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정현이,문원진,윤성준,김유미,노열,Jeong, Hyeonyi,Moon, Wonjin,Yoon, Sungjun,Kim, Yumi,Roh, Yul 대한자원환경지질학회 2014 자원환경지질 Vol.47 No.5
석면이 발암물질로 지정 되면서 물리화학적 처리를 통하여 석면광물을 비섬유형으로 변형시키거나 또는 상전이시킴으로 광물 종을 변화시켜 무해화하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 국내에서는 석면의 광물학적 특성과 함께 무해화가 가능함을 제시하는 연구만 진행되었을 뿐, 열처리에 따른 석면광물의 형태 및 결정구조 변화에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 산출되는 백석면(chrysotile)과 석면형 투각섬석(asbestiform tremolite)에 대하여 열처리 전 후 석면의 형태 변화와 상전이에 따른 광물학적 특성을 전자현미경법으로 연구하였다. 백석면은 $850^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리된 후 감람석으로 상전이 되었으며, 석면형 투각섬석은 $1050^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리된 후 투휘석으로 상전이 되었다. 이러한 광물 상전이를 전자현미경법으로 연구한 결과, 두 석면은 섬유상 및 침상의 형태를 보이는 섬유다발이 열처리에 의해 끝이 매끄러운 주상의 형태로 변형되었으며, 분쇄하여도 벽개면, 섬유다발 등과 같은 형태로 발달하지 않음을 확인하였다. 또한 열처리에 따른 광물의 주 구성성분 변화 없이 결정구조의 변화가 일어남을 확인하였다. 이는 함수 규산염광물인 석면이 열에 의해 수산기(OH)가 제거되면서 광물의 상전이와 결정구조의 변화가 나타난 것으로 사료된다. 이처럼 전자현미경법은 석면의 형태, 화학성분, 그리고 결정구조의 변화를 동시에 확인 할 수 있어 광물 상전이에 따른 석면의 무해화를 연구하는데 효과적인 방법으로 판단된다. Asbestos is designated as carcinogen minerals. Detoxification of asbestos is being conducted by physical and chemical treatments that lead the formation of non-fibrous mineral particles or phase transitions. Major researches have been performed on mineralogical properties of asbestos and possibilities of detoxification in Korea. More specific studies are needed to prove the form and crystal structure changes during the detoxification of asbestos via heat treatment. Therefore, we studied thermal effects on mineralogical characteristics of chrysotile and asbestiform tremolite using electron microscopy investigation. Electron microscopy investigation showed chrysotile fibers were fully transformed into rod-shaped forsterite at $850^{\circ}C$ in 2 hours, and asbestiform tremolite fibers were converted into non-fibrous diopside at $1050^{\circ}C$ in 2 hours. Fibrous asbestos were converted into rod-shaped minerals, which are non-asbestiform. However, compositions of both minerals were not changed before and after heat treatment. These results indicate that thermal treatment of asbestos completely broke down asbestos structure due to dehydroxylation and recrystallization. Thus, electron microscopy investigation can provide the useful information of shapes, crystal structure, and chemistries of the asbestos for the detoxification.
