• 자원환경지질
• /
• 제56권5호
• /
• pp.603-618
• /
• 2023

사용후핵연료(Spent nuclear fuel; SNF) 심지층 처분장의 완충재 소재로서 WRK (waste repository Korea) 벤토나이트가 적합한 지를 평가하기 위하여, 대표적인 방사성 핵종인 U (uranium)에 대한 WRK 벤토나이트의 흡/탈착 특성과 흡착 기작을 규명하는 다양한 분석, 흡/탈착 실내 실험, 동역학 흡착 모델링을 다양한 pH 조건에서 수행하였다. 다양한 특성 분석 결과, 주성분은 Ca-몬모릴로나이트이며, U 흡착 능력이 뛰어난 광물학적·구조적 특징들을 가지고 있었다. WRK 벤토나이트의 U 흡착 효율 및 탈착율을 규명하기 위한 흡/탈착 실험 결과, pH 5, 6, 10, 11 조건에서 WRK 벤토나이트와 U 오염수(1 mg/L)가 낮은 비율(2 g/L)로 혼합되었음에도 불구하고 높은 U 흡착 효율(>74%)과 낮은 U 탈착율(<14%)을 보였으며, 이는 WRK 벤토나이트가 SNF 처분장에서 U 거동을 제한하는 완충재 소재로서 적절하게 사용될 수 있음을 의미한다. pH 3과 7 조건에서는 상대적으로 낮은 U 흡착 효율(<45%)이 나타났으며, 이는 U가 용액의 pH 조건에 따라 다양한 형태로 존재하며, 존재 형태에 따라 상이한 U 흡착 기작을 가지기 때문으로 판단된다. 본 연구 실험 결과와 선행연구를 바탕으로 WRK 벤토나이트의 주요 화학적 U 흡착 기작을 pH 범위에 따라 용액 내 U의 존재 형태에 근거하여 설명하였다. pH 3 이하에서 주로 UO₂²⁺ 형태로 존재하는 U는 벤토나이트 표면의 Si-O 또는 Al-O(OH)와의 정전기적 인력(예: 이온 결합)에 의해 흡착되기 때문에 pH가 감소할수록 음전하 표면이 약해지는 WRK 벤토나이트 특성에 의해 비교적 낮은 U 흡착 효율이 나타났다. pH 7 이상의 알칼리성 조건에서 U는 음이온 U-수산화 복합체(UO₂(OH)₃^-, UO₂(OH)₄^2-, (UO₂)₃(OH)₇^- 등)로 존재하며 비교적 높은 흡착 효율이 나타내는데, 이들은 벤토나이트에 포함된 Si-O 또는 Al-O(OH)의 산소원자를 공유하거나 리간드 교환에 의해 새로운 U-복합체가 형성되어 흡착되거나 수산화물 형태의 공침(co-precipitation)에 의해 벤토나이트에 고정되기 때문이다. pH 7의 중성 조건에서는 pH 5와 6보다 오히려 낮은 U 흡착 효율(42%)이 나타났는데, 이러한 결과는 용액 내 존재하는 탄산염(carbonate)에 의해 U가 U-수산화 복합체보다 용해도가 높은 U-탄산염 복합체로 존재하는 경우 가능하다. 연구 결과 pH를 약산성 또는 염기성 조건으로 유지하거나 용액 내 존재하는 탄산염을 제한함으로써 WRK 벤토나이트의 U 흡착 효율을 높일 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국광물학회지
• /
• 제21권2호
• /
• pp.139-159
• /
• 2008

