• 광물과 암석
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• 제34권2호
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• pp.121-131
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• 2021

마그네슘(magnesium; Mg)은 탄산염 광물이 침전된 과거의 환경 조건을 유추하기 위한 지화학 지시자로 활용되어오고 있다. Mg를 신뢰도 높은 지화학 지시자로 활용하기 위해서는 Mg의 화학종을 근거로 한 Mg의 광물 함유 기작이 반드시 규명되어야만 하며, 관련 실험 연구들은 주로 고해상도(high resolution)의 방사광가속기(synchrotron) X-선 흡수 분광(X-ray absorption spectroscopy; XAS) 기법을 통해 Mg의 화학종을 유추한다. 그러나, Mg가 미량 함유된 광물의 XAS 스펙트럼 해석의 높은 불확실성 때문에 화학종 유추가 어려운 경우가 많다. 양자역학 밀도범함수이론(density functional theory; DFT)은 결정구조에 대한 흡수 스펙트럼을 예측할 수 있기 때문에, XAS 스펙트럼 해석의 불확실성을 줄일 수 있다. 이번 논문에서는 DFT 기반의 제일원리 내각 준위 분광법(ab initio core-level spectroscopy method)을 통해 Mg 규산염 및 (수)산화광물에 대한 Mg K-edge 흡수 스펙트럼을 계산하여 Mg의 배위 결합 환경을 나타내는 구조 인자와의 상관관계를 분석하였다. 계산 결과, DFT 계산으로 얻은 Mg 규산염 및 (수)산화물의 이론 Mg K-edge 흡수 스펙트럼은 기존 XAS 실험으로 얻어진 스펙트럼의 주요 형태를 상당 부분 재현해낼 수 있었다. 계산으로 얻은 광물의 제일원리 Mg K-edge 흡수 스펙트럼의 흡수-끝(absorption edge)과 평균 Mg-O 결합거리 및 Mg 유효배위수를 비교 분석한 결과, 약한 양의 상관관계를 보여주었다. 이번 연구 결과는 DFT 계산이 다양한 광물 내 Mg의 화학종에 대한 표준 스펙트럼 세트를 제공할 수 있는 강력한 도구임을 보여주며, 추후 탄산염 광물에 함유된 정확한 Mg의 화학종을 동정하는데 DFT 계산이 큰 역할을 할 수 있음을 제시한다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2002년도 추계학술발표회
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• pp.219-224
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• 2002

충북 청원군 미원면 금관-원룡리 일대를 따라 발달된 화전리층(상층)과 구룡산층 분포지역에서, 기반암에 따른 지하수 및 지표수의 수질특성의 차이를 규명하고자 하였다. 화전리층(상층)지역의 경우 Ca-(HCO$_3$+.CO$_3$) 유형을, 구룡산층 지역의 경우 (Ca,Mg)-SO$_4$ 및 (Ca,Mg)-HCO$_3$ 유형을 보였다. 지하수의 경우, 화전리층(상층) 지역은 주고 탄산염광물의 풍화에 의해, 구룡산층 지역은 주로 규산염광물의 풍화에 의해 수질특성이 결정됨을 보였으며, 이러한 차이는 통계분석 방법으로 확인할 수 있었다. 지표수의 경우, 한 지점을 제외하고는 대부분이 암반 기원으로 도시되어 기반암의 영향이 수질특성을 좌우하고 있음을 보였다. 본 연구의 결과는, 지하수ㆍ지표수 각각의 수질 특성이 지역적인 기반암 종류에 따름을 확인시켜주는 바, 국가적인 수질관리정책은 지역적인 지질매체의 차이를 고려하면서 수립 ㆍ시행되어야 함을 보여준다.

• 한국광물학회지
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• 제13권4호
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• pp.205-220
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• 2000

