장기지역 범곡리층군에 부존되는 흡착기능성 광물자원의 부존환경과 응용광물학적 특성에 관한 연구

홍진성 강원대학교 대학원 2007 국내석사

장기지역의 범곡리층군에 부존되는 망해산응회암층의 부석질 응회암류의 속성변질 양상과 그 결과로 생성된 흡착기능성 광물자원의 자원잠재성에 대한 평가를 하고자 하였다. 또한 이 광물자원의 응용광물학적 특성을 체계적으로 분석 및 검토하였고 그 규제 요인을 해석하였다. 범곡리층군에 속하는 망해산응회암층은 지형적 특징, 그리고 지층 분포 및 단층 발달에 의해서 장기지역 내에서 3개의 지역적으로 분리된 분포 양상을 갖는다. 망해산응회암층에서 산출되는 부석질 응회암류의 속성변질 양상과 그에 따른 변질광물들의 공생관계는 지역적으로 현격한 차이를 보인다. 방산리-신계리 지역에서 산출되는 부석질 응회암은 속성변질에 의해 주로 스멕타이트가 생성되고 그 속성변질의 정도가 상대적으로 미약한 양상을 보인다. 이와 달리 양포리 지역의 부석질 응회암은 심화된 속성변질에 의해 주로 클리놉틸로라이트와 모데나이트로 변질된 양상을 보인다. 또한 이 지역에서 산출되는 클리놉틸로라이트는 국내에서 드문 K-유형으로 매우 특이하고 속성 변질이 심화되면 K-장석으로 전이된다. 이와 같은 지역적인 속성변질 양상의 차이는 범곡리층군의 퇴적 직후 또는 매몰과정에서 발달된 충상단층에 의해 대략 40℃ 정도의 야기된 매몰 온도의 차이에 기인한 것으로 판단된다. 속성변질된 부석질 응회암은 대부분 흡착기능성 광물자원으로서 활용이 가능한 양이온 치환능력(20meq/100g 이상)과 비교적 높은 비표면적 수치(30~80㎡/g)를 보인다. 또한 일부 벤토나이트형 광석들은 산성백토로 간주될 수 있을 정도로 대개 낮은 pH 범위(5.18~7.41)를 나타낸다. 양이온 치환능력과 비표면적은 주로 스멕타이트와 제올라트 같은 변질 광물들과 부석편의 조성에 의해 규제되는 것으로 해석된다. 또한 특징적으로 낮은 pH는 수소-스멕타이트의 존재가 주된 규제 요인으로 작용하는 것으로 밝혀졌다. 이 천연산 수소-스멕타이트는 국내에서 처음 보고되는 것이다. 성인적으로는 단백석의 생성과 밀접한 연계성을 갖는 것으로 해석된다. 이들 광석유형들은 대부분 상토나 산성백토 용도의 흡착기능성 광물자원으로서 품위나 품질 기준에 부합되는 것으로 평가된다. 또한 일부 전형적인 제올라이트와 벤토나이트의 용도로도 선택적으로 활용이 가능할 것으로 여겨진다. 더욱이 이 광석들이 대규모로 개발이 가능하다는 점을 고려하면 그 자원잠재성이 더욱 클 것으로 여겨진다. Pumiceous lapilli tuffs, occurred in the Manghaesan Tuff Formation from the Beomgockri Group in the Jannggi area, are examined to interpretate the mode of diagenetic alteration and to evaluate the promising potential for utilization as the adsorptive-functional mineral resources. In addition, applied-mineralogical characterization and determination were carried out for the altered pumiceous lapilli tuffs, and the factors controlling their properties were interpreted. The Manghaesan Tuff Formation is distributed forming three different geologic masses due to the difference in geomorphic characteristics, very gentle-dipping of the formation, and thrust faulting. The altered pumiceous lapilli tuffs are regionally different in the mode of diagenetic alteration and authigenic mineral facies. In the Bangsanri and Shingyeri areas, the altered tuffs are composed mainly of smectite as diagenetic mineral, and the degree of diagenetic alteration are relatively weak. In contrast, the pumiceous lapilli tuffs in the Yangpori area are diagenetically altered to clinoptilolite and mordenite. The clinoptilolite is a typical K-type i.e., a rare type zeolite. The clinoptilolite is transformed into K-feldspar with advancing diagenetic alteration. The regional differences in diagenetic alteration seem to be caused by different burial condition corresponding to approximately 40℃ resulting from thrust faulting during burial or just after the deposition. The altered pumiceous lapilli tuffs largely exhibit adequate cation exchange capacity (>20 meq/100g) and higher specific surface area (30-80 ㎡/g), applicable to adsorptive-functional mineral resources. The bentonitic type has lower pH (5.18~7.41), which can be utilized as acid clay. Cation exchange capacity and specific surface area appears to be dependent on the composition of the mineral composition such as smectite and zeolite and pumiceous components. Characteristic lower pH is obviously due to the presence of H-smectite., which is firstly reported. The smectite is genetically interrelated with formation of opal-CT. The applied-mineralogical characterization of the altered tuffs reveals that they can be mostly applicable to the utilization as raw materials for adsorptive-functional mineral resources in grade and quality. In addition, it is estimated that some ores can be partly applicable to the usage of zeolite and bentonite. Furthermore, considering the altered tuffs can be exploited at a large scale, it may be evaluated that their future resources potential is more promising.