지하유류비축기지의 수리안정성 평가를 위하여 비축기지 내 관측공을 포함한 공동 주변 지하수의 지화학분석을 수행하였으며, 결과를 근거로 광물학적 클로깅의 가능성을 평가하고, 아울러 미생물학적인 클로깅 가능성을 함께 고려하여 보았다. 물시료들은 대부분 $Ca-HCO_3$에서 $Ca-HCO_3-SO_4$ 유형에 속하며 물시료의 유형에 따른 차이를 보이지 않는다. 주요 클로깅 유발광물인 방해석은 모든 관측공 및 공동운영수 시료에서 불포화상태로서 탄산염 광물에 대해 침전하지 않는 지화학 환경이다. Fe, Mn은 대부분 낮은 함량을 보이지만 포화지수계산결과에 의하면 대부분 철-산화/수산화 광물에 대해 포화-과포화 상태를 보여주며 높은 용존산소 농도를 보여주기 때문에 장기적으로는 이들에 의한 클로깅의 가능성을 지시한다. 일부 지상 관측공 물시료의 경우에는 철-산화/수산화 광물과 더불어 미세한 열극을 충전할 수 있는 점토광물에 대하여 높은 포화 지수를 보여주어 이들 광물의 침전에 의한 클로깅 가능성을 지시하고 있다. 통계분석 결과, 광물들의 침전/용해 정도는 주로 pH, Eh, DO에 의해 좌우된다. 미생물 분석결과는 대부분의 물시료에서 호기성 미생물과 점액성 세균이 우세하며 황환원세균 등의 혐기성균은 대부분 아주 적거나 검출이 되지 않았다. 클로깅을 유발시키는 미생물로 알려져 있는 점액성 세균은 모든 시료에서 $10^5\;CFUs/mL$ 이하의 값을 나타내고 있지만, 일부 관측공들에서 점액성세균이 우점하고 있기 때문에 장기적 관점에서는 이들이 클로깅의 원인으로 작용할 수 있으며 철 수산화/산화 광물의 침전가능성과 함께 고려하면 클로깅 가능성이 더욱 상승되는 효과를 가져올 수 있기 때문에 지하유류비축기지의 안정적인 운영을 위하여 클로깅 평가와 관련된 체계적이고 장기적인 프로그램이 필요하다.

• 한국광물학회지
• /
• 제19권4호
• /
• pp.265-275
• /
• 2006

미생물을 이용한 원석 또는 폐석으로부터 인류에 유용한 원소 및 중금속의 용출은 초기 연구단계에 있는 새로운 생물학적 기술 중의 하나이다. 본 연구의 목적은 갯벌 퇴적물에서 분리한 미생물(Microcosm)을 이용하여 자철석으로부터 철의 용출 및 용출된 철의 생광화작용에 따른 2차 물질의 형성을 규명하고자 한다. 갯벌퇴적물에서 분리한 철 환원 박테리아(Microcosm)가 글루코스($10{\sim}20mM$)를 이용하여 성장하는 동안 자철석으로부터 철의 용출 및 2차 물질의 형성을 ICP, XRD, SEM-EDX 및 TEM을 이용하여 연구하였다. 미생물배지에 상업용 자철석(미생물배지 : 자철석 = 100 : 1)과 철환원 박테리아를 넣고 혐기성 및 호기성 조건하에서 철 용출 및 2차 물질의 형성실험을 실시한 결과, 철의 용출 실험동안 미생물배지의 Eh는 호기성 조건에서 +250 mV에서 -520 mV 까지 감소하고, pH 7.3에서 5.5까지 감소하였다. 혐기성 환경에서 박테리아의 활동에 따라 15일째 자철석으로부터 94 ppm의 Fe를 용출하였으며, 박테리아가 없는 혐기성 조건 하에서는 0.9 ppm의 Fe의 용출을 보여 주었다. 호기성 환경에서 박테리아의 활동에 따라 자철석으로부터 15일째 107 ppm의 Fe를 용출하였다. 배양을 시작한지 1개월이 지난 시점에서는 미생물배지에 용출되어 있는 Fe가 혐기성 조건에서는 57ppm의 Fe가, 호기성 조건하에서는 6.5 ppm의 Fe 각각 존재하였다. 박테리아가 배양되는 동안 용출된 철의 감소는 2차물질의 형성에 철이 소비된 것으로 사료되며, 호기성 조건하에서는 적갈색의 2차 물질 형성을 보여주었다. 미생물에 의한 자철석으로부터 철과 망간의 용출은 미생물의 활동에 따른 미생물배지의 열역학적인 조건(Eh/pH)의 변화 및 유기물의 산화에 따른 유기산의 형성에 기인한 것으로 사료된다. 미생물을 이용한 결정질의 자철석으로부터 철의 용출 및 비정질의 2차물질의 형성은 미생물의 퇴적물 내에서 철의 순환에 중요한 역할을 담당할 뿐만 아니라 미생물을 이용한 유용물질의 침출(Bioleaching) 및 생광화작용에 따른 광물의 합성 가능성을 시사한다.