북동태평양 C-C지역의 우리나라 광구에서 산출되는 망간단괴의 내부조직을 크게 주상조직 층상대, 첨상조직 층상대, 첨상조직 괴상대, 첨상조직 다공질대 및 괴상조직 괴상대로 구분하였다. 주상조직 층상대에서는 버나다이트(vernadite)가 가장 우세하게 산출되며, 첨상조직 층상대에서는 부서라이크(buserite)가 함께 산출된다. 첨상조직 괴상대는 부서라이트의 산출이 두드러지며, 부분적으로 토도로카이트(todorokite)가 수반된다. 첨상조직 다공질대는 첨상체 또는 구상체로 이루어지며 부분적으로 괴상조직으로 교대되는데 주로 토도로카이트와 부서라이트로 구성되어 있다. 괴상조직을 갖는 괴상대에서는 토도로카이트와 버네사이트(birnessite)가 부서라이트와 함께 산출된다. 각 조직대별로 미세조직을 이루는 엽리들에 대해 전자현미분석을 실시하였다. 엽리의 화학조성을 구성하는 요인은 상관계수 군집분석에 의해 Mn-K의 Mn군, Cu-Ni-Zn-Mg(Ca-Na)의 Cu-Ni-Mg군 Fe-Co-Ti(Ca-P)의 Fe군과 Si-Al의 Si군 등 네 개군으로 구분된다. 각 조직대는 세 개 또는 네 개의 군으로 구성되며 이들 각군은 단괴에서 산출되는 광물과 밀접한 관계를 가진다. Mn군은 토도로카이트, Cu-Ni-Mg군은 부서라이트, Fe군은 함코발트수산화철광물, 그리고 Si군은 규산염광물에서 주로 기인하는 것으로 생각된다. 엽리의 화학조성은 이들 광물의 조합과 구성광물의 화학조성에 따라 지배되고 한 조직대내에서도 여러종류의 조합을 보이는데 이는 각 조직대의 엽리들의 성인과 밀접한 관련이 있는 것으로 생각된다.

• 한국광물학회지
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• 제8권2호
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• pp.57-72
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• 1995

춘천 지역 선캠브리아기의 구봉산층군 내의 백운석질 대리암에는 광역변성작용의 산물로서 조립질의 투각섬석이 주된 규산염 광물상을 이루며 산출된다. 이들은 배태 층준과 원암의 조성에 따라 두 가지 유형으로 구분된다. : (1) 투각섬석(흑회색)+방해석+백운석+활석, (2)투각섬석(백색)+금운모+백운석+방해석+K-장석, 백색의 투각섬석이 흑회색형보다 상대적으로 높은 Al과 알칼리 함유도를 보이지만, 전반적으로 모두 Mg-단종에 가까운 화학 조성을 갖는다. 투각섬석들이 격자 구조상의 결함 구조를 갖지 않는데 비해서, 금운모는 1M 구조형을 이루고 저면 격자 간격상에 녹니석 단위의 빈번한 개재에 의한 격자상의 구조적 결함이 흔히 관찰된다.방해석-백운석 지온계에 대한 연구와 TWEEQU 프로그램을 이용한 상평형도 작성을 통해서, 투각섬석들은 500~$600^{\circ}C$의 온도 범위, 8kb 정도의 압력 및 Xco2=0.2~0.5 조건에서 생성된 것으로 해석하였다. 이 지역의 투각섬석은 위와 같은 조건에서 지속적으로 평형 상태가 유지되고 상안정도가 증대되므로서, (1) 투휘석을 수반하지 않고, (2) 격자 구조상의 결합을 갖지 않는, (3) 자형의 큰 결정을 이루게 된 것으로 해석된다.

• 자원환경지질
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• 제35권6호
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• pp.491-508
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• 2002

화산 쇄설물을 모재로 하여 발달한 제주도 토양은 많은 양의 비정질 물질을 포함하는 Andisols이 대부분을 차지하고 있으나, 강수량이 상대적으로 적은 제주도 서부 지역에서는 Andisols의 특징을 보이지 않는 토양이 발달하고 있다. 서부 해안에 접해 있는 당산봉에는 이와 같이 층상규산염광물이 우세한 non-Andic토양이 나타난다 본 연구는 당산봉 토양에 나타나는 층상 규산염 광물의 조성 및 풍화에 따른 이들 점토광물의 진화 과정을 밝히는데 그 목적이 있다. 연구 지역 토양은 A층과 C층이 발달해 있으며 B층은 나타나지 않는다. pH(($H_{2}0$)는 일반적인 화산 쇄설물 기원 토양(<6.0)보다 높은 6.6-7.3으로 하부로 갈수록 증가한다. pH(NaF)는 9.49-9.81로 비정질 물질의 존재를 지시하는 9.4보다 높게 나타나며, 선택적 용해법을 이용하여 구한 비정질 물질의 양은 0.55-1.02 wt%로 매우 낮다. 유기물 함량은 표토에서 2.00wt%로 Andisol에 비해 매우 낮다. 주 구성 광물은 석영, 장석, 감람석이며, 점토 입도를 구성하는 층상규산염 광물은 입도와 풍화정도에 따라 차이를 보인다. <0.2$\mu\textrm{m}$ 입도의 주 구성 점토 광물은 스멕타이트, 카올리나이트/스멕타이트 혼합층광물, 일라이트이다. 카올리나이트/스리타이트 혼합층광물의 카올리나이트의 비율은 85-86%로 깊이에 관계없이 일정하다. 풍화가 진행될수록 스멕타이트의 함량은 감소하며, 카올리나이트/스멕타이트 혼합층광물의 함량은 증가한다. 2-0.2$\mu\textrm{m}$ 입도의 주 구성 점토 광물은 질석, 스멕타이트, 일라이트, 카올리나이트, 녹니석이다. 녹니석은 표토에서만 나타나며, 하부에서는 나타나지 않는다. 녹니석/스멕타이트 혼합층광물 내의 녹니석 함량은 59-70%이며 풍화가 진행될수록 양은 증가한다. 그러나 풍화의 정도가 낮은 제일 하부에서는 녹니석/스멕타이드 혼합층광물이 나타나지 않는다. 질석과 스멕타이트의 일부는 층간이 hydroxy-Al/Mg/Fe으로 채워진 hydroxy-interlayered vermiculite(HIV)와 hydroxy-interlayered smectite(HIS)의 형태로 나타난다. HIV는 A층과 C층 모두에서 나타나며, 층간 물질은 hydroxy-Fe/Al이다. 층간의 hydroxy-Fe/Al의 양은 표토로 갈수록 증가하며, HIV를 형성하는 질석의 층 전하도 표토에서 높게 나타난다. HIS는 C층에서만 나타나며, 층간 물질은 hydroxy-Mg/Al이며, hydroxy-Mg가 우세하다. 본 지역의 토양에서는 풍화가 진행될수록 스멕타이트는 카올리나이트와 질석, HIS로 진화하였으며, 질석은 HIV를 거쳐 녹니석으로 진화하였을 것으로 사료된다.