고품위 석회석과 백운석의 분체 특성 및 분쇄 효과에 관한 응용광물학적 연구

이나경 강원대학교 2006 국내석사

국내의 풍촌층과 삼태산층에서 산출되는 대표적인 고품위 석회석 및 백운석을 대상으로 이들의 분체 특성을 규제하는 원광의 응용광물학적 영향 요인들을 해석하고자 하였다. 이를 위해서 원광의 특징과 일정한 분쇄 체계 하에서 수행된 분쇄 산물들의 특성을 체계적으로 분석 및 계측하였고 그 결과를 비교․검토하였다. 풍촌석회석은 결정도와 조직 면에서 4가지 유형으로 구분되고 대개 96 % 이상의 방해석 함유도를 보이는데 비해서, 자성백운석 광석은 대개 98 % 이상의 높은 백운석 함유 수준을 보인다. 이 석회석과 백운석의 원광의 결정 입도는 미정질(0.1-0.4 mm)에서 거정질(수 cm)에 이르기까지 다양하고 그 분포 양상도 단순형(미정질 방해석형 및 거정질 방해석형 석회석, 백운석), 이중형(미정질 대리암형 광석) 및 복합형(조립질 대리암형 광석)의 세 가지로 구분된다. 거정질 방해석형 석회석에서 볼 수 있는 특징적인 각상의 결정형과 현저한 벽개의 발달은 특기할만 사항이다. 백운석이 석회석보다 상대적으로 분쇄 효율성이 큰 것으로 나타난다. 석회석 중에서는 높은 강성을 갖는 미정질 대리암형 광석과 벽개의 발달이 현저한 거정질 방해석형 광석의 분쇄 효율성이 높은 것으로 나타난다. 석회석과 백운석은 원암의 입도, 결정형 및 벽개의 발달 정도에 주로 규제되어 그 분체의 형상이 선택되는 양상이 현저하다. 특히 원암에서 결정립들 내부의 벽개의 발달 정도가 분체의 형상에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 석회석과 백운석의 분쇄 효율과 분체 특성에 영향을 주는 규제 요인으로서 원광의 광물상, 결정 입도, 결정형 및 벽개의 발달 정도가 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 이 외에도 원암의 기타 조직적 사항 즉, 결정의 편향성 및 봉합상 조직 등에도 분쇄 효율성과 효과가 부분적으로 규제되는 것으로 해석된다. 궁극적으로 석회석과 백운석의 분쇄 효율과 효과는 물론 이에 따른 분체 특성까지도 기본적으로는 원광의 물리적 상태에 제어되는 것으로 판단된다. 석회석과 백운석 분체의 주요 품질 특성인 비표면적, 흡유량, 백색도, 굴절률 및 pH를 표준 분석법에 의거하여 측정하였다. 또한 이들을 충진재로서 20% 섞어 제작한 초지 상에서 제지 특성과 관련된 제반 물성들을 계측하고 그 결과를 원암과 분체의 특성과 연계시켜 응용광물학적으로 해석하였다. 이 석회석과 백운석들은 대부분 고품위 광석으로서의 표준 품위 기준과 화학적 품질 기준에 부합되는 것으로 평가된다. 따라서 적절한 분쇄 및 정제 방안이 마련된다면 일부 충전재 용도를 제외한 충진재 산업 부문에서 활용이 가능할 것으로 평가된다.