• Applied Biological Chemistry
• /
• 제18권4호
• /
• pp.194-202
• /
• 1975

이 연구(硏究)는 도시유기폐물(都市有機廢物)을 이용(利用)한 유기질비료(有機質肥料)로서 활성오니(活性汚泥) 및 진개퇴비(塵芥堆肥)를 킬레이트화 물질로서 利用(利用)하기 위(爲)해서 이들 물질(物質)의 특성(特性)을 조사(調査)하였다. 철(鐵)킬레이트화에 관여(關與)하는 수용성물질(水溶性物質)을 분자체 분획법(分劃法)으로 분리(分離)하여 자외선(紫外線)및 적외선분광(赤外線分光) 스펙트럼에 의해서 그 구조(構造)를 조사(調査)하였고 이들 킬레이트의 안정도상수(安定度常數)를 이온교환평형법(交換平衡法)으로 측정(測定)하여 이들을 킬레이트 물질로 사용(使用)하했을때 그 안정성(安定性)을 검사(檢討)하였다. 진개퇴비(塵芥堆肥)에서 추출(抽出)된 유기물질(有機物質)은 Sephadex G-25에 의(依)해 4개분획(個分劃)으로 분리(分離)되었고 이중 철(鐵)과 킬레이트를 이루고 있던 분획(分劃)은 분자량(分子量)이 $5000{\sim}10,000$ 사이에 있었고 Polyphenol구조(構造)의 산소군(酸素群)이 킬레이트화(化)에 관여(關與)하고 있었다. 활성오니중(活性汚泥中) 가용성(可溶性) 물질(物質)은 Sephadex G-25에 의(依)해 6개(個)의 분획(分劃)으로 분리(分離)되었고 이중 킬레이트를 이루고 있던 분획(分劃)은 $5000{\sim}10,000$ 또는 5000에 약간 미달(未達)하는 분자량(分子量)을 가지고 있고 Polypeptide의 amide기(基)가 킬레이트화에 관여(關與)하였다. 이들의 안정도상수(安定度常數)도 합성(合成)킬레이트 물질의 안정도상수(安定度常數)와 큰 차이(差異)가 없을 정도(程度)로 안정(安定)하였다.