• 한국광물학회지
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• 제22권4호
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• pp.343-352
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• 2009

특정 원자 중심의 정보를 제공해주는 고분해능 고상핵자기 공명 분광분석(NMR)은 현무암질 마그마를 포함한 대부분의 자연계의 다성분계 규산염 용융체의 원자 구조 분석에 적합하다. 본 연구에서는 일차원과 이차원 고상 NMR을 이용하여 현무암질 마그마의 모델 시스템인 CMAS (CaO-MgO-$Al_2O_3-SiO_2$) 비정질 규산염의 조성에 따른 원자 구조의 변화를 규명하였다. $^{27}Al$ MAS NMR 실험 결과 모든 조성에대해 $^{[4]}Al$ 피크가 지배적으로 나타나고 이는 $Al^{3+}$이 네트워크 형성 이온으로 작용한다는 것을 지시한다. $X_{MgO}$가 증가함에 따라 피크 위치가 음의 방향으로 4.7 ppm 이동하며 이는 조성에서 Si의 상대적인 양이 증가할수록 $Q^4$(4Si)가 증가하는 것을 의미하고 이를 통해 Al 주변의 산소가 모두 연결 산소(BO, bridging oxygen)임이 확인되었다. $^{17}O$ NMR 실험 결과 비정질 $CaMgSi_2O_6$에 있는 비연결 산소의 상대적 양이 $CaAl_2SiO_6$에 있는 비연결 산소보다 정성적으로 많은 것이 확인되었다. 모델 사성분계 비정질 알루미노규산염에 대한 $^{17}O$ 3QMAS NMR 실험결과 Al-O-Al, Al-O-Si, Si-O-Si의 연결 산소와 {Ca, Mg}-NBO의 원자 환경이 구별되며 이 실험 결과는 자연계에서 나타나는 다양한 조성의 다성분계 비정질에 대해서도 이차원 3QMAS NMR 실험을 이용하여 원자구조를 규명할 수 있는 가능성을 제시한다.

• 한국광물학회지
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• 제28권2호
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• pp.147-163
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• 2015

석탄화력발전 부산물인 석탄회의 희유 금속 재활용을 위한 기반 연구로서 9개 발전소의 석탄회를 대상으로 화학적 및 광물학적 특성을 분석하였다. 석탄회의 희유원소 화학조성은 전반적으로 셰일의 평균 조성과 부합하며, 국외 석탄회와 차이도 거의 없다. 그러나 국산 무연탄 비산재와 수입 유연탄 비산재는 무기원소 조성에서 약간의 차이가 있으며, 무연탄 비산재의 미연 탄소 함유량이 매우 높다. 바닥재와 비교하여 친황원소들이 비산재에 부화되는 경향이 있다. 규산염 유리가 주요 고상이며, 석영, 일라이트(백운모), 멀라이트, 자철석, 생석회, 경석고가 광물로 함유되어 있다. 규산염 유리는 Al과 Si가 주성분이고, Ca, Fe, K, Mg가 다양한 비율로 함유되어 있다. 규산염 유리는 다공성 구형 또는 비정형 부석질 입자들이며, 흔히 잔존 광물이나 산화철구, 또는 다른 유리입자들과 융접되어 있다. 산화철구 입자는 급속 성장한 산화철 미세 입자와 유리 기질로 구성되어 있다. 석탄회로부터 유가 금속 재활용을 위해서는 이상의 화학조성, 미세조직, 광물학적 특성들이 고려되어야 한다.

