로 사용하면 $CO_2$가스저감은 물론 탄산칼슘과 같은 산업원료를 제조, 활용할 수 있는 가능성이 있다. 전기로제강슬래그 탄산염화에 의한 탄산칼슘 제조공정은 칼슘성분의 분리단계와 분리된 칼슘성분의 탄산염화단계로 구성된다. 슬래그 중의 칼슘성분 분리를 위한 초산침출 연구결과는 이미 보고되어 있으며 분리된 침출용액 중의 칼슘이온의 탄산염화는 고압의 $CO_2$가스 하에서도 반응속도가 매우 느린 것으로 예측되고 있다. 본 연구에서는 보다 효율적인 침출 및 탄산염화 공정의 개발을 위하여 염산수용액 침출에 의한 칼슘성분 분리에 관한 실험을 수행하였으며 그 침출결과를 초산침출 실험결과와 비교, 분석하였다. 용액 중의 $Ca^{2+}$의 $CO_2$가스에 의한 탄산염화 반응에 대한 열역학적 자료를 통하여 용액의 pH에 따른 $Ca^{2+}$과 $CaCO_3$의 phase boundary를 고찰하였다. 슬래그 중의 칼슘성분 분리를 위해서는 염산이 초산에 비하여 더욱 효율적인 침출용매이며, 염산을 침출용매로 사용 시는 침출용액 중의 미반응산의 회수 및 재순환이 유리할 것으로 기대된다.