국내산 석회석의 석회 제조 과정에서의 소성 특성에 관한 응용광물학적 연구

이현철 강원대학교 대학원 2009 국내석사

현재 국내에서 생석회 제조 용도로 사용되는 세립질 석회석을 대상으로 이들의 소성 특성을 규제하는 원광의 응용광물학적 세부 영향 요인들의 관여 정도를 평가함으로서, 생석회 제조 과정에서 원광 선택의 중요성을 고취시키고자 하였다. 이를 위해서 원광의 조성 및 조직적 특성과 동일한 가열처리 조건(온도: 1000℃, 시간: 30분, 2, 4, 10, 16 시간) 하에서 합성된 소성 산물들의 품질 특성을 체계적으로 분석 및 계측하고 그 결과를 비교.검토 하였다. 선정된 광석들은 모두 방해석 품위가 98 wt%를 상회하는 고품위 석회석이지만 결정도, 조직 및 불순물의 조성의 조성에 있어서 다소간의 차이를 나타낸다. 이 같은 원광 특성상의 차이에 따라 합성된 생석회는 다양한 품질 특성을 보인다. 이 연구에서는 중요한 원광 특성 인자인 원암의 결정 입도, 결정형상 및 조직에 관한 사항을 총체적으로 지시하는 형상계수와 경계 빈도수 논리와 방법론을 적용하여 석회석 원광과 합성된 생석회 간의 생성적 관계를 해석하였다. 일반적으로 광석의 결정 형상계수와 경계 빈도수의 증가는 생석회 제조 과정에서 높은 소성율과 낮은 소결 정도를 조장할 뿐만 아니라 분화율에 있어서도 긍정적인 효과를 보였다. 그렇지만 결정 형상계수와 경계 빈도수가 상대적으로 클 경우에는 쉽게 과소성 되기 때문에 고반응성 생석회를 제조하는 데에는 가열처리 시간을 최소화하는 공정상의 기술이 요구된다. 석회석이 산출되는 암층별로는 풍촌층 석회석이 상대적으로 매우 낮은 소성율을 나타내는 것이 특징이고, 갑산층과 정선층 석회석은 소성율과 분화율에 있어서 좋은 품질 특성을 보였다. 소성율과 소결 정도 및 분화율 등에 있어서 전반적으로 정선층에서 산출된 석회석이 고반응성 생석회의 원료로서 가장 적합한 것으로 평가되었다. 또한 소결 현상은 상대적으로 황철석 및 침철석과 같은 함철광물의 함량이 높은 갑산층 석회석에서 보다 두드러지게 나타나는 것이 특징이다. This study is aimed to emphasize the significance of ore selection in lime manufacturing through the evaluation of applied-mineralogical impact factors of crude ores controlling calcination characteristics for some domestic limestones used currently for lime manufacturing. To do this work, systematic characterization and determination were carried out for the limestone ores and their calcination products in a fixed calcining condition (target temperature: 1000℃, retention time: 30 minutes, 2, 4, 10, 16 hours), and the results were correlated and discussed. Selected high-Ca limestones in this study are as much as > 98 wt%, but they are somewhat diverse in crystallinity, texture, and impurity composition. Synthesized quicklimes are varied depending on such a difference in ore characters. Theory and methodology for shape factor and grain boundary frequency representing the whole factor of crystal size, crystal shape, and texture, were adopted in this study to elucidate the genetic relationship between limestone ore and its calcined equivalent. In general, an increase in crystal shape factor and grain boundary frequency obviously facilitates not only higher calcination rate and lower sintering effect but also good decrepitation in quality. However, a technical advance to minimize the retention time is necessary for manufacturing of highly-reactive quicklime, because higher crystal shape factor and grain boundary frequency may induce easily to the dead-burned state. The Pungchon limestone has relatively very low calcination rate, and the limestones from the Gabsan formation and the Jeongseon formation exhibit good quality in calcination rate and decrepitation. Among these samples, the limestone ore from the Jeongseon formation is evaluated to be best for crude ore in manufacturing of highly-reactive quicklime. In addition, it is characteristic that the Gabsan limestone comparative rich in Fe-bearing mineral such as pyrite and goethite is more conspicuous in sintering effect.