• 자원환경지질
• /
• 제54권1호
• /
• pp.49-60
• /
• 2021

금화광상은 백악기 경상퇴적분지 내에 분포하는 진주층 퇴적암 내에 발달한 열극을 충진하여 생성된 함 금-은 열수 맥상광상으로, 괴상, 각력상 및 호상 및 정동 조직 등 복합적인 조직적 특성을 보여준다. 금화광상 맥상 광화작용은 지구조적 운동(tectonic break)에 의하여 광화 1기(stage I)와 광화 2기(stage II)로 구분된다. 광화 1기는 금-은 광화작용이 진행된 주 광화시기로, 석영맥 내에 주된 함 금·은 광물인 에렉트럼과 함께 황화광물, 산화광물 및 황염광물 등이 산출한다. 광화 2기는 주 광화작용 이후 금속 광화작용이 이루어지지 않은 방해석맥의 생성 시기이다. 광화 1기는 광물 광생관계와 산출하는 광물 조합 특성 등에 의하여 3개의 세부 광화시기(초기, 중기, 후기)로 구분된다. 광화 1기의 초기에는 주로 황철석, 황동석 등의 황화광물이 철망간중석, 자철석 등의 산화광물을 수반하여 산출한다. 광화 1기 중기는 주된 금·은 광화작용이 광화 1기의 초기 말부터 계속하여 진행된 시기이다. 주로 에렉트럼과 함께 황동석, 섬아연석 등의 황화광물과 자철석 등의 산화광물이 산출되며, 텐난타이트 및 테트라히드라이트 등의 황염광물이 소량 수반되어 산출된다. 광화 1기 후기에는 방연석, 적철석과 함께 소량의 함 비스무스 황염광물이 산출하며 풍화작용 관련 이차광물의 생성이 진행되었다. 금화광상 광물 공생관계 변화는 열수계의 온도와 황 분압 조건의 감소 및 이에 수반된 산소 분압 조건의 증가 등의 환경변화가 반영된 결과이다. 유체포유물 실험·연구 결과를 종합하면, 초기 금화 열수계는 ≥410℃ 온도 조건에서 하부 마그마로부터 용리된 고 염농도(≥44 wt. % NaCl)를 갖는 유체와 금화광상 생성 심도 하부까지 순환하여 물-암석 반응이 진행된 천수 기원의 중 내지 저 염농도(≈7.0 wt. % NaCl)의 열수가 함께 유입되어 형성되었다. 그 이후 금화 열수계는 유체의 냉각, 비등작용 및 천수 혼입 등에 의하여 진화되었으며, 이들 진화기구에 수반된 냉각작용 및 화학성 변화 등에 의하여 온도 감소(≤200℃)와 염농도 변화(≤1.0 equiv. wt. % NaCl)가 야기되었다. 이러한 금화 열수계의 형성 및 진화 특성은 함 금-은 열수 맥상광상인 금화광상이 초기 천부 관입 마그마의 영향으로 마그마 우세 열수계로 부터 광화 후기 천수의 유입이 우세해지는 천열수계로 변환되는 점이적인 생성환경에서 생성된 맥상광상임을 지시한다.

• 자원환경지질
• /
• 제56권1호
• /
• pp.55-63
• /
• 2023

망간각의 지화학적, 광물학적 특성의 변화는 인근 환경 변화를 반영한다. 따라서 서태평양 마젤란해산군 OSM-XX의 망간각에 대한 특성 파악과 고해양 복원 연구를 위하여 지화학적, 광물학적 분석을 각각 micro X-ray fluorescence (μ-XRF) 과 X-ray diffraction (XRD)를 이용하여 실시하였다. OSM-XX의 망간각은 인산염화 여부 및 구조에 의해 인산염화 작용을 받은 부분(L4-L5), 인산염화 작용을 받지 않은 치밀한 부분(L3), 인산염화 작용을 받지 않은 다공성 부분(L1-L2)의 세 부분으로 구분되었다. 철망간 산화광물 층에서는 모두 버나다이트 피크가 확인되었으며, 인산염화 작용을 받은 부분은 carbonate fluorapatite(CFA)의 존재와 높은 Ca, P의 특성을 나타내었다. 인산염화 작용을 받지 않은 치밀한 부분은 높은 Mn, Ni, Co를 나타내었고, 인산염화 작용을 받지 않은 다공성 부분은 높은 Fe값과 detritus quartz, feldspar가 확인되었다. OSM-XX의 망간각이 성장하는동안 나타난 특성의 변화는 인근 해양환경의 변화를 반영하였다. 약 51.87 Ma의 연대를 나타내는 망간각의 인산염 퇴적체는 약 36-32 Ma의 전지구적 인산염화 작용에 의해 형성된 것으로 보이며, 이는 당시의 상승된 해수면 높이와 낮은 해수온을 지시한다. 또한, 치밀한 구조에서의 높은 Mn, Ni, Co, Mn/Fe 비는 강화된 산소최소층과 환원환경을 지시하며, 다공성 구조에서의 높은 Fe와 낮은 Mn/Fe 비는 약화된 산소최소층과 산화환경을 지시한다. 이는 마이오세-올리고세 경계의 Mi-1 빙하기가 끝난 후 환경변화를 반영하였다. 9 Ma부터 이어진 한랭화의 결과로 인한 저층류와 산소최소층의 강화에 의해 망간각 최외각의 Mn/Fe 비와 Co/Mn 비가 미세하게 증가하였지만, 6 Ma부터 태평양에 발생한 탄산염 용해율의 감소로 성장속도의 감소를 야기하였다.