• 자원환경지질
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• 제36권2호
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• pp.103-109
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• 2003

동해탄광 지역의 산성광산배수에는 Ca, SO$_4$, Mg, Al의 함량이 높게 나타난다. 이 일대의 산성광산배수를 증발시켰을 때 생성된 증발잔류물에서는 주로 석고(CaSO$_4$${\cdot}$2$H_2O$)가 생성되었으며 그 외에 소량의 알루노겐(Al$_2$(SO$_4$)$_4$${\circ}$17$H_2O$) 과 헥사하이드라이트(MgSO$_4$${\circ}$6$H_2O$)가 형성되었다. 석고를 형성하는 Ca는 주변의 모암속에 포함된 방해석에서, SO$_4$ 는 폐석에 포함된 황철석에서 기원한 것으로 생각된다. 함수 알루미늄황산염광물인 알루노겐은 침상의 결정으로 나타난다. 하천수의 Al은 모암이나 폐석에 포함된 엽납석, 일라이트, 녹니석과 같은 층상규산염광물의 화학적 용해작용에 의해 부과된 것으로 추정된다. 함수 마그네슘황산염광물인 헥사하이드라이트는 침상이나 섬유상의 결정으로 생성되었으며 Mg의 기원은 모암내의 돌로마이트와 광산폐셔의 주 구성광물인 녹니석으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제24권4호
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• pp.313-320
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• 2011

강원도 태백지역에 분포하는 만항층 셰일의 운모류 층상규산염광물입자에 대한 EPMA 및 TEM 연구를 수행하였다. EPMA 분석에 의한 만항층 셰일 내 운모류 층상규산염광물의 평균 화학식은 $K_{1.35}(Fe_{0.18}Mg_{0.03}Al_{3.86})(Si_{6.55}Al_{1.45})O_{20}(OH)_4$이며, 이는 백운모의 이상화학식과 비교하면 층간 양이온인 K의 함량이 낮아서 일라이트에 가까운 조성을 갖는다. X-선 회절 분석에 의하면 만항층 셰일에서 파이로필라이트가 흔히 백운모와 함께 산출된다. TEM 격자상 관찰에 의하여 $10{\AA}$의 백운모와 $9.3{\AA}$의 파이로필라이트 층들이 단일 층 수준에서의 층간 혼합 및 층 내 혼합 현상이 동시에 관찰되었다. EPMA 분석에서 K 함량이 백운모에 비해 낮게 분석된 원인은 이처럼 입자 내에서 백운모와 파이로필 라이트가 밀접하게 공존하기 때문으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제8권2호
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• pp.73-85
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• 1995

춘천 지역 구봉산층군 내에서 산출되는 백색 및 흑회색 투감섬석에 대하여 전자현미분석과 리트벨트법에 의하여 결정화학적 특징이 연구되었다. 화학 조성상 백색 투감섬석 (WHT)은 흑회색형 (BLT)에 비하여 Al과 Na의 양은 많고, Mg와 Ca의 양은 적은 차이를 보여준다. 단위포의 크기에 있어 b축의 길이는 WHT가 BLT보다 약 0.013$\AA$ 크다. 이는 후자의 M(4) 자리에 보다 많은 Na와 Mg가 치환된 결과로서 계사된 $\AA$로 잘 일치하고 있다. 자리 점유율에 있어 BLT의 경우 모든 Al이 T(2)에 채워지며, WHT에서는 T(1), T(2)에 각각 0.138, 0.181씩 Si를 치환하고 있다. M(1), M(2), 및 M(3)는 모두 Mg에 의해 채워지고 있으며, Ca가 채워지는 M(4)에는 BLT에서는 소량의 Mg가 들어 있다. (001) 방향으로 투각섬석의 구조를 작도해 보면, WHT에서는 사면체의 바닥면이 T(1) 안쪽으로 다소 기울어져 있으나, BLT에서는 T(1)과 T(2)가 서로 마주보며 기울어져 있는 특이한 양상을 보여준다. 이러한 구조상의 차이점은 앞으로 보다 많은 투각섬석에 대한 구조적인 연구를 수행할 필요가 있음을 보여준다.