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열처리에 따른 백석면의 광물학적 특성 변화와 열분해 과정 연구
정현이,문원진,노열,Jeong, Hyeonyi,Moon, Wonjin,Roh, Yul 대한자원환경지질학회 2016 자원환경지질 Vol.49 No.2
백석면[Chrysotile, $Mg_3Si_2O_5(OH)_4$]은 사문석군 광물에 속하는 1:1 층상규산염광물로 섬유상의 형태와 구조적 특성으로 인해 다양한 이용과 연구가 진행되었으나, 근래에는 1급 발암물질로 선정되면서 백석면의 분해에 따른 본질적인 무해화를 위한 연구의 관심도가 높아졌다. 따라서 이 연구는 열처리에 따른 백석면의 광물학적 특성 변화를 관찰하여 열분해에 따른 무해화 과정을 알아보고자 하였다. 실험은 캐나다 LAB Chrysotile 광상에서 산출되는 백석면을 이용하여 $600-1,300^{\circ}C$ 범위에서 2시간 동안 열처리를 하였으며, TG-DTA, XRD, FT-IR, SEM-EDS, TEM-EDS 분석을 통해 백석면의 결정구조, 형태 및 화학성분의 변화를 확인하여 광물학적 특성변화를 관찰하였다. 열분해 실험 결과, 섬유상의 hollow tube 구조를 가지는 백석면은 약 $600-650^{\circ}C$에서 흡열반응이 일어남에 따라 팔면체판(MgOH)에서 수산기(OH)가 제거되면서 백석면은 비정질 광물의 형태로 변화하였다(탈수화 1단계). 약 $820^{\circ}C$에서는 발열반응이 관찰되었으며 이는 Mg, Si, O의 재배열 결과 주상의 고토감람석(forsterite, $Mg_2SiO_4$)으로 상전이에 영향을 준 것으로 사료된다(탈수화 2단계). 또한 $800^{\circ}C$ 이상으로 열처리한 일부 시료에서 고토감람석 내 결정구조의 변화가 시작되었고, $1,000^{\circ}C$ 이상에서는 온도 상승에 따라 점진적인 재결정 작용 결과 3차원적으로 성장하여 구형광물로 형태 변화가 나타나며 완화휘석(enstatite, $MgSiO_3$)을 형성하였다. 따라서 이 연구는 다양한 분석법의 적용과 2시간 동안의 열처리를 통하여 백석면의 탈수화 반응에 따른 결정구조의 붕괴와 섬유상 형태의 변형을 확인하였으며, 백석면은 무해 광물인 고토감람석과 완화휘석으로 상전이 됨을 통해 백석면의 무해화 과정을 제시 할 수 있었다. Chrysotile is a 1:1 sheet silicate mineral belonging to serpentine group. It has been highlighted studies because of uses, shapes and structural characteristics of the fibrous chrysotile. However, it was designated as Class 1 carcinogen, so high attentions were being placed on detoxification studies of chrysotile. The objectives of this study were to investigate changes of mineralogical characteristics of chrysotile and to suggest detoxification mechanism of chrysotile by thermal decomposition. Samples for this study were obtained from LAB Chrysotile mine in Canada. The samples were heated in air in the range of 600 to $1,300^{\circ}C$. Changes of mineralogical characteristics such as crystal structure, shape, and chemical composition of the chrysotile fibers were examined by TG-DTA, XRD, FT-IR, TEM-EDS and SEM-EDS analyses. As a result of thermal decomposition, the fibrous chrysotile having hollow tube structure was dehydroxylated at $600-650^{\circ}C$ and transformed to disordered chrysotile by removal of OH at the octahedral sheet (MgOH) (Dehydroxylation 1). Upon increasing temperature, it was transformed to forsterite ($Mg_2SiO_4$) at $820^{\circ}C$ by rearrangement of Mg, Si and O (Dehydroxylation 2). In addition, crystal structure of forsterite had begun to transform at $800^{\circ}C$, and gradually grown 3-dimensionally to enstatite ($MgSiO_3$) by recrystallization after the heating above $1,100^{\circ}C$. And then finally transformed to spherical minerals. This study showed chrysotile structure was collapsed about $600-700^{\circ}C$ by dehydroxylation. And then the fibrous chrysotile was transformed to forsterite and enstatite, as non-hazardous minerals. Therefore, this study indicates heat treatment can be used to detoxification of chrysotile.
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KSAE 대학생 자작자동차 대회용 차량의 설계방안 사례
박도영(Doyoung Park),김민성(Minseong Kim),김균언(Gyuneon Kim),장우형(Woohyeong Jang),이병우(Byeoungu Lee),문원진(Wonjin Moon),김경환(Kyeonghwan Kim),박경민(Kyungmin Park),강민우(Minwo Kang),강병관(Byeongkwan Kang),박규열(Kyuyeol Park 한국자동차공학회 2015 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2015 No.11
In this paper, a designing case of the Formula-style vehicle for KSAE student Formula competition is introduced. The 250cc engine vehicle is built for the competition and the designing process is composed of five modules. During the designing project, the fundamental performance of the modules was evaluated using FEM. For example, the frame design was focused on weight reduction and it was built by CATIA V5, and FEM method was used to analyze the designed frame on static and dynamic characteristics. In case of optimized the cowl shape, FLUENT was used to get the drag and lift coefficient from the cowl shape. In detail, to optimize the cowl shape, aerodynamic modeling was carried out and the final shape was determined. As a result, the 250cc engine vehicle for KSAE student Formula competition was built and the fundamental performance was investigated.
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